可持续发展的暖通空调设计

2021-11-21刘岳栋

建材发展导向 2021年5期

刘岳栋

（山西省建筑设计研究院有限公司，山西太原 030000）

空调是我们现代生活中必不可少的电器。随着空调的不断普及，空调的电力消耗在家庭用电和企业用电中占有相当大的比重。面对能源日益短缺的今天，必须要降低暖通空调的能源消耗，针对于暖通空调的特点用途进行特殊优化，可采取改良其设计的方式降低设备的实际能源消耗，从而克服暖通空调应用技术瓶颈，最终符合可持续发展思想。

1 智能控制技术在暖通空调监控系统中的应用

1.1 智能控制技术在暖通空调监控系统中的应用原理

随着信息化科技的发展，智能化家居不断地走进人们的生活。智能化家电是指可单独调节的智能设备，减少人工操作，使其具有真正人性化的电器。时至今日，大多数设备只能满足简单的功能，无法正确地适应环境的变化，只能依靠手工操作调节功能和功率。谈到空调的发展，目前以控制论为基础、以智能控制技术为基础、以人工智能为手段的空调智能控制，大大减少了人们繁琐的控制工作，真正实现智能。利用模糊处理技术可以解决一些非线性、不确定性问题。利用环境数据作为模糊变量，进行模糊计算，最后得到并执行结果，这是模糊处理技术的应用原理。模糊控制器，所提供的模糊逻辑，提供对环境的反应功能。由于人们可以编写模糊控制器，所以模糊控制器具有专门的学习和控制功能。在神经网络中，它是一种仿生技术。神经网络处理问题的方式是模仿人脑的思维与过程。人脑由无数个神经元组成，神经网络控制技术也有大量的控制单元用于数据分析。它独特的结构特征充分显示了它的独特优势，它的结构被用作处理控制器。它大大提高了系统处理非线性和不确定性问题的能力。两项技术都是智能控制的核心技术。两者基本实现了暖通空调在各种不确定条件下的独立监测功能，满足了人们良好的工作环境和温湿度要求［1］。

1.2 智能控制技术在暖通空调监控系统中的控制特点

智能化控制系统的出现极大地推动了智能家电的发展。随着环境的变化，还需要对综合智能控制系统进行研究。所以智能控制技术在暖通空调系统中的应用具有如下特点：一是空调运行环境的变化引起了暖通空调系统的多种干扰；室内空调运行过程中，太阳辐射、温度、天气等影响环境温度。室内通风也是不可避免的。在设备运行过程中会有许多因素导致空调的功耗提升，空调电源上下波动，导致功率不确定。工作环境多种多样意味着空调冬夏季节和工作方式各不相同。空调机必须能适应多种环境，智能控制技术的自控机制比较复杂，在维修和运行过程中以及各种可能发生的情况都要充分考虑。室内温湿度的关系，主要是指室内温湿度的变化。在温度和湿度控制方面，也要考虑温度和湿度的影响。室内的温度和湿度存在着一定的联系，并且与空调运行功率有很大的关系，湿度较高的室内不利于温度的提升，湿度较低的环境中不利于人的身体健康，如何权衡好温湿度的控制是必不可少。由于空调系统需要调节环境温度和湿度，设计中必须考虑这一因素。

1.3 智能控制技术在暖通空调监控系统中的应用途径

智能调节技术主要采用变风量智能调节技术和恒风量智能调节技术，实现空调的智能调节。指出智能调整技术的核心是神经网络技术和模糊处理技术。空调变风量智能调节技术主要是通过神经网络算法来实现的。神经网络能快速响应室内环境温度、湿度的变化，保证调节的灵敏度，并能快速计算结果准确地发送到系统。从而实现空调变风量的智能控制。调节技术可以让你快速调节温度和湿度。恒风量的智能调节技术主要是采用模糊处理技术。在空调的智能调节模糊处理技术的应用下，它能较好地处理各种不确定因素和不确定性环境中的各种问题，从而达到最佳效果和节能效果，显著提高空调系统的智能化。利用该技术，恒风量智能调节技术通过循环供风和混合自动供风独立调节室内环境。采用变风量智能调节技术和恒风量智能调节技术，使暖通空调系统能最大限度地调节室内温湿度，保证空调正常运行，提高空调运行效率，实现空调管理。

2 可持续发展的暖通空调应用现状及设计策略

2.1 暖通空调使用现状及问题

暖通空调的能源消耗较高。要想降低空调功率，就必须要了解暖通空调能耗的成因。影响暖通空调性能的主要原因有两个方面。一是空调运行时周围环境的变化导致的能耗增加；二是空调自身的工作能耗高。就其所处环境而言，空调位置是影响空调能耗的重要原因之一。倘若空调安装的位置传热损失大，则会影响空调调温的效果，不仅影响正常运行还会导致空调耗能的增加，选择好空调的安装位置是十分关键的。安装位置是整个建筑物的温度能否得到控制的关键。所以，如果存在安装位置和能耗方面的问题，则无法获得原来的效果，能耗也会成倍增加。有些空调技术人员经常设定高于参考值的冷量参数，以保证空调的冷却效率，因此空调的冷却能力总是高于所要求的冷量和功率。使用暖通空调会造成能耗和浪费。另外，空调运行时间长，容易沾染灰尘。摄取灰尘导致空调的进风和出风，并影响相应的产热效果，从而提高了空调系统的能耗。所以要降低空调能耗，必须从这些方面入手，使技术进步。很多企业和单位的研究发现，空调选择有其特殊性。空调器的选型应依据建筑物的整体形状、内部结构和建筑面积。在暖通空调建筑中，空气循环如果选择不当，就会变得不合理，不能反映空调的实际效果。必须保证室内温度符合要求，在使用过程中空调设定温度应高于所需温度。所以空调的实际使用增加了空调的实际能耗，造成能源浪费。二次工业革命以来，电力得到了广泛的应用。电的优点是方便、快捷、减少污染，是一种自然得到广泛应用的能源。但是，由于最常用的能源是煤和石油，电力的使用实际上间接地造成了环境污染。所以一些专家正在考虑用风能、太阳能和潮汐能等其它可再生清洁能源代替煤和石油的燃烧。现在，我国暖通空调的能源供应完全依赖于电力，而且相对落后。我国可用电量非常有限。如空调使用其他可替代其它能源，我国的用电负担可大大减轻负担。节能技术是暖通空调的另一个方面。不管节能技术有多成熟，都依赖于电能，间接造成污染。所以加强研究和开发新能源空调是解决能源浪费的最佳途径［2］。

2.2 应用智能变频技术等降低能源消耗

讨论智能变频空调之前，首先要讨论的是定频空调。过去空调大多数生产是定频空调。空调压缩机的工作只能按照固定的能耗进行工作，无法根据环境需求进行功率和频率的。只有通过开关压缩机来调节室内温度，首先压缩机的不断启动必然造成能源的浪费，其次，这种调节室温的方式过于传统，温度控制效果也十分一般。为了提高空调系统的温控能力，研制了一套变频空调系统。自控变频空调根据室温自动调节电源频率，实现压缩机运行速度的变化，并能保持室温恒定不变，几乎可以避免产生忽冷忽热的现象。当天气很热，室内温度升高，空调能自动调整供电频率，提高压缩机的工作频率，降低温度。当室温稳定后，电源频率和压缩机工作频率自动降低，达到节约电量的目的。采用变频空调是基于保证空调的温控能力，从而大大降低空调能耗，降低电能使用。所以暖通空调设计也必须采用更为智能化的频率变换技术。这样既能减少人工操作的空调管理，又能节约电能，达到环保与节能的目的。利用空调等大型电器设备，专家总结出一系列具有明显效果的解决方案。这包括热回收和使用制冷技术。热能回收技术在冬季或加热时期是必不可少的。热能回收技术进一步降低了供热空调压力，降低了空调能耗。这种装置不需要使用就能收集热量，然后将其转化为热能，空调可以节省电能。天然气液化热回收技术和外加热回收技术是目前应用最为广泛的两种技术。其中天然气液化热回收技术可主要应用于家用热水供应，合理利用热量，提高能源利用率，降低能耗。外置余热回收技术主要对空调外置空气进行预热，在温度转换过程中减少温差，减少压缩机输出，节约能源，降低能耗。冷却技术在夏季常用于空调制冷。

2.3 利用太阳能等新能源

作为一种早期的节能技术和理念，太阳能节能可以满足人们对能源的需求和工业用电短缺。太阳节能技术要求收集并将太阳能转换成热能，减少暖通空调系统的冷却负荷。在环保建筑设计中，广泛采用太阳能技术。其优点是设计在屋顶太阳能供暖设施中，通过传热周期将收集的太阳能引入到热交换器中，实现高效、节能、环保的可再生能源。为住宅提供热水和燃气锅炉设备。但是，太阳能技术也有易受自然气候影响的缺点。在阴天、雨天或雪天到来时，很难获得太阳能，无法有效地为建筑和工业生产提供持续能源，仍然适用传统的空调器系统提供热量。所以绿色建筑、暖通空调和太阳能技术等节能技术必须结合其它节能技术来实现各种气候条件下的热能转换。地热泵技术是以土壤为储热体，以蓄热、放热为目的的储热技术。储热技术在制冷技术中可起到的作用，地热热泵在建筑中可为其提供能源设备，减少建筑物的能耗。