1问题的提出
楼宇自控系统在智能建筑中起着非常重要的作用,除满足对各种设备进行分散控制、集中管理并具有高可靠性和信息集成性外,更重要的作用应该是有效地利用先进的控制技术和信息集成的优势节约能源,使系统产生更大的效益。然而,由于设计和施工的不规范,目前真正达到有效节能的楼宇自控系统不多,严重阻碍楼宇自控系统功能的发挥。
2节能方法及实现
对于每个系统采用的节能方法是不同的,应根据实际的设备和系统配置情况进行合理选择,使之在充分利用现有的设备基础上达到最佳的节能效果。
2.1空调机组
空调机组是智能建筑中耗能最多的设备,其运行方式不同,应从以下几个方面考虑空调机组的节能:
(1)全年运行系统的工况自动转换。根据室外气候条件和空调系统的不同结构及其工艺的不同要求进行工况的转换,一般以焙值作为转换的判断条件,通过调节空调运行参数来实现。如改变新、回风比系统的运行工况及转换条件:冬季采用最小新风比,通过控制热水阀保持温度的设定值;当热水阀关到最小,温度仍超过设定值时,改为通过控制新风比控制温度,进人冬季过渡季;当新风门全开,温度仍超过设定值时,如果室外空气烩值小于室内空气焙值,改为通过控制冷水阀控制温度,进人夏季过渡季;?若室外熔值高于室内空气烩值,仍通过控制冷水阀控制温度,但风门控制改为最小新风比,进人夏季工况;夏季到冬季转换的过程与上述相反。这样就可以达到在保障舒适度的前提下最大限度的利用新风,达到节约冷、热源的目的。同时在工况转换时,必须设置一定的死区及综合考虑冷、热源转换之间的配合。
(2)控制器参数选择。合理选择每个回路的PID参数,使之具有良好的响应性能,或选择各种先进的控制算法,提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或响应过程慢等不利影响,既浪费能量又影响执行器的寿命。
(3)最优起停控制。除一些必须连续运行的空调系统外,最直接的节能方法就是停机。由于空调区域的热惯性较大,可以自动根据室外气候条件和负荷大小及运行统计数据等,在满足舒适度的条件下,使上班前空调机组启动最晚,下班前空调机组停机最早,实现最优起停控制,最大限度节约能源。
(4)多级控制的有效配合。对有些系统除具有中央空调机组外,在各房间配有再加热盘管,特别是工艺空调)实现单独调节,此时应合理地选择控制策略及配合关系控制送风温度,防止中央空调送风的温度过低,而房间过分再加热的能量浪费现象发生,应考虑整体系统的节能效果。
(5)选用高质量温度传感器。室内空气每相差1”C的调节都要消耗很多能量,选用传感器精度差,在达到要求的设定温度时,传感器测得的结果可能相差较多,而产生的节能效益远大于传感器的价格。
(6)温度设定值应随室外温度自动调节。对于舒适性空调系统,可在夏季随室外温度的升高,适当提高温度的设定值,减小室内、外的温差,既能保证人的舒适度要求,又能实现节能;同样也适合冬季情况。
(7)供热曲线控制。对于需要维持几个对系统或建筑物安全有关的温度的系统,可以根据时间表,采用软件进行曲线的计算,控制器使用多个参数(由经验确定)进行控制,以保证供热曲线实现经济运行。
(8)控制送风压力恒定。在空调机组中采用变频风机控制送风压力,根据需要减小不必要的送风,避免过多送风的调节而消耗较多能量。
(9)死区恒温或死区PID控制。根据系统精度要求,在一定范围(死区)内使控制器输出为零,执行器处于关闭状态,既不加热也不求供冷,系统处于零能量带中,这样也可以延长执行器的寿命。
(10)经济运行方式。只要室外气温足够低,就可将其作为冷源,通常取上限为18oC,通过调节新、回、排风门比例,保证混风温度为13-16oC。当系统潜热负荷较大时,可用烩值作为判别依据,进一步减小能量消耗,采用:1固定的烩值上限;o室外空气焙值与回风熔值比较;焙值与上限温度相结合。
(11)夜间冷却。在非工作期间,采用100%新风用于冷却,房间被冷却到设定温度(通常高于室外温度5K)。限制条件:室外气温高于室内气温;室外空气的露点太高;室外温度太低(10oC以下)。
(12)开关循环。对于暖通空调系统,其设计负荷一般为所预见的最恶劣情况,而这种情况只占建筑运行时间的1%一5%,其他时间均达不到设计值,可以使设备采用间歇运行方式,既达到节省能源又不影响系统性能指标的目的。
2.2冷水机组
(l)台数选择。冷水机组的运行台数根据冷量需求进行控制,避免不必要的浪费。
(2)优化运行。盘管的节流阀随着负荷改变流量,而温差则倾向于保持接近设计温差,冷水的供水温度决定了基础流量。为了提高能量效率,设定值可以根据最大负荷区域或其他一些变化情况重新设定,采用的方法有:1优化制冷剂压力。
制冷机的效率决定于冷机的满负荷百分比和冷凝器与蒸发器中的制冷剂压力差。一般此压力差可由冷凝器冷却水出口温度与冷冻水供水温度之差来代替,每减少差值IK,可节省能量2%一3%,因此应提高冷冻水供水温度或降低冷却水的温度。减少制冷剂压力差的有效方法为:当负荷减小时,使用冷冻水负荷进行重设,提高供水温度的设定值,或者降低冷却水温度到最低的安全值(厂家推荐值);o多冷机高效运行。多冷机冷冻站应该运行于部分负荷曲线的最高效率点上,可以通过画出冷机所有组合的部分负荷特性曲线,从而由n到n+1台冷机之间的平滑切换点即可确定;最大限度减小运行时间。即建立在空气处理机启动时间的基础上,冷机启动一般与第一台风机的启动时间相同。如果水系统热容量很大,冷机可以早些启动;如果在启动过程中空气可以向风机系统供冷,则冷机可以晚些启动。
(3)冷却塔和水冷冷凝器。应考虑冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵的控制,以使整个冷冻站稳定和节能。对一些大的冷却塔,采用双速或变速风机可以在部分负荷条件下,减少风机动力消耗并稳定冷凝器水温。
2.3热水系统
(1)锅炉系统。根据供暖需求量,通过调节火焰大小或开关锅炉的台数进行控制;根据室外温度对供水水温重新进行设定,减小能量消耗;采用变频泵、带最小流量旁通阀的泵出口阀或双速泵,减小二次泵容量以适合负荷变化。
(2)热交换器系统。1根据空调负荷的大小,通过变频泵调节供水量;o通过一个室外恒温器,当负荷减少时重新设定供水温度,当热水泵不运行时,通过流量开关联锁把两通阀关闭。
2.4变风t系统(VAV)
变风量系统是当房间的热湿负荷低于设计值时,保持送风参数不变而通过减少送风量的办法来保持室内的温度不变。这不仅节约了提高送风温度所需的热量及相应的冷量,而且由于处理风量的减少,降低了风机功率的消耗。与定风量空调系统相比,它减少了再热量及相应的冷量,而且,随着各房间的送风量的变化,系统总送风量也相应变化,可以节省风机运行能耗。此外,根据变风量空调系统运行的特点,在计算空调系统总负荷时,可以考虑各房间负荷发生的同时性,还可适当减少风机容量。
2.5末端调节变风沮系统(TRAV)
在传统的VAV系统中,当负荷下降并导致流量减少时,末端风阀关小以节流,管道内静压不变。而在TRAV系统中,在相同的情况下,末端风阀始终打开,而管道的静压降低。于是在相同的流量下,TRAV系统所需求的风机功率要低得多。
当流量下降到额定的50%时,TRAV系统所要求的风机功率下降到额定功率的巧%以下。它是动态的控制,不要求时时热平衡从而保持房间状态的某一点,而充分考虑各种因素的相互作用,从而保持房间在某一个舒适范围。
TRAV末端调节变风量系统可以解决VAV系统可能出现的新风不足、气流组织失败和系统运行不稳定等问题。
2.6电能控制程序
电能消耗的计费主要取决两个因素:耗电量和需求系数,即峰、谷电价不同。因此,合理地启动或停止能耗较高的暖通空调设备,以使用电量保持平稳值,或在用电高峰期使设备的用电量低、运行时间较短,而在用电低谷期设备的用电量高、运行时间较长,使总的电费最低。
3节能方法的选择
(l)任何节能方法必须与现场设备配置情况相适应,在满足要求前提下尽量选用简单的控制方案,防止控制系统过于复杂,造成整个系统的成本过高。
(2)各种节能方法是相互联系的,对一个实际的系统必须综合考虑整体的节能,避免相互之间产生的影响可能抵消,达不到很好的节能效果。
(3)各种运行状态的切换条件应考虑一定的滞环,防止频繁的切换影响系统的有效运行和稳定性及设备的安全运行和寿命。
(4)注意每个回路控制算法及参数的优化调整,使控制系统具有良好的控制性能。
(5)注意设备本身的运行和限制条件,防止因采用的节能方法对设备寿命产生影响。
(6)重视系统的在线调试、传感器精度的校正及各种联动功能等的综合测试,防止设计参数和实际运行情况的背离。
(7)充分利用楼宇自控系统强大的软件功能和信息的集成性,保证系统的软、硬件得到合理的利用。
4结语
节能效果对于楼宇自控系统是非常重要的指标,应在设计系统时充分进行考虑,以保证在满足要求性能指标的基础上最大限度的节约能源,真正发挥楼宇自控系统的作用。
