智能建筑空调系统自动控制设计与节能应用

刘清伟（重庆合创机电设备工程有限公司，重庆400000）

智能建筑空调系统自动控制设计与节能应用

刘清伟（重庆合创机电设备工程有限公司，重庆400000）

所谓的智能建筑主要是建筑技术和计算机信息技术结合的产物，是现代信息社会发展的需要，也是未来建筑的主要发展方向，不仅有利于降低建筑自控系统的运行成本，还有利于保证空调系统设备的安全运行。本文主要对智能建筑空调系统自动控制设计和节能措施进行阐述，并结合实例对其具体应用进行分析，仅供参考。

智能建筑；空调系统；自动控制；节能

1 引言

空调系统（HVAC）主要包括冷热源系统和通风系统，楼宇自控系统（BAS）的主要监控内容就是实现空调系统的自动控制，因此，计算机中央监控系统设计在空调系统中则显得尤为重要，不仅能保障整个智能建筑BAS系统的稳定运行，还能获得显著的投资效果。其中，对建筑内各种机电设施进行全方位的计算机监控管理是楼宇自动化系统的主要内容，监控内容主要包括温度调节、空气清洁度调节、新风机组、空调机组等，并对所获得的监控信息进行记录处理，实现分散节能控制和集中科学管理，以此为建筑管理者提供高效、科学的管理手段，从而减少管理成本，降低建筑物能耗。

2 智能建筑空调系统自动控制设计与节能措施

空调系统的运行方式主要包括以下三种：①正常运行，主要是创造基本的温湿度条件，符合设计的基本需求；②节能运行，主要是保证系统在正常运行的前提下，通过采取适当的措施，提高系统综合能效，实现节能的目的；③优化运行，主要是指包括冷热源系统在内的实现全面节能的优化运行，需要对设备特性、管网特性、建筑特性、使用特性等各方面进行综合考虑。

2.1 优化空调机组的控制方式

实现空调机组节能控制的措施诸多，比如室内外焙值比较法、二氧化碳等污染物浓度检测法，对其运行过程中的新风量、变频控制送风机运行、夜间冷却等多方面进行确定。以夜间冷却为例，在非工作时间的夜间室外温度较低，空调机组主要采用100%新风方式，将新风阀和排风阀打开，关闭回风阀，将室外的冷空气置换室内的热空气。在白天调机组正常运行的过程中，应根据室内外温度的差值，在保证室内新风量的基础上，对新风阀、排风阀和回风阀的开度进行合理调整，从而达到节能的目的。

控制原理图如图1。

图1

2.2 加强变风量系统的应用

变风量系统主要是指根据室内参数的设计值变化，在保证送风参数不变的基础上，实现风量系统送风量的自动调节，以此来确保室内参数符合要求。在实际运行过程中，如果室内热、湿负荷低于设计值时，可通过对变风量系统的调节，减少送风量，从而满足室内温湿度要求。由于末端风量的减少，降低了风机转速，大大降低了风机功率及能耗，同时，各房间送风量的变化，导致系统总风量发生相应变化，有利于节省风机的运行能耗。在设计过程中，应对各个房间负荷和系统总负荷的关系进行综合考虑，从而降低风机装机的容量。

变风量系统调试，可根据建筑的具体特点采取不同的控制措施，从而取得良好的节能效果。比如：对于有玻璃幕墙的建筑，阳光直射区域温度设定值较低，其它区域温度设定值提高1～2℃，通过不同的温度设定点，对不同区域的变风量箱体的出风量进行有效控制，不仅有利于保证各个区域的舒适度，还有利于节省建筑能耗。

2.3 回收排风系统能量

排风系统将楼内空气排到室外时，还会带走空气中大量的冷量和热量，若不加以回收，这些能量将会严重浪费，为了避免该现象的发生，可采取转轮热交换的形式，减少由于排风系统所造成的室内能量损失，最终实现能量的回收利用。转轮式热交换器的通道一般有新风区、排风区、净化扇形区，由于气流是逆向流动的，因此其具有一定的净化作用。一般情况下，转轮的速度为10r/min，净化区夹角为10°，当转轮从排风区过渡到新风区时，在净化扇形区通过减少新风量新风，从而降低排风向新风的渗透率。根据空气流速和转速的不同，渗透率一般为2～5%，在冬季，转轮在排风区从排风中吸收热量和湿度，转到新风区时，可对新风进行加热加湿，夏季则是相反的。

2.4 冷源系统设备的节能控制措施

（1）冷水机组：通过冷冻水回水温度控制，一般情况下，冷水机组的出水温度为7℃，冷冻水经过循环吸收负载量后，温度上升，利用回水温度这一基本反映系统冷负荷的参数变化，可适当增减冷水机组或冷冻水泵的运行量及其运行时间，有利于降低能源消耗，实现节能目的。

（2）冷却塔：冷却水进水温度较低的话，会对冷水机组的正常运行产生负面影响，因此为了确保冷却水机组的正常运行，应使得冷却水进水温度满足相关的设计温度值。利用冷却水进水温度，可实现对冷却塔风机和冷却水泵的运行台数进行有效控制，不仅有利于降低电机的自身耗电，还有利于降低电机的磨损度，减少系统的维护成本。同时，通过优化冷却水的运行状况，可为冷机提供高效的运行状况。由于冷却进水温度对冷却塔风机的运行是独立控制的，因此，室外温度较低的话，仅靠水从冷却塔流出后的自然冷却即可满足水温要求，因此，系统可自动关闭风机，从而实现节能效果。综上所述，从根本上实现对冷机和冷却塔的有效控制，节电率可提高至30～50%，具有较强的可靠性、灵活性。

3 工程实例

3.1 工程概况

该建筑项目中，试验楼的建筑面积为6803m2；收发接待楼的建筑面积为1434m2；设备楼的建筑面积为909m2。该建筑主要采用国内先进水平规划设计，对楼宇自动化的先进性、扩充性提出了更为明确的要求，不仅要保证系统的先进性，还应提高系统的实用性和功能性。

3.2 空调系统设计方法

3.2.1 空调负荷的确定

（1）基本气象参数如表1所示。

表1 基本气象参数

（2）计算结果：该建筑物的总冷负荷为1784kW。

3.2.2 空调方式的设计

冷冻站通过2台螺杆式主机末端非恒温湿区房间主要采用风机盘管加新风系统；集中恒温恒湿区主要采用全空气系统，低速送风和回风，1～5层每层1个系统，地下一层分4个系统。

3.3 空调的设备管理

10个空调系统（K-1～K-9）及冷冻站主要采用计算机管理和控制；10个空调系统通过菜单，实现画面的自由切换；各系统的湿度应控制在65%以内；采集的技术参数在计算机内能够长期储备；各风量调节阀、水量调节阀、风机电机、电加热器具有一定的计算机控制和管理功能。

3.4 空调控制系统的设计

空调系统的控制对象主要包括组合式空气处理机组和冷冻站这两部分，只有这二者的有机结合，才能有效保证整个系统的安全运行。

3.4.1 组合式空气机组的控制

（1）连锁控制

电加热器控制柜应和空调机组进行硬件连锁，有利于保证电加热器的安全性，同时将压差开关安装在风机位置，对送风机出风侧、入风侧进行检测，在风机运行过程中，风机两侧压差若超过压差开关设定值的话，压差开关动作，则表示风机正常开启，这种情况下，则可启动电加热器调温控制，有利于保证电加热器的安全性，若机组停机或发生故障，可停止对电加热器的控制，从而实现节能目的。

（2）温度控制

在控制精度为±1℃内的房间各支管电加热器安装送风温度传感器，一方面是对各支管电加热器风管的送风温度进行监测，可将电加热器的加热能力检测出来；另一方面可和室内温度参与串级控制，增加一种有效的控制手段。串级控制的原理如图2所示。将室内温度和室内设定温度进行比较，对送风温度的设定值进行智能调节，再将送风温度和送风温度设定值比较调节电加热器的加热百分比，使得室内温度恒定在设定值。在室内根据控制精度的要求不同安装不同精度的传感器：①满足控制精度的相关要求；②符合经济性要求。

图2 串级控制原理

（3）加湿量调节

通过电极式加湿器进行双位调节，对室内回风湿度进行检查，并将其和设定值进行比较，当回风湿度高于设定值上限时，则应关闭加湿器；若回风湿度低于设定值下限时，将加湿器开启。

3.4.2 冷冻站

根据建筑所需冷负荷及压差旁通阀开度，实现冷水机组运行台数的自动调节，从而实现节能目的；根据冷却水温度，实现冷却塔风机启停台数的自动控制；对空调系统内各个监测点的温度、压力、流量等参数进行自动控制；根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀，从而维持供水压差恒定；根据膨胀水箱的水位，来启停补水泵。

4 结语

智能建筑楼宇自动控制系统主要是将建筑物内所有机电设备形成一个系统，实现信息资源共享，有利于保证建筑物的环境质量，且将能源节约计划实施的重要性充分体现出来，对实现建筑的综合管理具有重要意义。

[1]申维俊，杨晓红.智能建筑空调系统自动控制设计与节能应用[J].智能建筑电气技术，2012，6（6）：74～78.

[2]王 恒.智能建筑空调系统自动控制设计与节能应用[J].建筑工程技术与设计，2016（8）：56.

[3]金利光.智能建筑中楼宇自控的节能应用[J].中国高新技术企业，2012（3）：129～131.

TU831.34

A

2095-2066（2016）36-0274-02

2016-11-12

刘清伟（1981-），男，工程师，本科，主要从事暖通、空调方面工作。