基于高端办公用房空气管理系统工程建设和 软件开发的创新研究

张良，金培祁，舒均范，齐淑女

1.中国电信股份有限公司浙江分公司基建工程中心；2.杭州龙华环境集成系统有限公司）

1 市场应用现状

VRF 空调加全热交换器系统广泛应用于各类商业建筑，前者满足室内温度需求，后者满足新风需求，两者结合不但给用户提供了一个较为舒适的室内环境，而且相较于常规风机盘管加新风系统操作更简单，维护更方便。但不管是VRF 加全热交换器系统，还是全热交换器设备本身，现在市场上仍存在一定不足。

1.1 系统独立，缺乏联动

全热交换器和VRF 空调是两个相互独立的系统，运行时无法根据室内空气参数进行联动。

1.2 反馈单一、逻辑简单

VRF 作为各类商业建筑主流空调，各品牌厂家如大金、日立等相应推出了配套智能控制系统，基本能实现远程控制与故障检测。该系统控制功能简单、模式单一，缺少管理逻辑，无法根据室内空气参数进行制冷、制热、除湿模式自动切换，也无法实现与新风系统的联动运行。

1.3 模式单一，耗能严重

全热交换器不能对室内CO2浓度进行监测，也不能预测新风需求量，开启后保持额定状态，保证了一定舒适度，但能耗浪费严重；也无法对处理后的空气品质进行检测，如PM2.5 浓度是否满足要求，也不能对参数采集反馈，调节运行；无法对过滤器进行诊断是否需要清洗更换；在过渡季(室外空气温湿度满足要求)，无法直通自然新风，仍流经换热器降低了自然能源利用。

2 舒适性中央空调通风智能控制系统实施要点和设计优化

2.1 优化目的

提升室内环境品质和舒适度，使温湿度、CO2浓度以及PM2.5 满足要求；对室内外湿度、焓值、CO2浓度监测，自动切换空调新风系统运行模式，最大限度利用自然能量；其次方便用户管理，简单操作即可实现高能效运行。

2.2 优化实施要点

本系统基于神经网络技术与自学习功能在建筑空气管理中实现5 个方面的应用：预测、决策支持、建模和仿真、优化、全局化管理。集成温湿度、PM2.5 及CO2等传感器，对模式自动切换，并可在 PC 端/移动端对空气参数监测，保证品质，节约成本，降低运维难度。通过节点智能控制及入网方法研究：系统构建及硬件电路设计、模糊控制器和相关软件设计。主要实现基于实时参数和数据库自学习对空气自适应调节，使舒适度和能效提升。

对全热交换器管路进行改造：满足以新风直送、热交换处理送风、部分热交换送风的模式智能运行。

2.3 优化控制逻辑原理

1）根据η=(h1-h2)/(h1-h3)×100%

式中：h1、h2、h3-新风进、出风及排风出口空气焓值，g/kg（干）

验证焓交换效率η 是否满足要求；

2）根据显热回收量Q=L×p×c× (T2-T1)/3.6，全 热 回 收 量Q=L×p×(h2- h1)/3.6

式中：L 为新风量，m³/h；p 为室外计算温度下新风空气密度，kg/m³；c 为新风比热容，取1.005kj/(kg.℃)

验证全热交换器回收热量是否满足要求；

3）根据全热回收量Q/COP+新风机输入功率是否＞全热交换器输入功率（COP 取值为空调外机参数），是否经济；

4）正常通风模式：室内CO2浓度＞ 1000×10-12，室外焓值与室内焓值差值绝对值≤某个值时，开启送排风机，开启旁通风管1、2；

5）新风热回收模式：室内CO2浓度＞1000×10-12，且室外焓值与室内焓值差值绝对值＞某个值时，开启送排风机，关闭旁通风管1、2；

6）室内通风模式：过渡季节，室内CO2浓度≤1000×10-12时，为增加舒适感，开启旁通风管1、2、3，给室内进行通风；

7）在过滤器前后设置压差传感器，前后压差值＞额定值时自动报警，提示清洗或更换；

8）检测室内相对湿度，当湿度＞设计值65%时，联动房间空调除湿。

2.4 优化控制图

根据优化逻辑原理，改造后控制原理图(见图1)。

3 舒适性中央空调通风智能控制系统实现的功能

上述系统的研究开发可实现功能如下：

1）运行模式智能切换

根据传感技术采集室内外空气参数（CO2浓度，室内外焓值）对比分析，实现三种模式自动切换。

①过渡季室外温湿度满足室内要求时，采用自然新风直通，提高自然能源利用；

②室内外对比温湿度、CO2浓度室内空气均满足要求时，采用全回风；

③夏季制冷和冬季制热时，室内空气CO2浓度不满足，开启新风系统，反之关闭。

2）全局化管理

图1 改造后空调系统控制原理图

实现VRF 和全热交换器自适应联动。如梅雨季节人体舒适度降低（体感黏糊，潮湿闷热），传统模式便降温除湿，却无法判断VRF 和全热交换器该采用何种模式，若此时开启全热回收，就会大幅影响除湿效率。本系统可综合判断，联动设定，采集参数分析后，对新风和VRF 系统模式智能判定选择，科学节能。

3）提前预测，实时反馈、自学习

本系统引入天气参数预测功能，对全天候空调负荷预判，预测确定达到预设环境要求所需时间和最节能的方式。通过自学习功能对不同模式自校验修正，选择最优模式。

①当前空调管理为温度进行远程设置，办公人员可手动在节能范围内对温度调节，而不同人员对温度感觉与要求不同，设置过高舒适度不够，设置过低能耗上升，上班时间（赶路、爬楼梯）与静坐一小时后温度要求不同，午休时间和午休结束时间温度要求不同，传统方式无法对这些要求甄别处理，尤其独立办公室针对性不强。可采集一天中（尤其独立办公室）温度设置数据，特别是上班时间、上班后一小时、午休时间、午休结束后半小时时间，进行大数据处理分析，对办公室空调模式定制化设置，做到既舒适又节能。

②当前主流空调为上班前半小时集中开启，下班后1 小时集中关闭，方式单一，节能性差。本系统上班前1 小时采集室内外空气参数，结合天气预报及历史期数据，对要达到办公温度所需时间方式进行预判，选择档位、选择新风与空调组合模式开机，在上班时间前10min 内即达到最佳空气环境。

③自学习：对同一天气数据修正分析，如同一温升数据、同一湿度变化，开启时间和方式多种组合运行，能耗数据对比，在保证空气品质的要求下选择出最优模式。

4）多系统联动，统筹计划管理

本系统与会议室预约系统、智能照明系统对接，联动运行分区域控制，与智慧食堂对接，实现食堂特性化管理。

①现多数项目会议室空调由服务人员或参会人员手动提前开启，会议结束人工关闭，对舒适度、整体能耗影响较大。本系统获取会议预约平台数据，采集会议时间，针对会议室大小判断提前开启时间，会议开始即达到最适体感温湿度。会议结束，采集会议设备、灯光状态、红外感光探测器来判断会议进行情况，判断为会议结束，则自动关闭。为避免误判造成人员不适，在预约时间内不作自动判断。

②餐厅区域控制，中餐厅属人员密集区，新风量比办公区要大很多，理想设计应依据餐厅布局相应特定化处理，实际却很少这样，风口风速差异性也不够。本系统以体感更舒适噪音更小化目标控制，采集人体热辐射情况，排队等候区用餐区分开控制，使温差感良好，避免热浪现象；就餐前对开启时间方式择优判断，就餐时调节档位，使设备噪音降低，改善环境。