建筑节能控制系统方案设计的实例分析

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2013-01-10浏览：26次

　　摘要：本文笔者主要结合自己多年从事建筑方案设计方面的工作，本文主要结合实例进行分析了建筑节能控制系统的组成和方案设计。供同行参考。

　　关键词：方案设计,智能控制系统,结构,监测

　　工程概况

　　某学院活动中心共有3层，1、2层为学生食堂，3层为礼堂兼文体中心，供学校开会及学生体育课(篮球、乒乓球、羽毛球)使用。规划对3层礼堂安装中央空调系统，并对围护结构、照明等进行节能改造，建成节能示范工程。

　　1 建筑节能智能控制系统结构

　　根据学院的具体情况，建立一套建筑节能智能控制系统，包括空调系统节能控制系统、围护结构控制系统、照明节能控制系统。建筑节能智能控制系统装有通讯模块，利用数据采集及通讯手段实现对各能耗系统的互联网远程监测。该控制系统预留扩展接口，日后学院如需对其他能耗系统进行监控，可以随时集成到该控制系统中。

　　控制中心可以对建筑能耗状态实时监控、实时采集、定时发布，可满足现场展示功能。通过网络实时采集耗能信息、设备效率信息、管理信息等，通过后台分析统计图、表等方式，直接按历史时间显示中央空调各设备的电耗情况。出具历史变化的比较值及发展趋势图，根据需要进行各种统计分析。包括不同设备用电横向分析比较，同一设备不同季节、不同时间段用电量纵向分析比较。从运行操作和管理监控等层面提升节能管理水平、优化节能控制策略。

　　1.1 运行操作层面

　　可对环境参数、设备运行状态及能耗数据进行远程实时监测及故障报警，可实现远程电表集抄功能。

　　1.1.1 环境参数监测

　　对室内外温度、湿度、CO 浓度、室内照度等环境参数及相应设备的运行状态数进行实时监测，可充分了解当前环境品质及相关的环境控制策略，保证在节能的同时能充分满足环境指标要求，真正做到“节能以不降低环境品质、满足舒适度”为前提。

　　1.1.2 设备运行状态监测

　　对用能系统中各设备的运行状态和运行参数进行实时监测，当设备出现故障时，系统在线发布报警信息，确保设备在安全稳定状态的前提下实现节能。

　　1.1.3 能耗监测

　　对能耗系统的总能耗及主要用能设备的分项能耗、运行参数、负荷等进行实时监测，时刻跟踪各用能设备的能耗变化情况，为及时发现问题和进行故障诊断提供依据。

　　1.2 管理监控层面

　　支持管理人员对能耗进行分时、分项统计分析，帮助其了解设备的启停时间和使用规律，找到节能潜力，为优化节能管理和控制策略提供依据。

　　2 中央空调节能控制系统

　　2.1 节能控制系统

　　(1)建立能效管理中心，实时监控每一台能耗设备的运行状况以及能耗状况，并对实时数据进行采集分析，满足学院日后科研及教学需求;

　　(2)采用水泵变频技术，提高水系统的输送效率，合理控制供/回水温差。提高冷水机组的效率，实现水泵及整个水系统的节能高效运行;

　　(3)采用风机变频技术，提高风系统的输送效率，在满足室内换气次数的前提下合理控制风柜送风量，稳定室内温度，实现风系统的节能高效运行;

　　通过节能控制，提高空调系统的管理水平，使空调系统的运行情况与实际负荷需求相匹配，提高主机、水泵及风柜的运行效率，从而实现整个中央空调系统的节能高效运行，全面降低系统能耗。

　　2.2 能效管理中心

　　在中央空调系统安装能源监测管理系统，建立能效管理中心，利用数据采集及通讯手段实现对中央空调系统的在线数据监测服务。具体监测内容如表l。

　　2.3 变频控制方案

　　在中央空调系统中加装“中央空调节能控制系统”，实时监控冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵的工作状态，以及楼宇内外环境温度、冷冻、冷却水供回水温度、冷冻水压差、主机设备消耗功率等参数，降低设备运行的盲目性，可以随时通过计算机网络对整个中央空调系统运行状况进行监测，提高中心城中央空调各级管理人员对用电设备的管理水平。本集中控制系统具有远程操作及监控功能。中央空调节能控制系统的核心是专家系统、模糊控制及变频无级调速。在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过全面采集影响空调系统运行的各种参数，按系统最优的原则，经智能模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷冻水子系统、冷却水子系统、冷却塔子系统和风系统，从而改变空调系统循环流体的流量和温度，以保证整个系统在各负荷条件下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。图2为中央空调节能控制系统控制原理框图。

　　3 维护结构的节能技术

　　3.1 建筑节能主要包括三个方面：

　　(1)建筑群的规划布局、建筑物平面布置、体型(间距、朝向、自然通风、体形系数)。

　　(2)维护结构节能(保湿、隔热、气密性)

　　(3)采暖和空调设备节能(设备能效比、采暖空调方式、能源选择等)

　　3.2 体形系数

　　体形系数(Building Shape Coefficient)定义为建筑物与室外大气接触的外表面积F0(m2)和与其所包围的体积V0(m3)之比，即单位建筑体积所占有的外表面积.计算建筑中的体形系数时，外表面积F0不包括地面面积和楼梯间墙及分户门的面积。体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越大，能耗就越高.建筑的耗能量随着体形系数加大而增加，体形系数小，建筑物耗能效果好。为了减少建筑物的体形系数，在设计中尽量让建筑平面布局紧凑，减少外墙凸凹变化，即减少外墙面的长度。

　　3.3 维护结构节能内容

　　维护结构节能主要分为外围护结构，外墙、屋面、外窗、户门维护和内围护结构，分户墙和楼板维护。

　　维护结构节能措施主要有：

　　(1)提高外墙、屋面、外窗、户门及分户墙、楼板(包括底层)保温性能

　　(2)提高外墙、屋面、外窗隔热性能

　　(3)提高外窗(包括阳台门)气密性能

　　而外墙节能技术主要关键是如何提高外墙的保湿、隔热性能。可以采用不同的保湿材料与基层墙体复合，构成复合保湿。针对墙体，可以采用以下三种方法：外保湿、内保温、中保温或组合保温。如图3所示。或者直接采用具体较高热阻的墙体材料---自保温。

　　3.4 玻璃窗安装隔热膜

　　综合楼3层南北两面墙基本上是两面宽20m，高7m，面积为140m2 的玻璃窗。玻璃窗传热系数较大，会有大量的太阳热辐射进入室内，增加空调负荷。太阳隔热膜能减少通过玻璃进入室内的太阳热量，这是通过增加阳光的反射和玻璃的吸热达到的。反射薄膜上面覆有一层金属，这种金属制薄膜，可增加玻璃的光反射和光吸收，从而更好地将太阳热能阻挡在玻璃窗外。通过贴膜可以隔断50%～83%的太阳热能，从而减少空调负荷，实现空调节能。其原理如图5。

　　对玻璃窗加装隔热膜，隔热膜构造分析表，如图4所示。以降低围护结构热损失，减少空调负荷，实现空调节能。

　　3.5 安装风幕

　　位于综合楼四个角落的4个楼梯问与3层礼堂之间是连通的，没有进行隔断。冷空气会向楼梯间进行扩散，造成冷量损失，增加空调能耗。因此需要在礼堂的4个入口处加装风幕，以减少冷气外流，减少空调能耗。

　　3.6 安装自动窗帘

　　在南面部分区域安装自动窗帘，实现自动控制。在夏季，窗帘可以根据太阳光线的照射方向和强度自动调整自身的上升和下降，以保证系统尽可能多地遮挡强烈的阳光入射到建筑内部，从而节约了空调系统耗能，同时又保证为室内人员正常的工作提供合适的光照亮;在冬季尽可能不启动窗帘系统，让窗帘始终处于卷起状态，保证室内拥有充足的阳光和热量。

　　4 照明节能

　　4.1 照明节能控制系统

　　照明控制系统将礼堂的灯具根据不同区域和功能分组，实现分组控制。根据各区域的功能要求的前提下实现节能。照明控制系统有以下几种功能：①照度控制：安装照度传感器，根据各区域的照度，自动控制灯具的开启台数，自动跟踪外部自然光线的变换，打开或关闭临窗灯具回路。②时钟控制：可根据需求设定灯具的启停时间。上课时间开灯，休息时间关灯。③人体感应：安装人体感应装置，系统按照预先设置的程序，每隔一定时间电脑巡查所有灯光回路状态，自动关闭物需使用的回路，实现人来灯亮，人走灯灭的效果。

　　4.2 太阳能照明系统

　　由于该项目建筑节能示范工程，为了尽可能多地采用节能技术措施，在中央空调控制室安装太阳能照明系统及其智能控制器，以利用绿色能源，减少电能消耗。

　　对于一个独立的太阳能照明系统，其全部组成包括以下几个方面：产生电能的太阳能电池组件、储存电能的蓄电池、防止在充电和放电过程中对蓄电池过充和过放的太阳能控制器、满足用电技术参数的逆变器、太阳能电池组件用支架、控制器与蓄电池用控制箱、连接线与紧固件等。对于最关键的太阳能电池组件，目前普遍采用单晶硅或多晶硅两种太阳能电池板，工程推荐使用单晶硅太阳能电池板。

　　系统工作原理为，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚蓄电池对灯头放电。蓄电放电时间可以白行设定，也可以自动控制，充放电控制器的主要作用是保护蓄电池，并对灯具的开关进行控制。

《建筑节能控制系统方案设计的实例分析》

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