伴随国家经济的快速发展,高楼大厦日益增多。写字楼、商场、高级酒店,如雨后春笋,拔地而起。这些建筑既是舒适的办公、休息、娱乐环境,又是社会的发展标识建筑。然而,当
前很多楼宇,在片面追求外形大气恢弘美观的同时,轻视其使用功能的合理搭配和内部节能功能的有效设计,导致许多高层建筑能耗大,资源利用率低。而暖通空调的监控,能较好
的控制能耗过多浪费。大型中央空调系统的损耗,一般能占到建筑总耗能的40%以上。为此,通过暖通空调的监控,其降低能耗是实现楼宇自控节能重要的关键性内容。
1、暖通空调系统的内涵
1.1 暖通空调技术原理
依靠制冷剂在制冷机组的蒸发器中与冷凝水进行热量的交换而汽化, 从而降低冷凝水的温度是暖通空调的一般原理。然后, 被汽化的制冷剂在压缩机作用下变成高温高压气体,流经冷凝器时被来自冷却塔的水冷却,又从气体变成了低温液体。同时,被降温的冷凝水,经水泵流到空气处理机制的热交换器中,同混风进行冷热交换形成冷风源,最后通过送风管道送入房间。
1.2 暖通空调监控系统
暖通空调的监控很重要,安装前需要监理工程师对施工图纸进行审验,以了解空调、制冷机、冷冻泵等设备监控系统的要求。认真核对各专业设备安装条件、接口位置,技术参数,配置系统等方面的要求。“空调的监控系统是楼宇自控系统的重中之重,占了近57%以上的监控点”,是实现高楼建筑监控的重点。由于高楼建筑功能设计的复杂性及暖通设备的系统性,需要集成多项技术及采用高效设备来实现建筑的整体节能效果。采用BEMS 对暖通系统运行能耗时刻监控,以便修正合理的控制策略,最大程度地降低空调系统的能耗。
2、传统楼宇暖通系统监控问题
中央空调的系统监控是实现暖通系统节能监控的基础。一般说来,全面掌握熟悉暖通系统各位置各部件的参数,才能制定出合理的控制策略进而实现节能运行。其中,温湿度、流量、压力、液位等参数对系统的安全监控及自动化运行至关重要,要引起足够的重视。
事实上,目前楼宇自动化监控系统在国家标准中仍然是非强制性、可有可无的,还有不少没有楼字自控系统的空调监控功能。因此,把办公大楼的空调参数设定到26℃以土,是要依靠人工去调节的。而人是有惰性的,这不仅是说干活的情性,更主要的是生理上对环境温度反应的情性。人由于直身的生理调能力,当室温高低不超过4~5℃时感觉与反应就会很迟钝。而恰恰正是楼宇自控系统中投资花费很大、行业关注热切的空调系统的监控管理无法发挥其应有的作用,造成了相当一部分建筑的楼字自控系统还不能能够把室内温
度控制在26℃以上。
另一个主要原因是楼宇自控系统的对象不服从监控。由于当前工程的建设周期等因素,几乎所有的建筑工程都背离了科学的调试程序。甚至于空调系统的冷热源尚未试车,空调系统就要求开通运行,就要楼宇自控系统实施对它的监控管理。结果,楼宇自控系统的运行掩盖了空调系统存在的问题,而这些先天不足的问题常常是致命的。一个建筑,空调机组实际水流量竟高达设计最大负荷的230%。有些工程空调机组的回风口同新风口仅仅只相隔20cm,紊流现象不可避免地影响到实际送风温度。常见的另一个现象是空调冷源的效率极低。“例如某个科技馆,冷冻机组供回水温度差只有4℃,冷却供回冰温度差只有2℃左右”。另外,空调系统管路的错接现象也时有发生。
3、控制系统的设计研究
在楼宇中,无论是取暖换热系统还是冷却塔系统都应用热交换器。我们通过过程控制技术以提高取暖换热系统的转换效率和充分回收原先靠喷淋与风扇散失的热能。与工艺设计相结合,还可以在采暖系统中采用新型高效节能空气调节技术,通过热泵驱动的热、湿负荷独立控制的新型空调模式,以实现全热回收,这方面可以降低空调能耗20%。制冷(热)系统三回路闭环前馈串级反馈过程控制系统可分为: 用户房间(场所)温度—风机盘管冷源流量过程控制系统(简称A 级回路控制系统);冷源流量—冷冻泵变频过程控制系统(简称巳级回路控制系统);冷冻泵变频过程控制系统—冷水机组负荷与冷水机组再编组过程控制系统(简称C 级回路控制系统)。
还可以在采暖系统中采用新型高效节能空气调节技术,通过热泵驱动的热、湿负荷独立控制的新型空调模式,以实现全热回收,这方面可以降低空调能耗20%。
3.1 节能控制的思想
充分利用热交换原理,将空调的余热(冷凝热)进行回收,产出40~50℃热水,供楼宇保洁、客房、浴室等使用。同时,“由于部分余热回收利用,从而降低了冷凝温度,又使中央空调机组效率提高6%~9%。由于技改后的主机负荷减少,不仅节省了主机的耗电量,同时也可减少主机的故障率;延长了主机的使用寿命”。
另外高层建筑宴会厅、多功能厅、餐厅等地方空调一般较为集中,负荷量大。当暖通设备不使用时时,一定区域内空调负荷会变的较低。但当用量激增而使用空调时,一启动就会使负荷大增,因此在这些区域的空调冷负荷设计计算时,均应对充分考虑满员和超员的冷负荷余量,所以设计的冷负荷均很大。根据实际负荷变化和需要新鲜空气量合理调节新风量,可以通过采集空间中CO2 至控制器,从而调节风阀,以达到调节和控制新风量一直处在最佳节能运行状态的目的。据监控数据显示,在设有送、回风空调方式的场合,节能值平均可达19%~34%。
3.2 提高空调循环水系统变频节能监控
目前楼宇大多数中央空调循环水系统的冷冻泵和冷却泵转速都是固定转速运行。只要空调开启,无论负荷情况大小、季节变化,冷冻泵和冷却泵是以额定转速运行,所以造成能源极大浪费。而采用交流变频器控制水泵运行,是目前空调系统节能的有效途径。空调系统的监控设备只需要按设定温度,使设备系统储备的热容量和随时间季节变化的热负荷通过转速自动调节,在满足热负荷正常使用的条件下,达到最大限度的节能。
3.3 暖通空调冷却水系统的监控
先通过冷却塔、冷却水泵及管道系统向制冷机组提供冷水交换热量,再通过冷媒装置把热量转移到外部去,就是冷却水系统的工作原理。而冷却水系统监控的作用就是保证冷却塔和冷却水泵安全稳定地工作。一方面保证冷水机组冷凝器旁边有足够的冷却水,达到安全运行。另一方面,根据监控到的空调实际负荷量变频调节水泵,做到时刻监控进而实现
节能目的。在满足末端用户要求的前提下,根据实际负荷实时监控,实现自动节能运行工作,为整个监控系统提供信息,反过来修正整体控制模式和方法。
3.4 转变观念加强监控意识
争取建设单位和各有关方面支持,进行深入的暖通空调监控规划,尤其是扩大楼宇智能化监控的应用,要落实监控的具体方案。在楼宇投资中要加大暖通系统监控投资力度,保障暖通系统的稳定。培养有经验的监控技术人员,做好智能化系统监控工作,实现智能化系统与暖通设备实时监控运行与管理。当然这个环节要按照国家相关标准规范进行工程检测与评估。
从技术上讲,要通过监控系统的精心设计和优化运行,来提高暖通空调系统的节能效果,高度重视监控系统的设计、运行和维护。在笔者曾参加过的一些工程验收中,大部分监控系统在验收时基本上都达到了相关的验收要求,但是在验收结束的3 到6 个月以后,有一多半的系统基本上就处于瘫疾状态了。因此我认为,在监控系统建成以后,一定要努力从技术上做好保障,为暖通系统日后的健康运营维护打下坚实的基础。
3.5 建立健全的楼宇自控与暖通监控的保障机制
通空调系统要与监控设备紧密结合,建立一个运行功能完备的系统,一旦系统正式投入运行,就能有效地发挥作用。新建、改建与运行维护等环节要做到有法可依。与此同时,加强导向宣传,将监控工作深入持久地开展下去。保证自始至终都有一个认真负责的管理人员善于发现问题并及时解决问题,从而使暖通系统“长治久安”。在建筑领域,无论是取暖换热系统还是冷却塔系统都应用热交换器。通过过程控制技术,以提高取暖换热系统的转换效率和充分回收原先靠喷淋