智能建筑中樓宇自控的節(jié)能應(yīng)用

智能建筑中樓宇自控的節(jié)能應(yīng)用

摘要：隨著能源的日益緊張，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類發(fā)展面臨的重要問題。節(jié)能可以說是樓宇自控系統(tǒng)在智能建筑中設(shè)計的出發(fā)點和根本點，文章主要闡述了樓宇自控在建筑照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約能源的技術(shù)和方法。關(guān)鍵詞：智能建筑；樓宇自控系統(tǒng)；建筑物照明系統(tǒng)；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能一、概述隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源問題越來越受到世界各國的關(guān)注，能源的節(jié)約變?yōu)楦鲊P(guān)注的焦點，21世紀(jì)人類最為關(guān)注的生活將是低碳節(jié)能環(huán)保的生活，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類發(fā)展面臨的重要問題，現(xiàn)代社會各類高層建筑越來越多，比如政府辦公樓，酒店，綜合性寫字樓等智能建筑規(guī)模越來越大，建筑節(jié)能一直是一個困擾人類的大問題。在智能建筑中使用高保溫的新型環(huán)保建筑材料、高效率節(jié)能的燈光照明及節(jié)能環(huán)?？照{(diào)等硬件投入必不可少，除此之外樓宇自控的節(jié)能手段就顯得非常重要，樓宇自控的目標(biāo)是對樓宇內(nèi)的機電設(shè)備和能源實現(xiàn)最優(yōu)化的智能管理，創(chuàng)造一個安全舒適、環(huán)保、節(jié)能的工作生活環(huán)境，樓宇自控系統(tǒng)的控制對象為樓宇內(nèi)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、給排水、冷熱源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等大量設(shè)備。智能建筑的樓宇自動化系統(tǒng)是節(jié)能的一種重要手段，一定要認(rèn)識到它的緊迫性。根據(jù)建設(shè)部的調(diào)研，近年來我國建筑規(guī)模迅速擴大，大部分建筑保溫隔熱差，采暖效率低，單位建筑采暖能耗遠(yuǎn)超相同氣候條件下的世界平均值，所以必須加強建筑節(jié)能的宣傳力度，使所有人都認(rèn)識到，節(jié)能不僅是錢的問題，也不僅是環(huán)境的問題，而應(yīng)提到關(guān)系國家前途和命運的問題。目前的智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)節(jié)能運行的效果盡管不是很理想，原因是多方面的，由于認(rèn)識上的偏差，以為樓宇自控系統(tǒng)沒有用，還不如幾個人手動開。實際上人的能力是有限的，不像計算機系統(tǒng)那樣敬業(yè)而且踏踏實實，認(rèn)識上一定要加以轉(zhuǎn)變，加強物業(yè)隊伍的培訓(xùn)和建設(shè)，對設(shè)備的運行根據(jù)保修期到期后，可以委托專業(yè)公司打理，提高設(shè)備的運行壽命，發(fā)揮系統(tǒng)的作用。否則將造成投資的浪費，管理能力低下，運行費用將會大大提高。樓宇自控系統(tǒng)的節(jié)能一定要從細(xì)節(jié)做起，養(yǎng)成一種習(xí)慣，節(jié)能的設(shè)計指導(dǎo)思想始終貫穿于系統(tǒng)實施的始末，樓宇自動化的節(jié)能不僅是某一個專業(yè)的事情，它是智能化，建筑，結(jié)構(gòu)，暖通通風(fēng)，電力，給排水等專業(yè)共同參與合作的結(jié)果。一座普通的智能建筑物的能源80%以上是電能，其他能源所占比例相對較少。二、建筑物照明系統(tǒng)建筑物的照明是一個巨大的能源消耗系統(tǒng)，照明的節(jié)能主要分光源的節(jié)能和燈光的節(jié)能控制。1．光源的節(jié)能，一般采用低能耗的節(jié)能燈代替高能耗的傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈以達(dá)到節(jié)能的目的，隨著LED燈及其他更節(jié)能的新型節(jié)能燈具的問世，光源的節(jié)能也就越來越得到重視。2．燈光的節(jié)能控制主要靠樓宇自控系統(tǒng)來完成。（1）建筑物內(nèi)部不受日光影響的公共部分，譬如地下停車場、樓梯間、走廊、電梯廳等部分電燈可以采取定時控制手段，預(yù)先設(shè)定上下班或非正常時間，在下班后將燈自動變暗或關(guān)閉。此外，節(jié)能設(shè)計還體現(xiàn)在因地制宜的細(xì)節(jié)中，比如對賓館客房設(shè)計節(jié)電開關(guān)，人在將電源接通，人離開把電源切斷，真正做到?jīng)]人自動斷電達(dá)到節(jié)能目的。（2）建筑物內(nèi)部受室外照度影響的譬如窗戶邊上或幕墻的區(qū)域,當(dāng)室外采光不足時就必須利用燈光進(jìn)行補償，而這種補償是隨機的，受室外天氣陰晴的影響，而且需要補償?shù)恼斩纫彩亲兓?，因此我們必須依照室外陽光的強度和室?nèi)的照度相結(jié)合來控制電燈的開閉或者調(diào)整燈光的亮度，對于像航站樓這樣大空間的建筑，可以根據(jù)日光對室內(nèi)的影響程度劃分成若干個照明區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)依據(jù)照明負(fù)荷分成不同的供電回路，同回路上的燈具可以相互交叉或并排布置，以取得最佳組合效果。安裝在室外和室內(nèi)不同部位的多個感光傳感器信號傳送給樓宇自控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)和設(shè)定的照度指標(biāo)比較后分別控制各個區(qū)域的電燈啟閉或調(diào)整燈光亮度，以達(dá)到最舒適的最節(jié)能的照度。（3）針對部分可以人走燈滅的公共區(qū)域，比如部分電梯前室、樓梯、通道等可以采取移動偵測傳感器來控制燈光的亮度或啟閉，當(dāng)有人來時移動偵測傳感器輸出信號，開啟電燈，當(dāng)長時間沒人經(jīng)過時，燈光自動轉(zhuǎn)暗或關(guān)閉。（4）對于一些大型的建筑物，大部分公共區(qū)域的照明都可以采用集中控制和手動控制相結(jié)合的方式，由于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展照明系統(tǒng)智能化集中控制將越來越容易實現(xiàn)，將所有的電燈都集中在中央控制室進(jìn)行集中控制，設(shè)定各種燈光組合，利用定時、移動偵測、感光傳感器、手動設(shè)定等相結(jié)合的控制方式，在實現(xiàn)舒適的環(huán)境前提下，最大限度的節(jié)約電能。采用數(shù)字技術(shù)及計算機技術(shù)充分結(jié)合起來的智能控制采用軟啟動的方式，能控制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓，使燈絲免受熱沖擊，燈具壽命又得到延長。智能照明系統(tǒng)通常能使燈具壽命延長2～4倍，不僅節(jié)省大量燈具，而且大大減少更換燈具的工作量，有效地降低了照明系統(tǒng)的運行費用，對于大量使用燈具和安裝困難的區(qū)域具有特殊的意義。此外，智能照明系統(tǒng)還有潛在的價值回報，使整個系統(tǒng)工作在使人們最舒適的狀態(tài)，從而保證了人們的身心健康，提高了工作效率。三、空調(diào)系統(tǒng)建筑物的空調(diào)系統(tǒng)是另一個超大的能源消耗系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)在給人們提供舒適的生活和工作環(huán)境的同時，也消耗掉了大量的能源。據(jù)統(tǒng)計，在有中央空調(diào)的建筑物中，中央空調(diào)的能耗約占總能耗的70%，而且呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，因此如何高效率低能耗的運行及管理空調(diào)的相關(guān)設(shè)備對節(jié)能非常重要，采用樓宇自控系統(tǒng)結(jié)合一些先進(jìn)的節(jié)能控制方法，在滿足建筑物內(nèi)舒適度的情況下，既可以使設(shè)備高效運行以節(jié)約電能，延長設(shè)備壽命，又可以減少設(shè)備管理人數(shù)，減輕設(shè)備管理人員勞動強度。中央空調(diào)系統(tǒng)主要由末端空氣處理設(shè)備空如新風(fēng)機組、空調(diào)機組、變風(fēng)量控制（VAV）以及冷熱源系統(tǒng)組成，現(xiàn)逐一進(jìn)行分析闡述；1．新風(fēng)系統(tǒng)主要功能是根據(jù)樓層的面積大小，輸送一定溫度的新鮮空氣量，保證房間的空氣質(zhì)量，當(dāng)室外空氣焓值大于室內(nèi)空氣焓值時，新風(fēng)風(fēng)機采用最小新風(fēng)，當(dāng)室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣焓值時，新風(fēng)風(fēng)機采用全新風(fēng)運行，因為這樣能減少整個空調(diào)的能耗，而且還能有效改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。2．對于公共區(qū)域（大堂、餐廳）的溫濕度環(huán)境改善是主要通過空調(diào)機組的空氣處理方式來實現(xiàn)的，一般自控配置的設(shè)備為冷熱水閥，加濕閥，新回風(fēng)閥，送風(fēng)溫度，回風(fēng)溫度，有些還要安裝公共區(qū)域內(nèi)的溫度傳感器，送風(fēng)量通過變頻能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，對于目標(biāo)控制參數(shù)的確定一般以回風(fēng)溫度為準(zhǔn)，但也不一定合適，比如回風(fēng)口離門口較近，取樣的數(shù)據(jù)就很不準(zhǔn)確，也可以在公共區(qū)域布設(shè)多個溫度傳感器，然后

取平均值，因此具體工程要具體分析，全面進(jìn)行考慮。對于控制策略它比新風(fēng)機送風(fēng)溫度控制來得復(fù)雜，其本身的特點是大純滯后的，反應(yīng)慢，如果采取常觀的PID控制必將造成控制的閥門一下全開或全關(guān)，溫度隨之將大幅波動。因此采取非常規(guī)的控制策略，比如死區(qū)方式，當(dāng)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)入與設(shè)定值認(rèn)可的偏差范圍DT1（一般為0.5℃）時，冷（熱）水閥將保持不變。變PID控制方式，就是當(dāng)目標(biāo)參數(shù)與設(shè)定值大時，控制作用強一些，當(dāng)目標(biāo)參數(shù)與設(shè)定值小時，控制作用弱一些。還可以采取根據(jù)溫度偏差及上升或下降快慢的模糊控制方式，當(dāng)溫度與設(shè)定值處于正偏差DT2（1℃）以內(nèi)時，但處于下降過程中，水閥將慢慢開大，當(dāng)溫度與設(shè)定值處于負(fù)偏差DT2以內(nèi)時，但處于上升降過程中，水閥將慢慢關(guān)小?？傊?，對于目標(biāo)參數(shù)的控制，充分考慮溫度測量值，設(shè)定值，單位時間內(nèi)的溫度偏差值，“多看少動”才能真正將目標(biāo)參數(shù)控制好。為了節(jié)能，根據(jù)室外溫度的大小，冬天有條件將溫度設(shè)定值下降1℃，夏天有條件將溫度設(shè)定值提高1度，同時充分利用新回風(fēng)閥的連鎖功能，在過渡季全開新風(fēng)閥，在盛夏或嚴(yán)冬將新風(fēng)閥可以關(guān)到最小，這樣可以節(jié)能達(dá)到12%。樓宇自控系統(tǒng)不僅具有豐富的控制功能，而且有強大的管理功能，人性化的界面設(shè)計，過濾網(wǎng)堵塞和風(fēng)機過障會發(fā)出聲光報警，提醒管理人員落實清冼和維護(hù)，累計設(shè)備的運行時間，定期進(jìn)行設(shè)備的保養(yǎng)，在使用過程中，充分利用樓控系統(tǒng)的功能以及新風(fēng)機組空調(diào)機組的特點，根據(jù)時間程序進(jìn)行節(jié)能啟/停運行，具體體現(xiàn)在：間歇運行：使設(shè)備合理間歇啟停，但不影響環(huán)境舒適程度和工藝要求；

最佳啟動：根據(jù)人員使用情況或生產(chǎn)工藝情況，預(yù)先開啟空調(diào)設(shè)備，夏天采取大風(fēng)量低溫度；冬天采取大風(fēng)量高溫度；房間溫度穩(wěn)定以后，在低風(fēng)量下運行。

最佳關(guān)機：根據(jù)人員下班情況或生產(chǎn)工藝情況，提前停止空調(diào)設(shè)備。3．變風(fēng)量控制（VAV）是一種新型的空調(diào)方式，在智能樓宇的空調(diào)中被越來越多地應(yīng)用。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，改變送風(fēng)的溫度和改變送風(fēng)量大小二種控制方式都可以達(dá)到相同結(jié)果。采用變風(fēng)量系統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)能40%，而且系統(tǒng)只在冷熱負(fù)荷達(dá)到峰值時才使用最大風(fēng)量，因此可以大大降低能耗。VAV系統(tǒng)一般由帶變頻調(diào)節(jié)電機的空調(diào)機組和變風(fēng)量可調(diào)風(fēng)閥末端裝置組成。監(jiān)控內(nèi)容包括控制風(fēng)機的啟停，并監(jiān)視風(fēng)機的運行狀態(tài)，根據(jù)室內(nèi)溫度的大小，自動調(diào)節(jié)新回風(fēng)門的大小和水閥的開度來實現(xiàn)對溫度的控制，使室溫保持穩(wěn)定。帶有VAV裝置的空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)需要協(xié)調(diào)控制，其內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，由于各房間的負(fù)荷是不一樣，那么送入各房間風(fēng)量是變化的，空調(diào)機組的風(fēng)量將隨之變化，因此應(yīng)采用調(diào)節(jié)變頻的大小對送風(fēng)機進(jìn)行控制。

第二，送風(fēng)機速度調(diào)節(jié)時，可以采用定靜壓或變靜壓點控制方式，使各房間的壓力保持穩(wěn)定，保證裝置正常工作。

第三，對于VAV系統(tǒng)，需要檢測各房間風(fēng)量，溫度及風(fēng)閥位置等信號，并經(jīng)過綜合的分析處理后才能給出送風(fēng)溫度設(shè)定值。

第四，在進(jìn)行送風(fēng)量調(diào)節(jié)的同時，還應(yīng)調(diào)節(jié)新、回風(fēng)閥，以使各房間有充分的新風(fēng)量，保證房間的空氣品質(zhì)。4．冷源系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部位，如何協(xié)調(diào)管理合理設(shè)計控制策略至關(guān)重要。在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑最大設(shè)計熱負(fù)荷選定的，且留有余量，由于季節(jié)氣候的變化，實際空調(diào)的熱負(fù)荷在絕大部份時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計最大負(fù)荷低，根據(jù)負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)冷凍水泵的開啟臺數(shù)，或通過水泵的變頻進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，然后根據(jù)冷源系統(tǒng)總負(fù)荷量（供回水溫差與總流量的相乘）進(jìn)行冷水機組臺數(shù)控制。其節(jié)能效率往往達(dá)到40%以上，另外在低負(fù)荷的情況下，適當(dāng)將冷機的出口溫度提高幾度，還可以達(dá)到節(jié)能的效果，利用自控實現(xiàn)機組最優(yōu)啟停時間控制，使設(shè)備交替運行，優(yōu)化設(shè)備的運行時間，提高設(shè)備的使用壽命。負(fù)荷計算：Q=K×M×（T1-T2）

Q：負(fù)荷K：常數(shù)；M：流量

T1：回水總管溫度T2：供水總管溫度根據(jù)負(fù)荷的變換采用變頻技術(shù)控制水泵和冷卻塔風(fēng)機不僅能節(jié)約電能，還能降低噪聲，減少對電網(wǎng)的沖擊電流，不影響其它