某博物館空調系統節能控制淺析

[摘要]節能方面，一是依據項目的實際條件最大化的利用可再生能源，二是根據建筑物的使用時間、功能要求，結合建筑BAS系統可以提供的數據設定空氣處理系統的控制流程，參照冷水機組不同負荷下的COP性能曲線，設置合理的冷水機組運行策略。

[關鍵詞]太陽能；地熱能；地源熱泵

1、導言

南京某博物館空調系統所在區域全部位于地下，通過對冷、熱逐時負荷的比對，負荷隨時問變化量很小，而且作為地下空間，地下5米以下的圍護結構冷復合相對穩定，基本不受氣候影響，對于主要影響地下空間負荷的內擾部分，設備、燈光負荷屬于恒定負荷，不同之處在于，夏季、冬季的制冷與采暖的正負擾動問題。而人體熱濕負荷和受人流影響的新風負荷是屬于不易控制，且變化很大的變量，本節主要是分析利用博物館智能化系統的API接口控制空調系統的可行性，并討論冷水機組的控制策略。

2、調用智能化系統API接口數據控制空氣處理系統

由于本項目博物館是按照國家一級館設計、施工，其中智能化監控系統具備人流分析、出入口人數統計、分區域人流統計等多種功能，且博物館的人流導向設計相對一般商業空間而言是考慮追求單一路線，人流是按照預先設計的路線進行參觀和游覽的，這樣來說，人流相對集中且易于統計，考慮到博物館系統中其他負荷相對穩定，人體熱濕負荷和新風負荷能否隨著人流密度的變化快速調節，無疑是控制系統的關鍵。

總冷負荷=圍護結構冷符合（穩定）+設備冷負荷（穩定）+照明冷負荷（穩定）+人體冷負荷（隨人流密度變化）+新風負荷（隨人流密度、室外溫度變化），根據此公示，設置計算模型，再通過對BOSCH視頻監控系統可提供數據分析，可以將人流數據經由雙方共有的API接口及BACnet協議實時導入空調控制系統，控制系統通過采集的數據，與現場布置的C02檢測裝置比對，實時調整不同區域的風機盤管水量、風速和新風機組的新風供給，以達到空氣處理側供冷、熱隨負荷變化而變化的目的。

3、控制系統邏輯模型分析

根據上文描述建立控制系統，在末端風機盤管回風處設置溫度、C02含量檢測裝置，風機盤管回水管端加裝電磁兩通閥，風機盤管啟停、風速控制模塊接入末端DDC最終接入空調控制系統處理，新風機組每層風管主管處設置電動調節閥，執行裝置接入末端DDC控制。

現設計兩種空氣處理控制流程，首先作為常規制冷、采暖季節的控制流程如下圖所示，首先采集監控系統的人流數據，根據不同出入口的人流之差以及區域人流統計，分別向不同的控制流程發送數據并處理，作為本節主要討論的空氣處理流程，風機盤管及新風系統的控制主要是通過人流數據進行實時調整電磁兩通閥和電動風閥調整水量及風量，然后通過檢測回風處的溫度以及CO2含量校核控制效果，若低于系統要求，會重復控制流程，以保證節能的同時滿足舒適性、工藝性的要求。

過渡季節的控制流程如下圖所示，根據過渡季節項目負荷的特點，其他負荷基本趨于平衡并數值很小，而人體熱濕負荷以及新風負荷成為最主要的空調負荷，所以將控制流程做出如下調整：采集監控系統的人流數據，根據人流數據首先調節新風機組的新風量，然后通過校核回風溫度以及CO2含量調整風機盤管的開啟量、以及風量。在過渡季節加大新風量.實現“免費冷卻”，同時設置相應排風系統，排風量與新風量帽適應。

上述控制流程有—個共同的特點，人員步入建筑物內的同時，控制系統已經接收到相關數據，并根據不同的算法，分別調整展覽區域的供冷、新風能力，人員進入到空調空間時，調整已經完成或已經進行，空調系統“先人一步”，不會給人先熱后冷的感覺，而且調整的過程實時進行，不斷修正，由于監控系統智能識別人流量，不能區分人員的個體區別，例如是成年人、老年人、兒童，而且對于室外氣溫、和滲入氣流無法控制，此時通過回風處的溫度、CO2監控，可以及時的修正人流密度控制的缺陷。

4、冷水機組控制策略

冷水機組及其對應的水泵屬于空調系統中能耗較高的部分，如何能夠保證冷水機組穩定、高效的運行是本節的主要討論方向。冷水機組的控制策略的制定主要從控制可行性以及運行穩定性上來考慮，控制方面按照前文所述的由人流密度模擬計算出總負荷，在冷水機組回水端設置溫度、流量測量裝置采集數據，反饋至空調控制系統主機，然后通過BACnet協議向機組反饋數據，機組進行負荷調節，或者通過供回水之間設置的壓差旁通閥以及執行裝置進行調節。控制過程中，需要預先設定比較寬泛、適用的機組控制策略，以保證冷量的穩定供給，特別是避免機組的頻繁啟停，減少對機組的造成不必要的損耗。由于機組不同負荷率中的制冷性能表現不一，如何保證制冷機組運行在高效率負荷范圍成為關鍵。

5、機組部分負荷系數及運行策略設定

本節針對冷水機組控制策略的設定及分析同樣針對博物館系統進行，根據上文得出，博物館系統總冷負荷為936kW，共設置3臺冷水機組，制冷量分別為701.3kW兩臺（一用一備）、369.3kW一臺，由產品樣本可知，三臺機組均為單壓縮機、單回路制冷，能量調節范圍為15%-100%，滿載負荷COP為5.6，部分負荷IPLV為7.1，COP曲線見下圖。

根據圖示，30XW系列冷水螺桿機組在負荷處于60%～80%時，機組制冷性能系數最大，效率最高：對照機組設置情況以及機組IPLV系數，取機組最佳運行效率為負荷70%時，負荷承擔范圍如下：

根據上表中的運行策略，以及機組制冷l生能系數，計算得出系統制冷系數，得出按照此運行策略，系統負荷在達到30%后，COP基本保持在7.5以上運行，相對單臺機組滿載負荷5.6提高很多。

6、運行策略優化

按照上述冷水機組運行策略執行，每天機組開機時，由于初始負荷不大，可能先運行30XW0352機組，很短—段時間內，人流密度增加、新風負荷增大，運行機組切換到30XW0692，這樣就造成了每天初始階段30XW0352機組短時間內啟停一次，造成機組的損耗，所以將運行策略按照運行月份進行細化，常規制冷季節運行策略如下

這樣執行可以讓系統在很大一段時間內穩定運行，機組不會頻繁切換啟動。過渡季節由于圍護冷負荷、新風負荷降低很多，很多時候1臺30XW0352就可以滿足系統需要，所以維持原運行策略不便。在控制過程中同時還要注意，為防止負荷細微變化在成機組頻繁切換，所有負荷變化幅度超過限定10%十五分鐘后，才會進行機組的切換或者加載，由于運行策略是建立在機組負荷70%的前提下，所以在十五分鐘的加載準備期，系統的冷量仍然可以保證供給，不會造成冷量不足的現象出現。

結論：

根據本文的計算、分析，若能在建筑BAS系統設置之初就考慮到暖通系統對于此類數據的需求，對于非博物館建筑，也可以參照本項目的控制流程。本項目作為地下空間占建筑面積70%以上的建筑無疑是有其特殊性，但是作為超深基坑技術日益成熟的今天，地下空間的空調設計的研究存在一定意義。