建筑暖通空调的节能及优化处理研究

叶小刚，袁彬彬，钱波，唐国强

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

建筑的不断发展改变了人们的工作和生活方式，增强了居民的幸福感和体验感。节能型建筑采用先进的智能化设备系统改善了业主的居住环境，采用先进的节能措施和方法可以优化智能设备的运行状态，降低电能消耗，更加适应当今社会节能、环保、低碳的发展理念。暖通空调系统作为智能建筑中能耗最高的系统，占据建筑能耗的一多半，定流量的水系统是传统的暖通空调系统中最常见的室内温度调节方式。在当前建筑中，采用了变风量和变流量系统，相较传统的空调系统，能耗更低、调节效率更高[1-6]。

在建筑中，暖通空调系统的设计和施工中的节能优化是设计人员和施工人员必须考虑的问题，因此，作者应该从本人工作实践出发，选择在空调系统设计中对系统优化设计的一至两个问题，深入剖析，介绍节能的先进设计经验。

2 建筑暖通空调设计需要遵循的基本原则

2.1 节能减排基本原则

目前，建筑设备能耗较高，制定相应节能方案才可以降低能耗，提高资源利用效率，将节能方案和措施做成标准化，成为建筑设计节能的通用原则，才可以更好地节能减排、维护生态系统，更好地落实可持续发展理念。暖通空调作为建筑第一能耗设备，空调系统设计主要用到的设备原件有温控器、传感器、调节阀和气候补偿器等，因此，对暖通空调的设计，要在满足业主采暖供冷需求的前提下，优化节能措施方案。同时，在设计过程中考虑到室内外温差和墙体的保温性能，充分利用地热、空气能和太阳能等可再生绿色资源，替代电能和煤炭的传统能源，从而实现节能减排目标。

2.2 舒适性基本原则

建筑暖通空调设计不仅满足于调节室内温湿度和通风量，更应该侧重提高业主居住空间的健康和舒适度，在空调系统中，采用绿色环保型冷媒代替传统氟利昂制冷剂，减少对人体和生态环境的影响。

3 暖通空调高能耗的原因分析

3.1 系统关键设备运行不合理

在建筑中，提高暖通空调的运行质量和效率才可以降低其实际能耗。空调系统的主要核心设备是压缩机、风机和水泵等，同时这类设备也是主要耗能设备，在实际运行中会有相关因素影响其高效率运行，例如，系统运行轨道不合理、温度控制不合理、运行参数不合理等都加大了这类设备的无效运转，造成了不必要的资源浪费。

3.2 运行开关智能化有待提高

暖通空调运行中会根据室内温湿度自动调节，通过智能开关与变频技术调节系统运行启停和运行出力大小。因此，空调系统配置的开关应具有智能化、自动化控制功能。自动化开关可以对室内温湿度传感器传输的信号进行自动响应，并根据温湿度信号大小进行调节，避免空调系统过度运行，减少不必要的电能损耗。但是，目前一些空调的开关装置无论在灵敏度还是控制方面还是不够智能，不能对室内微小温差进行平滑控制，与预期目标还有差距，智能化控制技术有待提高。

3.3 建筑结构设计合理性不够

建筑物的结构设计对空调系统运行效率影响重大，建筑物的采光、通风、墙体保温效果都会影响空调的运行能耗。建筑结构以及墙体材料的选择至关重要，不仅要符合美观设计要求，还要注重材料的绿色环保。当前，很多建筑在设计时选用了玻璃幕墙，整体玻璃幕墙采光效果好、美观大方，但是保温隔热效果差，容易造成室内温度冷热不均和能量流失，加大了空调的运行能耗，不利于提高能源效率。

4 暖通空调系统节能方法措施

4.1 优化建筑物空调系统

节能型建筑的暖通空调具有制冷和制热两个功能，可根据室外温度变化向室内提供冷源和热源，同时制冷和制热过程也是整个系统中能耗较大的环节，因此，设计人员应不断改进工艺和技术，提高空调压缩机系统效率。在制冷功能运行情况下，可以采用“串并联”方式提高冷量的存储能效和利用率。在制热功能运行时，采用更加智能灵敏的温控阀控制水流量的动态流动，实现温度控制的平滑稳定。

4.2 合理应用热量回收技术

空调系统运行时，动力设备运行和管道冷凝热会排放出去，采用合适的热量回收技术可以循环利用冷凝热和排风余热，提高空调制热效率。

4.3 探究可再生能源利用技术

针对空调系统电能消耗大的特点，可以探究储能设备与可再生能源相结合的方式，通过采用太阳能制热、地源热泵制热、风光发电储能技术等，实现绿色能源替代传统石化能源。

4.4 优化变频空调技术

近年来，随着变频控制技术的研发和应用，可以实现对空调压缩电机更加灵活和平滑的运行控制，降低空调系统能耗。

5 BA控制系统中暖通空调的优化控制

通过将空调相关运行信号接入楼宇智能控制系统中，可以实现中央控制器对空调系统运行情况的集中监控和控制。节能型建筑的空调系统各设备分布式运行，且送排风系统工作量大，通过对系统的集中监控可以及时发现系统运行异常，并做好系统整体运行情况分析。同时，提高空调的优化控制技术，可以降低设备故障率和运行异常率，并及时做好设备维护检修，避免空调系统带病运行，提高能效。

5.1 DDC与ID的合理选用

在楼宇智能控制系统中，总共有三个处理能级级别的DDC控制器。中小型控制器一般用在空气处理和通风机、新风系统上，大型控制器用于冷冻机房和配电房内，通过搭配合适控制器可以实现系统运行和谐匹配，提高控制器运行性能。VRV中央空调控制器可以实现对末端分布式设备的远程监控和控制，末端传感器可以采集现场相关数据，并采用TCP/IP局域网或者总线R485通信技术方式，将传感器数据传输至中央控制器，并将中央控制器指令传输至终端设备进行相关操作，例如，控制开关、风速风向控制、温度调节及故障报警等。在楼宇智能控制系统和节能管理平台上，设计人员可以依据VRV中央空调控制器RS232/RS485接口和通信协议进行相关功能拓展开发，实现与其他系统或设备的联动控制。

空调的空气处理机是保证空调系统运行稳定的核心设备，因此要确保其DDC控制器与PID参数相匹配。当设置的PID参数低于实际需求时，那么空调系统运行达到温度设置值的时间就会变长；当设置的PID参数高于实际需求时，所需时间会缩短。PID参数设置较高时，DDC控制器系统运行的稳定会降低，制冷和制热量会有一定波动，电动调节阀会周期性运动。因此，必须确保PID参数控制在合适的范围内，才能对正常的室内温度实现平稳调控。常见的设置PID的参数方法：当调试人员已知临界点的频率，可以根据相关原则直接整定PID参数；若已知临界频率点过程对象的幅值，可以采用移动临界点的方式，将其移动至幅值和相位裕度位置进行PID参数正定。

设备运行人员采用双级控制的方式高系统对与室内温度变化的响应速度，确保空调管道温度与室内温度变化的一致性。同时，根据现场不同的环境和气候，合理调整空调运行方式。对于商业建筑，运行人员可在夏秋季节对空调系统进行合理设置，在清晨启动空气处理机和新风系统，流通室内空气起到预冷换气作用。

5.2 BA控制权的合理使用

BA楼宇智能控制系统可以实现对所有系统的集中控制，发挥中央控制的主动权。例如，对大型综合场馆和办公建筑，会根据实际需求设置不同功能区域，同时每个区域对温湿度的需求不同，但是空调系统DDC控制器不能设置多组参数，因此，可以使用中央控制系统VRV控制面板对各个子设备实现分组控制。

5.3 控制网络的优化，并建立BAS监控中心

节能型建筑的暖通空调系统复杂且分布广泛，在设计环节应合理地做好空调系统的管网优化。设计时，采用RS485总线技术为基础的控制网络，尽量简化其拓扑结构，确保控制网络简单可靠。对大型建筑采用楼层网络分级方式，对于小型分布式网络采用“手拉手”布线方式。节能型建筑中暖通空调系统的核心控制位于BAS监控中心，负责整个空调系统的运行控制。在某些设计中，楼宇智能化系统同时管控着空调监控、安保监控、消防系统等，该设计方式不太合理。例如，大型商业建筑场所，锅炉房和冷冻机房单独设置，距离较远，在对关键设备进行操作时存在一定难度，为了提高整体的安全可靠性，应对楼宇智能系统进行科学合理的规划。

6 结语

暖通空调系统是当前各个节能型建筑必不可少的一部分，同时也是能耗最高系统。在暖通空调实际运行中，由于各种因素影响着其运行效率，严重阻碍了其高效率低能耗运行。本文通过对影响暖通空调节能运行的各个因素尽心分析，并提供了对应的改善措施和优化方案，通过对暖通空调系统进行一系列优化设计可以实现其运行工况的最优模式，实现暖通空调节能减排的目标，满足人民群众绿色、低碳、高效的生活方式。