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标题: BA空调节能难点分析[转] [打印本页]

作者: 剩下的石头 时间: 2004-11-8 11:43
标题: BA空调节能难点分析[转]
智能建筑市场广阔，发展迅速；但相对来说，智能建筑中BA节能的实现，特别是BA中HVAC节能的实现似乎进展缓慢。作者曾参与过我国早期建成的智能建筑运行情况的调查分析[3][4][5][6]。时过多年，智能建筑工程实践和认识的很多方面都发生了很大变化，但智能建筑实现节能情况的进展似乎很缓慢。基本情况仍然是：节能效益显著的项目仍然相当稀少，正常运行的任务仍然相当迫切，HVAC控制有关环节脱节现象仍然相当严重。

智能建筑中BA节能进展缓慢，本身就意味着问题的复杂性和艰巨性，意味着潜在技术和工程难点。国外专家称“控制HVAC设备，是楼宇自动化中最基本，也常常是最困难的领域之一”。可见国内外技术人员对此问题的认识和看法是一致的。本文试图对“BA空调节能难点”从以下四个方面加以分析，以便推进智能建筑中BA节能的实现。

 

1建筑热过程相对复杂 

当我们着手分析建筑能耗时，会发现面临一个头绪纷繁，庞大复杂的建筑热过程。这个建筑热过程是由室内气候，围护结构和室外气候三个部分，辐射，传导和对流三种传热形式相互作用相互影响的，统一，复杂的动态过程。建筑物内房间由围护结构形成空间，由外墙，外门，内墙，内门，地板，楼板，顶棚系统和窗子系统组成的围护结构把室内室外隔成了两个气候环境。太阳辐射和室外气温变化等因素，通过辐射，传导和对流三种形式作用于围护结构；而围护结构本身既有热阻又有热容，它通过自身的调节作用把室内外环境的变化因素连接在一起；而室内环境也有人体，照明，设备等发热发湿因素影响着热平衡，而且各墙，窗，家具表面之间以及各表面与空气之间也通过辐射和对流交换着热量；此外，空气渗透和通风系统又把室内和室外环境联结在一起。

建筑热过程自身的这种多元性，复杂性和动态性，决定了一切建筑节能过程的实现必然带着自身的多元性，复杂性和动态性。当问题处于不同阶段，不同领域，不同的研究目的时，人们会不断地寻求简化解决方法；而同时人们也会不断地寻求建筑热过程的“详细解决”。大容量高速度的现代计算机技术不断为建筑热过程的数字模拟提供新的手段，以IT技术为基础的楼宇自动化技术和建筑能量分析技术，互相借鉴，以至实现某种“融合”，应该是可以预期的。



作者简介：施鉴诺，北京工业大学教授；刘延峰，北黄自动化设备安装公司总经理

2设备系统稳态设计和设备系统动态运行存在着内在矛盾 

建筑物冷热负荷计算是设备设计阶段需要完成的基本设计计算之一，我们以此为例做些分析。我国空调负荷的工程计算，在50年代，60年代以至70年代，尽管在周期性传热理论的基础上也做了若干修正，但本质上是一种稳态计算。那时不区分房间得热与房间负荷，也不区分设计负荷与运行负荷，室外空气状态选择一个峰值为代表，室内空气状态也固定为某种不变的条件。在此基础上计算传热，再加上“大一点不出毛病”的设计思想作指导，使得空调负荷的工程计算普遍偏大。根据我国暖通规范组织的测试和调查，普遍的情况是：既使室内外环境都处于满负荷条件下，冷热设备容量仍有40%以上的富余。

西方国家在70年代石油危机和计算机技术不断发展的双重推动下，开始研究全新的动态负荷计算方法，以达到建筑节能的目的。其中典型代表即是ASHRAE（美国采暖冷冻空调工程师协会）以传递函数理论为基础的一系列方法，包括反应系数法，改进型反应系数法，冷负荷系数法和权重系数法等。这种由ASHRAE带动起来的，由稳态或准稳态负荷计算方法向动态负荷计算方法的变化（在美国，权威人士称之为“Revolutionary”），其影响波及全世界。在我国，基本上是在引进的基础上，研究出了“冷负荷系数法”，“谐波反应法”，“空调手册法”，“热平衡方程法”等新的负荷计算方法。但在实际工程计算中，或由于计算工具的缺乏，或由于设计周期的限制，或者受一些设计流派的不良影响（根本不做负荷计算，而估以两倍的安全系数），很多空调负荷的工程计算与传统空调负荷计算并没有多少实质性的变化，甚至有不少反而是更粗糙了。

设计负荷的计算是空调设备选择的基础。在选择设备时留有一定的安全系数是必要的，以备设计计算，设备出力和运行管理等因素中可能出现的偏差的需要；但空调负荷计算如果过于保守，不仅会造成投资增加，设备浪费，而且还会给空调设备的控制调节带来困难。在智能建筑中，大量空调设备组织在计算机的精密控制之下，传统设计方法中的“ 粗放”部分将不能满足需要；精心设计，精心计算，精心选择是智能建筑建设对设计方法提出的新要求。这种新的情况，不仅在国内有，在国外也同样存在（国外有的学者称其为“Challenge”）。

面对智能建筑出现的新情况，尚难预测设计方法以至设计思想和设计体系会发生何种变化，以及此种变化会形成何种问题出现和此种变化需要多长的过度时间；但面对工程的实际需要，技术人员适当的扩大知识面，学习一些交*学科的知识，并在冷热负荷计算，风系统和水系统水力平衡计算等方面尽量做得精确些，应该是当务之急。



3监控点多且相互影响 

在智能建筑中，“BA”（楼宇自动化）是其中不可或缺的重要组成部分，而在“BA”中，HVAC（暖通空调）设备的自动化又是其中最重要的组成部分。常见的监测量或控制量包括：室内温度，湿度，CO2含量，送风温度湿度，室外温度湿度，冷冻水供水和回水温度，冷却水供水和回水温度，新风阀混风阀和排风阀的控制，送风机和回风机的控制，冷热盘管的控制，冷却水和冷冻水泵的控制，过滤器压差的监测，低温防冻保护，风机状态监测和启停控制，运行时数和耗电统计，节能运行管理，空调末端装置风量控制，管道压力控制，系统风量控制，锅炉供热系统控制，换热系统控制，送排风系统监控等。

这里不仅监控点多，而且模拟量多，专业性强，不仅可能有来自同一控制回路内变量的耦合，而且可能有来自不同控制回路变量的相互影响。以VAV系统为例（参图1，VAV系统AHU控制原理）：室内空气温度和室内空气相对湿度分属于两个不同的控制回路，但室内空气温度的值将直接影响室内空气相对湿度；空气表冷器对混风的处理结果不仅直接影响室内空气温度还将直接影响室内空气相对湿度；对送风温度设定的调整将影响末端箱对风阀的调整等。如果编程适当，调试到位，VAV系统有节能显著，控制灵活的突出优点，否则有可能产生新风不足，房间气流组织不好，房间正压或负压过大，室内噪声偏大，系统运行不稳定，节能效果不明显等一系列问题。

图一 VAV系统AHU控制原理



4工程实施中多专业交*和多环节衔接 

在智能建筑运行中，出现问题比较多的往往是BAS系统；而在BAS系统中，出现问题比较多的又往往是HVAC系统。主要的表现形式往往是：（１）自动工作方式由于这样那样的原因操作不灵，（有的系统甚至从未开通），致使用户长期工作于手动方式，使自动控制设备形同虚设，（不仅白白增加了投资，而且增加了维护负担）；（２）一些技术先进、能够大量节能的系统，由于这样或那样的原因不能正常运行。应该指出：在智能建筑运行中，BAS系统出现颇多问题的状况并非我国所独有，而是在其他国家和地区也不同程度的存在。只不过我国出现的情况，往往由于对工程项目的行政管理和技术管理力度不够，对智能建筑的技术研究和总结的力度不够，因此范围可能更大些，问题性质可能更严重些。

当一栋建筑物的HVAC系统出现重大问题时，现场分析的经验表明：原因分析的任务往往十分艰巨，问题往往盘根错节，原因往往相互交织，有的甚至很难剖剥以便找到问题的真正根源。下面对有关的四个主要环节简要分析：

（１）空调系统设计：一般由土建设计院的暖通设计人员完成；空调系统的设计是空调系统及其控制系统能够良好运行的技术基础。设计院一般能够按传统的办法完成空调系统（包括冷热源系统）的设备选择，但对空调系统的运行往往考虑不够，对于所提空调系统对自动控制的工艺要求条件也往往深度不够。

（２）空调系统安装，调试：一般由设备安装公司完成；空调设备的安装质量，是空调系统及其控制系统能够良好运行的物质基础。不少设备安装公司，目前都很注意工作质量，因此空调设备的安装质量得到了很大提高。但安装完毕之后，普遍没能进行认真的调试。各个风系统和水系统，从干管到末端装置，并没有调整到设计要求值。因此，虽然也经过了工程验收手续，但用户接手的仍然是一个未经过认真调试的系统；而且不能排除工程本身可能存在着出力不够，无法平衡，严重堵塞等重大隐患。

（３）空调自控系统的设计、安装和调试：一般是在设计院暖通专业人员的参与下，由自控设备厂商完成；由自控设备厂商完成的空调自控系统的方案设计、深化设计、安装和调试，往往是目前出问题较多的环节。厂家在竞标阶段，往往就没有在具体分析设计方案、系统运行、节能措施等重大技术问题上下很大功夫；而在工程实施阶段，由于人力不足或专业不齐备或骨干力量不强，就势必造成相应的设计、施工和调试质量粗糙，远没有达到相应的技术要求。

（４）空调及其自控系统的运行管理，由业主委托的物业管理部门完成。在整个建设阶段和长远运行周期，投资者的着眼点显然起着控制和决定性的作用。就智能建筑的空调系统来说，空调系统对一次投资和运行费用的作用，业主往往估计不足，对重大技术方案（如VAV系统，控制方案选择等）及其在国内外的实践经验往往心中无数。这样，在BAS系统中占重要比例的HVAC系统控制的设计、调试和验收等工作即可能处于某种盲目和失控状态。一旦问题形成，可能已是上亦难下亦难的骑虎之势。此外，业主还应注意选择和培养合格的HVAC系统运行管理人员。智能系统能够大幅度的节能节电，并大幅度的节省维护管理人员；但对运行管理人员的素质要求，却大大的提高了。合格的运行管理人员，不仅要懂一般的机电知识，而且要掌握HVAC系统的运行原理，了解计算机网络知识，具备丰富的实践经验。工程实践表明，运行管理水平也是系统运行成功的重要环节。没有这个环节，即使设计、安装、调试等环节严谨，也是不能成功的。

根据我国工程实践的目前现状，常常出现的情况是：主要工程环节往往存在不同程度的不到位，使下一道工序工作于上一道工序不到位的基础上，这势必造成技术脱节；而且问题一旦出现，又会成为责任不清、很难判断的困难局面。



在智能建筑中，为HVAC各系统服务的监控点数量常常占整个建筑物监控点总数的一半以上，HVAC各系统的耗电量常常占整个建筑物耗电量的一半以上。因此，空调设备和空调控制设备不仅对整个建筑物的一次投资（包括弱电系统投资）形成可观的比例，而且对建筑物建成后的运行费用形成重要的影响。如果从建筑物整个生命周期的成本进行计算，情况就更是如此。

事实上。智能建筑在运行费用方面的节省，包括节能节电和节省管理工作量和管理人员，是建筑物“智能”投资（“弱电系统”投资）的重要回报内容之一。在我国的智能建筑实践中，已经有一年运行费用的节省超出弱电系统总投资的范例；但可惜的是，绝大多数的智能建筑目前还远远地做不到这一点。这也正是需要跟踪探索并寻求解决办法的重大工程实践问题之一。

从我国智能建筑实践的实际情况出发，也许需要分三个层次，提出对HVAC系统及其控制系统设计、调试和运行的要求：第一，要确保HVAC系统及其控制系统的正常运行。这一要求本是最基本的，但却并非所有建筑物都能真正达到。第二，是实现一定程度的节能。这一要求也原本是投资“智能”系统的正常回报，然而实践中能真正做到这一步的并不多。第三，是实现HVAC系统运行的全面优化。这一要求对于我国大多数智能建筑来说，恐怕是一种长远目标，需要逐步达到。

作者: lusiano 时间: 2004-11-14 12:28
请问有没有详细的资料或出版物？我也觉得目前国内的楼控系统只是设备的罗列，实际的节能效果怎样见仁见智。

作者: njhl 时间: 2004-11-15 12:01

作者: aland 时间: 2004-11-16 11:55
高手，支持。

作者: dgxdy123 时间: 2010-3-8 15:37
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作者: nlei966 时间: 2010-3-8 18:23
呵呵，积分不够啊

作者: bluebuou 时间: 2010-3-10 16:43
见仁见智

作者: kingboy0310 时间: 2010-3-10 16:52
学习了。。。。希望能放出更多的这方面资料啊

作者: billwzw 时间: 2010-3-10 16:54
好东西，学习了

作者: zpower 时间: 2010-3-11 13:33
学习了，谢谢分享

作者: yht1999 时间: 2010-3-19 14:00
要讲怎么样才能节能

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