建筑暖通空調的節能及優化處理研究

葉小剛，袁彬彬，錢波，唐國強

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

建筑的不斷發展改變了人們的工作和生活方式，增強了居民的幸福感和體驗感。節能型建筑采用先進的智能化設備系統改善了業主的居住環境，采用先進的節能措施和方法可以優化智能設備的運行狀態，降低電能消耗，更加適應當今社會節能、環保、低碳的發展理念。暖通空調系統作為智能建筑中能耗最高的系統，占據建筑能耗的一多半，定流量的水系統是傳統的暖通空調系統中最常見的室內溫度調節方式。在當前建筑中，采用了變風量和變流量系統，相較傳統的空調系統，能耗更低、調節效率更高[1-6]。

在建筑中，暖通空調系統的設計和施工中的節能優化是設計人員和施工人員必須考慮的問題，因此，作者應該從本人工作實踐出發，選擇在空調系統設計中對系統優化設計的一至兩個問題，深入剖析，介紹節能的先進設計經驗。

2 建筑暖通空調設計需要遵循的基本原則

2.1 節能減排基本原則

目前，建筑設備能耗較高，制定相應節能方案才可以降低能耗，提高資源利用效率，將節能方案和措施做成標準化，成為建筑設計節能的通用原則，才可以更好地節能減排、維護生態系統，更好地落實可持續發展理念。暖通空調作為建筑第一能耗設備，空調系統設計主要用到的設備原件有溫控器、傳感器、調節閥和氣候補償器等，因此，對暖通空調的設計，要在滿足業主采暖供冷需求的前提下，優化節能措施方案。同時，在設計過程中考慮到室內外溫差和墻體的保溫性能，充分利用地熱、空氣能和太陽能等可再生綠色資源，替代電能和煤炭的傳統能源，從而實現節能減排目標。

2.2 舒適性基本原則

建筑暖通空調設計不僅滿足于調節室內溫濕度和通風量，更應該側重提高業主居住空間的健康和舒適度，在空調系統中，采用綠色環保型冷媒代替傳統氟利昂制冷劑，減少對人體和生態環境的影響。

3 暖通空調高能耗的原因分析

3.1 系統關鍵設備運行不合理

在建筑中，提高暖通空調的運行質量和效率才可以降低其實際能耗。空調系統的主要核心設備是壓縮機、風機和水泵等，同時這類設備也是主要耗能設備，在實際運行中會有相關因素影響其高效率運行，例如，系統運行軌道不合理、溫度控制不合理、運行參數不合理等都加大了這類設備的無效運轉，造成了不必要的資源浪費。

3.2 運行開關智能化有待提高

暖通空調運行中會根據室內溫濕度自動調節，通過智能開關與變頻技術調節系統運行啟停和運行出力大小。因此，空調系統配置的開關應具有智能化、自動化控制功能。自動化開關可以對室內溫濕度傳感器傳輸的信號進行自動響應，并根據溫濕度信號大小進行調節，避免空調系統過度運行，減少不必要的電能損耗。但是，目前一些空調的開關裝置無論在靈敏度還是控制方面還是不夠智能，不能對室內微小溫差進行平滑控制，與預期目標還有差距，智能化控制技術有待提高。

3.3 建筑結構設計合理性不夠

建筑物的結構設計對空調系統運行效率影響重大，建筑物的采光、通風、墻體保溫效果都會影響空調的運行能耗。建筑結構以及墻體材料的選擇至關重要，不僅要符合美觀設計要求，還要注重材料的綠色環保。當前，很多建筑在設計時選用了玻璃幕墻，整體玻璃幕墻采光效果好、美觀大方，但是保溫隔熱效果差，容易造成室內溫度冷熱不均和能量流失，加大了空調的運行能耗，不利于提高能源效率。

4 暖通空調系統節能方法措施

4.1 優化建筑物空調系統

節能型建筑的暖通空調具有制冷和制熱兩個功能，可根據室外溫度變化向室內提供冷源和熱源，同時制冷和制熱過程也是整個系統中能耗較大的環節，因此，設計人員應不斷改進工藝和技術，提高空調壓縮機系統效率。在制冷功能運行情況下，可以采用“串并聯”方式提高冷量的存儲能效和利用率。在制熱功能運行時，采用更加智能靈敏的溫控閥控制水流量的動態流動，實現溫度控制的平滑穩定。

4.2 合理應用熱量回收技術

空調系統運行時，動力設備運行和管道冷凝熱會排放出去，采用合適的熱量回收技術可以循環利用冷凝熱和排風余熱，提高空調制熱效率。

4.3 探究可再生能源利用技術

針對空調系統電能消耗大的特點，可以探究儲能設備與可再生能源相結合的方式，通過采用太陽能制熱、地源熱泵制熱、風光發電儲能技術等，實現綠色能源替代傳統石化能源。

4.4 優化變頻空調技術

近年來，隨著變頻控制技術的研發和應用，可以實現對空調壓縮電機更加靈活和平滑的運行控制，降低空調系統能耗。

5 BA控制系統中暖通空調的優化控制

通過將空調相關運行信號接入樓宇智能控制系統中，可以實現中央控制器對空調系統運行情況的集中監控和控制。節能型建筑的空調系統各設備分布式運行，且送排風系統工作量大，通過對系統的集中監控可以及時發現系統運行異常，并做好系統整體運行情況分析。同時，提高空調的優化控制技術，可以降低設備故障率和運行異常率，并及時做好設備維護檢修，避免空調系統帶病運行，提高能效。

5.1 DDC與ID的合理選用

在樓宇智能控制系統中，總共有三個處理能級級別的DDC控制器。中小型控制器一般用在空氣處理和通風機、新風系統上，大型控制器用于冷凍機房和配電房內，通過搭配合適控制器可以實現系統運行和諧匹配，提高控制器運行性能。VRV中央空調控制器可以實現對末端分布式設備的遠程監控和控制，末端傳感器可以采集現場相關數據，并采用TCP/IP局域網或者總線R485通信技術方式，將傳感器數據傳輸至中央控制器，并將中央控制器指令傳輸至終端設備進行相關操作，例如，控制開關、風速風向控制、溫度調節及故障報警等。在樓宇智能控制系統和節能管理平臺上，設計人員可以依據VRV中央空調控制器RS232/RS485接口和通信協議進行相關功能拓展開發，實現與其他系統或設備的聯動控制。

空調的空氣處理機是保證空調系統運行穩定的核心設備，因此要確保其DDC控制器與PID參數相匹配。當設置的PID參數低于實際需求時，那么空調系統運行達到溫度設置值的時間就會變長；當設置的PID參數高于實際需求時，所需時間會縮短。PID參數設置較高時，DDC控制器系統運行的穩定會降低，制冷和制熱量會有一定波動，電動調節閥會周期性運動。因此，必須確保PID參數控制在合適的范圍內，才能對正常的室內溫度實現平穩調控。常見的設置PID的參數方法：當調試人員已知臨界點的頻率，可以根據相關原則直接整定PID參數；若已知臨界頻率點過程對象的幅值，可以采用移動臨界點的方式，將其移動至幅值和相位裕度位置進行PID參數正定。

設備運行人員采用雙級控制的方式高系統對與室內溫度變化的響應速度，確保空調管道溫度與室內溫度變化的一致性。同時，根據現場不同的環境和氣候，合理調整空調運行方式。對于商業建筑，運行人員可在夏秋季節對空調系統進行合理設置，在清晨啟動空氣處理機和新風系統，流通室內空氣起到預冷換氣作用。

5.2 BA控制權的合理使用

BA樓宇智能控制系統可以實現對所有系統的集中控制，發揮中央控制的主動權。例如，對大型綜合場館和辦公建筑，會根據實際需求設置不同功能區域，同時每個區域對溫濕度的需求不同，但是空調系統DDC控制器不能設置多組參數，因此，可以使用中央控制系統VRV控制面板對各個子設備實現分組控制。

5.3 控制網絡的優化，并建立BAS監控中心

節能型建筑的暖通空調系統復雜且分布廣泛，在設計環節應合理地做好空調系統的管網優化。設計時，采用RS485總線技術為基礎的控制網絡，盡量簡化其拓撲結構，確保控制網絡簡單可靠。對大型建筑采用樓層網絡分級方式，對于小型分布式網絡采用“手拉手”布線方式。節能型建筑中暖通空調系統的核心控制位于BAS監控中心，負責整個空調系統的運行控制。在某些設計中，樓宇智能化系統同時管控著空調監控、安保監控、消防系統等，該設計方式不太合理。例如，大型商業建筑場所，鍋爐房和冷凍機房單獨設置，距離較遠，在對關鍵設備進行操作時存在一定難度，為了提高整體的安全可靠性，應對樓宇智能系統進行科學合理的規劃。

6 結語

暖通空調系統是當前各個節能型建筑必不可少的一部分，同時也是能耗最高系統。在暖通空調實際運行中，由于各種因素影響著其運行效率，嚴重阻礙了其高效率低能耗運行。本文通過對影響暖通空調節能運行的各個因素盡心分析，并提供了對應的改善措施和優化方案，通過對暖通空調系統進行一系列優化設計可以實現其運行工況的最優模式，實現暖通空調節能減排的目標，滿足人民群眾綠色、低碳、高效的生活方式。