对智能建筑暖通空调系统的优化

陈海圣

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。

关键词：智能建筑；暖通空调系统；节能分析；系统优化；BAS系统

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1

3 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PID控制，选择合适的PID参数对空调系统的稳定运行是非常关键的。PID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PID系数低，达到设定温度的过渡过程较长。但并不是PID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。PID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PID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適性，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。

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。