淺談高層建筑暖通空調控制系統設計

摘 要:針對高層建筑暖通空調能耗過高的現實狀況，本論文重點探討了高層建筑暖通空調的控制系統及其節能技術的應用，首先簡要分析了我國高層建筑暖通空調能耗控制的現狀，在此基礎上重點探討了基于PID參數整定的控制系統原理，并給出了具體的高層建筑暖通空調節能技術的應用措施與策略。

關鍵詞:高層建筑 暖通空調 控制系統

中圖分類號:TU831文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0049-01

1 引言

據2011年官方統計數字顯示，我國能源對外依存度已經超過了60%，這無疑暴露出我國是一個能耗大國，國內的能源已經不足以滿足社會生產的需求了，因此在這樣的背景下，國家發改委提出了節能減排的口號，號召降低能耗排放。而在我國的各項能源消耗中，建筑暖通空調消耗一直是能源消耗的大頭，據統計，截止2011年，我國高層建筑暖通空調能耗已經成為了建筑能耗的頭牌。因此，必須要通過合理設計建筑暖通空調的控制系統實現對暖通空調能耗的控制。

2 高層建筑暖通空調能耗現狀分析

(1)高層建筑暖通空調能耗特點

縱觀近幾年國內高層建筑暖通空調的運行數據和能耗數據，高層建筑暖通空調的能耗呈現出以下幾個特點。

①能耗過高。隨著中央空調的普及，很多高層建筑都安裝了中央暖通空調，而中央暖通空調的巨大功率，使得高層建筑能耗特別高。據統計，在高層建筑的各項能耗中，暖通空調能耗已經占到了30%甚至更高，而暖通空調能耗通過合理設計控制系統及運行模式，其能耗至少可以下降8-10個百分點。由此可見，研究面向高層建筑的暖通空調控制系統具有顯著的節能減排意義。②能耗季節性規律明顯。隨著季節的變換，高層建筑暖通空調在夏、冬兩季明顯能耗過高，這對于城市熱島效應的加劇有一定影響，因此，暖通空調控制系統應當結合季節變換的規律特點，有針對性的對暖通空調能耗進行控制和限制。③空調負荷運行平穩。一般高層建筑多是面向辦公樓、寫字樓等應用場合的，這一類場合，其暖通空調的開放時間固定在8點至19點，在這一段時間范圍內，空調的運行負荷幾乎是不會發生變化的，因此對于空調而言，其負荷是平穩的。

(2)高層建筑暖通空調控制系統及技術應用現狀

對于國內高層建筑暖通空調的控制系統技術的應用發展，大致經歷了以下幾個發展階段:

①PID控制階段。PID調節控制是最早出現的，也是最傳統的暖通空調控制技術之一，也是應用最為成功的控制技術。PID控制系統能夠對空調的能耗進行跟蹤反饋，適時調節系統的各項參數，能夠獲得較為穩定和可靠的控制效果，因此直到今天，PID控制系統仍然是暖通空調應用最為廣泛的控制系統之一。②模糊控制階段。隨著中央暖通空調的出現，以及舒適性的需求，對于暖通空調的控制要求越來越高，希望控制的精度也越來越高，因此出現了模糊控制技術。模糊控制技術利用神經網絡和數學模糊集的理念，將對暖通空調的狀態控制進行狀態集的定義，實施模糊邏輯控制，能夠大幅減少能耗消耗，提高空調運行效率。③網絡化控制階段。隨著計算機網絡技術的飛速發展，很多高層建筑要求對暖通空調實施遠程化控制、網絡化控制，這就需要對暖通空調進行網絡化控制系統的設計研究。盡管目前網絡化控制暖通空調還處于起步研究階段，但是其穩定可靠的控制性能、顯著的節能效果使之得到了快速的研究和應用發展。

3 高層建筑暖通空調控制系統及其節能措施的應用

3.1 控制系統的設計研究

對于中央暖通空調的控制系統而言，傳統的控制系統沒有考慮到設備啟動階段的能耗以及運行階段的能耗問題，因此近幾年發展起來的暖通空調控制系統都是以變頻器軟啟動暖通設備，以降低暖通空調的能耗。盡管軟啟動能夠有效降低暖通空調的啟動能耗，但是在運行階段，暖通空調還是需要依靠控制系統的控制模式實現運行，因此有必要對控制系統加以研究。這里重點基于PID參數整定實現的控制系統。

基于PID實現的節能控制系統的設計思想是，對于長時間處于輕載甚至空載的暖通設備，通過自尋優程序的在線搜索，來自適應地降低電動機的定子端電壓，找出電動機在相應負載下的最佳節能工作點，使電動機能夠盡量處于最優的節能工作狀態。在保證異步電動機能夠正常工作的前提下，電機降壓過程中轉速會略有變化。所以電機節能控制的假定前提是:異步電動機工作時對轉速的要求不太嚴格，且處于輕載甚至空載的時間相對比較多，以電機電流作為PID整定參數，并實現閉環反饋控制，能夠在很大程度上降低暖通空調設備的能耗。

3.2 高層建筑暖通空調的節能措施

現在一般的高層建筑普遍采用中央供暖空調，中央供暖空調最大的特點就是取暖效果較好，但是功率非常大，因此對于高層建筑而言，采取一定的節能技術措施還是十分有必要的。通常而言，主要從以下幾個方面入手實施中央供暖空調的節能應用:

(1)采用變頻設備降低空調啟動能耗與運行能耗。

由于中央供暖空調功率巨大，啟動階段電流很高，造成很高的能耗值，因此借助于變頻設備降低中央供暖空調的啟動頻率，從而降低啟動階段的能耗，同時借助于變頻設備能夠改善空調運行期間的電流平穩度，大大降低中央空調的能耗。

(2)改善空調機組運行模式。

過去的中央暖通空調控制模式很簡單，單純啟停控制，這種運行模式十分費電，而且對于暖通空調本身而言，也降低了自身的工作效能，其實可以依靠變頻設備分組運行暖通設備，保持正在工作的空調冷水機組滿負荷運行。當蒸發器的出水溫度在其設定值的允許偏差范圍內上下波動時，群控控制柜不應啟動另一臺冷水機組。只有蒸發器的出水溫度超出了設定值允許的偏差上限且其水流量超過了該機組允許最大流量時才可自動啟動下一臺機組。這樣既能夠提高設備的工作效能，同時也能夠大幅降低建筑暖通設備的能耗。

當然，暖通空調的節能還需要依靠廣大業主的共同努力，例如夏季空調溫度不宜設定太低，冬季溫度不宜設定太高等等，只有廣大業主自發共同努力，才能夠實現中央暖通空調的真正節能目的。

4 結語

高層建筑暖通空調能耗過高已經是不爭的事實，如何對高層建筑暖通空調的高能耗實施遏制和管理，除了需要改進空調的運行模式之外，還需要設計切實有效且穩定可靠的控制系統，對暖通空調實施節能控制，才能夠有效的降低高層建筑暖通空調的能耗，切實響應國家節能減排的號召，更多的暖通空調能耗控制技術有待于廣大技術人員在實際開發中的共同努力，才能夠最終實現國家節能減排的偉大目標。

參考文獻

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