智能建筑中樓宇自控的節能應用

摘要：隨著能源的日益緊張，實現可持續發展是人類發展面臨的重要問題。節能可以說是樓宇自控系統在智能建筑中設計的出發點和根本點，文章主要闡述了樓宇自控在建筑照明系統和空調系統節約能源的技術和方法。

關鍵詞：智能建筑；樓宇自控系統；建筑物照明系統；空調系統；節能

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）03-0129-03

一、概述

隨著經濟的快速發展，能源問題越來越受到世界各國的關注，能源的節約變為各國關注的焦點，21世紀人類最為關注的生活將是低碳節能環保的生活，保護環境，節約能源，實現可持續發展是人類發展面臨的重要問題，現代社會各類高層建筑越來越多，比如政府辦公樓，酒店，綜合性寫字樓等智能建筑規模越來越大，建筑節能一直是一個困擾人類的大問題。在智能建筑中使用高保溫的新型環保建筑材料、高效率節能的燈光照明及節能環保空調等硬件投入必不可少，除此之外樓宇自控的節能手段就顯得非常重要，樓宇自控的目標是對樓宇內的機電設備和能源實現最優化的智能管理，創造一個安全舒適、環保、節能的工作生活環境，樓宇自控系統的控制對象為樓宇內的空調通風系統、變配電系統、給排水、冷熱源系統、照明系統等大量設備。

智能建筑的樓宇自動化系統是節能的一種重要手段，一定要認識到它的緊迫性。根據建設部的調研，近年來我國建筑規模迅速擴大，大部分建筑保溫隔熱差，采暖效率低，單位建筑采暖能耗遠超相同氣候條件下的世界平均值，所以必須加強建筑節能的宣傳力度，使所有人都認識到，節能不僅是錢的問題，也不僅是環境的問題，而應提到關系國家前途和命運的問題。目前的智能建筑樓宇自動化系統節能運行的效果盡管不是很理想，原因是多方面的，由于認識上的偏差，以為樓宇自控系統沒有用，還不如幾個人手動開。實際上人的能力是有限的，不像計算機系統那樣敬業而且踏踏實實，認識上一定要加以轉變，加強物業隊伍的培訓和建設，對設備的運行根據保修期到期后，可以委托專業公司打理，提高設備的運行壽命，發揮系統的作用。否則將造成投資的浪費，管理能力低下，運行費用將會大大提高。

樓宇自控系統的節能一定要從細節做起，養成一種習慣，節能的設計指導思想始終貫穿于系統實施的始末，樓宇自動化的節能不僅是某一個專業的事情，它是智能化，建筑，結構，暖通通風，電力，給排水等專業共同參與合作的結果。一座普通的智能建筑物的能源80%以上是電能，其他能源所占比例相對

較少。

二、建筑物照明系統

建筑物的照明是一個巨大的能源消耗系統，照明的節能主要分光源的節能和燈光的節能控制。

1．光源的節能，一般采用低能耗的節能燈代替高能耗的傳統的白熾燈、熒光燈以達到節能的目的，隨著LED燈及其他更節能的新型節能燈具的問世，光源的節能也就越來越得到重視。

2．燈光的節能控制主要靠樓宇自控系統來完成。（1）建筑物內部不受日光影響的公共部分，譬如地下停車場、樓梯間、走廊、電梯廳等部分電燈可以采取定時控制手段，預先設定上下班或非正常時間，在下班后將燈自動變暗或關閉。此外，節能設計還體現在因地制宜的細節中，比如對賓館客房設計節電開關，人在將電源接通，人離開把電源切斷，真正做到沒人自動斷電達到節能目的。（2）建筑物內部受室外照度影響的譬如窗戶邊上或幕墻的區域，當室外采光不足時就必須利用燈光進行補償，而這種補償是隨機的，受室外天氣陰晴的影響，而且需要補償的照度也是變化的，因此我們必須依照室外陽光的強度和室內的照度相結合來控制電燈的開閉或者調整燈光的亮度，對于像航站樓這樣大空間的建筑，可以根據日光對室內的影響程度劃分成若干個照明區域，在每個區域內依據照明負荷分成不同的供電回路，不同回路上的燈具可以相互交叉或并排布置，以取得最佳組合效果。安裝在室外和室內不同部位的多個感光傳感器信號傳送給樓宇自控系統，經系統和設定的照度指標比較后分別控制各個區域的電燈啟閉或調整燈光亮度，以達到最舒適的最節能的照度。（3）針對部分可以人走燈滅的公共區域，比如部分電梯前室、樓梯、通道等可以采取移動偵測傳感器來控制燈光的亮度或啟閉，當有人來時移動偵測傳感器輸出信號，開啟電燈，當長時間沒人經過時，燈光自動轉暗或關閉。（4）對于一些大型的建筑物，大部分公共區域的照明都可以采用集中控制和手動控制相結合的方式，由于計算機技術、網絡通訊技術的發展照明系統智能化集中控制將越來越容易實現，將所有的電燈都集中在中央控制室進行集中控制，設定各種燈光組合，利用定時、移動偵測、感光傳感器、手動設定等相結合的控制方式，在實現舒適的環境前提下，最大限度的節約電能。

采用數字技術及計算機技術充分結合起來的智能控制采用軟啟動的方式，能控制電網沖擊電壓和浪涌電壓，使燈絲免受熱沖擊，燈具壽命又得到延長。智能照明系統通常能使燈具壽命延長2～4倍，不僅節省大量燈具，而且大大減少更換燈具的工作量，有效地降低了照明系統的運行費用，對于大量使用燈具和安裝困難的區域具有特殊的意義。此外，智能照明系統還有潛在的價值回報，使整個系統工作在使人們最舒適的狀態，從而保證了人們的身心健康，提高了工作效率。

三、空調系統

建筑物的空調系統是另一個超大的能源消耗系統，中央空調系統在給人們提供舒適的生活和工作環境的同時，也消耗掉了大量的能源。據統計，在有中央空調的建筑物中，中央空調的能耗約占總能耗的70%，而且呈現逐年增長的趨勢，因此如何高效率低能耗的運行及管理空調的相關設備對節能非常重要，采用樓宇自控系統結合一些先進的節能控制方法，在滿足建筑物內舒適度的情況下，既可以使設備高效運行以節約電能，延長設備壽命，又可以減少設備管理人數，減輕設備管理人員勞動強度。中央空調系統主要由末端空氣處理設備空如新風機組、空調機組、變風量控制（VAV）以及冷熱源系統組成，現逐一進行分析闡述；

1．新風系統主要功能是根據樓層的面積大小，輸送一定溫度的新鮮空氣量，保證房間的空氣質量，當室外空氣焓值大于室內空氣焓值時，新風風機采用最小新風，當室外空氣焓值小于室內空氣焓值時，新風風機采用全新風運行，因為這樣能減少整個空調的能耗，而且還能有效改善室內空氣品質。

2．對于公共區域（大堂、餐廳）的溫濕度環境改善是主要通過空調機組的空氣處理方式來實現的，一般自控配置的設備為冷熱水閥，加濕閥，新回風閥，送風溫度，回風溫度，有些還要安裝公共區域內的溫度傳感器，送風量通過變頻能夠進行調節，對于目標控制參數的確定一般以回風溫度為準，但也不一定合適，比如回風口離門口較近，取樣的數據就很不準確，也可以在公共區域布設多個溫度傳感器，然后取平均值，因此具體工程要具體分析，全面進行考慮。對于控制策略它比新風機送風溫度控制來得復雜，其本身的特點是大純滯后的，反應慢，如果采取常觀的PID控制必將造成控制的閥門一下全開或全關，溫度隨之將大幅波動。因此采取非常規的控制策略，比如死區方式，當目標參數進入與設定值認可的偏差范圍DT1（一般為0.5℃）時，冷（熱）水閥將保持不變。變PID控制方式，就是當目標參數與設定值大時，控制作用強一些，當目標參數與設定值小時，控制作用弱一些。還可以采取根據溫度偏差及上升或下降快慢的模糊控制方式，當溫度與設定值處于正偏差DT2（1℃）以內時，但處于下降過程中，水閥將慢慢開大，當溫度與設定值處于負偏差DT2以內時，但處于上升降過程中，水閥將慢慢關小。總之，對于目標參數的控制，充分考慮溫度測量值，設定值，單位時間內的溫度偏差值，“多看少動”才能真正將目標參數控制好。為了節能，根據室外溫度的大小，冬天有條件將溫度設定值下降1℃，夏天有條件將溫度設定值提高1度，同時充分利用新回風閥的連鎖功能，在過渡季全開新風閥，在盛夏或嚴冬將新風閥可以關到最小，這樣可以節能達到12%。

樓宇自控系統不僅具有豐富的控制功能，而且有強大的管理功能，人性化的界面設計，過濾網堵塞和風機過障會發出聲光報警，提醒管理人員落實清冼和維護，累計設備的運行時間，定期進行設備的保養，在使用過程中，充分利用樓控系統的功能以及新風機組空調機組的特點，根據時間程序進行節能啟/停運行，具體體現在：

間歇運行：使設備合理間歇啟停，但不影響環境舒適程度和工藝要求；

最佳啟動：根據人員使用情況或生產工藝情況，預先開啟空調設備，夏天采取大風量低溫度；冬天采取大風量高溫度；房間溫度穩定以后，在低風量下

運行。

最佳關機：根據人員下班情況或生產工藝情況，提前停止空調設備。

3．變風量控制（VAV）是一種新型的空調方式，在智能樓宇的空調中被越來越多地應用。當室內環境溫度發生變化時，改變送風的溫度和改變送風量大小二種控制方式都可以達到相同結果。采用變風量系統的中央空調系統可節能40%，而且系統只在冷熱負荷達到峰值時才使用最大風量，因此可以大大降低

能耗。

VAV系統一般由帶變頻調節電機的空調機組和變風量可調風閥末端裝置組成。監控內容包括控制風機的啟停，并監視風機的運行狀態，根據室內溫度的大小，自動調節新回風門的大小和水閥的開度來實現對溫度的控制，使室溫保持穩定。帶有VAV裝置的空調系統各環節需要協調控制，其內容主要體現在以下幾個方面：

第一，由于各房間的負荷是不一樣，那么送入各房間風量是變化的，空調機組的風量將隨之變化，因此應采用調節變頻的大小對送風機進行控制。

第二，送風機速度調節時，可以采用定靜壓或變靜壓點控制方式，使各房間的壓力保持穩定，保證裝置正常工作。

第三，對于VAV系統，需要檢測各房間風量，溫度及風閥位置等信號，并經過綜合的分析處理后才能給出送風溫度設定值。

第四，在進行送風量調節的同時，還應調節新、回風閥，以使各房間有充分的新風量，保證房間的空氣品質。

4．冷源系統是空調系統的核心部位，如何協調管理合理設計控制策略至關重要。在空調系統中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑最大設計熱負荷選定的，且留有余量，由于季節氣候的變化，實際空調的熱負荷在絕大部份時間內遠比設計最大負荷低，根據負荷的變化，調節冷凍水泵的開啟臺數，或通過水泵的變頻進行水量調節，然后根據冷源系統總負荷量（供回水溫差與總流量的相乘）進行冷水機組臺數控制。其節能效率往往達到40%以上，另外在低負荷的情況下，適當將冷機的出口溫度提高幾度，還可以達到節能的效果，利用自控實現機組最優啟停時間控制，使設備交替運行，優化設備的運行時間，提高設備的使用壽命。

負荷計算： Q=K×M×（T1-T2）

Q：負荷K：常數；M：流量

T1：回水總管溫度 T2：供水總管溫度

根據負荷的變換采用變頻技術控制水泵和冷卻塔風機不僅能節約電能，還能降低噪聲，減少對電網的沖擊電流，不影響其它設備的運行，大大減少維護費用的優點。

四、結語

總之，節能是經久不衰的話題，各行各業都在大力提倡，政府也不斷發文進行支持，本文僅對建筑物的能耗采用現代的樓控技術如何減少消耗提出自己的一點想法，供拋磚引玉之用。

參考文獻

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[2]鄒玉東．中央空調節能技術研究[J]．科技風，2010，（9）．

[3]許錦標，張振昭．樓宇智能化技術[M]．北京：機械工業出版社，2010．

作者簡介：金利光（1969-），男，浙江溫州人，溫州市廣播電視傳媒集團廣電發展公司物管中心副主任，工程師，研究方向：電子技術。

（責任編輯：葉小堅）