楼宇自动化节能控制措施分析

2018-01-15李婷婷

装备制造技术 2017年11期

李婷婷

随着社会经济和科技的发展进步，人们对公办条件、生活环境的安全性、舒适性提出了更高的要求。楼宇自动化控制系统的出现很好地满足了人们的需求，但是楼宇自动化系统中的中央空调系统和照明系统通常是针对根据全负荷工作环境设计的，能源利用率相对较低，这两大系统消耗的能源占到整个建筑能耗的90%以上，在能源问题日益紧迫的今天，节能降耗已成为我国经济可持续发展的必要条件，为了解决能源供给与需求的矛盾，需要不断探索出更加合理的楼宇自动化节能控制措施。

1 楼宇自动化系统概述

楼宇自动化控制系统是一种以现代控制理论为基础的集中-分散型计算机控制系统，也叫做分布式控制系统[1]。该系统的主要特点是“集中管理，分散控制”，换句话说，就是通过在现场分散布设的微型计算机控制装置（DDC）对受控设备进行实时监控，解决了计算机集中控制带来的风险过度集中的问题，突破了普通仪表控制功能单一的限制。如，建筑内部控制中心的计算机具备显示、打印、软件管理、数字通信等多种功能，可以完成集中操作、显示、报警、打印等多种任务，实现了分布在建筑各处的设备与人之间的良好互动和集中管理，有效保证了设备的运行状态。楼宇自动化系统一般包括空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防护等子系统。楼宇自动化系统是构成智能建筑系统的最基本的组成部分，楼宇自动化系统中各子系统的组成如图1所示。

图1 楼宇自动化系统结构图

这些子系统可以用过集中控制软件实现集中管理，即楼宇自动化系统集成[2]。

2 楼宇自动化系统节能控制措施

在保证舒适性、安全性的前提下，可以通过多种节能控制措施针对不同设备和不同区域建筑的室内外环境最大限度地降低楼宇自动化系统的能源消耗，从而减少整个建筑的运行和维护成本。当前针对空调和照明两个系统的常用节能控制措施主要以下几种：

2.1 楼宇空调系统的节能控制措施

（1）动态调节空调系统循环水流量

不同于常规的变频控制系统，可以采用动态变流量空调节能控制技术采集参数，然后经过模糊运算获得控制参数，将参数输入到控制系统，根据变频技术动态调节空调系统循环水的流量，从而实现智能调节温度的目的，有效保障部分负荷情况下整个空调系统处于最佳运行状态，最终达到降低能源消耗的目的，图2为温度控制程序流程图。

图2 温度控制程序流程图

（2）精确控制室内温度、湿度

楼宇自动化系统的能源消耗与室内温度、湿度的关系密切。大量研究显示，处于夏季的建筑室内温度有1摄氏度的变化，就会带来大约9%的能耗；处于冬季的建筑室内温度有1摄氏度的变化，就会打来大约12%的能耗[3]。由此可见，降低建筑楼宇自动化系统能耗的有效手段之一是更加精准地控制楼宇室内的温度、湿度。因此，可以提高楼宇自动化系统的温度、湿度控制精度，将温度误差控制在1.2℃，湿度误差控制在在5%以内，同时参考热负荷补偿曲线合理设置浮动设定点，以便更加有效地自动调整室内温度设定值，从而最大限度地减少温度误差带来的能源消耗。

（3）空调启动、关闭时间控制

一般来说，深夜里的建筑是无人使用的，但需要预启动建筑中的相关设备，如空调、电梯、照明等子系统，以保证随时为人们提供舒适的生活、工作环境。除此以外，室内温度具有一定惯性，提前一段时间关闭空调，温度的变化也不会很明显。根据这个特点，可以计算出启动、关闭空调的最佳时间点，针对各个楼层的空调设备制定相应可调节的启动、关闭时间表，在保证舒适性的请提下尽量减少不必要的空调开机时间，从而实现节能目的。

（4）合理控制新风量

为了人的身体健康，卫生部规定所有建筑内的任何人都应享有一定的新风量。然而，假如新风量太多，就会增加空调系统的新风能耗。因此，应该在保证人体健康基础上，合理调节新风量，最大限度地减少新风量，以达到节能目的。具体来说，通过以下措施合理控制新风量：将新风量的比例控制在送风量的10%以上；通过检测CO2浓度确定合理的新风量；更具新风和回风比调整新风量；结合人们的生活、工作时间规律合理调整新风量。

（5）春季、秋季合理过渡

春、秋季过渡模式中的早晚温差明显。如果白天最高温度高于26℃时，可以利用晚上时间段的凉爽空气通过整体吹扫建筑带走建筑内残余的热量，同时净化室内空气。吹扫时可以更具热负荷曲线来确定吹扫时间，并根据当地气候环境的特点合理调整。除此以外，在春、秋过渡季管理人员可以制定灵活的管理策略，结合当地气温、环境、设备状态等因素，准确判断是否有吹扫的必要或者是否需要增加制冷、制热设备，尽量减少能源消耗。

（6）室内温度浮动控制

通常情况下，如果室内温度、湿度长时间维持不变（如夏季温度26℃、湿度50%），会导致室内外温差过大。如果人在恒定不变的低温环境下长时间逗留，加上室内、室外温度的较大差异，会使人体皮肤汗腺收缩，导致人体血液循环不畅，引起神经功能紊乱等问题。也就是“空调病”，而且保持恒定的温度会大大增加空调系统的能源消耗。针对这个问题，可以采用室外新风温度补偿调节措施，根据建筑外部的气温变化适当调整夏季、冬季的室内温度，在提供舒适健康的室内环境的同时有效降低空调制冷系统的节能效果。

（7）室内温度分层控制

对于政府机关、车站、机场等大型公共建筑来说，必须考虑人员的流动需求。在这些建筑内部连接楼层之间的自动扶梯部位的空气对流导致热空气上升、冷空气下降，会降低空调系统的温度调节效果。针对这种情况，可以在建筑顶部、室内或地面布设温度传感器来检测建筑内部不同空间的温度，根据检查数据对建筑不同楼层的空调系统进行调节，改变其设定温度，例如，对于靠上楼层的空间来说，可以适当降低设定温度，对于靠下楼层空间，可以适当提高设定温度。此外，不同的空调系统，调节措施有所差异，如针对大空间的定风量空调系统，可以调节其末端风口的送风方向；在夏季、冬季应将空调系统调整到不同的送风方向，夏季尽量向上部吹冷风，冬季热风尽量向地面吹热风，这样做可以有效改善垂直方向温度不均匀的问题。

2.2 楼宇照明系统的节能控制措施

（1）照明时间控制

可以根据建筑人员活动的规律来合理控制背景灯光的照明时间。例如，建筑内的工作区在工作人员下班后一小时自动关闭背景灯光。在人员通过的区域利用智能传感技术自动开启关闭该区域的背景灯光，以实现减低电力消耗的目的。采用桌面台灯和背景照明相结合的方式，晚上使用时自动调节桌面照明的亮度降低消耗。根据不同区域布设地下室车库的照明，在车位和车道设置照明，按照明时间表自动控制各区域的照明系统，如，白天开启车道照明，晚上开启全部照明，半夜逐步关闭车位照明，留下一半的车道照明装置用于提供基本照明。

（2）按需提供照明

按照实际需求提供照明，在需要时开启照明，不需要时关闭照明。例如，建筑内部的地下配电间、水泵房、电梯机房等位置一般来说不需要照明，因此，这些区域的照明通常是关闭的，但应该设置传感器，当检测到人员通过时自动开启照明，在一段时间后自动关闭照明。

（3）维持照明装置的最小光通量

维持照明装置的最小光通量水平，使照明装置既能提供照明，又能最大限度的减少能耗。通过合理运用感光设备控制光的接受，控制自然光，将自然光引入到建筑物中，可以使改善室内人员的心情，进而提高人们的工作效率，同时降低照明系统的能源消耗[4]。