浅谈基于自动控制的大型公共建筑节能改造

李明

（江苏联宏智慧能源股份有限公司 江苏南京 210046）

1 绪论

1.1 大型公共建筑的能耗特点

大型公共建筑的建筑面积一般在2万m2以上，根据具体功能可分为办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、交通运输建筑等多种类型，由于其建筑面积较大，因而不仅需要使用中央空调系统，同时照明系统、办公设备、电梯、供热系统等也同样有着较大的规模，这就给大型公共建筑带来了极大的能耗。而从整体上来看，大型公共建筑的能耗具有着以下几方面特点：①大型公建建筑面积总量小而在总体建筑能耗中占比高；②很多大型公共建筑的功能虽然大致相同，属于同类建筑，面积也相近，但由于其所使用的办公设备、照明设备、空调系统不同，因而在实际能耗上往往出现较大的差距；此外从整体上来看，各建筑自身照明插座、空调、动力等各分项能耗在总能耗中所占的比例也不尽合理。

1.2 未来大型公共建筑的节能方向

大型公共建筑的用能设备包括中央空调、照明、办公设备等多个系统，各系统用能一般以电为主，辅以天然气、煤、蒸汽等，因此未来大型公共建筑的节能改造需要将节约用电作为工作重点。而在另一方面，各能耗系统中以中央空调系统的能耗占比最大，一般在总能耗的50%左右，因此节电改造又需要对中央空调系统改造给予高度重视。

另外据统计，一些诸如设计不合理、调试不完善、运行管理不科学等造成的“大流量、小温差”等现象在国内大型公共建筑中十分普遍，这说明我国大型公共建筑的节能改造空间是比较大的。

2 高耗电设备系统的节能分析与控制

当前大型公共建筑设备系统节能运行改造多为设备厂商主动与业主直接联系，因而在改造过程中仅仅是对设备进行改造，通过降低设备能耗来达到建筑节能改造的效果，这样的改造方法不仅不会对建筑的整体节能效果进行考虑，同时也缺少专业的能耗诊断与节能潜力分析，其节能效果并不理想。对此，大型公共建筑的设备系统节能改造必须要重视前期的能耗调研、能耗诊断以及节能潜力分析，从更换低能效设备及构建设备自动监控系统实现高效节能运行双方面着手的系统工程。

2.1 中央空调系统节能改造

目前大型公共建筑所使用的中央空调系统以水冷式空调系统为主，因此本文以这一空调系统为例展开分析。图1为典型的水冷式中央空调系统图。

2.1.1 空调系统监控

中央空调系统的节能改造主要以空调系统监控为主，而根据水冷式中央空调系统的结构，其监控内容可具体分为制冷系统监控、水系统监控、新风机组监控及末端风机盘管监控几部分。

（1）制冷系统监控

制冷系统是水冷式空调系统的关键部分，无论是主机启动、运行还是冷水的温度、压力、流量、冷量，甚至是冷冻机的运行台数，都会对空调系统的耗电量造成直接的影响，而对于制冷系统的监控也要以这些内容为主。

图1 中央空调系统的大致构成

①从制冷设备的启动、关闭控制来看，启动时应从：冷却塔风机开始，之后依次开启冷却水闸阀、冷却水泵、冷冻水闸阀、冷冻水泵以及冷水机组，而关闭顺序则应与开启顺序相反，按照这一顺序编写程序，并利用现场控制器对冷水机的启停进行控制，就能够将能耗降到最低。

②在冷水机组的运行台数上，则需要利用现场控制器对冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量等参数进行测量，之后根据这些参数计算出空调的冷负荷，进而判断出合适的冷水机组运行台数，以免过多的冷水机组同时运转而造成能耗浪费。

③还要利用压差传感器来分别检测冷冻水供水管网分水器与回水管网集水器的压力，之后对二者的压差进行计算，并按照压差的设定值进行调整，从而保证冷水机组的正常运行。

此外，还要利用相关控制软件对环境温度进行测定，并根据实际环境温度的变化将冷冻水温度调整为设定值。

（2）水系统控制

空调水系统主要分为冷冻水系统与冷却水系统两部分，而对于水系统的监控也要从两部分入手。

①冷冻水系统控制

在冷冻水泵启动后，应通过水流开关出安装监测器，对水流状态进行检测，如流量过小时，则应立即发出警报并通过现场控制器来停止制冷机运行，此外，还要将制冷剂的运行状态显示出来。

②冷却水系统控制

要利用温度测量设备对测冷凝器入水口温度进行实时检测，从而确定冷凝器中的冷却水温度，之后按照这一温度对冷却塔的启动、停止与转速进行控制。另外，还要利用现场控制器对冷却水泵的启动停止进行控制，并将运行状态显示出来。

③水泵的变频控制

由水泵的工作原理可知轴功率与转速的三次方成正比。调节电动机电源频率就可调节电动机转速，调节电机转速也就是调节它的负载转速，可以达到调节流量的目的，同时，可显著调节轴功率。通过在水泵上加装变频器，可实现自动调节控制，变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化而随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能的目的。

（3）新风系统控制

新风系统控制内容包括：送风温度控制，根据送风温度对新风机水阀开度进行控制，实现按设定温度恒温送风；过滤器压差监测，当过滤网透气性太差时报警，提醒人为清洗；机组定时启停控制，根据时间表自动控制新风机组的启/停，从而在补充新风的前提下降低处理能耗和输送能耗。

（4）末端风机盘管控制

末端风机盘管的使用控制应以室内温度控制为主，即根据室内实际温度情况与正常温度标准对风机的转速与盘管回水管的电磁阀开关进行控制，从而在保证室内温度的情况下最大限度减少电能损耗。同时，也要采取定时启停控制策略，根据事先排定的工作作息时间表，设定现场允许启停阀门和风机的时间，避免开无人机等不节能现象。

2.2 照明系统的节能改造

大型公共建筑的照明系统主要包括办公室照明、公共区域照明、泛光照明（装饰性照明）三部分，其中以办公室照明系统的耗电量最大，而对这些照明系统的节能改造，则要以针对性的使用控制为主。

在办公室照明系统的控制中，应采用定时控制与照度控制相结合的方式，具体来说就是根据房间大小及灯具配置情况，把房间照明配电按窗户平行方向改造为多组，同时在上班时间应根据光照度自动开关不同组别的灯，而在下班时间和假期等非工作时间则要通过定时控制直接关闭电源。

而对于公共区域照明系统的控制则要采取定时控制、照度控制以及红外声光控制相结合的方式。也就是说要将公共区域的照明设备分成普通照明与特殊照明两类，其中不同照明应在工作时间根据照度自动开关，非工作时间则直接关闭；而特殊照明要保证光源均匀分布在照明区域内，同时利用红外声光延时开关进行控制以保证必要的照明。

2.3 办公设备节能改造

由于大型公共建筑的功能不同，因而其使用的办公设备也比较多样，但从设备能耗的角度来看，常见的高能耗办公设备主要有电脑、打印机、传真机等等，这些设备大多具有待机功能，因而在长时间处于待机状态的情况下，其消耗的电量自然也会比较大。然而在实际上，这些办公设备大多数的待机时间都在日常工作以外，如果能够改变办公设备管理人员的使用习惯，在下班后及时关闭设备电源，那么就能够达到很好的节能效果。手段主要在于解决待机电耗的问题与改善人员的用能习惯。针对这一情况，办公设备的节能改造首先应构建监管系统，利用该系统一方面可通过分户计量和定额管理并用的方式来拉动办公设备使用者的节能需求，实现无成本的行为节能；另一方面系统通过定时控制等手段，可有效避免因不良用能习惯造成的下班及节假日等非工作时间的无谓电耗及设备待机电耗，从根本上解决办公设备的节能问题。

3 结束语

在能源短缺问题日益严重的今天，对于大型公共建筑的节能改造已经迫在眉睫，而综合全文论述可以看出，节能改造并不一定是投资更换高科技的新设备新产品，实际上，充分利用能源监控系统，从“阀门关小点”、“温度调低点”、“照明少开点”等等简单的措施就能够取得很好的节能效益，这对未来大型公共建筑节能改造的推广是非常具有指导意义的。