绿色建筑中暖通空调节能控制方法的研究

彭 涛

(甘肃建投建设有限公司,甘肃 兰州 730000)

随着建筑行业的高速发展,在复杂多变的时代背景下,建筑工程不仅需要满足用户群体所需的功能性,还应当契合时代发展的需求。现如今社会对建筑工程在绿色环保方面的要求不断提升,想要契合现代化工程的发展目标,就需要切实提升建筑工程的环保特性。伴随绿色建筑成为热门的建筑工程类型,其中,暖通空调系统的节能控制功能至关重要。由于暖通空调是必不可少的设施,为了提升绿色建筑的环保性,必须解决暖通空调能耗过大的问题。通过采取切实有效的节能控制方法减少能源消耗,能够符合当下的环保需求,促进能源的利用。

1 工程案例

某建筑工程位于一线城市的中心区域,占地面积为5 266.8 m2,该建筑的主要功能是办公与商务。为了契合社会发展的需求,响应我国对于绿色生态建设工程项目的发展方针,该建筑的建设原则是绿色环保。其中,暖通空调系统是影响建筑环保性能的重要系统,为了满足建筑的基本功能特性,也为了提升人们的居住体验感和舒适度,暖通空调系统是必不可少的设施,该绿色建筑工程为了有效节约能源、降低能源消耗,采取了一系列暖通空调节能控制方法,降低了暖通空调系统的总体能耗。

2 绿色建筑中暖通空调节能的前期准备

2.1 暖通节能能耗分析

暖通空调系统主要包括空调机组和换热机组、风机盘管等。空调系统能耗影响因素见图1。

图1 空调系统能耗影响因素

为了实现绿色建筑节能减排的目的,在对暖通空调系统进行节能控制的过程中,需要采取现实可行的方法。首先,应当从能耗分析入手,明确暖通空调系统中的能源使用情况,针对性地调整控制方案,解决部分设备能耗过大的问题。绿色建筑中使用的暖通空调系统,其整体结构较为复杂,其中的换热站为非常重要的设备集群。换热站主要是通过换热器进行热量排放,促使建筑中的热量能够被及时排出,排风系统能循环往复地执行。要对绿色建筑暖通空调的能耗进行分析,应当清楚其运作原理,换热站中包含室内外温度采集传感控制器,当温度传感器采集到信息后,会将其传递给换热站中的气候补偿控制器[1]。气候补偿控制器会结合此前设定好的参数条件输出调节信号,进而调节内部温度条件,使其达到预设的温度值。想要调节温度值达到特定的数值,通常采取供水温度采集的方式,控制换热站送风的温度,以此控制热源进出的循环过程。因此,其中涉及的气候补偿控制器、换热器、电动三通阀、供水设备、温度采集传感等设备都需要消耗能量,在进行硬件设计的过程中,可以从降低能耗的角度出发,选用能耗较低的设备,从根本上解决能源损耗过大的问题。暖通空调系统也会涉及室内外环境温湿度的调控,由于能源的损耗不可避免,想要更加契合节能目标,应当在降低能耗的同时进一步计算精准的负荷。

2.2 精准计算负荷的方法

绿色建筑中的暖通空调控制系统能源损耗较大的原因是超负荷运转,因此,需要精准计算暖通空调系统承载的负荷,在满足基础条件的同时,控制其负荷在正常范围内,有效降低能耗、成本。很多设备在经过长时间的运行后,其承载负荷的能力直线下降,而操作人员没有及时发现问题,依然采取此前的运作方案,会导致这些设备无力承载过大的负荷,持续增加能源的消耗,增加不必要的支出成本,也会使运作效果大打折扣,极大地影响了使用体验,降低了工作效率,不利于推动节能控制的进程[2]。暖通空调系统中的空调机组进行热回收时,需要承载排风、送风、回风等任务(见图2),不同任务对设备施加的负荷也不同,精准计算负荷的方法通常要将影响绿色建筑内部温度变化的所有可控因素都考虑进去,比如绿色建筑自身存在的热损失情况,以及建筑所处区域当下的太阳直射强度、当前温度、气候变化因素所导致的温湿度差异等,除此之外,设备的使用年限、设备的基础性能条件也是影响负荷的权重因素。

图2 暖通空调系统热回收流程

3 绿色建筑中暖通空调节能控制方法分析

在绿色建筑中做好暖通空调节能控制工作,主要的原则有节约原则、循环利用原则和生态环保原则,可以采取的切实可行的控制方法有以下几种。

3.1 应用蓄热技术

蓄热技术的分类及特点见表1。第一种方法是基于绿色建筑暖通空调的系统布置情况,将蓄热或蓄冷技术应用在节能控制的过程里。暖通空调在运作时,其内部的电负荷呈现线性波动,想要有效提高电能的使用效率,可以采取专用的蓄热或蓄冷设备,提前积蓄一定的冷气或热量,降低电能的损耗,缓解总体的用电压力,提升节能环保性。通过DDC控制器的技术,融合蓄冷或蓄热设备,共同将绿色建筑暖通空调系统中的回水与冷冻水的温度调节至最佳状态,确保在实际运作过程中暖通空调的机组运行数量是适宜的,保证暖通空调系统能够储备特定的水量,在遇到突发状况时也能保持正常运转[3]。

表1 蓄热技术的分类及特点

3.2 安设温度传感器监测温度变化

第二种方法是采集建筑内部的温度信息,根据收集到的温度数据调整绿色建筑暖通空调系统的新风量与出风量,不同的暖通空调系统的适宜出风量不同,因此,应当结合实际的温度变化进行调整。经过专业部门多次核算过后的最佳计算公式,精准计算出该绿色建筑适宜的暖通空调启动次数以及时长,将其启动的运作过程控制在最佳节能状态,保证运行的稳定性,提升整体的节能效率。结合温度变化情况调节新风口和出风口的开关次数,在暖通空调处于停止状态时,最好将所有的通风阀门都关闭,以此来有效地节约能量的损耗[4]。为了进一步增强感应效果,可以适当安装性能优良的温度传感器,帮助接收更加准确的温度数据,在选定的时间内对其进行调节,通过电信号的形式输出温度数值变化情况。出风和回风的温度都应该保持在设定的温度范围内,结合此前评估的数值进行校对和调整。温度传感器种类及特点见表2。

表2 温度传感器种类及特点

3.3 采用热泵技术

第三种方法是采取热泵技术,此种技术的原理是通过循环热源提取的方式对可再生资源进行废物利用,使其能够产生出热能,进而为绿色建筑暖通空调节能系统提供能源支持,实现环保的目的,节约获取能源所需要支付的成本。热泵技术还具备更强的稳定性和实用性,传统能源能耗大、价格高,长期使用需要支付巨额的费用,比如煤、石油都属于较为昂贵的能源,而且不可再生,环保性较低。将城市工业中排放出的热气以及人们在日常生活中产生的温室气体、城市土壤内部的能源、地下水中的能源等各种可再生资源利用起来,形成高效的能源产生系统,通过热泵技术实现高效节能的循环利用装置。采用热泵技术能够通过热力循环的方式,迫使物体中的热量从低温物体流向高温物体,降低热量损耗,利用热能形成能源输送体系,运作方式简洁,环保节能,节省了一定的工作量,延长了绿色建筑暖通空调系统的寿命,降低了污染[5]。太阳能热泵原理见图3。

图3 太阳能热泵原理

3.4 采用变流量技术

第四种方法是采取变流量技术,针对性地调整绿色建筑暖通空调控制系统的运作方案,动态调节暖通空调负载,调节时可以针对室内外温度变化情况以及一天中不同时间段内的实际温度需求,动态调节冷冻水循环和热水供暖等系统的函数,通过变流量计数方式实现动态化的控制。变流量技术能够有效提升绿色建筑暖通空调节能控制工作的灵活性和专业性,契合节能环保的理念,降低各方面的支出成本,提升绿色建筑暖通空调系统运行过程的协调性。

3.5 在绿色建筑中增加环保材料

第五种方法是在绿色建筑外部加设保温隔热材料,运用物理形式降低温度的剧变程度,不断提升暖通空调系统对建筑内部温湿度的控制水平,从根本上降低能源的损耗。加设保温隔热材料,还能够减少建筑材料的使用量,降低实际的维护成本,保证建筑体内部的空气质量。在增加环保材料时,也要考虑环保材料的材质,确保其与实际条件相符,契合节能环保的理念,依据绿色建筑的设计规范标准,保证增色材料的施工质量,基于绿色建筑暖通空调智能控制设计标准,进行材料设施建设的方案更改。

4 绿色建筑中暖通空调节能控制优化方法

4.1 增强自然通风的应用比重

大多数的工程设计团队在对绿色建筑空调系统进行设计时,通常只是对暖通空调中的设备进行节能控制优化,却忽略了自然通风在环保节能这方面所能够施展的功效。通过自然通风,可以提升建筑室内与室外空气的循环效率,加速空气流通,提升室内的空气质量,降低温差,增加空气舒适程度,为用户提供更良好的体验[6]。自然通风的设计不需要消耗能源也能够降低污染,因此提前采取增加自然通风的措施更加重要,在优化节能控制方案的过程中增加空气流通的作用力。想要加强自然通风的效果,可以在绿色建筑周边新建绿植,增加导风、通风设备,利用自然风力,加速空气流通,形成更加稳定的通风设计。

4.2 巧用变频技术和热回收技术

为了持续减少能源压力,降低用电量,可以积极采用新型实用技术辅助绿色建筑暖通空调节能控制系统的工作,其中,变频技术能够推进暖通空调系统节能减排方案,使得暖通空调在特定的时间段内以最适宜的频率启动一定的时长,减少不必要的能源支出。

通过内部的温度传感器,识别多变化信号,变频调控。优化变频技术的方式有多种,例如可以从优化风机和风管的压力入手,提升空调机组的反应速率,提升系统的整体送风量,优化负荷变化的方式。除此之外,也可以采取具备较强优势的热回收技术,这也是优化绿色建筑暖通空调智能控制系统的重要技术,尤其是在城市人口聚集的地方,有着许多能够收集的热源。持续优化热回收的效率和质量,提高新风系统的智能化水平,采用性能更强的排风系统。回收废气带来的热能也是废物利用的有效形式,热回收技术的总体节能控制效果也会更好。

4.3 优化节能控制方案

基础条件和实际需求不同的绿色建筑,在执行暖通空调节能控制操作时,所采取的节能控制方案不同,所遇到的困境也有所区别。想要进一步优化节能控制的效果,就应当从实际出发,结合此前落实节能控制方案存在的不足与困境,针对性地解决问题,不断优化节能控制的方案,重新调整新风系统的设计,设置更适宜的空气回收装置,采取性能更强的新风热交换机对室外新风进行处理。科学设定暖通空调系统中的运行参数,不合理的运行参数只会加大能源的消耗,也容易对设备造成损坏,所以,在不同的温度条件以及不同的运作模式下,更应该采取专业的测算方式,科学设定暖通空调系统中的运行参数。调整方案时还可以从热源和冷源入手,选择最佳的热源或能源,调整能源的分配方案,采取环保性能更强的机组。除此之外,还要注重节能控制方案的整体性以及其与绿色建筑工程方案的契合度,加强绿色建筑中其他系统与暖通空调系统的配合程度,提升节能控制方案的专业性,不仅要符合建筑自身特性,还要与其他系统进行更加紧密地互动,形成良好的合作模式,减少暖通空调系统的能耗。

5 结语

综上所述,绿色建筑工程暖通空调系统的节能控制功能是非常重要的,为了切实提升绿色建筑的环保性,必须落实暖通空调的节能控制。绿色建筑中暖通空调节能控制的前期准备工作有能耗分析和精准计算负荷,能够采取的方法有以下几种:第一种方法是将蓄热或蓄冷技术应用在节能控制的过程里;第二种方法是采集建筑内部的温度信息,利用数据调整参数;第三种方法是采取热泵技术,通过循环热源提取的方式对可再生资源进行废物利用,使其能够产生热能;第四种方法是采取变流量技术,针对性地调整暖通空调控制系统的运作方案;第五种方法是在绿色建筑外部加设相应的保温隔热材料。