智能建筑中楼宇自控的节能应用

一、概述

随着经济的快速发展，能源问题越来越受到世界各国的关注，能源的节约变为各国关注的焦点，21世纪人类最为关注的生活将是低碳节能环保的生活，保护环境，节约能源，实现可持续发展是人类发展面临的重要问题，现代社会各类高层建筑越来越多，比如政府办公楼，酒店，综合性写字楼等智能建筑规模越来越大，建筑节能一直是一个困扰人类的大问题。在智能建筑中使用高保温的新型环保建筑材料、高效率节能的灯光照明及节能环保空调等硬件投入必不可少，除此之外楼宇自控的节能手段就显得非常重要，楼宇自控的目标是对楼宇内的机电设备和能源实现最优化的智能管理，创造一个安全舒适、环保、节能的工作生活环境，楼宇自控系统的控制对象为楼宇内的空调通风系统、变配电系统、给排水、冷热源系统、照明系统等大量设备。

智能建筑的楼宇自动化系统是节能的一种重要手段，一定要认识到它的紧迫性。根据建设部的调研，近年来我国建筑规模迅速扩大，大部分建筑保温隔热差，采暖效率低，单位建筑采暖能耗远超相同气候条件下的世界平均值，所以必须加强建筑节能的宣传力度，使所有人都认识到，节能不仅是钱的问题，也不仅是环境的问题，而应提到关系国家前途和命运的问题。目前的智能建筑楼宇自动化系统节能运行的效果尽管不是很理想，原因是多方面的，由于认识上的偏差，以为楼宇自控系统没有用，还不如几个人手动开。实际上人的能力是有限的，不像计算机系统那样敬业而且踏踏实实，认识上一定要加以转变，加强物业队伍的培训和建设，对设备的运行根据保修期到期后，可以委托专业公司打理，提高设备的运行寿命，发挥系统的作用。否则将造成投资的浪费，管理能力低下，运行费用将会大大提高。

楼宇自控系统的节能一定要从细节做起，养成一种习惯，节能的设计指导思想始终贯穿于系统实施的始末，楼宇自动化的节能不仅是某一个专业的事情，它是智能化，建筑，结构，暖通通风，电力，给排水等专业共同参与合作的结果。一座普通的智能建筑物的能源80%以上是电能，其他能源所占比例相对较少。

二、建筑物照明系统

建筑物的照明是一个巨大的能源消耗系统，照明的节能主要分光源的节能和灯光的节能控制。

1．光源的节能，一般采用低能耗的节能灯代替高能耗的传统的白炽灯、荧光灯以达到节能的目的，随着LED灯及其他更节能的新型节能灯具的问世，光源的节能也就越来越得到重视。

2．灯光的节能控制主要靠楼宇自控系统来完成。

（1）建筑物内部不受日光影响的公共部分，譬如地下停车场、楼梯间、走廊、电梯厅等部分电灯可以采取定时控制手段，预先设定上下班或非正常时间，在下班后将灯自动变暗或关闭。此外，节能设计还体现在因地制宜的细节中，比如对宾馆客房设计节电开关，人在将电源接通，人离开把电源切断，真正做到没人自动断电达到节能目的。

（2）建筑物内部受室外照度影响的譬如窗户边上或幕墙的区域,当室外采光不足时就必须利用灯光进行补偿，而这种补偿是随机的，受室外天气阴晴的影响，而且需要补偿的照度也是变化的，因此我们必须依照室外阳光的强度和室内的照度相结合来控制电灯的开闭或者调整灯光的亮度，对于像航站楼这样大空间的建筑，可以根据日光对室内的影响程度划分成若干个照明区域，在每个区域内依据照明负荷分成不同的供电回路，同回路上的灯具可以相互交叉或并排布置，以取得最佳组合效果。安装在室外和室内不同部位的多个感光传感器信号传送给楼宇自控系统，经系统和设定的照度指标比较后分别控制各个区域的电灯启闭或调整灯光亮度，以达到最舒适的最节能的照度。

（3）针对部分可以人走灯灭的公共区域，比如部分电梯前室、楼梯、通道等可以采取移动侦测传感器来控制灯光的亮度或启闭，当有人来时移动侦测传感器输出信号，开启电灯，当长时间没人经过时，灯光自动转暗或关闭。

（4）对于一些大型的建筑物，大部分公共区域的照明都可以采用集中控制和手动控制相结合的方式，由于计算机技术、网络通讯技术的发展照明系统智能化集中控制将越来越容易实现，将所有的电灯都集中在中央控制室进行集中控制，设定各种灯光组合，利用定时、移动侦测、感光传感器、手动设定等相结合的控制方式，在实现舒适的环境前提下，最大限度的节约电能。

采用数字技术及计算机技术充分结合起来的智能控制采用软启动的方式，能控制电网冲击电压和浪涌电压，使灯丝免受热冲击，灯具寿命又得到延长。智能照明系统通常能使灯具寿命延长2～4倍，不仅节省大量灯具，而且大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用，对于大量使用灯具和安装困难的区域具有特殊的意义。此外，智能照明系统还有潜在的价值回报，使整个系统工作在使人们最舒适的状态，从而保证了人们的身心健康，提高了工作效率。

三、空调系统

建筑物的空调系统是另一个超大的能源消耗系统，中央空调系统在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时，也消耗掉了大量的能源。据统计，在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的70%，而且呈现逐年增长的趋势，因此如何高效率低能耗的运行及管理空调的相关设备对节能非常重要，采用楼宇自控系统结合一些先进的节能控制方法，在满足建筑物内舒适度的情况下，既可以使设备高效运行以节约电能，延长设备寿命，又可以减少设备管理人数，减轻设备管理人员劳动强度。中央空调系统主要由末端空气处理设备空如新风机组、空调机组、变风量控制（VAV）以及冷热源系统组成，现逐一进行分析阐述；

1．新风系统主要功能是根据楼层的面积大小，输送一定温度的新鲜空气量，保证房间的空气质量，当室外空气焓值大于室内空气焓值时，新风风机采用最小新风，当室外空气焓值小于室内空气焓值时，新风风机采用全新风运行，因为这样能减少整个空调的能耗，而且还能有效改善室内空气品质。

2．对于公共区域（大堂、餐厅）的温湿度环境改善是主要通过空调机组的空气处理方式来实现的，一般自控配置的设备为冷热水阀，加湿阀，新回风阀，送风温度，回风温度，有些还要安装公共区域内的温度传感器，送风量通过变频能够进行调节，对于目标控制参数的确定一般以回风温度为准，但也不一定合适，比如回风口离门口较近，取样的数据就很不准确，也可以在公共区域布设多个温度传感器，然后

取平均值，因此具体工程要具体分析，全面进行考虑。对于控制策略它比新风机送风温度控制来得复杂，其本身的特点是大纯滞后的，反应慢，如果采取常观的PID控制必将造成控制的阀门一下全开或全关，温度随之将大幅波动。因此采取非常规的控制策略，比如死区方式，当目标参数进入与设定值认可的偏差范围DT1（一般为0.5℃）时，冷（热）水阀将保持不变。变PID控制方式，就是当目标参数与设定值大时，控制作用强一些，当目标参数与设定值小时，控制作用弱一些。还可以采取根据温度偏差及上升或下降快慢的模糊控制方式，当温度与设定值处于正偏差DT2（1℃）以内时，但处于下降过程中，水阀将慢慢开大，当温度与设定值处于负偏差DT2以内时，但处于上升降过程中，水阀将慢慢关小。总之，对于目标参数的控制，充分考虑温度测量值，设定值，单位时间内的温度偏差值，“多看少动”才能真正将目标参数控制好。为了节能，根据室外温度的大小，冬天有条件将温度设定值下降1℃，夏天有条件将温度设定值提高1度，同时充分利用新回风阀的连锁功能，在过渡季全开新风阀，在盛夏或严冬将新风阀可以关到最小，这样可以节能达到12%。

楼宇自控系统不仅具有丰富的控制功能，而且有强大的管理功能，人性化的界面设计，过滤网堵塞和风机过障会发出声光报警，提醒管理人员落实清冼和维护，累计设备的运行时间，定期进行设备的保养，在使用过程中，充分利用楼控系统的功能以及新风机组空调机组的特点，根据时间程序进行节能启/停运行，具体体现在：

间歇运行：使设备合理间歇启停，但不影响环境舒适程度和工艺要求；

最佳启动：根据人员使用情况或生产工艺情况，预先开启空调设备，夏天采取大风量低温度；冬天采取大风量高温度；房间温度稳定以后，在低风量下运行。

最佳关机：根据人员下班情况或生产工艺情况，提前停止空调设备。

3．变风量控制（VAV）是一种新型的空调方式，在智能楼宇的空调中被越来越多地应用。当室内环境温度发生变化时，改变送风的温度和改变送风量大小二种控制方式都可以达到相同结果。采用变风量系统的中央空调系统可节能40%，而且系统只在冷热负荷达到峰值时才使用最大风量，因此可以大大降低能耗。

VAV系统一般由带变频调节电机的空调机组和变风量可调风阀末端装置组成。监控内容包括控制风机的启停，并监视风机的运行状态，根据室内温度的大小，自动调节新回风门的大小和水阀的开度来实现对温度的控制，使室温保持稳定。带有VAV装置的空调系统各环节需要协调控制，其内容主要体现在以下几个方面：

第一，由于各房间的负荷是不一样，那么送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之变化，因此应采用调节变频的大小对送风机进行控制。

第二，送风机速度调节时，可以采用定静压或变静压点控制方式，使各房间的压力保持稳定，保证装置正常工作。

第三，对于VAV系统，需要检测各房间风量，温度及风阀位置等信号，并经过综合的分析处理后才能给出送风温度设定值。

第四，在进行送风量调节的同时，还应调节新、回风阀，以使各房间有充分的新风量，保证房间的空气品质。

4．冷源系统是空调系统的核心部位，如何协调管理合理设计控制策略至关重要。在空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照建筑最大设计热负荷选定的，且留有余量，由于季节气候的变化，实际空调的热负荷在绝大部份时间内远比设计最大负荷低，根据负荷的变化，调节冷冻水泵的开启台数，或通过水泵的变频进行水量调节，然后根据冷源系统总负荷量（供回水温差与总流量的相乘）进行冷水机组台数控制。其节能效率往往达到40%以上，另外在低负荷的情况下，适当将冷机的出口温度提高几度，还可以达到节能的效果，利用自控实现机组最优启停时间控制，使设备交替运行，优化设备的运行时间，提高设备的使用寿命。

负荷计算：Q=K×M×（T1-T2）

Q：负荷K：常数；M：流量

T1：回水总管温度T2：供水总管温度

根据负荷的变换采用变频技术控制水泵和冷却塔风机不仅能节约电能，还能降低噪声，减少对电网的冲击电流，不影响其它设备的运行，大大减少维护费用的优点。

四、结语

总之，节能是经久不衰的话题，各行各业都在大力提倡，政府也不断发文进行支持，本文仅对建筑物的能耗采用现代的楼控技术如何减少消耗提出自己的一点想法，供抛砖引玉之用。