绿色建筑中暖通空调节能控制方法研究

2019-10-24李祥

智能建筑与智慧城市 2019年10期

李祥

（哈尔滨工业大学建筑设计研究院）

1 引言

随着可持续发展战略的实施，科学技术不断创新的同时，节能成为人们目前重点关注的问题，尤其是在建筑行业，绿色建筑的发展需要节能方法的不断研究，才能最大化的提高绿色建筑的节能环保理念，从根本上提高绿色建筑的节能效果。在节能环保的理念下，强化绿色建筑的生态保护效果，为绿色建筑的稳定、持续发展提供强有力的动力[1]。

为了强化绿色建筑的节能效果，要对影响绿色建筑节能效果的各方因素进行详细的研究，才能实现绿色建筑中暖通空调节能的良好控制，提高绿色建筑的整体节能效果，并完成绿色建筑寿命的提高。随着全球能量损耗的不断提高，各国政府相继出台了环保相关法律，指导各个行业进行节能、环保的推进。针对绿色建筑行业来讲，最为严重的能量消耗由暖通空调产生，甚至在部分绿色建筑中，降低暖通空调的能量损耗即是降低绿色建筑的整体能量损耗，因此暖通空调节能控制方法研究对于降低绿色建筑能耗具有重要的作用[2,3,4]。

绿色建筑中暖通空调的作用为：采暖、通风与调节室内空气。在绿色建筑的总体能量消耗中，暖通空调所占的比例是相当高的，有些绿色建筑中的暖通空调能耗可达总能耗的52%。根据目前的暖通空调能耗占比，研究暖通空调节能控制方法，降低绿色建筑中暖通空调的能耗，即大幅度降低绿色建筑的整体能耗，缓解日益紧张的能量供求关系[5,6]。

2 绿色建筑与暖通空调

2.1 绿色建筑

所谓绿色建筑是指能够达到节能减排目的的建筑物，确保在其全生命周期内，满足居住者工作、生活中空间需求的同时，也满足人们对健康居住的需求，并在最大程度上实现人与自然的和谐共生。绿色建筑具有健康、舒适、节能环保的有特点，是符合可持续发展理念的新式建筑[7]。

2.2 暖通空调

暖通空调可以调节室内空气、为建筑通风、为建筑提供供暖，为建筑中工作、生活的人们提供健康、舒适、节能的居住环境。对绿色建筑中的暖通空调进行节能控制，可以降低绿色建筑的能耗[8]。

3 绿色建筑中暖通空调节能控制原则

3.1 节约原则

绿色建筑中最为重要的原则就是节约原则，因此研究暖通空调节能控制方法，要遵循节约的原则，并强化暖通空调的能量利用率。绿色建筑有别于其他普通建筑的特征点就在于能量消耗较低，这正决定了绿色建筑中暖通空调的控制方法的研究方向，在降低能量消耗的基础上，提高能源的利用效率。保证绿色建筑中的暖通空调具有较高的经济环保效益，降低绿色建筑整体的运行成本[9,10]。

3.2 循环利用原则

在绿色建筑中暖通空调的实际应用效果会受到多重因素的影响，导致暖通空调的节能效果存在差异，循环利用原则可以提高暖通空调的利用效率。例如余热循环利用，将热量通过多个回路分开，在运行中产生余热并留下对其再利用。可实现能源的循环利用，促进供暖装置，提高热量的使用率。符合循环利用原则，使绿色建筑的能耗情况逐渐完善。

3.3 生态环保原则

在不同的地域环境中，环境温度不同导致对暖通空调的需求也是不同的。在炎热的地区夏季要求暖通空调具有良好的制冷能力。考虑绿色建筑的特点，研究暖通空调的节能控制方法要考虑环境效益，尽量降低温室气体的排放量，不仅做到绿色建筑自身能耗低，更要保护生态环境。在使用暖通空调的过程中，确保暖通空调的能耗不高于国家和地方建筑节能标准规定值的80%，达到绿色建筑暖通空调的节能标准。

4 绿色建筑暖通空调的节能控制方法

4.1 绿色建筑中暖通空调的能耗分析

绿色建筑中构建的暖通空调系统，其工作程序会涉及到对环境温度、湿度、通排风的多重循环往复地交换，其换热站原理如图1所示。

当室外温度与室内温度存在温差时，由室外温度传感器将信息传递给气候补偿器，气候补偿器根据提前设定调节关系曲线，向三通阀输出调节信号，改变供回水混合比例，达到预设温度。气候补偿依据室外环境温度变化，通过调节一次供回水侧的冷/热媒流量，控制出水/送风温度，自动调整一次侧供水流量，间接控制二次侧供水温度。绿色建筑中特殊构造的暖通空调系统因其特殊结构设计而区别于传统暖通的空调系统的能量消耗而达到节能目的，但实际应用中能耗因这些因素影响而产生变化：

图1 换热站原理图

①硬件设计中，未能注重整体平衡机型设备的选择，在配置设计上选用了不合适的能耗比造成系统对资源能耗的浪费，产生不恰当的能源损耗，同时也损害了节能效果。

②因暖空调系统的工作原理本来就的涉及到对环境中温度、湿度等因素的调控，当这些因素超出平均水平时，会造成能源的过度浪费，不符合节能理念。

4.2 负荷的合理计算

对负荷的评估在系统的设计中占据重要地位，只有在得出负荷范围的情况下才能对设备进行合理的选择，不因过高而造成能量损耗，无端增加成本，也防止因为过低而严重影响实际使用效果。负荷的计算方式是对影响建筑内温度的整体环境因素都考虑进去，比如建筑结构造成的热损失情况，所处地区的纬度影响的太阳直射强度，气候因素造成平均的温度、湿度等，将它们纳入计算的范畴，统计其对负荷影响的权重，得出负荷范围。

4.3 节能控制方法

提高能源使用效率需要根据实际生活的需求进行及时的调整，比方说根据环境温度调整房间设定温度，而非一成不变。善用冷热量回收、湿热转换等方式合理运行暖通空调以达到节省能源等。

①将蓄冷(热)技术应用于暖通空调节能控制，有利于提高绿色建筑暖通空调节能控制的效果。因为暖通空调中的电负荷呈线性波动，将暖通空调中的负荷高峰转移至负荷低谷，进行填谷操作，可以提高电能量的利用效率，缓解城市用电压力。由于目前采用的是分时计算电费的方式，对于暖通空调使用者来讲填谷操作可以降低电费开销，降低整体的运营成本。暖通空调中使用的蓄冷(热)技术主要包括：蓄冷(热)设备、制冷(热)设备、管道连接设备、控制中心、暖通空调循环控制设备，根据数字显示对暖通空调进行直接控制。在暖通空调节能控制中使用DDC控制器技术，可以实现的主要暖通空调控制功能有：比较暖通空调中的回水与冷冻水温度，通过温度公式计算出暖通空调系统的冷冻水负荷值。根据暖通空调的冷负荷确定空调的最佳节能状态，调节绿色建筑中暖通空调的制冷运行机组数量，在保证建筑环境舒适的情况下，使节能效果最优。绿色建筑中暖通空调的冷水泵含有两个运行机组，DDC控制器可以对暖通空调冷水泵机组的运行时长进行统计，根据时长启动冷水泵中的某一个机组，以保证暖通空调系统具有充足的水量。并且降低暖通空调的故障以及不能运行状况，提高了暖通空调的使用效果。

②对绿色建筑的室内温度信息进行采集，依据采集的温度信息设置暖通空调的温度，以及暖通空调新风与出风量。通过室内温度，根据温度计算公式获得暖通空调的启动次数与启动时长，并根据计算结果合理控制暖通空调中的运行控制器，提升暖通空调的节能效果。根据绿色建筑的温度需求与通风情况，适时的调节暖通空调的新风与出风阀门，并且在暖通空调停止运行时，所有通风阀门均关闭。暖通空调的风机与冷水阀进行配合控制，在室内外风温度接近时，开启新风阀门大量引入新风，风机停止时同时关闭暖通空调冷水阀。在暖通空调的新风管上设置温度传感器，新风温度与设定室内温度进行比较，并将比较结果以电信号的形式输出便于观察，调节空调回水管上水阀以控制暖通空调的水流量，使回风温度始终保持在设定室内温度范围内。

③采用循环热源提取的热泵技术。热泵技术相比传统一次性热能源技术，优越性十分突出：可利用能源丰富多样，有效利用工业排放热气、城市生活产生温室气体、城市土壤、地下水、排放污水多种能源实现废物再利用生成热能，实现环保目标；可节约能源成本，传统能源如煤、石油、天然气，无论对环境还是其本身代价颇为高昂，为不可再生能源，而本文针对的低温热能为可再生低稀有度能源，可行性较强；可一体两用，热泵技术是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。一般情况下，热量可以自发地从高温物体传递到低温物体中去，却不能自发地沿相反方向进行。热泵的工作原理就是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端系统。具备可再生、节省空间、使用寿命长、污染小等优势。

④绿色建筑中暖通空调系统的主要工作就是进行室内采暖，空气、水等，暖通空调运行的冷热承载物质的需求量也是不断变化的。在暖通空调系统中应用变流量技术，可以针对室外不同季节的温度变化以及一日内不同时间段的温度需求，动态调节暖通空调的负荷，使暖通空调的整体能耗最大程度的降低。暖通空调中的冷冻水循环、热水供暖以及排风系统等都可以运用变流量技术进行控制，可以较大幅度降低暖通空调的能耗，即降低绿色建筑的整体能耗，有利于绿色建筑的节能理念的发展。

⑤绿色建筑节能要求在建筑围护结构(包括屋顶、外墙、门窗等)中使用绿色建材作为保温、隔热材料以节约能源。可以减少基本建筑材料的用量，减轻围护结构的自重，而且在保证建筑物的室内空气品质的同时，采用可调节室内温度、湿度的新型墙体材料，可以大幅度节能降耗，推动建筑业的可持续发展。

5 暖通空调节能控制在绿色建筑节能中的意义

暖通空调节能设计方法的制定和实施，可以为绿色建筑建设中节能降耗战略目标的实现提供可靠的保障。绿色建筑发展过程中的核心理念就是节能降耗，具体体现在节水、节电、少污染等方面，并能提高室内环境品质。作为建筑物能耗的重要电气，暖通空调在实际的应用中的能耗消耗量是非常大的，对室外空气质量也有着一定的影响。因此，有必要研究暖通空调节能控制方法，为绿色建筑节能降耗目的的实现提供可靠的保障，完善绿色建筑的服务功能，增强绿色建筑物的生态效应。