綠色建筑中暖通空調節能控制方法的研究

彭 濤

(甘肅建投建設有限公司,甘肅 蘭州 730000)

隨著建筑行業的高速發展,在復雜多變的時代背景下,建筑工程不僅需要滿足用戶群體所需的功能性,還應當契合時代發展的需求。現如今社會對建筑工程在綠色環保方面的要求不斷提升,想要契合現代化工程的發展目標,就需要切實提升建筑工程的環保特性。伴隨綠色建筑成為熱門的建筑工程類型,其中,暖通空調系統的節能控制功能至關重要。由于暖通空調是必不可少的設施,為了提升綠色建筑的環保性,必須解決暖通空調能耗過大的問題。通過采取切實有效的節能控制方法減少能源消耗,能夠符合當下的環保需求,促進能源的利用。

1 工程案例

某建筑工程位于一線城市的中心區域,占地面積為5 266.8 m2,該建筑的主要功能是辦公與商務。為了契合社會發展的需求,響應我國對于綠色生態建設工程項目的發展方針,該建筑的建設原則是綠色環保。其中,暖通空調系統是影響建筑環保性能的重要系統,為了滿足建筑的基本功能特性,也為了提升人們的居住體驗感和舒適度,暖通空調系統是必不可少的設施,該綠色建筑工程為了有效節約能源、降低能源消耗,采取了一系列暖通空調節能控制方法,降低了暖通空調系統的總體能耗。

2 綠色建筑中暖通空調節能的前期準備

2.1 暖通節能能耗分析

暖通空調系統主要包括空調機組和換熱機組、風機盤管等。空調系統能耗影響因素見圖1。

圖1 空調系統能耗影響因素

為了實現綠色建筑節能減排的目的,在對暖通空調系統進行節能控制的過程中,需要采取現實可行的方法。首先,應當從能耗分析入手,明確暖通空調系統中的能源使用情況,針對性地調整控制方案,解決部分設備能耗過大的問題。綠色建筑中使用的暖通空調系統,其整體結構較為復雜,其中的換熱站為非常重要的設備集群。換熱站主要是通過換熱器進行熱量排放,促使建筑中的熱量能夠被及時排出,排風系統能循環往復地執行。要對綠色建筑暖通空調的能耗進行分析,應當清楚其運作原理,換熱站中包含室內外溫度采集傳感控制器,當溫度傳感器采集到信息后,會將其傳遞給換熱站中的氣候補償控制器[1]。氣候補償控制器會結合此前設定好的參數條件輸出調節信號,進而調節內部溫度條件,使其達到預設的溫度值。想要調節溫度值達到特定的數值,通常采取供水溫度采集的方式,控制換熱站送風的溫度,以此控制熱源進出的循環過程。因此,其中涉及的氣候補償控制器、換熱器、電動三通閥、供水設備、溫度采集傳感等設備都需要消耗能量,在進行硬件設計的過程中,可以從降低能耗的角度出發,選用能耗較低的設備,從根本上解決能源損耗過大的問題。暖通空調系統也會涉及室內外環境溫濕度的調控,由于能源的損耗不可避免,想要更加契合節能目標,應當在降低能耗的同時進一步計算精準的負荷。

2.2 精準計算負荷的方法

綠色建筑中的暖通空調控制系統能源損耗較大的原因是超負荷運轉,因此,需要精準計算暖通空調系統承載的負荷,在滿足基礎條件的同時,控制其負荷在正常范圍內,有效降低能耗、成本。很多設備在經過長時間的運行后,其承載負荷的能力直線下降,而操作人員沒有及時發現問題,依然采取此前的運作方案,會導致這些設備無力承載過大的負荷,持續增加能源的消耗,增加不必要的支出成本,也會使運作效果大打折扣,極大地影響了使用體驗,降低了工作效率,不利于推動節能控制的進程[2]。暖通空調系統中的空調機組進行熱回收時,需要承載排風、送風、回風等任務(見圖2),不同任務對設備施加的負荷也不同,精準計算負荷的方法通常要將影響綠色建筑內部溫度變化的所有可控因素都考慮進去,比如綠色建筑自身存在的熱損失情況,以及建筑所處區域當下的太陽直射強度、當前溫度、氣候變化因素所導致的溫濕度差異等,除此之外,設備的使用年限、設備的基礎性能條件也是影響負荷的權重因素。

圖2 暖通空調系統熱回收流程

3 綠色建筑中暖通空調節能控制方法分析

在綠色建筑中做好暖通空調節能控制工作,主要的原則有節約原則、循環利用原則和生態環保原則,可以采取的切實可行的控制方法有以下幾種。

3.1 應用蓄熱技術

蓄熱技術的分類及特點見表1。第一種方法是基于綠色建筑暖通空調的系統布置情況,將蓄熱或蓄冷技術應用在節能控制的過程里。暖通空調在運作時,其內部的電負荷呈現線性波動,想要有效提高電能的使用效率,可以采取專用的蓄熱或蓄冷設備,提前積蓄一定的冷氣或熱量,降低電能的損耗,緩解總體的用電壓力,提升節能環保性。通過DDC控制器的技術,融合蓄冷或蓄熱設備,共同將綠色建筑暖通空調系統中的回水與冷凍水的溫度調節至最佳狀態,確保在實際運作過程中暖通空調的機組運行數量是適宜的,保證暖通空調系統能夠儲備特定的水量,在遇到突發狀況時也能保持正常運轉[3]。

表1 蓄熱技術的分類及特點

3.2 安設溫度傳感器監測溫度變化

第二種方法是采集建筑內部的溫度信息,根據收集到的溫度數據調整綠色建筑暖通空調系統的新風量與出風量,不同的暖通空調系統的適宜出風量不同,因此,應當結合實際的溫度變化進行調整。經過專業部門多次核算過后的最佳計算公式,精準計算出該綠色建筑適宜的暖通空調啟動次數以及時長,將其啟動的運作過程控制在最佳節能狀態,保證運行的穩定性,提升整體的節能效率。結合溫度變化情況調節新風口和出風口的開關次數,在暖通空調處于停止狀態時,最好將所有的通風閥門都關閉,以此來有效地節約能量的損耗[4]。為了進一步增強感應效果,可以適當安裝性能優良的溫度傳感器,幫助接收更加準確的溫度數據,在選定的時間內對其進行調節,通過電信號的形式輸出溫度數值變化情況。出風和回風的溫度都應該保持在設定的溫度范圍內,結合此前評估的數值進行校對和調整。溫度傳感器種類及特點見表2。

表2 溫度傳感器種類及特點

3.3 采用熱泵技術

第三種方法是采取熱泵技術,此種技術的原理是通過循環熱源提取的方式對可再生資源進行廢物利用,使其能夠產生出熱能,進而為綠色建筑暖通空調節能系統提供能源支持,實現環保的目的,節約獲取能源所需要支付的成本。熱泵技術還具備更強的穩定性和實用性,傳統能源能耗大、價格高,長期使用需要支付巨額的費用,比如煤、石油都屬于較為昂貴的能源,而且不可再生,環保性較低。將城市工業中排放出的熱氣以及人們在日常生活中產生的溫室氣體、城市土壤內部的能源、地下水中的能源等各種可再生資源利用起來,形成高效的能源產生系統,通過熱泵技術實現高效節能的循環利用裝置。采用熱泵技術能夠通過熱力循環的方式,迫使物體中的熱量從低溫物體流向高溫物體,降低熱量損耗,利用熱能形成能源輸送體系,運作方式簡潔,環保節能,節省了一定的工作量,延長了綠色建筑暖通空調系統的壽命,降低了污染[5]。太陽能熱泵原理見圖3。

圖3 太陽能熱泵原理

3.4 采用變流量技術

第四種方法是采取變流量技術,針對性地調整綠色建筑暖通空調控制系統的運作方案,動態調節暖通空調負載,調節時可以針對室內外溫度變化情況以及一天中不同時間段內的實際溫度需求,動態調節冷凍水循環和熱水供暖等系統的函數,通過變流量計數方式實現動態化的控制。變流量技術能夠有效提升綠色建筑暖通空調節能控制工作的靈活性和專業性,契合節能環保的理念,降低各方面的支出成本,提升綠色建筑暖通空調系統運行過程的協調性。

3.5 在綠色建筑中增加環保材料

第五種方法是在綠色建筑外部加設保溫隔熱材料,運用物理形式降低溫度的劇變程度,不斷提升暖通空調系統對建筑內部溫濕度的控制水平,從根本上降低能源的損耗。加設保溫隔熱材料,還能夠減少建筑材料的使用量,降低實際的維護成本,保證建筑體內部的空氣質量。在增加環保材料時,也要考慮環保材料的材質,確保其與實際條件相符,契合節能環保的理念,依據綠色建筑的設計規范標準,保證增色材料的施工質量,基于綠色建筑暖通空調智能控制設計標準,進行材料設施建設的方案更改。

4 綠色建筑中暖通空調節能控制優化方法

4.1 增強自然通風的應用比重

大多數的工程設計團隊在對綠色建筑空調系統進行設計時,通常只是對暖通空調中的設備進行節能控制優化,卻忽略了自然通風在環保節能這方面所能夠施展的功效。通過自然通風,可以提升建筑室內與室外空氣的循環效率,加速空氣流通,提升室內的空氣質量,降低溫差,增加空氣舒適程度,為用戶提供更良好的體驗[6]。自然通風的設計不需要消耗能源也能夠降低污染,因此提前采取增加自然通風的措施更加重要,在優化節能控制方案的過程中增加空氣流通的作用力。想要加強自然通風的效果,可以在綠色建筑周邊新建綠植,增加導風、通風設備,利用自然風力,加速空氣流通,形成更加穩定的通風設計。

4.2 巧用變頻技術和熱回收技術

為了持續減少能源壓力,降低用電量,可以積極采用新型實用技術輔助綠色建筑暖通空調節能控制系統的工作,其中,變頻技術能夠推進暖通空調系統節能減排方案,使得暖通空調在特定的時間段內以最適宜的頻率啟動一定的時長,減少不必要的能源支出。

通過內部的溫度傳感器,識別多變化信號,變頻調控。優化變頻技術的方式有多種,例如可以從優化風機和風管的壓力入手,提升空調機組的反應速率,提升系統的整體送風量,優化負荷變化的方式。除此之外,也可以采取具備較強優勢的熱回收技術,這也是優化綠色建筑暖通空調智能控制系統的重要技術,尤其是在城市人口聚集的地方,有著許多能夠收集的熱源。持續優化熱回收的效率和質量,提高新風系統的智能化水平,采用性能更強的排風系統。回收廢氣帶來的熱能也是廢物利用的有效形式,熱回收技術的總體節能控制效果也會更好。

4.3 優化節能控制方案

基礎條件和實際需求不同的綠色建筑,在執行暖通空調節能控制操作時,所采取的節能控制方案不同,所遇到的困境也有所區別。想要進一步優化節能控制的效果,就應當從實際出發,結合此前落實節能控制方案存在的不足與困境,針對性地解決問題,不斷優化節能控制的方案,重新調整新風系統的設計,設置更適宜的空氣回收裝置,采取性能更強的新風熱交換機對室外新風進行處理。科學設定暖通空調系統中的運行參數,不合理的運行參數只會加大能源的消耗,也容易對設備造成損壞,所以,在不同的溫度條件以及不同的運作模式下,更應該采取專業的測算方式,科學設定暖通空調系統中的運行參數。調整方案時還可以從熱源和冷源入手,選擇最佳的熱源或能源,調整能源的分配方案,采取環保性能更強的機組。除此之外,還要注重節能控制方案的整體性以及其與綠色建筑工程方案的契合度,加強綠色建筑中其他系統與暖通空調系統的配合程度,提升節能控制方案的專業性,不僅要符合建筑自身特性,還要與其他系統進行更加緊密地互動,形成良好的合作模式,減少暖通空調系統的能耗。

5 結語

綜上所述,綠色建筑工程暖通空調系統的節能控制功能是非常重要的,為了切實提升綠色建筑的環保性,必須落實暖通空調的節能控制。綠色建筑中暖通空調節能控制的前期準備工作有能耗分析和精準計算負荷,能夠采取的方法有以下幾種:第一種方法是將蓄熱或蓄冷技術應用在節能控制的過程里;第二種方法是采集建筑內部的溫度信息,利用數據調整參數;第三種方法是采取熱泵技術,通過循環熱源提取的方式對可再生資源進行廢物利用,使其能夠產生熱能;第四種方法是采取變流量技術,針對性地調整暖通空調控制系統的運作方案;第五種方法是在綠色建筑外部加設相應的保溫隔熱材料。