楊 虎，史 旭，謝潤榮

（廣州華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司 廣州 510045）

0 前言

我國是個幅員遼闊、人口眾多的大國，但是能源缺乏，經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展、城市化的不斷提高，能源供應不足的問題日漸突出。根據(jù)相關(guān)資料顯示，目前全國建筑全過程能耗占能源消費總量的比重約為46.5%［1］，其中制冷、采暖的能耗約占建筑能耗的2/3［2］，教育類建筑的情況也不例外［3］。

隨著國家“2030 年實現(xiàn)碳達峰，2060 年達到碳中和”的雙碳戰(zhàn)略發(fā)展目標的提出，對于各類建筑實現(xiàn)低排放的要求越來越嚴。教育建筑由于使用人員眾多、管理復雜、空調(diào)運行不科學的問題顯得更為突出。教育建筑具有不同時段、不同功能房間空調(diào)用電負荷不均衡等復雜的特點，傳統(tǒng)的空調(diào)配電、控制管理和低水平的維護也使得空調(diào)能耗無謂的浪費［4］。本文以廣州某在建專科學校為案例，對教育建筑空調(diào)能耗的管理進行了探討。

1 教育建筑空調(diào)系統(tǒng)管控的現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)教育建筑空調(diào)系統(tǒng)的管理大多存在以下情況：

⑴未對空調(diào)的耗能進行分項計量，很多項目的照明與空調(diào)混合配電、空調(diào)用電無法監(jiān)控［5］。能耗數(shù)據(jù)存在不全面、不完整的情況，無法識別空調(diào)用電量是否合理，缺少對空調(diào)高能耗的原因進行深入分析的技術(shù)手段和工具。

⑵空調(diào)設(shè)備新舊混雜，設(shè)備功率和配電線路匹配性差，用電線路負荷大、能耗過高容易導致線路老化，同時存在電氣火災的隱患。

⑶缺乏空調(diào)集中管控的工具，其管理的方式主要是通過時間控制器或人工進行集中斷電，效率低下且長期采用停電關(guān)機容易造成空調(diào)壓縮機的損壞［6］。同時，空調(diào)開機時間長，溫度設(shè)置極端，長時間地滿載運行，也會導致空調(diào)故障頻發(fā)，降低使用壽命。

⑷無任何故障預警措施，在空調(diào)使用季節(jié)設(shè)備故障頻發(fā)，維修工作量加大導致效率低下，維護人員疲于奔命。同時，空調(diào)帶故障運行的情況下，制冷效果不能保障，也會增加耗電量，從而浪費大量的空調(diào)能耗。

2 廣州某?？茖W校的空調(diào)管理系統(tǒng)

2.1 項目概況

廣州某專科學校遷建工程選址位于廣州市增城區(qū)中部，東距增城區(qū)中心14 km，西距廣州市45 km。本項目用地為山地，規(guī)劃總建筑面積為15 萬m2，均為低層和多層的公共建筑群。該校共包含行政辦公樓（Z1#）；學前教育組團、信息資訊樓、美術(shù)樓、音樂舞蹈組團、排演中心及宿舍樓等共41棟建筑。項目總體效果如圖1所示。

圖1 某專科學?？傮w效果Fig.1 General Modification of a College

2.2 空調(diào)管家系統(tǒng)典型平面設(shè)計

學校行政辦公樓4 樓平面布置如圖2 所示，各辦公室內(nèi)空調(diào)的型式為壁掛分體或柜機。

圖2 某專科學?？照{(diào)能耗管理系統(tǒng)典型平面布置（行政樓4層）Fig.2 Typical Layout of Air Conditioning Energy Consumption Management System of a College（Fourth Floor of Administrative Building）

本項目設(shè)計時（教室、排演室、宿舍樓等處的設(shè)置原則基本相同），無論空調(diào)設(shè)備采用何種型式，其電力配電均采用單獨系統(tǒng)的方式，即空調(diào)配電自成系統(tǒng)。室內(nèi)各種類型的空調(diào)設(shè)備也都采用掛機空調(diào)管家模塊或柜機空調(diào)管家模塊接入電源，每組空調(diào)管家模塊配置人體紅外感應器。同時，部分功能要求較高的房間設(shè)置了無線溫濕度傳感器、門磁傳感器或窗磁感應器，按照設(shè)定值進行精確控制。所有空調(diào)管家模塊和感應器均采用無線連接方式，通過各樓層設(shè)置的智能網(wǎng)關(guān)將實時運行數(shù)據(jù)上傳到空調(diào)云服務管理軟件，同時接收系統(tǒng)軟件的管理指令，對設(shè)備實行有效地控制［7］。

2.3 空調(diào)管家系統(tǒng)各功能部件

2.3.1 智能網(wǎng)關(guān)

智能網(wǎng)關(guān)是連接物聯(lián)網(wǎng)終端與管理平臺的樞紐，支持以太網(wǎng)及2G/3G/4G 上網(wǎng)，向下支持LoRa 雙信道通訊，抗干擾能力強，無線通訊性能穩(wěn)定。

2.3.2 壁掛空調(diào)空調(diào)管家

適用于分體壁掛式空調(diào)的智能控制和管理，自動與網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)，支持各項實時電力參數(shù)測量、溫度的檢測和管理信號的執(zhí)行。

2.3.3 柜機空調(diào)管家（如圖3）

圖3 柜機空調(diào)管家模塊Fig.3 Cabinet Air Conditioner Butler Module

適用于單相或三相立式空調(diào)的智能化控制和管理，功能與掛機空調(diào)管家類同。

2.3.4 無線溫濕度傳感器、門磁傳感器及人體紅外傳感器

各類傳感器（見圖4）與空調(diào)管家進行無線通訊，實現(xiàn)溫濕度、門磁開閉狀態(tài)、有人/無人等的聯(lián)動控制。

圖4 傳感器Fig.4 Sensor

2.4 本工程空調(diào)管家系統(tǒng)的組成拓撲圖（見圖5）

圖5 某專科學?？照{(diào)能耗管理系統(tǒng)拓撲圖Fig.5 Topology of Air Conditioning Energy Consumption Management System of a College

2.5 設(shè)備清單（見表1）

表1 設(shè)備清單Tab.1 Equipment List

2.6 本工程空調(diào)管家系統(tǒng)的功能和特點

空調(diào)設(shè)備的開機數(shù)量、位置、當前運行模式、用電量、開機時長等等實時數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做到隨時監(jiān)控。管理軟件采用了大數(shù)據(jù)和云技術(shù)，提供了全面準確的歷史數(shù)據(jù)和管理手段，實現(xiàn)對空調(diào)設(shè)備進行能耗計量、能耗分析，極大地減輕了管理負擔，降低人工成本，提升了管理效率［8］。

空調(diào)控制可以采用多種控制原則，可單獨控制每一臺設(shè)備的開關(guān)機或分區(qū)分片的集中開關(guān)機，調(diào)整空調(diào)運行的溫度、風力、時間、溫度范圍以及空調(diào)禁用等措施。系統(tǒng)亦可采用按時間計劃表自動運行，對預訂教室、會議室等場所進行預冷等舒適性節(jié)能措施。在設(shè)置了人體紅外探測器和門窗磁探測器的房間，可以實現(xiàn)人走關(guān)機或限制開機的功能，避免能源浪費。

系統(tǒng)診斷出潛在故障后，空調(diào)的監(jiān)測預警功能可對常見故障包括缺氟、冷凝器堵塞、室內(nèi)風機故障、室外風扇異常、室內(nèi)濾網(wǎng)臟堵、毛細管或過濾器堵塞等提供故障的早期預警。避免空調(diào)長期帶傷工作，以突發(fā)的方式暴露問題，從而影響正常的辦公、教學和生活。通過從容有序地安排集中維保，避免零散的維修造成整體費用上升，最大限度減少緊急維修的概率，顯著降低維保成本［9］。也可以通過維修后設(shè)備的運行情況，對維保工作的品質(zhì)實現(xiàn)評估和監(jiān)管。

2.7 空調(diào)管家系統(tǒng)的服務管理界面（見圖6）

圖6 某?？茖W?？照{(diào)能耗管理系統(tǒng)服務界面Fig.6 Service Interface of Air Conditioning Energy Consumption Management System of a College

3 結(jié)語

綜上所述，對空調(diào)設(shè)備在線智能管控時，在滿足所在場所工作溫度要求的前提下，可實現(xiàn)節(jié)能的目的。從空調(diào)設(shè)備運行、故障、維護的全面歷史管理數(shù)據(jù)的記錄和分析中，對運行管理、自動優(yōu)化控制、設(shè)備故障診斷、維保管理等方面全方位著手，能夠?qū)崿F(xiàn)空調(diào)設(shè)備全生命周期的精細化管理，顯著提升管理效益，降低空調(diào)能耗，節(jié)約維保及折舊等綜合成本［10］。本系統(tǒng)也適用既有項目空調(diào)設(shè)備的管理改造，同樣可以起到降低能耗、提升管理水平、降低運維成本的作用。

廣州某?？茖W校建成投入使用后，可持續(xù)對空調(diào)能耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、積累和分析。同時，將空調(diào)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)與其它教育建筑的空調(diào)能耗做對比，為空調(diào)能耗管理技術(shù)的進一步提升提供數(shù)據(jù)支撐。