淺談基于自動控制的大型公共建筑節(jié)能改造

李明

（江蘇聯(lián)宏智慧能源股份有限公司 江蘇南京 210046）

1 緒論

1.1 大型公共建筑的能耗特點

大型公共建筑的建筑面積一般在2萬m2以上，根據(jù)具體功能可分為辦公建筑、商業(yè)建筑、旅游建筑、科教文衛(wèi)建筑、交通運輸建筑等多種類型，由于其建筑面積較大，因而不僅需要使用中央空調(diào)系統(tǒng)，同時照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備、電梯、供熱系統(tǒng)等也同樣有著較大的規(guī)模，這就給大型公共建筑帶來了極大的能耗。而從整體上來看，大型公共建筑的能耗具有著以下幾方面特點：①大型公建建筑面積總量小而在總體建筑能耗中占比高；②很多大型公共建筑的功能雖然大致相同，屬于同類建筑，面積也相近，但由于其所使用的辦公設(shè)備、照明設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)不同，因而在實際能耗上往往出現(xiàn)較大的差距；此外從整體上來看，各建筑自身照明插座、空調(diào)、動力等各分項能耗在總能耗中所占的比例也不盡合理。

1.2 未來大型公共建筑的節(jié)能方向

大型公共建筑的用能設(shè)備包括中央空調(diào)、照明、辦公設(shè)備等多個系統(tǒng)，各系統(tǒng)用能一般以電為主，輔以天然氣、煤、蒸汽等，因此未來大型公共建筑的節(jié)能改造需要將節(jié)約用電作為工作重點。而在另一方面，各能耗系統(tǒng)中以中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比最大，一般在總能耗的50%左右，因此節(jié)電改造又需要對中央空調(diào)系統(tǒng)改造給予高度重視。

另外據(jù)統(tǒng)計，一些諸如設(shè)計不合理、調(diào)試不完善、運行管理不科學(xué)等造成的“大流量、小溫差”等現(xiàn)象在國內(nèi)大型公共建筑中十分普遍，這說明我國大型公共建筑的節(jié)能改造空間是比較大的。

2 高耗電設(shè)備系統(tǒng)的節(jié)能分析與控制

當前大型公共建筑設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能運行改造多為設(shè)備廠商主動與業(yè)主直接聯(lián)系，因而在改造過程中僅僅是對設(shè)備進行改造，通過降低設(shè)備能耗來達到建筑節(jié)能改造的效果，這樣的改造方法不僅不會對建筑的整體節(jié)能效果進行考慮，同時也缺少專業(yè)的能耗診斷與節(jié)能潛力分析，其節(jié)能效果并不理想。對此，大型公共建筑的設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能改造必須要重視前期的能耗調(diào)研、能耗診斷以及節(jié)能潛力分析，從更換低能效設(shè)備及構(gòu)建設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)高效節(jié)能運行雙方面著手的系統(tǒng)工程。

2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

目前大型公共建筑所使用的中央空調(diào)系統(tǒng)以水冷式空調(diào)系統(tǒng)為主，因此本文以這一空調(diào)系統(tǒng)為例展開分析。圖1為典型的水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)圖。

2.1.1 空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控

中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要以空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控為主，而根據(jù)水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其監(jiān)控內(nèi)容可具體分為制冷系統(tǒng)監(jiān)控、水系統(tǒng)監(jiān)控、新風機組監(jiān)控及末端風機盤管監(jiān)控幾部分。

（1）制冷系統(tǒng)監(jiān)控

制冷系統(tǒng)是水冷式空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，無論是主機啟動、運行還是冷水的溫度、壓力、流量、冷量，甚至是冷凍機的運行臺數(shù)，都會對空調(diào)系統(tǒng)的耗電量造成直接的影響，而對于制冷系統(tǒng)的監(jiān)控也要以這些內(nèi)容為主。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)的大致構(gòu)成

①從制冷設(shè)備的啟動、關(guān)閉控制來看，啟動時應(yīng)從：冷卻塔風機開始，之后依次開啟冷卻水閘閥、冷卻水泵、冷凍水閘閥、冷凍水泵以及冷水機組，而關(guān)閉順序則應(yīng)與開啟順序相反，按照這一順序編寫程序，并利用現(xiàn)場控制器對冷水機的啟停進行控制，就能夠?qū)⒛芎慕档阶畹汀?/p>

②在冷水機組的運行臺數(shù)上，則需要利用現(xiàn)場控制器對冷凍水供水溫度、冷凍水回水溫度、冷凍水流量等參數(shù)進行測量，之后根據(jù)這些參數(shù)計算出空調(diào)的冷負荷，進而判斷出合適的冷水機組運行臺數(shù)，以免過多的冷水機組同時運轉(zhuǎn)而造成能耗浪費。

③還要利用壓差傳感器來分別檢測冷凍水供水管網(wǎng)分水器與回水管網(wǎng)集水器的壓力，之后對二者的壓差進行計算，并按照壓差的設(shè)定值進行調(diào)整，從而保證冷水機組的正常運行。

此外，還要利用相關(guān)控制軟件對環(huán)境溫度進行測定，并根據(jù)實際環(huán)境溫度的變化將冷凍水溫度調(diào)整為設(shè)定值。

（2）水系統(tǒng)控制

空調(diào)水系統(tǒng)主要分為冷凍水系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)兩部分，而對于水系統(tǒng)的監(jiān)控也要從兩部分入手。

①冷凍水系統(tǒng)控制

在冷凍水泵啟動后，應(yīng)通過水流開關(guān)出安裝監(jiān)測器，對水流狀態(tài)進行檢測，如流量過小時，則應(yīng)立即發(fā)出警報并通過現(xiàn)場控制器來停止制冷機運行，此外，還要將制冷劑的運行狀態(tài)顯示出來。

②冷卻水系統(tǒng)控制

要利用溫度測量設(shè)備對測冷凝器入水口溫度進行實時檢測，從而確定冷凝器中的冷卻水溫度，之后按照這一溫度對冷卻塔的啟動、停止與轉(zhuǎn)速進行控制。另外，還要利用現(xiàn)場控制器對冷卻水泵的啟動停止進行控制，并將運行狀態(tài)顯示出來。

③水泵的變頻控制

由水泵的工作原理可知軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。調(diào)節(jié)電動機電源頻率就可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速也就是調(diào)節(jié)它的負載轉(zhuǎn)速，可以達到調(diào)節(jié)流量的目的，同時，可顯著調(diào)節(jié)軸功率。通過在水泵上加裝變頻器，可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，變頻器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化而隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能的目的。

（3）新風系統(tǒng)控制

新風系統(tǒng)控制內(nèi)容包括：送風溫度控制，根據(jù)送風溫度對新風機水閥開度進行控制，實現(xiàn)按設(shè)定溫度恒溫送風；過濾器壓差監(jiān)測，當過濾網(wǎng)透氣性太差時報警，提醒人為清洗；機組定時啟停控制，根據(jù)時間表自動控制新風機組的啟/停，從而在補充新風的前提下降低處理能耗和輸送能耗。

（4）末端風機盤管控制

末端風機盤管的使用控制應(yīng)以室內(nèi)溫度控制為主，即根據(jù)室內(nèi)實際溫度情況與正常溫度標準對風機的轉(zhuǎn)速與盤管回水管的電磁閥開關(guān)進行控制，從而在保證室內(nèi)溫度的情況下最大限度減少電能損耗。同時，也要采取定時啟停控制策略，根據(jù)事先排定的工作作息時間表，設(shè)定現(xiàn)場允許啟停閥門和風機的時間，避免開無人機等不節(jié)能現(xiàn)象。

2.2 照明系統(tǒng)的節(jié)能改造

大型公共建筑的照明系統(tǒng)主要包括辦公室照明、公共區(qū)域照明、泛光照明（裝飾性照明）三部分，其中以辦公室照明系統(tǒng)的耗電量最大，而對這些照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，則要以針對性的使用控制為主。

在辦公室照明系統(tǒng)的控制中，應(yīng)采用定時控制與照度控制相結(jié)合的方式，具體來說就是根據(jù)房間大小及燈具配置情況，把房間照明配電按窗戶平行方向改造為多組，同時在上班時間應(yīng)根據(jù)光照度自動開關(guān)不同組別的燈，而在下班時間和假期等非工作時間則要通過定時控制直接關(guān)閉電源。

而對于公共區(qū)域照明系統(tǒng)的控制則要采取定時控制、照度控制以及紅外聲光控制相結(jié)合的方式。也就是說要將公共區(qū)域的照明設(shè)備分成普通照明與特殊照明兩類，其中不同照明應(yīng)在工作時間根據(jù)照度自動開關(guān)，非工作時間則直接關(guān)閉；而特殊照明要保證光源均勻分布在照明區(qū)域內(nèi)，同時利用紅外聲光延時開關(guān)進行控制以保證必要的照明。

2.3 辦公設(shè)備節(jié)能改造

由于大型公共建筑的功能不同，因而其使用的辦公設(shè)備也比較多樣，但從設(shè)備能耗的角度來看，常見的高能耗辦公設(shè)備主要有電腦、打印機、傳真機等等，這些設(shè)備大多具有待機功能，因而在長時間處于待機狀態(tài)的情況下，其消耗的電量自然也會比較大。然而在實際上，這些辦公設(shè)備大多數(shù)的待機時間都在日常工作以外，如果能夠改變辦公設(shè)備管理人員的使用習(xí)慣，在下班后及時關(guān)閉設(shè)備電源，那么就能夠達到很好的節(jié)能效果。手段主要在于解決待機電耗的問題與改善人員的用能習(xí)慣。針對這一情況，辦公設(shè)備的節(jié)能改造首先應(yīng)構(gòu)建監(jiān)管系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)一方面可通過分戶計量和定額管理并用的方式來拉動辦公設(shè)備使用者的節(jié)能需求，實現(xiàn)無成本的行為節(jié)能；另一方面系統(tǒng)通過定時控制等手段，可有效避免因不良用能習(xí)慣造成的下班及節(jié)假日等非工作時間的無謂電耗及設(shè)備待機電耗，從根本上解決辦公設(shè)備的節(jié)能問題。

3 結(jié)束語

在能源短缺問題日益嚴重的今天，對于大型公共建筑的節(jié)能改造已經(jīng)迫在眉睫，而綜合全文論述可以看出，節(jié)能改造并不一定是投資更換高科技的新設(shè)備新產(chǎn)品，實際上，充分利用能源監(jiān)控系統(tǒng)，從“閥門關(guān)小點”、“溫度調(diào)低點”、“照明少開點”等等簡單的措施就能夠取得很好的節(jié)能效益，這對未來大型公共建筑節(jié)能改造的推廣是非常具有指導(dǎo)意義的。