电气自动化在建筑节能的应用

仇友亮

摘 要：在建筑节能方面，电气自动化应用具有重要意义。基于这种认识，本文对电气自动化在建筑节能中的应用原理展开了分析，然后对热泵技术、变风量控制技术、照明节能控制技术在建筑节能中应用进行了探讨，为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：电气自动化 建筑 节能

引 言

在城市能耗中，建筑能耗约占四成。随着建筑数量的不断增加，建筑能源消耗也日渐增加。在能源有限的情况下，国家开始号召节能减排，要求加强建筑节能管理，推动建筑行业绿色节能发展。而建筑能耗主要来自于建筑中的各种用电设备，采用电气自动化技术则能实现建筑的电气节能控制，从而满足建筑节能管理要求。因此，还应加强电气自动化在建筑节能中的应用分析，继而有效进行建筑的节能管理。

一、电气自动化在建筑节能中的应用意义

根据《中国建筑能耗研究报告（2018）》可知，2016年建筑能源消费总量达8.99亿t标准煤，占全国能源消费总量的20.6%。在普通建筑能耗中，空调制冷和采暖系统能耗约占一半以上，另外照明系统能耗占10%～20%，导致建筑能源消耗指标超出规定，降低了建筑能源使用效率。在公共建筑中，采暖及制冷能耗约占75%，照明能耗约占20%。现阶段，城市建筑普遍采用电气自动化系统对空调、采暖、照明等电气设备进行监控管理，确保设备正常运行。而在建筑节能方面，还要实现电气自动化合理应用，才能使建筑节能控制水平得到进一步提高，使建筑能源损耗得到减少。按照国家颁布的《公共建筑节能设计标准》可知，在相同建筑室内环境参数调节下，应使空调、采暖等电气设备能源消耗减少一半以上[1]。因此，还应加强传感器技术、电力电子技术等技术构成的电子自动化技术的应用研究，在保证建筑环境宜居性的同时，实现建筑节能控制管理，使建筑能耗得到有效控制。

二、电气自动化在建筑节能中的应用原理

从建筑节能角度对电气自动化技术进行应用，还要采用多级控制装置，借助总控制器实现各级控制器的自动化管理，对建筑能耗进行实时控制。在自动化系统中，总控制器为核心组成部分，包含多个信息系统和接口，能够实现不同设备的连接，保证主控计算机能够与现场设备顺利完成信息传递。通过完成大量数据筛选，控制器可以进行正确指令发送，使建筑电气设备在执行器控制下节能运行。电气自动化在建筑节能中的应用原理图。OPCSever为系统核心组成部分，能够提供较多接口，获得相连硬件装置信息，通过设计程序代码对不同装置进行操控。连接传感器终端，可以实现室内环境参数、设备运行数据等各种信息采集。连接现场DDC控制器，可以接入系统各控制点和监测点，使空调、热泵、送风等设备得到集中布控管理。利用数据库，系统能够完成各种控制器和客户端数据的接收和存储。针对客户端发送的指令，经过服务器处理后可以得到相应执行命令，借助现场执行器实现設备电气自动化在建筑节能中的应用原理图图2热泵技术原理图运行控制。利用以太网，系统服务器能够实现与客户端的通信。用户登录系统完成身份验证后，可以根据历史信息完成设备运行参数设定，实现建筑节能控制管理。

三、建筑电气自动化节能技术的实际应用

3.1热泵技术的应用。在建筑供暖和制冷方面，为实现建筑节能，可以采用热泵技术实现地面建筑温度调节，将地球浅层温度与地面建筑温度联系在一起。利用埋管式热泵系统，将水当成是冷热量载体，利用土壤中埋设的换热管道使水在热泵机组内循环流动，可以实现设备与土壤的热交换，为建筑提供冷热源。如图2，为热泵技术原理图。实际应用该技术，需要采用状态信号控制法实现热泵设备自动化控制，通过控制循环水需求量实现建筑节能控制。利用DDC，可以进行热泵机组各支路电磁阀信号采集，确定热泵使用率和循环水系统的输送流量。在循环水总管上安装流量传感器采集供水量信号，比较实际流量和系统总输送流量，可以通过参数设定实现水泵转速调节，使机组达到需求流量，实现热泵设备的高精度控制[2]。在实际进行技术应用时，可以采用PID闭环控制方式，利用控制器进行编程和参数设定后，根据目标区域反馈值实现循环调节。根据机组运行时间记录，在启动阶段进行运行时间少的机组安排，可以加强系统平衡控制阀调节，在保证系统稳定运行的同时，使机组使用寿命得到延长。

3.2变风量技术的应用。空调能耗之所以较大，除了与冷热源设备能耗有关，也与送排风设备能耗过多有关[3]。在实际设计时，需要采用变风量控制技术，利用终端控制设备实现电动风门开启控制。在室内温度设定值发生变化时，利用变频调速设备，能够实现风机转速自动调节，通过改变送风量实现温湿度等环境参数调整，达到环境参数设定要求。如图3所示，为空调节能自动化控制原理。预先设定温度，与检测得到的温度进行比较，可以利用得到的结果进行送风温度调节，实现送风温度自动控制。通过在送风箱内完成变频器安装，然后利用压力传感器实现送风道压差检测，则能结合风压变化实现变频器输出控制。借助控制器和电动风门，可以实现电动风门开启程度的控制，使风机转速得到调节。实际为提高设备控制精度，利用风道中的传感器完成回风温度检测后，系统会将得到的信号传输至DDC控制器，通过比较和运算分析得到相应电压控制信号，调节加热器或制冷器电动调节阀的阀门开度。针对新风，同样需要实现温度检测，实现新风和回风的焓值比例计算，实现新风和回风风阀调节。利用压差开关，能够对风机启停状态进行检测，在风机前后压差达到设定值后调动自动控制程序。如果压差过低，系统会实现连锁控制，即在风阀与水阀连锁的情况下，使风机停止运行。

3.3照明节能技术应用。照明系统能耗同样较多，在照明节能控制方面需要实现大量照明设备的串联，加强照明参数输入和输出控制，利用集成控制装置实现照明自动化控制，减少系统能源消耗。具体来讲，就是可以根据室内桌面光照度作为输入参数，根据设定值实现照明设备的节能控制。按照国家规定，室内办公桌面照度应达到300lx。在实际进行照明设备节能控制时，还要结合照明区域实现照度控制。如表1所示，为结合照明标准设定的建筑各区照度和功率密度表。光照度设定值应为自然光与人工照明的合成结果，利用传感器能够实现自然光照度值的检测，然后结合设定值进行实际人工照度值的计算，得到控制器输出控制信号。采用自动化系统，能够对各照明灯具亮度进行调节，并且能够加强灯具的监控管理，因此能够节省约30%的灯具用电量。采用该技术，可以实现照明系统多线路电源开关集成管理，借助公共通信线路实现信息传输，因此能够使照明系统得到统一管理。

四、结论

在对建筑行业发展水平进行衡量时，建筑自动化水平为重要的标准之一。在应用电气自动化技术时，不仅需要保证建筑电气设备的正常运行，还要实现节能控制，才能使建筑智能化水平得到提高。因此未来在智能建筑建设中，还要在建筑节能方面加强电气自动化技术运用，实现建筑制冷、采暖和照明等各方面的节能控制，使建筑能耗得到有效降低。