摘 要:針對高層建筑暖通空調(diào)能耗過高的現(xiàn)實(shí)狀況，本論文重點(diǎn)探討了高層建筑暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)及其節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，首先簡要分析了我國高層建筑暖通空調(diào)能耗控制的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討了基于PID參數(shù)整定的控制系統(tǒng)原理，并給出了具體的高層建筑暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用措施與策略。

關(guān)鍵詞:高層建筑 暖通空調(diào) 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TU831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0049-01

1 引言

據(jù)2011年官方統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，我國能源對外依存度已經(jīng)超過了60%，這無疑暴露出我國是一個(gè)能耗大國，國內(nèi)的能源已經(jīng)不足以滿足社會(huì)生產(chǎn)的需求了，因此在這樣的背景下，國家發(fā)改委提出了節(jié)能減排的口號(hào)，號(hào)召降低能耗排放。而在我國的各項(xiàng)能源消耗中，建筑暖通空調(diào)消耗一直是能源消耗的大頭，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2011年，我國高層建筑暖通空調(diào)能耗已經(jīng)成為了建筑能耗的頭牌。因此，必須要通過合理設(shè)計(jì)建筑暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對暖通空調(diào)能耗的控制。

2 高層建筑暖通空調(diào)能耗現(xiàn)狀分析

(1)高層建筑暖通空調(diào)能耗特點(diǎn)

縱觀近幾年國內(nèi)高層建筑暖通空調(diào)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)，高層建筑暖通空調(diào)的能耗呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)。

①能耗過高。隨著中央空調(diào)的普及，很多高層建筑都安裝了中央暖通空調(diào)，而中央暖通空調(diào)的巨大功率，使得高層建筑能耗特別高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高層建筑的各項(xiàng)能耗中，暖通空調(diào)能耗已經(jīng)占到了30%甚至更高，而暖通空調(diào)能耗通過合理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及運(yùn)行模式，其能耗至少可以下降8-10個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，研究面向高層建筑的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能減排意義。②能耗季節(jié)性規(guī)律明顯。隨著季節(jié)的變換，高層建筑暖通空調(diào)在夏、冬兩季明顯能耗過高，這對于城市熱島效應(yīng)的加劇有一定影響，因此，暖通空調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合季節(jié)變換的規(guī)律特點(diǎn)，有針對性的對暖通空調(diào)能耗進(jìn)行控制和限制。③空調(diào)負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn)。一般高層建筑多是面向辦公樓、寫字樓等應(yīng)用場合的，這一類場合，其暖通空調(diào)的開放時(shí)間固定在8點(diǎn)至19點(diǎn)，在這一段時(shí)間范圍內(nèi)，空調(diào)的運(yùn)行負(fù)荷幾乎是不會(huì)發(fā)生變化的，因此對于空調(diào)而言，其負(fù)荷是平穩(wěn)的。

(2)高層建筑暖通空調(diào)控制系統(tǒng)及技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

對于國內(nèi)高層建筑暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段:

①PID控制階段。PID調(diào)節(jié)控制是最早出現(xiàn)的，也是最傳統(tǒng)的暖通空調(diào)控制技術(shù)之一，也是應(yīng)用最為成功的控制技術(shù)。PID控制系統(tǒng)能夠?qū)照{(diào)的能耗進(jìn)行跟蹤反饋，適時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，能夠獲得較為穩(wěn)定和可靠的控制效果，因此直到今天，PID控制系統(tǒng)仍然是暖通空調(diào)應(yīng)用最為廣泛的控制系統(tǒng)之一。②模糊控制階段。隨著中央暖通空調(diào)的出現(xiàn)，以及舒適性的需求，對于暖通空調(diào)的控制要求越來越高，希望控制的精度也越來越高，因此出現(xiàn)了模糊控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模糊集的理念，將對暖通空調(diào)的狀態(tài)控制進(jìn)行狀態(tài)集的定義，實(shí)施模糊邏輯控制，能夠大幅減少能耗消耗，提高空調(diào)運(yùn)行效率。③網(wǎng)絡(luò)化控制階段。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，很多高層建筑要求對暖通空調(diào)實(shí)施遠(yuǎn)程化控制、網(wǎng)絡(luò)化控制，這就需要對暖通空調(diào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。盡管目前網(wǎng)絡(luò)化控制暖通空調(diào)還處于起步研究階段，但是其穩(wěn)定可靠的控制性能、顯著的節(jié)能效果使之得到了快速的研究和應(yīng)用發(fā)展。

3 高層建筑暖通空調(diào)控制系統(tǒng)及其節(jié)能措施的應(yīng)用

3.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

對于中央暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)沒有考慮到設(shè)備啟動(dòng)階段的能耗以及運(yùn)行階段的能耗問題，因此近幾年發(fā)展起來的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)都是以變頻器軟啟動(dòng)暖通設(shè)備，以降低暖通空調(diào)的能耗。盡管軟啟動(dòng)能夠有效降低暖通空調(diào)的啟動(dòng)能耗，但是在運(yùn)行階段，暖通空調(diào)還是需要依靠控制系統(tǒng)的控制模式實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，因此有必要對控制系統(tǒng)加以研究。這里重點(diǎn)基于PID參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。

基于PID實(shí)現(xiàn)的節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是，對于長時(shí)間處于輕載甚至空載的暖通設(shè)備，通過自尋優(yōu)程序的在線搜索，來自適應(yīng)地降低電動(dòng)機(jī)的定子端電壓，找出電動(dòng)機(jī)在相應(yīng)負(fù)載下的最佳節(jié)能工作點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)能夠盡量處于最優(yōu)的節(jié)能工作狀態(tài)。在保證異步電動(dòng)機(jī)能夠正常工作的前提下，電機(jī)降壓過程中轉(zhuǎn)速會(huì)略有變化。所以電機(jī)節(jié)能控制的假定前提是:異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)對轉(zhuǎn)速的要求不太嚴(yán)格，且處于輕載甚至空載的時(shí)間相對比較多，以電機(jī)電流作為PID整定參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，能夠在很大程度上降低暖通空調(diào)設(shè)備的能耗。

3.2 高層建筑暖通空調(diào)的節(jié)能措施

現(xiàn)在一般的高層建筑普遍采用中央供暖空調(diào)，中央供暖空調(diào)最大的特點(diǎn)就是取暖效果較好，但是功率非常大，因此對于高層建筑而言，采取一定的節(jié)能技術(shù)措施還是十分有必要的。通常而言，主要從以下幾個(gè)方面入手實(shí)施中央供暖空調(diào)的節(jié)能應(yīng)用:

(1)采用變頻設(shè)備降低空調(diào)啟動(dòng)能耗與運(yùn)行能耗。

由于中央供暖空調(diào)功率巨大，啟動(dòng)階段電流很高，造成很高的能耗值，因此借助于變頻設(shè)備降低中央供暖空調(diào)的啟動(dòng)頻率，從而降低啟動(dòng)階段的能耗，同時(shí)借助于變頻設(shè)備能夠改善空調(diào)運(yùn)行期間的電流平穩(wěn)度，大大降低中央空調(diào)的能耗。

(2)改善空調(diào)機(jī)組運(yùn)行模式。

過去的中央暖通空調(diào)控制模式很簡單，單純啟?？刂疲@種運(yùn)行模式十分費(fèi)電，而且對于暖通空調(diào)本身而言，也降低了自身的工作效能，其實(shí)可以依靠變頻設(shè)備分組運(yùn)行暖通設(shè)備，保持正在工作的空調(diào)冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)蒸發(fā)器的出水溫度在其設(shè)定值的允許偏差范圍內(nèi)上下波動(dòng)時(shí)，群控控制柜不應(yīng)啟動(dòng)另一臺(tái)冷水機(jī)組。只有蒸發(fā)器的出水溫度超出了設(shè)定值允許的偏差上限且其水流量超過了該機(jī)組允許最大流量時(shí)才可自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)機(jī)組。這樣既能夠提高設(shè)備的工作效能，同時(shí)也能夠大幅降低建筑暖通設(shè)備的能耗。

當(dāng)然，暖通空調(diào)的節(jié)能還需要依靠廣大業(yè)主的共同努力，例如夏季空調(diào)溫度不宜設(shè)定太低，冬季溫度不宜設(shè)定太高等等，只有廣大業(yè)主自發(fā)共同努力，才能夠?qū)崿F(xiàn)中央暖通空調(diào)的真正節(jié)能目的。

4 結(jié)語

高層建筑暖通空調(diào)能耗過高已經(jīng)是不爭的事實(shí)，如何對高層建筑暖通空調(diào)的高能耗實(shí)施遏制和管理，除了需要改進(jìn)空調(diào)的運(yùn)行模式之外，還需要設(shè)計(jì)切實(shí)有效且穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，對暖通空調(diào)實(shí)施節(jié)能控制，才能夠有效的降低高層建筑暖通空調(diào)的能耗，切實(shí)響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，更多的暖通空調(diào)能耗控制技術(shù)有待于廣大技術(shù)人員在實(shí)際開發(fā)中的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排的偉大目標(biāo)。

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