劉清偉（重慶合創(chuàng)機(jī)電設(shè)備工程有限公司，重慶400000）

智能建筑空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)與節(jié)能應(yīng)用

劉清偉（重慶合創(chuàng)機(jī)電設(shè)備工程有限公司，重慶400000）

所謂的智能建筑主要是建筑技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的需要，也是未來建筑的主要發(fā)展方向，不僅有利于降低建筑自控系統(tǒng)的運(yùn)行成本，還有利于保證空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。本文主要對(duì)智能建筑空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)和節(jié)能措施進(jìn)行闡述，并結(jié)合實(shí)例對(duì)其具體應(yīng)用進(jìn)行分析，僅供參考。

智能建筑；空調(diào)系統(tǒng)；自動(dòng)控制；節(jié)能

1 引言

空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）主要包括冷熱源系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，樓宇自控系統(tǒng)（BAS）的主要監(jiān)控內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，因此，計(jì)算機(jī)中央監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在空調(diào)系統(tǒng)中則顯得尤為重要，不僅能保障整個(gè)智能建筑BAS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還能獲得顯著的投資效果。其中，對(duì)建筑內(nèi)各種機(jī)電設(shè)施進(jìn)行全方位的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的主要內(nèi)容，監(jiān)控內(nèi)容主要包括溫度調(diào)節(jié)、空氣清潔度調(diào)節(jié)、新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組等，并對(duì)所獲得的監(jiān)控信息進(jìn)行記錄處理，實(shí)現(xiàn)分散節(jié)能控制和集中科學(xué)管理，以此為建筑管理者提供高效、科學(xué)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(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)與節(jié)能措施

空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要包括以下三種：①正常運(yùn)行，主要是創(chuàng)造基本的溫濕度條件，符合設(shè)計(jì)的基本需求；②節(jié)能運(yùn)行，主要是保證系統(tǒng)在正常運(yùn)行的前提下，通過采取適當(dāng)?shù)拇胧?，提高系統(tǒng)綜合能效，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；③優(yōu)化運(yùn)行，主要是指包括冷熱源系統(tǒng)在內(nèi)的實(shí)現(xiàn)全面節(jié)能的優(yōu)化運(yùn)行，需要對(duì)設(shè)備特性、管網(wǎng)特性、建筑特性、使用特性等各方面進(jìn)行綜合考慮。

2.1 優(yōu)化空調(diào)機(jī)組的控制方式

實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組節(jié)能控制的措施諸多，比如室內(nèi)外焙值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測(cè)法，對(duì)其運(yùn)行過程中的新風(fēng)量、變頻控制送風(fēng)機(jī)運(yùn)行、夜間冷卻等多方面進(jìn)行確定。以夜間冷卻為例，在非工作時(shí)間的夜間室外溫度較低，空調(diào)機(jī)組主要采用100%新風(fēng)方式，將新風(fēng)閥和排風(fēng)閥打開，關(guān)閉回風(fēng)閥，將室外的冷空氣置換室內(nèi)的熱空氣。在白天調(diào)機(jī)組正常運(yùn)行的過程中，應(yīng)根據(jù)室內(nèi)外溫度的差值，在保證室內(nèi)新風(fēng)量的基礎(chǔ)上，對(duì)新風(fēng)閥、排風(fēng)閥和回風(fēng)閥的開度進(jìn)行合理調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

控制原理圖如圖1。

圖1

2.2 加強(qiáng)變風(fēng)量系統(tǒng)的應(yīng)用

變風(fēng)量系統(tǒng)主要是指根據(jù)室內(nèi)參數(shù)的設(shè)計(jì)值變化，在保證送風(fēng)參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量系統(tǒng)送風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以此來確保室內(nèi)參數(shù)符合要求。在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果室內(nèi)熱、濕負(fù)荷低于設(shè)計(jì)值時(shí)，可通過對(duì)變風(fēng)量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，減少送風(fēng)量，從而滿足室內(nèi)溫濕度要求。由于末端風(fēng)量的減少，降低了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，大大降低了風(fēng)機(jī)功率及能耗，同時(shí)，各房間送風(fēng)量的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)總風(fēng)量發(fā)生相應(yīng)變化，有利于節(jié)省風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)各個(gè)房間負(fù)荷和系統(tǒng)總負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行綜合考慮，從而降低風(fēng)機(jī)裝機(jī)的容量。

變風(fēng)量系統(tǒng)調(diào)試，可根據(jù)建筑的具體特點(diǎn)采取不同的控制措施，從而取得良好的節(jié)能效果。比如：對(duì)于有玻璃幕墻的建筑，陽(yáng)光直射區(qū)域溫度設(shè)定值較低，其它區(qū)域溫度設(shè)定值提高1～2℃，通過不同的溫度設(shè)定點(diǎn)，對(duì)不同區(qū)域的變風(fēng)量箱體的出風(fēng)量進(jìn)行有效控制，不僅有利于保證各個(gè)區(qū)域的舒適度，還有利于節(jié)省建筑能耗。

2.3 回收排風(fēng)系統(tǒng)能量

排風(fēng)系統(tǒng)將樓內(nèi)空氣排到室外時(shí)，還會(huì)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(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)，為了避免該現(xiàn)象的發(fā)生，可采取轉(zhuǎn)輪熱交換的形式，減少由于排風(fēng)系統(tǒng)所造成的室內(nèi)能量損失，最終實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。轉(zhuǎn)輪式熱交換器的通道一般有新風(fēng)區(qū)、排風(fēng)區(qū)、凈化扇形區(qū)，由于氣流是逆向流動(dòng)的，因此其具有一定的凈化作用。一般情況下，轉(zhuǎn)輪的速度為10r/min，凈化區(qū)夾角為10°，當(dāng)轉(zhuǎn)輪從排風(fēng)區(qū)過渡到新風(fēng)區(qū)時(shí)，在凈化扇形區(qū)通過減少新風(fēng)量新風(fēng)，從而降低排風(fēng)向新風(fēng)的滲透率。根據(jù)空氣流速和轉(zhuǎn)速的不同，滲透率一般為2～5%，在冬季，轉(zhuǎn)輪在排風(fēng)區(qū)從排風(fēng)中吸收熱量和濕度，轉(zhuǎn)到新風(fēng)區(qū)時(shí)，可對(duì)新風(fēng)進(jìn)行加熱加濕，夏季則是相反的。

2.4 冷源系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能控制措施

（1）冷水機(jī)組：通過冷凍水回水溫度控制，一般情況下，冷水機(jī)組的出水溫度為7℃，冷凍水經(jīng)過循環(huán)吸收負(fù)載量后，溫度上升，利用回水溫度這一基本反映系統(tǒng)冷負(fù)荷的參數(shù)變化，可適當(dāng)增減冷水機(jī)組或冷凍水泵的運(yùn)行量及其運(yùn)行時(shí)間，有利于降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

（2）冷卻塔：冷卻水進(jìn)水溫度較低的話，會(huì)對(duì)冷水機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，因此為了確保冷卻水機(jī)組的正常運(yùn)行，應(yīng)使得冷卻水進(jìn)水溫度滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)溫度值。利用冷卻水進(jìn)水溫度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)和冷卻水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行有效控制，不僅有利于降低電機(jī)的自身耗電，還有利于降低電機(jī)的磨損度，減少系統(tǒng)的維護(hù)成本。同時(shí)，通過優(yōu)化冷卻水的運(yùn)行狀況，可為冷機(jī)提供高效的運(yùn)行狀況。由于冷卻進(jìn)水溫度對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是獨(dú)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(tǒng)可自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。綜上所述，從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)冷機(jī)和冷卻塔的有效控制，節(jié)電率可提高至30～50%，具有較強(qiáng)的可靠性、靈活性。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

該建筑項(xiàng)目中，試驗(yàn)樓的建筑面積為6803m2；收發(fā)接待樓的建筑面積為1434m2；設(shè)備樓的建筑面積為909m2。該建筑主要采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)樓宇自動(dòng)化的先進(jìn)性、擴(kuò)充性提出了更為明確的要求，不僅要保證系統(tǒng)的先進(jìn)性，還應(yīng)提高系統(tǒng)的實(shí)用性和功能性。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.2.1 空調(diào)負(fù)荷的確定

（1）基本氣象參數(shù)如表1所示。

表1 基本氣象參數(shù)

（2）計(jì)算結(jié)果：該建筑物的總冷負(fù)荷為1784kW。

3.2.2 空調(diào)方式的設(shè)計(jì)

冷凍站通過2臺(tái)螺桿式主機(jī)末端非恒溫濕區(qū)房間主要采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)；集中恒溫恒濕區(qū)主要采用全空氣系統(tǒng)，低速送風(fēng)和回風(fēng)，1～5層每層1個(gè)系統(tǒng)，地下一層分4個(gè)系統(tǒng)。

3.3 空調(diào)的設(shè)備管理

10個(gè)空調(diào)系統(tǒng)（K-1～K-9）及冷凍站主要采用計(jì)算機(jī)管理和控制；10個(gè)空調(diào)系統(tǒng)通過菜單，實(shí)現(xiàn)畫面的自由切換；各系統(tǒng)的濕度應(yīng)控制在65%以內(nèi)；采集的技術(shù)參數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)備；各風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、水量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)電機(jī)、電加熱器具有一定的計(jì)算機(jī)控制和管理功能。

3.4 空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

空調(diào)系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括組合式空氣處理機(jī)組和冷凍站這兩部分，只有這二者的有機(jī)結(jié)合，才能有效保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.4.1 組合式空氣機(jī)組的控制

（1）連鎖控制

電加熱器控制柜應(yīng)和空調(diào)機(jī)組進(jìn)行硬件連鎖，有利于保證電加熱器的安全性，同時(shí)將壓差開關(guān)安裝在風(fēng)機(jī)位置，對(duì)送風(fēng)機(jī)出風(fēng)側(cè)、入風(fēng)側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，風(fēng)機(jī)兩側(cè)壓差若超過壓差開關(guān)設(shè)定值的話，壓差開關(guān)動(dòng)作，則表示風(fēng)機(jī)正常開啟，這種情況下，則可啟動(dòng)電加熱器調(diào)溫控制，有利于保證電加熱器的安全性，若機(jī)組停機(jī)或發(fā)生故障，可停止對(duì)電加熱器的控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

（2）溫度控制

在控制精度為±1℃內(nèi)的房間各支管電加熱器安裝送風(fēng)溫度傳感器，一方面是對(duì)各支管電加熱器風(fēng)管的送風(fēng)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可將電加熱器的加熱能力檢測(cè)出來；另一方面可和室內(nèi)溫度參與串級(jí)控制，增加一種有效的控制手段。串級(jí)控制的原理如圖2所示。將室內(nèi)溫度和室內(nèi)設(shè)定溫度進(jìn)行比較，對(duì)送風(fēng)溫度的設(shè)定值進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，再將送風(fēng)溫度和送風(fēng)溫度設(shè)定值比較調(diào)節(jié)電加熱器的加熱百分比，使得室內(nèi)溫度恒定在設(shè)定值。在室內(nèi)根據(jù)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(guān)要求；②符合經(jīng)濟(jì)性要求。

圖2 串級(jí)控制原理

（3）加濕量調(diào)節(jié)

通過電極式加濕器進(jìn)行雙位調(diào)節(jié)，對(duì)室內(nèi)回風(fēng)濕度進(jìn)行檢查，并將其和設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)回風(fēng)濕度高于設(shè)定值上限時(shí)，則應(yīng)關(guān)閉加濕器；若回風(fēng)濕度低于設(shè)定值下限時(shí)，將加濕器開啟。

3.4.2 冷凍站

根據(jù)建筑所需冷負(fù)荷及壓差旁通閥開度，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的；根據(jù)冷卻水溫度，實(shí)現(xiàn)冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停臺(tái)數(shù)的自動(dòng)控制；對(duì)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制；根據(jù)冷凍水供回水壓差，自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥，從而維持供水壓差恒定；根據(jù)膨脹水箱的水位，來啟停補(bǔ)水泵。

4 結(jié)語(yǔ)

智能建筑樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是將建筑物內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備形成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，有利于保證建筑物的環(huán)境質(zhì)量，且將能源節(jié)約計(jì)劃實(shí)施的重要性充分體現(xiàn)出來，對(duì)實(shí)現(xiàn)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(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)與節(jié)能應(yīng)用[J].智能建筑電氣技術(shù)，2012，6（6）：74～78.

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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(diào)方面工作。