云计算架构与中央空调节能运行控制

云计算架构与中央空调节能运行控制【摘要】面对现代建筑多样化的功能需求，中央空调系统日趋复杂，而能源利用效率则更低。大型公共建筑的中央空调系统已成为社会经济粗放型发展，能源浪费巨大的集中体现。要想从根本上解决大型中央空调节能问题，必须建立系统化节能控制系统，从建筑各区域控制来强化中央空调系统的节能运行管理。但是完全无序的区域控制会不断影响中央空调的运行效率。因此控制系统区域控制的协同性，以及区控与中央空调运行的响应机制非常重要。云计算作为智能网络化控制计算模式的新发展，以其卓越的分部式、并行网格化计算，及大量富有弹性的计算、存储资源等特点为大型中央空调系统的节能运行管理提供了更加广阔的发展空间。【关键词】云计算智能建筑中央空调节能中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：引言目前，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三个“耗能大户”。尤其是建筑耗能，伴随着建筑总量的不断攀升和人们对居住舒适度要求的提高，呈急剧上升趋势。21世纪头20年是我国建筑业的鼎盛期，到2020年全国建筑面积将接近2000年的2倍。但是按照目前的建筑业发展现状，不仅既有近400亿平方米建筑的99%为高耗能建筑，而且新建建筑的95%以上仍属于高耗能建筑。到2020年我国建筑总能耗将达到10.89亿吨标准煤，超过2000年的3倍1。如此看来，建筑能耗状况已经成为牵动社会经济发展全局的重大问题。建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空调能耗等）约占全社会总能耗的30%。其中最主要的是建筑采暖和空调，两项合计可占到全社会总能耗的20%。而这“30%”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源（这部分能耗占全社会总能耗的16.7%），和建筑相关的能耗将占到全社会总能耗的46.7%。其中，我国大型公共建筑能耗高，能效低的问题尤为突出。2007年，根据清华大学与建设部的研究抽样调查显示，大型公共建筑面积占城乡建筑总面积的4%，但消耗的电量却占22%。据测算，我国大型公共建筑单位面积年耗电量达100300kWh，为住宅建筑用电量的10倍以上2，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5-2倍。可见大型公共建筑节能又是全面建筑节能问题的重中之重。大型公共建筑中央供暖空调能耗现状从耗能比例上看，中央空调是大、中型公共建筑能耗浪费无度的集中体现。普遍认为中央空调用电占大型公共建筑用能的50%以上，但是在这部分能源消耗中冷冻机只消耗了30%至40%，而有56%至70%的电由输送和分配冷量和热量的风机水泵所消耗3。而且，大型建筑经常会出现空调冷热不均的现象，往往很多区域会空调过冷，其间的能耗浪费就更是无法估量。同时，中央空调系统在设计时，是按照建筑的最大用能需求来选配设备的，而在实际运行过程中，中央空调系统98%的时间是在70%负载的状态下上下波动的4，其运行效率较低。相关技术人员在对北京大型公共建筑的综合能源审计过程中了解到，大型公共建筑中央式供暖空调系统存在严重的能耗浪费问题。许多建筑的使用率并不高，大型宾馆酒店入住率往往在60%左右，大型写字楼也常常有20-30%的闲置区域。但是这些建筑的供暖空调系统不得不长年全负荷运行，闲置不用的区域并没有供暖空调分级管理。而一些超大型社区，业主也无法根据建筑功能的不同而采取分时分区的控制。例如某置业集团总物业建筑面积达14万平方米，其中包括五星级酒店6万平方米，还有写字楼和商场合计8万平方米。写字楼和商场夜间并不营业，而酒店是24小时营业。可整体社区的供暖系统无法分路控制运行，因此写字楼和商场无奈之下，只好和五星级酒店一同24小时供暖运行。而技术人员对大型商场的现场调查发现如下现状。在严寒冬日里穿着羽绒大衣步入大型商场时，你会顿觉暖意融融。可不出5分钟，隆隆作响的空调和熙熙攘攘的人群所发出的低温辐射就会让你浑身冒汗，可专卖柜台内年轻漂亮的服务员都是穿着短袖，有的甚至还是裙装打扮。而转眼到了炎炎夏日，调研人员又穿着短裤背心去逛这家商场，有时冷风会吹的你汗毛立起，可再看柜台里，服务员却换上了长袖衬衫，还打着领带。这种问题已经不是个例，而是大多数大型公共建筑的通病。过度的耗能奢华在满足大众虚荣心的同时，深层面上则是社会经济要为高额的供暖空调系统能耗埋单。2.大型公共建筑中央供暖空调系统能耗浪费根源探究2.1现代建筑多样化的功能诉求造就了超高能耗随着现代化社会人们生活方式的多样性拓展，用户对建筑的功能诉求也越来越丰富。家居、办公、娱乐、健身、会议等等，都要在同一建筑里实现。而无论是大型综合类建筑还是中小型多功能建筑，要切合实际的满足现代化社会中的多元化需求都是一个复杂而多样化的难题。但是不同功能的建筑的能耗使用要求大不相同。大型商场的应用时间一般为每天9:00-21:00，而且商场人流密度较大，夏季空调负荷很大，但是，冬季供暖负荷较小。餐饮和会所的营业时间为12:00-24:00，甚至夜间也营业。而会议中心的应用时间多为9:00-17:00，而且多为临时性负荷。酒店的供暖空调是24小时全时段负荷，为了百分百保证住客的舒适度，空调持续运行。写字楼每天的运行时间时8:00-19:00，但是经常会有部分用户加班。如此复杂的供暖空调能耗需求在一栋建筑的一个系统内实现，没有功能完善的分区调控，中央空调系统最现实的运行模式就只能是按照某个建筑区域用户的最大需求全负荷开启。2.2建筑用户不健康的舒适度要求纵容中央空调能耗奢侈浪费建筑的使用者对建筑舒适度的要求不断提高，甚至到了不合理的程度。有很多的业主在运营管理中谈到供暖空调时，要求冬夏两季温度同样要保持在24。美其名曰保持建筑内四季如春。可实际上，如此的要求并不能给人们带来切身的舒适。因为冬季和夏季的室外环境及人们的生活衣着习惯都有很大差异。夏季里，白天的室外温度基本高于30，甚至高于35。而这时人们为了适应外界炎热的环境，总是穿着短袖短裤或者裙装。这样的着装如果长期处于温度较低的室内环境中，不是感觉凉爽，而是感觉冷。冬季里，人们为了抵御外界低于零下的严寒，总是穿着较厚的棉衣，里面还要穿上毛衣和保暖内衣，即使进入室内，也只是习惯脱掉较厚的外衣。这样的衣着在温度较高的室内环境中不是感觉温暖，而是感觉炎热，而且经常会出汗。人体对建筑热环境的生理反应正如文献5中所述：人体与环境之间保持热平衡的热交换方程为：MRC-E1-E2=S（1）式中：M代谢产热；R辐射换热；C对流换热；E1无感蒸发散热E2汗液蒸发散热；S人体热变化量（当人体换热达平衡