暖通空調節能設計的優化措施分析

趙天佑 田盼

【摘 要】開發中央空調系統的優化控制技術，使中央空調系統在不同負荷下、不同工況條件下，都能以最佳效率運行，并且達到最好的控制效果，同時又節能，是非常迫切的并且具有非常廣闊的應用前景。本文著重介紹暖通空調節能設計的優化措施分析以滿足現代綠色建筑的節能要求，供從事建筑以及暖通空調設計的同行參考。

【關鍵詞】暖通空調；室內環境；節能措施

1、暖通空調節能設計中所出現的一些問題

1.1、在方案設計上

目前在暖通空調設計時很少設計人員先計算室內負荷，大多設計人員還是沿用估算值來確定負荷。即使計算，也只是用現有程序計算，計算后沒有針對具體的情況加以調整。這一現象往往造成負荷過大，而加大投資能源浪費。對于某些“三邊”工程，設計人員為了趕進度，沒有視具體的情況進行全面分析得出最佳方案，結果風管彎頭過多，局部阻力損失過大壓力不平衡，使風量分配不均，引起不同房間冷熱不均，達不到要求的室內環境。雖然我國建筑業發展迅速，但是，廣泛采用新的建筑材料不考慮保證建筑物的熱力狀態的建筑設計方案，導致一系列不能滿足室內微氣候條件的情況出現。應該注意到建筑地區的氣候特征，以及當地建筑經濟特點和建筑物的經營管理具有決定性作用。有的地方還存在這種情況，當建筑物采用隔熱性能差的材料設計時，計算中要考慮采用昂貴的微氣候的空調設備。而在執行該設計時，由于經濟方面的原因，無法采用此種空調設備，結果會出現夏季過熱和冬季過冷的現象。

1.2、在施工設計方面

往往由于設計、施工由不同承包商承包，造成利益傾向不同，很難達到最佳配合。比如在供暖方式上，我國采暖地區居住建筑存在著由于施工問題導致圍護結構保溫水平低，門窗氣密性差，采暖設備熱效率低的狀況，造成平均每年每平方米采暖能耗高達30.5kg。而這主要是施工技術人員對圖紙理解不夠和施工人員素質較差，不同施工單位在節能意識和設計角度不同、不到位造成的。

1.3、在暖通空調節能系統的運行及維修設計上不科學

在運行過程中，由于缺少科學的設計方案，管理人員不能充分的認識空調系統運行系統，在運行高峰期的區分上不科學。通常是正常期和高峰期機器的運行數量一樣，這樣就造成了能量的極度浪費。而在維修和保養上，管理人員往往做不到位。因風道滲漏引起熱損失、空調機盤管和過濾器附著異物引起機器性能下降等現象處處可見。對于低效率的設備不能及時維修和更換，造成不必要的能耗。

2、暖通空調節能設計的幾點優化措施

2.1、暖通空調控制器在線滾動優化

暖通空調廣義預測控制的在線滾動優化是利用模型辨識部分提供的預測輸出信息，根據優化的目標函數及選定的優化方法進行在線的滾動優化，從而得到合理的控制規律，考慮在線優化的計算量，這里用RBF模糊神經網絡完成廣義預測控制的在線滾動優化。按性能指標，利用優化方法獲得未來控制長度內的冷凍水調節閥電壓，并取其首分量作為當前時刻的冷凍水調節閥電壓。考慮降低在線計算的復雜性，采用了較常用的梯度下降法作為主要的優化算法。優化過程的關鍵是計算性能指標對RBF模糊神經網絡控制器參數的導數。 通過RBF模糊神經網和修正方法，利用暖通空調預測模型提供的信息來完成給定目標函數的優化，進而準確的提供冷凍水調節閥電壓，從而實現廣義預測控制的在線滾動優化來得到暖通空調的合理控制規律。

2.2、暖通空調廣義預測控制反饋校正

預測控制算法在進行滾動優化時，優化的基點應與系統實際一致。由于暖通空調系統受諸多干擾的影響，有可能導致辨識模型的失配。既基于不變RBF模糊神經網模型的預測不可能和實際空氣處理單元完全相符。這就需要用附加的預測手段補充模型預測的不足，或者對基礎模型進行在線修正。況且滾動優只有建立在反饋校正的基礎上，才能體現出其優越性。對RBF模糊神經網絡各隱單元的“是心”和“寬度”和隱層到輸出層的權值采用梯度下降法進行調整，在控制的每一步，都實時檢測被控對象的實際輸出與RBF模糊神經網絡預測器輸出之間的誤差，若此誤差大于預先設定的允許誤差，則利用上述修正方法修正暖通空調預測模型的RBF模糊神經網絡參數：否則，維持原有的RBF模糊神經網絡預測模型。

2.3、在設計上合理選擇采暖、通風與空調相結合的節能系統

采用科學的空調方式有效的降低負荷，根據具體工程建筑的需要，依據技術標準，在設計時應注意朝向、周邊區與內區、使用功能的差異等對系統進行選擇和劃分，同時要考慮分開設置或分環設置以便于控制、調節及管理。比如在采暖中散熱器宜明裝在外墻窗臺下，散熱器表面涂料及安裝形式、南北向房間系統宜采用分環設置等措施。在通風空調系統的設計上，采用不同朝向、內外區系統應分開設置或分環設置，或采用多分區新風機、多分區空調機系統，對內外區分別輸送不同參數的風，風量也可分別調節與控制，從而避免不同區域出現過冷或過熱的能量浪費現象。例如變風量（VAV）系統、變露點送風系統、輻射板供冷與供熱系統、變水量系統、水環熱泵系統、變制冷劑流量（VRV）系統、多分區新風機、多分區空調機系統等都具有節能的優點，分析環境控制場合的特點和各種系統具有的特點，使二者有最佳的配合，從而達到既經濟又節能的目的。在通風空調系統的氣流分布模式的設計上，可以選擇具有節能優點的氣流分布模式，如下送風模式、置換通風模式等。

2.4、合理選擇熱源系統（以熱泵技術為例）

熱泵是以大自然中蘊藏著大量的較低溫度的低品位熱能為熱源，如以大氣、地表水、地熱或工廠排放的廢水（氣）為熱源，通過壓縮機的工作從這些熱源中吸取其中蘊藏著的大量較低溫度的低品位熱能，并將其溫度提高后再傳給高溫熱源。熱泵按熱源的不同可分為：空氣源（風冷）熱泵。目前的產品主要是家用熱泵空調器、商用單元式熱泵空調機組和熱泵冷熱水機組。地源熱泵（尤其是土壤型）可以節能30 %左右，而直燃型溴化鋰吸收式機組供熱式的效率相當于燃油或燃氣鍋爐，對于鍋爐房來說，大型區域鍋爐房明顯優于小型 鍋爐。通過這些科學的分析，設計人員在設計暖通空調節能系統時，就可以根據工程建筑自身的情況，選擇合理的可行的熱源系統，因為不同地域不同建筑工程的需要和條件不一樣，所以從設計階段開始就必須注意對熱源的選用。

2.5、設計方案應吸收設備工種參加

現在有不少工程，在方案階段只有建筑師埋頭創造，不吸收設備工程師參加方案設計，結果建筑方案中選后設備空間沒有考慮，造成設備設計很大困難。機房設在某一角落，風道拉得很遠，既不經濟也影響通風效果；進風口與排風口擠在一起，不合規定；管道夾層當機房使用，噪聲、振動直接影響上、下客房，不但增加了消聲減振的費用，還難以取得滿意的效果。諸如此類舉不勝舉。要改變這一現實，要想適用、經濟、美觀地建造起現代化建筑，建筑師在方案階段就吸收設備工程師參加設計實為當務之急。

3總結

綜上所述，我們設計人員只有充分開發好中央空調系統的優化控制技術，做好設計方案，合理的選擇熱源系統，綜合考慮各方面因素，只有這樣，才能實現暖通空調的節能設計，實現暖通空調的經濟性、節能性、安全性、舒適性和美觀性。

參考文獻：

1.顧奎偉《淺談可持續發展形勢下暖通空調設計中的問》[J].山西建筑.2008（16）.

2.楊春梅《暖通空調與節能設計的相關問題探討》[J].內江科技.2009（1）.

3.張莉.李堯.朱玉明《暖通空調節能設計分析》[J].山西建筑.2010（9）.