1 引言
隨著近年來(lái)我國(guó)建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，建筑能耗也逐年上升，建筑能耗所占能耗總量已從上世紀(jì)70年代末的10%上升到近年的27.8%。而建筑最大的耗能點(diǎn)是采暖和空調(diào)，據(jù)悉，我國(guó)在采暖和空調(diào)上的能耗占建筑總能耗的55%，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)每平方米建筑采暖能耗約為發(fā)達(dá)國(guó)家的3倍左右。因此，如何有效降低建筑能耗，建設(shè)節(jié)能型綠色建筑已成為當(dāng)前的熱門話題。
本文從建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BA）角度出發(fā)，結(jié)合某超市的具體案例，就如何利用BA技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)的空調(diào)、通風(fēng)、冷熱源、給排水、變配電和照明、電梯和自動(dòng)扶梯等設(shè)備的有效控制，達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能，減少運(yùn)行費(fèi)用的目標(biāo)作具體分析。
2 空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)
2.1目標(biāo)溫度自適應(yīng)和室內(nèi)溫濕度控制精度
設(shè)立空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)主要是為建筑物內(nèi)的使用人群提供舒適的環(huán)境，但在追求舒適的同時(shí)也消耗了大量的能源。如何有效地解決這個(gè)問(wèn)題，就需將環(huán)境對(duì)人的影響作分析。首先來(lái)了解一下人體舒適性溫度和哪些因素有關(guān)。所謂冷、熱是人們的一種感覺(jué)，它與實(shí)際氣溫不完全是一回事。人體感覺(jué)溫度除與氣溫有關(guān)外，還與風(fēng)速和濕度等有關(guān)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)顯示，人體舒適溫度的上下限為：夏季，人們感到最舒適的氣溫是19—24℃，冬季是17—22℃。人體總要保持體溫恒定，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)舒適溫度的上限時(shí)，人們便感到熱，若超過(guò)37℃時(shí)就感到酷熱；相反，當(dāng)環(huán)境溫度低于舒適溫度下限時(shí)，人就感到?jīng)?、冷，若低?℃，就感到嚴(yán)寒。人體感覺(jué)舒適的濕度，一般在20%～60%RH。室內(nèi)相對(duì)濕度低于20%，則房間顯得干燥，易產(chǎn)生靜電，同時(shí)人體會(huì)感到干燥；如室內(nèi)相對(duì)濕度大于60%，則房間顯得過(guò)濕，人體就會(huì)感到悶，如果這時(shí)有風(fēng)吹來(lái)，加快了人體熱量的散發(fā)，人體馬上就感到?jīng)隹?。所以，風(fēng)對(duì)人冷熱的感知也有一定的影響。另?yè)?jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局統(tǒng)計(jì)資料表明，如果在夏季將設(shè)定值溫度下調(diào)1℃，將增加9%的能耗，如果在冬季將設(shè)定值溫度上調(diào)1℃，將增加12%的能耗。所以，設(shè)置適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)目標(biāo)溫度值，既可滿足舒適性的要求，又可以達(dá)到節(jié)能的目的。與此同時(shí)，提高室內(nèi)溫度控制精度也可以節(jié)省不必要的能耗。
項(xiàng)目實(shí)例：某大型超市面積為1萬(wàn)8千平方米左右，區(qū)域劃分為4個(gè)空調(diào)功能區(qū)（門廳、賣場(chǎng)、園藝中心、辦公室）和兩個(gè)輔助功能區(qū)（貨倉(cāng)、設(shè)備室）。
2.2采取的節(jié)能措施
⑴空調(diào)目標(biāo)溫度值的自適應(yīng)調(diào)節(jié)
空調(diào)機(jī)組根據(jù)設(shè)定目標(biāo)溫度值，通過(guò)DDC的PID運(yùn)算器來(lái)調(diào)節(jié)水閥的開(kāi)度以調(diào)整回風(fēng)溫度值，使回風(fēng)溫度保持在設(shè)定溫度的一定的范圍內(nèi)。由于超市層高為6米，回風(fēng)溫度和室內(nèi)人群感受的溫度有一定的偏差，所以在設(shè)定目標(biāo)溫度值時(shí)要考慮到這個(gè)偏差。我們根據(jù)室外溫度、自動(dòng)調(diào)整空調(diào)機(jī)組設(shè)定溫度值來(lái)達(dá)到浮動(dòng)控制的目的。根據(jù)反復(fù)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)院要求，確定賣場(chǎng)的空調(diào)設(shè)定溫度以夏季的室外溫度為基準(zhǔn)。當(dāng)室外溫度分別為28℃以下、28～32℃、32℃以上時(shí)對(duì)應(yīng)空調(diào)設(shè)定溫度分別24、25、26℃；冬季以室外溫度10℃以上、10℃以下對(duì)應(yīng)20、18℃。
⑵空調(diào)目標(biāo)溫度值的分區(qū)域梯度設(shè)置
空調(diào)區(qū)域分為4個(gè)功能區(qū)，東西門廳和東西賣場(chǎng)、一個(gè)園藝中心、辦公室。根據(jù)人流方向，門廳－賣場(chǎng)－園藝中心；門廳－辦公室。門廳空調(diào)目標(biāo)溫度值比賣場(chǎng)的溫度高2度；由于園藝中心的特殊要求設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)于賣場(chǎng)的設(shè)定溫度高2度。
⑶提高空調(diào)目標(biāo)溫度的控制精度
歐美等國(guó)對(duì)室內(nèi)溫濕度控制精度要求為：溫度為±1.5℃，濕度為60±5%的變化范圍。本項(xiàng)目按照常規(guī)方式進(jìn)行PID控制，根據(jù)BA系統(tǒng)不同的控制對(duì)象，應(yīng)采用不同的控制方式。通常有以下4種：P：適用于干擾變化幅度小，自衡能力強(qiáng)，對(duì)象滯后(τ∕T )較小，控制質(zhì)量要求不高，且系統(tǒng)允許有一定范圍余差的場(chǎng)合。PI：工藝要求靜態(tài)無(wú)余差，控制對(duì)象容量滯后很小，負(fù)荷變化幅度較大，但變化過(guò)程又較緩慢的場(chǎng)合。PD：適用于控制對(duì)象時(shí)間常數(shù)T0較大的場(chǎng)合。對(duì)于滯后很小，信號(hào)有噪聲或周期性干擾的系統(tǒng)不能采用微分作用。PID：適用于負(fù)荷變化和對(duì)象容量滯后都較大、時(shí)滯不太大且控制質(zhì)量要求又較高，被控變量變化緩慢的場(chǎng)合。綜上所述，本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)采用PI控制，根據(jù)生產(chǎn)廠商組態(tài)軟件幫助文件中提供的如下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1），并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定微調(diào)。
通過(guò)BA系統(tǒng)用戶界面操作軟件的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線圖，觀測(cè)回風(fēng)溫度趨勢(shì)，回風(fēng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度±0.5度之間，更改設(shè)定溫度值，回風(fēng)溫度可以在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在設(shè)定溫度內(nèi)。
檢測(cè)方法：使用若干臺(tái)環(huán)境溫度記錄儀放置在門廳、東西賣場(chǎng)、園藝中心中，進(jìn)行7×24小時(shí)環(huán)境溫度記錄，據(jù)記錄儀的記錄數(shù)據(jù)、各區(qū)域在中央空調(diào)使用時(shí)間段內(nèi)（具有穩(wěn)定、合格的冷熱源供應(yīng)）、環(huán)境溫度在設(shè)定溫度上某一區(qū)域1度之間飄動(dòng)，也就是說(shuō)環(huán)境溫度可以保持在±0.5度之間。
2．3機(jī)組的最佳啟停時(shí)間控制
為保證顧客在賣場(chǎng)開(kāi)業(yè)后良好的購(gòu)物環(huán)境，就需要提前對(duì)賣場(chǎng)進(jìn)行預(yù)冷、預(yù)熱?？照{(diào)系統(tǒng)是大慣性的運(yùn)行系統(tǒng)，提前關(guān)閉空調(diào)也可以保證室內(nèi)溫度在一定的時(shí)間內(nèi)變化不大，BA系統(tǒng)對(duì)空調(diào)機(jī)組最佳啟、停時(shí)間進(jìn)行計(jì)算和控制，可以在保證環(huán)境舒適的前提下，縮短不必要的運(yùn)行時(shí)間。提前開(kāi)啟和關(guān)閉空調(diào)機(jī)組的時(shí)間長(zhǎng)短與當(dāng)時(shí)室外溫度、空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)容量、空調(diào)區(qū)域等因素有關(guān)，BA系統(tǒng)在實(shí)際控制中，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)工況，本項(xiàng)目按照表2提前進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉
2．4新風(fēng)量控制帶來(lái)的節(jié)能效果
夏季在夜間凌晨2點(diǎn)開(kāi)啟空調(diào)機(jī)組半個(gè)小時(shí)，將室外低溫新鮮空氣與賣場(chǎng)內(nèi)污濁空氣進(jìn)行置換。早晨開(kāi)啟空調(diào)時(shí)，將新風(fēng)閥門設(shè)定為最小新風(fēng)量運(yùn)行（10％），回風(fēng)閥門開(kāi)啟100％，排風(fēng)閥門完全關(guān)閉，空調(diào)機(jī)組進(jìn)行全循環(huán)運(yùn)行，減少處理新風(fēng)的能量消耗。
為了充分、合理地回收回風(fēng)能量和利用新風(fēng)能量，根據(jù)新、回風(fēng)焓值比較來(lái)控制新風(fēng)量與回風(fēng)量的比例，最大限度地減少人工能量與熱量。
新風(fēng)負(fù)荷一般占空調(diào)負(fù)荷的相當(dāng)部分，有時(shí)可達(dá)30％～50％，因而減少新風(fēng)負(fù)荷就成了有效的節(jié)能方法。圖1顯示了根據(jù)新、回風(fēng)焓差控制新風(fēng)量的概念圖，圖中△h=室內(nèi)空氣焓－新風(fēng)空氣焓。
A區(qū)：制冷工況，且△h>0,故應(yīng)采取最小新風(fēng)量，減少制冷負(fù)荷。在此工況下，最小新風(fēng)量可根據(jù)室內(nèi)CO2濃度調(diào)節(jié)最小新風(fēng)量，也可以直接給定最小新風(fēng)量，保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)。本項(xiàng)目根據(jù)超市運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，預(yù)測(cè)顧客的進(jìn)場(chǎng)人數(shù)多少，按照時(shí)間段確定最小新風(fēng)量，見(jiàn)表3。
B區(qū)：制冷工況，且△h<0，應(yīng)采取最大新風(fēng)量控制，充分利用自然冷源，以減輕制冷負(fù)荷。B區(qū)與C區(qū)的交界線：在此線上新風(fēng)帶入的冷量恰與室內(nèi)負(fù)荷相等，制冷負(fù)荷為零，可以停止供應(yīng)冷源。C區(qū)：過(guò)渡季節(jié)，此時(shí)可利用一部分回風(fēng)與新風(fēng)相混和，即可達(dá)到要求的送風(fēng)狀態(tài)。Min OA線是利用最小新風(fēng)量與回風(fēng)混和可達(dá)到要求的溫度，此時(shí)過(guò)渡季節(jié)，要求的溫度值范圍比較寬泛。D區(qū)：空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入采暖工況，采用最小新風(fēng)量。同樣按照時(shí)間段確定最小新風(fēng)量。
2．5風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)的電源控制
辦公室區(qū)域采用新風(fēng)機(jī)進(jìn)行一次新風(fēng)處理加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)進(jìn)行供冷/熱風(fēng)。風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)三速和設(shè)定室內(nèi)溫度，控制精度一般為±2度，風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器不納入BA系統(tǒng)的控制，但是很多員工并未養(yǎng)成下班隨手關(guān)閉溫控器的習(xí)慣，這時(shí)雖然冷熱源系統(tǒng)可能已經(jīng)關(guān)閉，不關(guān)閉溫控器并不耗費(fèi)冷熱源系統(tǒng)的能源，但是開(kāi)啟的風(fēng)機(jī)還是要耗費(fèi)一定的電能、長(zhǎng)期開(kāi)啟不但影響其使用壽命，日積月累耗費(fèi)的電能也是相當(dāng)可觀的。所以，電氣設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管電源進(jìn)行單獨(dú)供電，BA系統(tǒng)增加控制辦公室區(qū)域風(fēng)機(jī)盤(pán)管的電源控制，按照上下班時(shí)間表進(jìn)行定時(shí)供應(yīng)/切斷風(fēng)機(jī)盤(pán)管電源。
2．6優(yōu)化改進(jìn)措施
東西賣場(chǎng)各5000平方米，每個(gè)賣場(chǎng)由兩臺(tái)大功率空調(diào)機(jī)組供應(yīng)冷/熱，空調(diào)機(jī)組啟動(dòng)電流很大，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致相應(yīng)供電屏經(jīng)常保護(hù)跳閘。后對(duì)每臺(tái)空調(diào)機(jī)組增裝變頻器、進(jìn)行軟啟動(dòng)，減少對(duì)供電系統(tǒng)的沖擊。在業(yè)主資金、安裝條件等方面允許狀況下可在賣場(chǎng)內(nèi)設(shè)置若干臺(tái)CO2傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣品質(zhì)，代替按照時(shí)間段的方式，確定新、回風(fēng)量比例，但在實(shí)際使用過(guò)程中需要注意CO2傳感器使用壽命較短，每年要重新進(jìn)行標(biāo)定，否則作為判據(jù)使用的時(shí)候?qū)⒂绊懙绞褂眯Ч?BR>
（轉(zhuǎn)載）
