工程建筑空气调节系统介绍.doc

智能化建筑空调系统优化研究摘要： 目的:研究实现智能建筑暖通空调系统节能的有效途径和优化方法。方法:分析比较建筑物内部主要耗能单元的节能措施。结果实现了对BA控制系统(主要是暖通空调系统)的传感器、执行器、控制器、网络等若干环节分级优化，从系统的各种可能结构和参数中找到最佳匹配，使整体效能最佳，从而提高系统的效率。结论:确立智能建筑暖通空调系统能量管理与控制系统优化的基本出发点、优化原则及技术措施对于智能建筑节能实现具有重要的现实意义，BAS系统是实现智能建筑节能的有效途径之一。(BAS系统楼宇自动化系统（BAS）楼内变配电、供排水、空调通风、电梯系统等设备数量大、功能多，为节约能源和提高大楼管理的现代化水平，采用楼宇自动化系统（BAS）对各种设备进行集中监测和遥控。)1 概述智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切要求，是21世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。节能和环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。智能建筑也不例外，业主建设智能化大楼直接动因就是在高度现代化、高度舒适的同时能实现能源消耗大幅度降低，以达到节省大楼营运成本的目的。2 智能建筑暖通空调系统能量管理与控制系统的优化智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理，其作用和效益是巨大的，要实现这些作用和效益，就必须实施优化，建筑智能化工程的最优化设计与常规设计相比，有以下特点:1)可以从系统的各种可能结构和参数中找到最佳匹配，使整体效能最佳，从而提高系统的效率，降低投资和运行费用;2)可以对系统及其过程进行定量化的状态模拟，减少控制环节，提高可靠性与稳定性，发生故障概率降到最低可能限度，系统响应输出最优化;为通过优化控制方案达到节能目的的是一种“主动节能”，它有别于墙体结构、门窗的形式和设置的改造的“被动节能”。智能建筑暖通空调系统能量管理与控制系统优化措施见表13 智能建筑BA系统优化方法(主要针对暖通空调系统)3.1 控制策略的优化空气处理机的DDC通常采用P工D控制，选择合适的P工D参数对空调系统的稳定运行是非常关键的。P工D系数高，空调对室内温度波动的反应特性曲线陡，达到设定温度的过渡过程较短;相反P工D系数低，达到设定温度的过渡过程较长。但并不是P工D系数越高越好，否则易引起DDC控制系统失稳，表现为室内温度的振荡和水侧的电动调节阀周期性的来回运动无法在固定开度上运行。P工D能解决大部分场合的空调控制，但对于影剧院等大热惯性空调场合，靠高的P工D系数来提高空调机组对负荷变化的响应速度是不足以解决问题的。这时可以采用双级控制，即分别在空调的送风道和室内安装温度传感器，室内的温度设定由主DDC控制器完成，水阀的驱动由副DDC根据风道温度传感器和主DDC的指令完成，由于风道温度变化速度快于房间温度的变化，这一控制方式加速了系统对温度波动的响应。在实际的工程设计中，BA系统对空调的节能控制有多种手段可以采用，例如室内外焙值比较法、二氧化碳等污染物浓度检测法确定新风量，基于日程表的定时操作等等。工程设计中可以视需要灵活运用，以达到最优的效果。例如，办公、商场等场合，夏秋季在清晨时通过程序启动空气处理机域新风机)，利用室外凉爽空气对室内全面换气预冷，既节约新风能耗又提高了室内空气品质。3.2 控制权的优化通常BA遵从的是中央控制站集中管理的原则。有时也有其不便的一面。在某些场合(如会议室)将空调、通风系统的参数的设定功能放置在现场可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供这样的功能，需要专门部件来实现。这类功能接近VRV控制面板的设定器给房间的使用者带来极大的便利和舒适性，必要时应积极采用。3.3 直接数字控制器(DDC)的优化主流BA系统供货商都能提供大中小不同处理能力的DDC，冷冻机房、热力站监控点是密集场合应优先采用大型控制器，以减少故障率和控制器间的通讯。对空气处理机、新风机、通风机一般采用中型或小型的控制器即可。近年来，可编程逻辑控制器件(P LC)进步很快，其应用不再局限于工业场合，在空调通风的现场设备控制工程中不应将其排斥在外。3.4 控制网络优化在满足扩展性和灵活性的前提下，控制网络的拓扑结构应尽可能简化、清晰，无论基于RS485总线或基于LonTalk总线的控制网络都是如此。分支、分级多的网络管理复杂、可靠性低。LonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络，这种布线设计的随意性如果运用不当，在工程实践中仍然是有技术风险的，并可能增加系统的投资。小型工程尽可能运用基于Rs485总线的控制网络，采用“手拉手”的布线方式，大型工程可以考虑楼层网络分级。(LonTalk总线是现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。主要用于：制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。)3.5 BAS监控中心BAS监控中心负责监控整个空调、通风、动力系统，一般与消防控制、安保监控等合用一室。由于该机房通常远离冷冻机房、锅炉房，在这里远程操作这些关键设备是不合适的。推荐的做法是在冷冻机房和锅炉房现场控制室另设置一台监控分站，由该分站负责冷冻机、锅炉监控功能，并且该分站功能受权局限为冷热源设备。4 结论对智能建筑的分析和评价应坚持节能的原则。确立智能建筑暖通空调系统能量管理与控制系统优化的基本出发点、优化原则及技术措施对于智能建筑节能实现具有重要的现实意义.BAS系统是实现智能建筑节能的有效途径之一。智能建筑BAS控制方案的优化是整个智能建筑节能优化方案实施的具体体现，它包含了建筑物内部主要耗能单元的节能优化。通过对BA控制系统(主要是暖通空调系统)的传感器、执行器、控制器、网络等若干环节的探讨，力图使BA系统更好地服务于受控的空调通风系统，最大限度地节约建筑物能源。大体量建筑空调系统的设计与节能0 引言随着经济的发展，大体量写字楼、宾馆等民用建筑大量涌现。由于大体量建筑具有较大的内区，内区产生大量余热，即使在冬季也表现为冷负荷，因引对内区余热的回收利用或利用自然冷源消除余热是此类建筑空调设计必须考虑的问题。空调系统能否做到有效的节能，首先在设计上应选择合理的系统形式，合理划分系统，便于运行调节及控制。以下就此类建筑设计应采用的空调方式及设计方法谈一谈笔者的看法。1 空调系统形式的选择1.1 水环热泵空调系统水环热泵系统指小型的水空气热泵机组利用水环并联在一起构成一个以回收建筑内部余热为主要特点的供冷供暖空调系统。它具有分散空调的本质和集中的冷却水系统，因此除具有回收热能、减少污染、利用废热的优点外，还具有分散式空调的运行灵活、便于分户计量、便于安装、占地少等优点，由于其固有的特点，大体量建筑采用水环热泵空调系统是一个很好的选择。水环热泵系统显著的特点是回收余热，这就要求建筑的内区有足够余热可供回收，且建筑外区需要余热，当这两者相近时，水环热泵系统才能发挥它的特长，这就决定了它的使用受到建筑形式、地域差别的限制。据文献（1）分析，在我国华北至长江中下游地区的大体量建筑更适宜采用水环热泵系统。1.2 集中空调系统由于水环热泵空调系统本身的缺点（如噪声大、设备体积大），以及人们对其价值认识的不足，多数大体量建筑仍采用设置集中冷源的空调系统，末端形式为全空气空调系统或风机盘管加新风的空调系统，全空气空调系统的节能问题笔者在河北暖通第13期全空气空调系统的自控与节能一文中已有讨论，如何在风机盘管加新风的空调系统中合理利用自然冷源，减少能源浪费是本文重点讨论的问题。水环热泵系统回收余热时是在制冷工况下运行的，回收余热时也要消耗一定的电能。集中空调在冬季虽然不能回收余热，但它可以利用自然冷源，承担内区冷负荷，缩短制冷机使用时间，也是节能的重要措施。2 采用水环泵空调系统时新风系统的设计2.1 设计原则设计的指导思想是节能、运行灵活，便于调节，所以新风系统应内外区独立设置，系统风量宜小不宜大。2.2 新风系统形式的选择一、新风换气机组采用新风换气机有如下优点：a、可以回收冷热量；b、冬季可以防止内区送风温度过低。冬季内区虽然为冷负荷，但直接采用室外新风承担室内冷负荷可能会使人有不适感，采用新风换气机可避免这一现象；c、有助于保证空气平衡，新风换气送排风机独立设置，可根据空气平衡的需要进行调节。基于以上优点，应优先选用新风换气机作为水环热泵空调系统的新风系统。二、水环热泵机组水环热泵机组体积较新风换气机组小，可以用于空间受到限制的建筑中。采用水环热泵机组作为新风机组时，冬季内区的新风系统也应为制热状态，保证送风温度不至过低，出风温度可以设定为14，自动控制。三、低噪音风机箱低噪声风机箱将室外空气直接送入室内，应注意以下问题：a 、新风负荷对室内设备选型的影响；b、冬季应避免直接吹向人体；c、冬季不易加湿，适用于对湿度要求不高的场所。3 集中空调风机盘管加新风空调系统的设计3.1 负荷特点及设计原则大体量建筑的空调负荷有以下特点：a、外区夏季室内负荷为冷负荷，冬季为热负荷；内区冬夏均为冷负荷；b、内区的冷负荷主要与客流量有关，与季节变化无关。根据以上特点，应按照以下原则进行空调设计：a、内外区新风系统独立设置；b、内区新风机组宜采用变风量机组，室内冷负荷由新风承担。3.2 内区新风量的确定3.2.1 新风量计算夏季新风量按满足人员需要的最小新风量计算。冬季新风量按消除内区余热所需风量计算： L=Qx/c(tn-to)Qx：室内显热冷负荷tn：室内设计温度，24to：送风温度，综合考虑舒适性与节能相结合，以及加湿过程对温度的要求，将送风温度定为14下面以一具体实例比较冬夏新风量的差别。某餐厅雅间，建筑面积25m2，人员密度0.4人/m2，其负荷见下表： 人体负荷W照明负荷W设备负荷W食物负荷W合计W全热Q13003002001801980显热QX650300200901240经计算消除余热的新风量为370m3/h，夏季最小新风量为200 m3/h，两者相差较大，采用变风量机组必要的。3.2.2 冬季送风温度设定值对送风量的影响冬季送风温度的设定值直接影响送风量的确定和新风机组的选择，也直接影响到节能的效果。送风温度降低可以减少送风量，但在此送风量基础上选择的新风机组使用时限就会缩短，室外温度超过这个温度后，风量就不再满足承担冷负荷的要求；反之，新风机组就会选型过大，投资提高，耗电增加，显然也是不合适的。本人认为，最大风量与最小风量相差一倍左右较为合适。3.3 新风的处理夏季为了充分利用人工冷源，减少室内冷凝水量及风机盘管承担的冷负荷，将新风处理至室内状态点的露点，采用定露点控制法控制。冬季将新风加热至C点或C，点,即等焓加湿或等温加湿至送风状态点O点，然后送入室内。 夏季处理过程 冬季处理过程 3.4 新风机组的控制一般情况下，风机盘管加新风的空调系统多用于单个房间较小，但房间总数较多的建筑，由于每个房间面积不大，新风量少，根据房间需要采取变风量控制的情况很少，因为投资大，得不偿失。当较大面积的区域采用风机盘管加新风的空调系统时，根据新风需要采用变风量控制是节能的，可行的。本文所说的变风量机组仅考虑冬夏季不同风量的转换，不涉及末端风量的调节。控制要求如下：冬季当室外温度低于14时，新风机组大风量运行，新风加热至14送入室内；夏季当室外温度高于19时(室内状态点的露点温度)，小风量运行，新风处理至室内状