智能建筑暖通空调系统优化方法研究

智能建筑暖通空调系统优化方法研究
摘要：节能减排、绿色环保是国家能源结构调整后的整体要求，也是社会和谐
发展的客观要求，因此，在智能建筑内部进行暖通空调的系统优化分析是十分必
要的。

相信通过这次的调整我国的智能建筑将会获得更加广阔的市场。

文章从智
能建筑节能概述，能量管理优化和控制系统优化的智能建筑的暖通空调系统，智
能建筑BA 系统优化改造方法(主要针对建筑暖通空调系统)，大楼空调设计的优化节能意见四方面来探讨
关键词: 智能建筑；暖通空调系统；节能分析；系统优化；BAS 系统
智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势, 同时也是中国改革和发展的迫切要求, 是21 世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。

节能和环保是实现可持续发展的关键。

从可持续发
展理论出发, 建筑节能的关键又在于提高能量效率, 因此无论制订建筑节能标准还是从事具体
工程项目的设计, 都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。

智能建筑也不例外, 业主建设
智能化大楼直接动因就是在高度现代化、高度舒适的同时能实现能源消耗大幅度降低, 以达到节省大楼营运成本的目的。

一、智能建筑节能概述
智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势, 同时也是中国改革和发展的迫切要求, 是21 世
纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。

节能和环保是实现可持续发展的关键。

从可持续发
展理论出发, 建筑节能的关键又在于提高能量效率, 因此无论制订建筑节能标准还是从事具体
工程项目的设计, 都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。

智能建筑也不例外, 业主建设
智能化大楼直接动因就是在高度现代化、高度舒适的同时能实现能源消耗大幅度降低, 以达到节省大楼营运成本的目的。

1、智能建筑的概述
智能建筑就是将其自身的使用功能、结构布置、系统服务依据客户的需求进行最大化的
组合，从而达到高效、舒适、便利的人性化建筑环境。

智能建筑不仅是对传统建筑物功能化
的保留更是现代科技日新月异发展的集中体现。

智能建筑将建筑技术、计算机终端控制和传
输综合运用，将信息进行整理分析，通过各种实质性的指令服务于客户。

智能建筑的节能是
我国改革和发展的迫切要求，是实现可持续发展的关键。

建筑智能化工程由简称5A的自动
化组成，包括: CA(通讯自动化)、OA(办公自动化) 、BA(楼宇自动化)、FA(消防自动化)SA(保安
自动化)。

智能楼宇将5A 形成一个有机的整体，综合管理，共享信息。

智能化的内涵就是将
建筑做成既有效果现代化，使用舒适感也能大幅度降低耗能的建筑。

2、BA控制系统介绍
BA 控制系统是英文词组Building Automation System的简称，它是对楼宇内各种机电设备
进行集中管理和监控的综合系统。

BA系统由暖通专业的空调新风机组、送排风机;给排水专
业的集水坑与排水泵，电器专业的电梯、变配电、照明等构成。

在整个楼宇范围内，通过整
套楼宇自动控制系统及其内置最优化控制程序和预设时间程序，对所有机电设备进行集中管
理和监控。

暖通专业的新风，送排风在BA 系统中占有很大的分量，它的节能与否关系到整
栋建筑的耗能量，因此我们必须在保障日常工作生活的前提下，使用控制器代替日常运行维护，减少设备失控或损坏。

3、拥有智能化系统的智能建筑
以最大程度的对人的工作效率和创造力进行提高的目标为中心，而且拥有许多的智能化
设备的建筑，它的构成是由各种各样的诸如：数字通信、控制、电视、计算机网络、光纤、
数据库还有传感器等等的高科技技术，来组成的智能化系统。

它可以分为通信自动化的系统、办公自动化的系统、建筑设备自动化的系统、安全自动化的系统、火灾自动报警的系统外加
综合布线的系统。

二、能量管理优化和控制系统优化的智能建筑的暖通空调系统
智能建筑的支撑系统即是自动化系统。

通过计算机网络系统的连接，能够对建筑物内的
任何方位和结构进行在线的24小时监测和管理。

通过自动化系统的运作，能够为广大用户
提供一个安全、可靠、舒适的生活环境，满足广大用户逐渐提高的居住需求。

智能建筑内部
的自动化系统比较复杂，其中包括电力系统自动化、防火系统自动化以及生活空调自动化等。

下面主要结合智能建筑的实际利用效能和现状，对智能建筑暖通空调系统进行优化分析。

当然，我们还可以从以下的几个方面的特点来看智能建筑：
进行能量管理和控制系统的智能建筑的暖通空调系统的优化的措施。

例如：（1）BA 联网和变风量空调系统项目，它对新风量和变风量空调送风
储压进行优化，能够对其的能耗进行节约，可以对房间里面的空气质量进=优化，所以我
们可以采取以下措施。

在对送风压和风压末端的装置温度，还有温度和新风量等全部进行控
制的基础之上，对新风量和送风静压进行优化的设定。

（2）受流量控制的空调水系统项目
能够实现节能降耗的基本目标，该系统的基本原理是针对水温的实际度数，进行能源供应的
调节，基本保证温度的恒定，避免温度过高造成的能源浪费和经费超支，同时又能保证住户
的基本需求。

（3）感应调节系统。

智能建筑内部的暖通空调系统与高端科技设备相连，能
够根据人的实际体感温度进行温度的自动调节，始终保持室内的人体需要恒温。

2、它能够对其的环节的控制进行减少，还会对它的稳定和可靠这两个性能进行提高，并且可以进行状态化的模拟对其系统和它的过程，把它可能发生故障的几率降到最低，使得能
够使得系统的输出和相应达到最优化。

3、为了使得智能建筑的总体的效能达到最好的状态，使得它的系统效率能得到提高，对其的运转的资金费用和投资能够一定限度的进行减低，我们可以在系统的各个参数和可能结
构中找出最适合的进行配对，使其达到最佳的效果。

4、还可以使得节能变成可以主动的进行节能，这是通过对办案进行优化控制达到的，它与别的进行改造过的被动的进行节能不同。

三、智能建筑BA 系统优化改造方法(主要针对建筑暖通空调系统)
1、控制方法的优化升级。

建筑物空气处理器的DDC一般都采用PID 控制。

设置恰当的PID参数对空调控制系统的
持续稳定运行非常关键。

如果PID系数高，空调对室内温度波动的反应特性曲线就陡，达到
设定温度的过渡过程就比较短，耗费的时间就短：相反如果PID 系数低，空调设备达到设定
温度的过渡过程就比较长，耗费的时间也就少。

但不能因此说PID 系数越高越好。

因为如果PID系数过高，就容易引起DDC 控制系统失去稳定性。

其结果就是室内温度的上下波动和水
侧的电动调节阀有周期的来回运动，无法在固定开度上运行。

PID虽然能解决绝大多数场合
的空调控制问题。

但对于机场航站楼、地铁站、电影院和剧院等大热惯性空调场合。

仅靠高
的PID系数来提升空调机组对工作负荷变化的反应速度是不能够解决问题的，这时我们就可
以采用更高级的双级控制技术。

即在空调的送风道里和室内都安装上温度传感设备．这样，
有了两个温度传感设备，室内温度的设定就可以让主DDC控制器来完成。

水阀设备的驱动则
让副DDC根据空调的风道里的温度传感设备的数据和主DDC来完成．由于风道里的温度升
降速度比房间温度变化快许多，这种控制方式加快了控制系统对温度变化的反应速度。

实际上，在大型工程项目设计中，要实现BA系统对空调设备的节能控制可以综合运用多种手段．比如依据室内外差值比较法、二氧化碳等污染物浓度检测法来确定新的通风量，依据日
程表上的定时控制等等。

在工程设计的过程中我们可以根据不同需要灵活应用用各种控制方式．从而使空调系统的工作达到最优的效果。

例如，办公室、写字楼、大型商场超市等场合．夏秋季在清晨时可以通过电脑程序自动启动空气处理机或新风机。

这样就利用了室外的
新鲜空气对室内进行全方位的换气通风．这不仅节约了新风能耗也提高了室内的空气质量，
真是一举两得。

2、控制权的优化升级
通常情况下BA 系统遵从的是由中央控制系统集中管理的这一原则。

然而这样有的时候也有它不利的一方面。

在有些地方(比如会议室，将空调、通风系统的设置功能放在使用现场可
能会更能迎合使用者的需要，因为有时中央控制站控制的空调温度可能高于或低于使用者的
要求。

然而DDC 处理机本身并不能够实现这样的特殊功能。

这就需要用专门设备来实现。

使
用VRV控制面板设定器就能实现这个功能，这使房间内的使用者拥有了极大的便利性和自主性．如有必要，应积极应用这一设备。

3、直接数字控制器(DDC)的优化升级
主流的BA 系统提供商都可以提供大小不同处理能力各异的DDC设备．冷冻机房和热力
站监控点等是DDC密集场合，这些地方应该优先考虑采用大型的直接数字控制器．这样不仅
减少故障发生率，还可以减少控制器之间的通讯，提高生产效率。

然而对于空气处理器、风机、通风机等设备一般情况下都可以采用中型的或者小型的控制器。

这些年来。

可编程逻辑
控制器件(PLC)进步非常快，使其应用范围不再仅局限于工厂之中，我们可以考虑在空调通风
设备控制工程里应用这种新型控制器。

4、设备控制网络优化升级
在同时满足设备灵活性和扩展性的前提下。

应该使控制网络结构尽量清晰简化，不管是
基于RS485总线或基于LonTalk 总线的控制网络都应如此。

因为分支、分级过多的网络不仅
管理起来很复杂，而且可靠性低，容易出现故障。

LonTalk 总线控制网络在理论上可以组成各种不同结构的控制网络，然而这种结构设计的灵活性如果不当运用。

在工程实践过程中有很
大技术风险。

并且有可能导致系统投资增加。

中小型的控制工程应该尽可能地应用基于
Rs485总线的网络控制系统，运用“手拉手”的设计方法，这样不仅能简化系统结构，防止系
统复杂化，又能减少投资。

大型工程则应该考虑将楼层的网络进行分级，以满足大型工程对
控制系统的特定需求。

5、BAS监控中心
BAS监控中心主要负责监控整个大楼的空调、通风、动力系统。

实际生活中，一般BAS
监控中心都与消防控制、安保监控等合用一室。

但是由于这些地方通常都离冷冻机房、锅炉
房比较远，在这些地方远程操作这些如此重要的设备是明显不合适的。

在这里我们推荐另一
种做法：将监控分站设立在冷冻机房和锅炉房的控制室，由这个分站来负责冷冻机和锅炉监
控的功能，并且这个分站的功能授权仅局限制冷和制热设备。

四、大楼空调设计的优化节能意见
1、VAV空调系统、二管制、四管制风机盘管之间的选择
VAV系统即使在最小送风量状态下的耗电量，也比FCU系统要大，而FCU系统也有三级
调速开关，一般FCU系统都是在中低速状态下运行，当其在低速运行时，用电量会更低。

因此，单从运行的角度来分析，FCU系统比VAV 系统要节电40%以上。

所以，从节能角度讲，
选用FCU空调系统更节能。

而且其各末端设备可随时自由选择供热或供冷的运行模式，相互
没有干扰，所服务的空调区域均能独立控制温度等参数，节省能量。

但是其投资较大，运行
管理相对复杂，管道占用空间较大两管制的空调箱中只是一组盘管，一进一回，夏天通冷水，冬天通热水。

这样的系统使得整个区域在同一时刻只能供冷或供热。

与四管制相比，它省下
了一套水系统，所以它的标准相对较低，成本也低，适合预算较低大楼使用。

2、VRV、中央空调系统+空调新风机组
VRV 是一种冷剂式空调系统，具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点，而且各房间可独
立调节，能满足不同房间不同空调负荷的需求。

但该系统控制复杂，对管材材质造工艺、现
场焊接等方面要求非常高，且其初期投资比较高。

而中央空调系统的新风和换气次数能够得
到保证舒适性方面有微弱优势。

中央空调的全空气系统在过渡季节可采用全新风，对设备热
量较大的工艺用房冬季采用调节新回风比例的方法进行降温。

因此，就过渡季节和冬季来说，中央空调系统比VRV 系统更节能。

我们对智能建筑的评价和分析应该坚持以节能为基本原则。

确立智能建筑的暖通空调系
统能源管理与控制系统优化升级的基本方案、优化升级方法及技术措施对于降低智能建筑能
耗具有重要的意义．BAS 系统是降低智能建筑能耗的有效措施之一。

对智能建筑控制系统方
案的优化升级是对整个智能建筑节能优化升级方案实施的具体方法，它包含了针对建筑物内
的各个主要能耗单位的节能优化改造。

通过对控制系统(主要是暖通空调系统)的执行器、传
感器、控制器和网络等各个系统环节的研究，使BA 系统更好地为受控空调通风系统服务，
使建筑物实现最大限度的节能降耗。

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