高層建筑中暖通控制系統的應用問題探究

摘要：本文首先概述了暖通控制系統的使用特點，然后詳細的分析了暖通控制系統的發展現狀及前景。隨著人們生活水平的提高，人們越來越關注室內空氣品質，因此，暖通控制系統受到特別的重視。

關鍵詞：暖通；控制系統；高層民用建筑

前言

由于高層民用建筑的暖通控制系統具有時滯和大慣性，當前的控制信號要等到很長時間才能在系統的輸出中反映，而廣義預測控制可以利用現在時刻的控制變量使未來時刻系統的輸出快速準確的跟蹤期望的輸出。

一、高層民用建筑中暖通控制系統的設計要點問題分析

高層民用建筑中暖通控制系統將建筑內所有設備集成一個系統，實現信息共享，進行綜合管理，其作用和效益是巨大的，要實現這些作用和效益，就必須實施優化，高層民用建筑中暖通控制系統的最優化設計與常規設計相比，具有可以從系統的各種可能結構和參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統的效率，降低投資和運行費用等優點。

1、改善暖通控制系統的設計。暖通控制系統的設計原則：一是供暖系統應保證各個房間（樓梯間除外）的室內溫度能獨立調控；二是便于實現分戶或分室（區）熱量（費）分攤的功能；三是管路系統簡單、管材消耗量少、節省初投資。暖通控制系統特別是中央暖通控制系統是一個龐大復雜的系統，系統設計的優劣直接影響到系統的使用性能。暖通控制系統的設計對系統的節能起著重要的作用。對于暖通控制系統而言，通過圍護結構造成的熱損失在整個暖通控制系統能耗中占有很大比重，而圍護結構的保溫性能決定圍護結構綜合傳熱系數的大小，亦即決定通過圍護結構消耗的能耗所占暖通負荷的大小。因此，提高維護結構的保溫隔熱性能在暖通控制系統節能中是十分必要的。

2、改善建筑維護結構的保溫性能，減少冷熱損失。對于暖通控制系統而言，通過維護結構的暖通負荷占有很大比例，而維護結構的保溫性能決定維護結構綜合傳熱系數的大小，亦即決定通過維護結構的暖通負荷的大小。所以在國家出臺的高層民用建筑節能設計規范和標準中，首先要求的就是提高維護結構的保溫隔熱性能。

3、提高系統控制水平。采用舒適性評價指標即體感指標作為暖通控制系統的調控參數，不僅可以解決傳統控制方法存在的弊病，而且可以實現大幅度的節能。據研究表明，采用這種控制方法可使暖通控制系統在人體舒適的條件下節能 30%左右。

二、暖通控制系統的優化方法分析

1、控制策略的優化。目前，高層民用建筑中空氣處理機的控制系統通常采用 PID 控制，選擇合適的 PID 參數對暖通系統的穩定運行是非常關鍵的。PID 系數高，暖通對室內溫度波動的反應特性曲線陡，達到設定溫度的過渡過程較短；相反 PID 系數低，達到設定溫度的過渡過程較長。但并不是 PID 系數越高越好，否則易引起控制系統控制系統失穩，表現為室內溫度的振蕩和水側的電動調節閥周期性的來回運動無法在固定開度上運行。PID 能解決大部分場合的暖通控制，但對于影劇院等大熱慣性暖通場合，靠高的 PID 系數來提高暖通機組對負荷變化的響應速度是不足以解決問題的。這時可以采用雙級控制，即分別在暖通的送風道和室內安裝溫度傳感器，室內的溫度設定由主控制系統控制器完成，水閥的驅動由副控制系統根據風道溫度傳感器和主控制系統的指令完成，由于風道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統對溫度波動的響應。

2、控制權的優化。通常高層民用建筑的暖通控制系統遵從的是中央控制站集中管理的原則。有時也有其不便的一面。在某些場合將暖通、通風系統的參數的設定功能放置在現場可能更符合使用者的需要?？刂葡到y本身并不提供這樣的功能，需要專門部件來實現。這類功能接近 VRV 控制面板的設定器給房間的使用者帶來極大的便利和舒適性，必要時應積極采用。

3、直接數字控制系統的優化。主流高層民用建筑的暖通控制系統供貨商都能提供大中小不同處理能力的控制系統，冷凍機房、熱力站監控點是密集場合應優先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。對空氣處理機、新風機、通風機一般采用中型或小型的控制器即可。近年來，可編程邏輯控制器件進步很快，其應用不再局限于工業場合，在暖通通風的現場設備控制工程中不應將其排斥在外。

4、控制網絡優化。在滿足擴展性和靈活性的前提下，控制網絡的拓撲結構應盡可能簡化、清晰，無論基于 RS485總線或基于 LonTalk 總線的控制網絡都是如此。分支、分級多的網絡管理復雜、可靠性低。LonTalk總線在理論上可以組成任意拓撲結構的網絡，這種布線設計的隨意性如果運用不當，在工程實踐中仍然是有技術風險的，并可能增加系統的投資。小型高層民用建筑工程盡可能運用基于 Rs485 總線的控制網絡，采用“手拉手”的布線方式，大型工程可以考慮樓層網絡分級。

三、加強可再生能源暖通系統的應用問題分析

隨著高層民用建筑中暖通控制系統的廣泛應用，暖通對不可再生能源的消耗將大幅度上升，同時對生態環境的破壞也在日趨加劇。如何利用可再生能源及低品位能源已經成了該領域重要的研究課題。

1、太陽能的熱利用。太陽能的熱利用是目前高層民用建筑中利用太陽能的主要利用形式，其主要包括：被動式和主動式兩種形式。被動式太陽能房的結構相對簡單。造價低、不需要任何輔助能源，通過高層民用建筑方位合理布置和建筑構件的恰當處理，以自然熱交換方式來利用太陽能。它是太陽能建筑發展的主流。主動式太陽房結構較為復雜，造價較高，需要用電作為輔助能源。采暖降溫系統由太陽集熱器、風機、泵、散熱器及儲熱器等組成。此外，太陽能集熱板、太陽能光電板發電技術等先進技術已經在高層民用建筑節能領域得到廣泛的應用。在高層民用建筑外圍護結構中還可采用太陽能集熱墻，利用太陽能采暖。

2、地源熱泵的利用。地源熱泵是一種利用地下淺層土壤的熱資源，通過輸入少量的高位能源（如電能）將低溫位能向高溫位能轉移，以實現既可供熱又可制冷的高效節能中調系統。地源熱泵利用地能一年四季溫度穩定的特點，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，即把高于環境溫度的地能中的熱能取出來供給室內采暖。夏季把地能作為暖通的冷源，即把室內的熱能取出來釋放到低于環境溫度的地源中。在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了暖通控制系統全年的能源利用效率。

四、結語

高層民用建筑節能是世界性的大潮流和大趨勢，同時也是中國改革和發展的迫切要求，是21 世紀建筑事業發展的一個重點和熱點。節能和環保是實現可持續發展的關鍵。從可持續發展理論出發，高層民用建筑節能的關鍵又在于提高能量效率，因此無論制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節能的著眼點。

參考文獻

[1]劉佳萍. 高層民用建筑暖通控制系統優化方法研究 [J].北京建筑工程學院學報，2008

[2]董新軍. 淺談現代高層民用建筑暖通控制系統優化方法 [J].控制與決策，2008