智能建筑空調系統自動控制設計與節能應用

劉清偉（重慶合創機電設備工程有限公司，重慶400000）

智能建筑空調系統自動控制設計與節能應用

劉清偉（重慶合創機電設備工程有限公司，重慶400000）

所謂的智能建筑主要是建筑技術和計算機信息技術結合的產物，是現代信息社會發展的需要，也是未來建筑的主要發展方向，不僅有利于降低建筑自控系統的運行成本，還有利于保證空調系統設備的安全運行。本文主要對智能建筑空調系統自動控制設計和節能措施進行闡述，并結合實例對其具體應用進行分析，僅供參考。

智能建筑；空調系統；自動控制；節能

1 引言

空調系統（HVAC）主要包括冷熱源系統和通風系統，樓宇自控系統（BAS）的主要監控內容就是實現空調系統的自動控制，因此，計算機中央監控系統設計在空調系統中則顯得尤為重要，不僅能保障整個智能建筑BAS系統的穩定運行，還能獲得顯著的投資效果。其中，對建筑內各種機電設施進行全方位的計算機監控管理是樓宇自動化系統的主要內容，監控內容主要包括溫度調節、空氣清潔度調節、新風機組、空調機組等，并對所獲得的監控信息進行記錄處理，實現分散節能控制和集中科學管理，以此為建筑管理者提供高效、科學的管理手段，從而減少管理成本，降低建筑物能耗。

2 智能建筑空調系統自動控制設計與節能措施

空調系統的運行方式主要包括以下三種：①正常運行，主要是創造基本的溫濕度條件，符合設計的基本需求；②節能運行，主要是保證系統在正常運行的前提下，通過采取適當的措施，提高系統綜合能效，實現節能的目的；③優化運行，主要是指包括冷熱源系統在內的實現全面節能的優化運行，需要對設備特性、管網特性、建筑特性、使用特性等各方面進行綜合考慮。

2.1 優化空調機組的控制方式

實現空調機組節能控制的措施諸多，比如室內外焙值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法，對其運行過程中的新風量、變頻控制送風機運行、夜間冷卻等多方面進行確定。以夜間冷卻為例，在非工作時間的夜間室外溫度較低，空調機組主要采用100%新風方式，將新風閥和排風閥打開，關閉回風閥，將室外的冷空氣置換室內的熱空氣。在白天調機組正常運行的過程中，應根據室內外溫度的差值，在保證室內新風量的基礎上，對新風閥、排風閥和回風閥的開度進行合理調整，從而達到節能的目的。

控制原理圖如圖1。

圖1

2.2 加強變風量系統的應用

變風量系統主要是指根據室內參數的設計值變化，在保證送風參數不變的基礎上，實現風量系統送風量的自動調節，以此來確保室內參數符合要求。在實際運行過程中，如果室內熱、濕負荷低于設計值時，可通過對變風量系統的調節，減少送風量，從而滿足室內溫濕度要求。由于末端風量的減少，降低了風機轉速，大大降低了風機功率及能耗，同時，各房間送風量的變化，導致系統總風量發生相應變化，有利于節省風機的運行能耗。在設計過程中，應對各個房間負荷和系統總負荷的關系進行綜合考慮，從而降低風機裝機的容量。

變風量系統調試，可根據建筑的具體特點采取不同的控制措施，從而取得良好的節能效果。比如：對于有玻璃幕墻的建筑，陽光直射區域溫度設定值較低，其它區域溫度設定值提高1～2℃，通過不同的溫度設定點，對不同區域的變風量箱體的出風量進行有效控制，不僅有利于保證各個區域的舒適度，還有利于節省建筑能耗。

2.3 回收排風系統能量

排風系統將樓內空氣排到室外時，還會帶走空氣中大量的冷量和熱量，若不加以回收，這些能量將會嚴重浪費，為了避免該現象的發生，可采取轉輪熱交換的形式，減少由于排風系統所造成的室內能量損失，最終實現能量的回收利用。轉輪式熱交換器的通道一般有新風區、排風區、凈化扇形區，由于氣流是逆向流動的，因此其具有一定的凈化作用。一般情況下，轉輪的速度為10r/min，凈化區夾角為10°，當轉輪從排風區過渡到新風區時，在凈化扇形區通過減少新風量新風，從而降低排風向新風的滲透率。根據空氣流速和轉速的不同，滲透率一般為2～5%，在冬季，轉輪在排風區從排風中吸收熱量和濕度，轉到新風區時，可對新風進行加熱加濕，夏季則是相反的。

2.4 冷源系統設備的節能控制措施

（1）冷水機組：通過冷凍水回水溫度控制，一般情況下，冷水機組的出水溫度為7℃，冷凍水經過循環吸收負載量后，溫度上升，利用回水溫度這一基本反映系統冷負荷的參數變化，可適當增減冷水機組或冷凍水泵的運行量及其運行時間，有利于降低能源消耗，實現節能目的。

（2）冷卻塔：冷卻水進水溫度較低的話，會對冷水機組的正常運行產生負面影響，因此為了確保冷卻水機組的正常運行，應使得冷卻水進水溫度滿足相關的設計溫度值。利用冷卻水進水溫度，可實現對冷卻塔風機和冷卻水泵的運行臺數進行有效控制，不僅有利于降低電機的自身耗電，還有利于降低電機的磨損度，減少系統的維護成本。同時，通過優化冷卻水的運行狀況，可為冷機提供高效的運行狀況。由于冷卻進水溫度對冷卻塔風機的運行是獨立控制的，因此，室外溫度較低的話，僅靠水從冷卻塔流出后的自然冷卻即可滿足水溫要求，因此，系統可自動關閉風機，從而實現節能效果。綜上所述，從根本上實現對冷機和冷卻塔的有效控制，節電率可提高至30～50%，具有較強的可靠性、靈活性。

3 工程實例

3.1 工程概況

該建筑項目中，試驗樓的建筑面積為6803m2；收發接待樓的建筑面積為1434m2；設備樓的建筑面積為909m2。該建筑主要采用國內先進水平規劃設計，對樓宇自動化的先進性、擴充性提出了更為明確的要求，不僅要保證系統的先進性，還應提高系統的實用性和功能性。

3.2 空調系統設計方法

3.2.1 空調負荷的確定

（1）基本氣象參數如表1所示。

表1 基本氣象參數

（2）計算結果：該建筑物的總冷負荷為1784kW。

3.2.2 空調方式的設計

冷凍站通過2臺螺桿式主機末端非恒溫濕區房間主要采用風機盤管加新風系統；集中恒溫恒濕區主要采用全空氣系統，低速送風和回風，1～5層每層1個系統，地下一層分4個系統。

3.3 空調的設備管理

10個空調系統（K-1～K-9）及冷凍站主要采用計算機管理和控制；10個空調系統通過菜單，實現畫面的自由切換；各系統的濕度應控制在65%以內；采集的技術參數在計算機內能夠長期儲備；各風量調節閥、水量調節閥、風機電機、電加熱器具有一定的計算機控制和管理功能。

3.4 空調控制系統的設計

空調系統的控制對象主要包括組合式空氣處理機組和冷凍站這兩部分，只有這二者的有機結合，才能有效保證整個系統的安全運行。

3.4.1 組合式空氣機組的控制

（1）連鎖控制

電加熱器控制柜應和空調機組進行硬件連鎖，有利于保證電加熱器的安全性，同時將壓差開關安裝在風機位置，對送風機出風側、入風側進行檢測，在風機運行過程中，風機兩側壓差若超過壓差開關設定值的話，壓差開關動作，則表示風機正常開啟，這種情況下，則可啟動電加熱器調溫控制，有利于保證電加熱器的安全性，若機組停機或發生故障，可停止對電加熱器的控制，從而實現節能目的。

（2）溫度控制

在控制精度為±1℃內的房間各支管電加熱器安裝送風溫度傳感器，一方面是對各支管電加熱器風管的送風溫度進行監測，可將電加熱器的加熱能力檢測出來；另一方面可和室內溫度參與串級控制，增加一種有效的控制手段。串級控制的原理如圖2所示。將室內溫度和室內設定溫度進行比較，對送風溫度的設定值進行智能調節，再將送風溫度和送風溫度設定值比較調節電加熱器的加熱百分比，使得室內溫度恒定在設定值。在室內根據控制精度的要求不同安裝不同精度的傳感器：①滿足控制精度的相關要求；②符合經濟性要求。

圖2 串級控制原理

（3）加濕量調節

通過電極式加濕器進行雙位調節，對室內回風濕度進行檢查，并將其和設定值進行比較，當回風濕度高于設定值上限時，則應關閉加濕器；若回風濕度低于設定值下限時，將加濕器開啟。

3.4.2 冷凍站

根據建筑所需冷負荷及壓差旁通閥開度，實現冷水機組運行臺數的自動調節，從而實現節能目的；根據冷卻水溫度，實現冷卻塔風機啟停臺數的自動控制；對空調系統內各個監測點的溫度、壓力、流量等參數進行自動控制；根據冷凍水供回水壓差，自動調節旁通調節閥，從而維持供水壓差恒定；根據膨脹水箱的水位，來啟停補水泵。

4 結語

智能建筑樓宇自動控制系統主要是將建筑物內所有機電設備形成一個系統，實現信息資源共享，有利于保證建筑物的環境質量，且將能源節約計劃實施的重要性充分體現出來，對實現建筑的綜合管理具有重要意義。

[1]申維俊，楊曉紅.智能建筑空調系統自動控制設計與節能應用[J].智能建筑電氣技術，2012，6（6）：74～78.

[2]王 恒.智能建筑空調系統自動控制設計與節能應用[J].建筑工程技術與設計，2016（8）：56.

[3]金利光.智能建筑中樓宇自控的節能應用[J].中國高新技術企業，2012（3）：129～131.

TU831.34

A

2095-2066（2016）36-0274-02

2016-11-12

劉清偉（1981-），男，工程師，本科，主要從事暖通、空調方面工作。