1、BA空調節(jié)能難點分析BA空調節(jié)能難點分析 摘要 本文對BA空調節(jié)能的難點加以分析，以便有利于推進智能建筑中BA節(jié)能的實現(xiàn)。關鍵詞樓宇自動化，空調節(jié)能HVAC Energy Saving with Building AutomationShi, JiannuoAbstract: “One of the most basic，and often most difficult, areas of building automation is controlling the HVAC equipment.”The paper is a general discussion about it.KeyWo

2、rds: HVAC, Building Automation智能建筑市場廣闊，發(fā)展迅速；但相對來說，智能建筑中BA節(jié)能的實現(xiàn)，特別是BA中HVAC節(jié)能的實現(xiàn)似乎進展緩慢。作者曾參與過我國早期建成的智能建筑運行情況的調查分析3456。時過多年，智能建筑工程實踐和認識的很多方面都發(fā)生了很大變化，但智能建筑實現(xiàn)節(jié)能情況的進展似乎很緩慢。基本情況仍然是：節(jié)能效益顯著的項目仍然相當稀少，正常運行的任務仍然相當迫切，HVAC控制有關環(huán)節(jié)脫節(jié)現(xiàn)象仍然相當嚴重。智能建筑中BA節(jié)能進展緩慢，本身就意味著問題的復雜性和艱巨性，意味著潛在技術和工程難點。國外專家稱“控制HVAC設備，是樓宇自動化中最基本，也常常是最

3、困難的領域之一”。可見國內外技術人員對此問題的認識和看法是一致的。本文試圖對“BA空調節(jié)能難點”從以下四個方面加以分析，以便推進智能建筑中BA節(jié)能的實現(xiàn)。1建筑熱過程相對復雜當我們著手分析建筑能耗時，會發(fā)現(xiàn)面臨一個頭緒紛繁，龐大復雜的建筑熱過程。這個建筑熱過程是由室內氣候，圍護結構和室外氣候三個部分，輻射，傳導和對流三種傳熱形式相互作用相互影響的，統(tǒng)一，復雜的動態(tài)過程。建筑物內房間由圍護結構形成空間，由外墻，外門，內墻，內門，地板，樓板，頂棚系統(tǒng)和窗子系統(tǒng)組成的圍護結構把室內室外隔成了兩個氣候環(huán)境。太陽輻射和室外氣溫變化等因素，通過輻射，傳導和對流三種形式作用于圍護結構；而圍護結構本身既有熱阻

4、又有熱容，它通過自身的調節(jié)作用把室內外環(huán)境的變化因素連接在一起；而室內環(huán)境也有人體，照明，設備等發(fā)熱發(fā)濕因素影響著熱平衡，而且各墻，窗，家具表面之間以及各表面與空氣之間也通過輻射和對流交換著熱量；此外，空氣滲透和通風系統(tǒng)又把室內和室外環(huán)境聯(lián)結在一起。建筑熱過程自身的這種多元性，復雜性和動態(tài)性，決定了一切建筑節(jié)能過程的實現(xiàn)必然帶著自身的多元性，復雜性和動態(tài)性。當問題處于不同階段，不同領域，不同的研究目的時，人們會不斷地尋求簡化解決方法；而同時人們也會不斷地尋求建筑熱過程的“詳細解決”。大容量高速度的現(xiàn)代計算機技術不斷為建筑熱過程的數(shù)字模擬提供新的手段，以IT技術為基礎的樓宇自動化技術和建筑能量分

5、析技術，互相借鑒，以至實現(xiàn)某種“融合”，應該是可以預期的。作者簡介：施鑒諾，北京工業(yè)大學教授；劉延峰，北黃自動化設備安裝公司總經(jīng)理2設備系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設計和設備系統(tǒng)動態(tài)運行存在著內在矛盾建筑物冷熱負荷計算是設備設計階段需要完成的基本設計計算之一，我們以此為例做些分析。我國空調負荷的工程計算，在50年代，60年代以至70年代，盡管在周期性傳熱理論的基礎上也做了若干修正，但本質上是一種穩(wěn)態(tài)計算。那時不區(qū)分房間得熱與房間負荷，也不區(qū)分設計負荷與運行負荷，室外空氣狀態(tài)選擇一個峰值為代表，室內空氣狀態(tài)也固定為某種不變的條件。在此基礎上計算傳熱，再加上“大一點不出毛病”的設計思想作指導，使得空調負荷的工程計算普

6、遍偏大。根據(jù)我國暖通規(guī)范組織的測試和調查，普遍的情況是：既使室內外環(huán)境都處于滿負荷條件下，冷熱設備容量仍有40%以上的富余。西方國家在70年代石油危機和計算機技術不斷發(fā)展的雙重推動下，開始研究全新的動態(tài)負荷計算方法，以達到建筑節(jié)能的目的。其中典型代表即是ASHRAE（美國采暖冷凍空調工程師協(xié)會）以傳遞函數(shù)理論為基礎的一系列方法，包括反應系數(shù)法，改進型反應系數(shù)法，冷負荷系數(shù)法和權重系數(shù)法等。這種由ASHRAE帶動起來的，由穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)負荷計算方法向動態(tài)負荷計算方法的變化（在美國，權威人士稱之為“Revolutionary”），其影響波及全世界。在我國，基本上是在引進的基礎上，研究出了“冷負荷系數(shù)

7、法”，“諧波反應法”，“空調手冊法”，“熱平衡方程法”等新的負荷計算方法。但在實際工程計算中，或由于計算工具的缺乏，或由于設計周期的限制，或者受一些設計流派的不良影響（根本不做負荷計算，而估以兩倍的安全系數(shù)），很多空調負荷的工程計算與傳統(tǒng)空調負荷計算并沒有多少實質性的變化，甚至有不少反而是更粗糙了。設計負荷的計算是空調設備選擇的基礎。在選擇設備時留有一定的安全系數(shù)是必要的，以備設計計算，設備出力和運行管理等因素中可能出現(xiàn)的偏差的需要；但空調負荷計算如果過于保守，不僅會造成投資增加，設備浪費，而且還會給空調設備的控制調節(jié)帶來困難。在智能建筑中，大量空調設備組織在計算機的精密控制之下，傳統(tǒng)設計方法

8、中的“ 粗放”部分將不能滿足需要；精心設計，精心計算，精心選擇是智能建筑建設對設計方法提出的新要求。這種新的情況，不僅在國內有，在國外也同樣存在（國外有的學者稱其為“Challenge”）。面對智能建筑出現(xiàn)的新情況，尚難預測設計方法以至設計思想和設計體系會發(fā)生何種變化，以及此種變化會形成何種問題出現(xiàn)和此種變化需要多長的過度時間；但面對工程的實際需要，技術人員適當?shù)臄U大知識面，學習一些交*學科的知識，并在冷熱負荷計算，風系統(tǒng)和水系統(tǒng)水力平衡計算等方面盡量做得精確些，應該是當務之急。3監(jiān)控點多且相互影響在智能建筑中，“BA”（樓宇自動化）是其中不可或缺的重要組成部分，而在“BA”中，HVAC（暖通

9、空調）設備的自動化又是其中最重要的組成部分。常見的監(jiān)測量或控制量包括：室內溫度，濕度，CO2含量，送風溫度濕度，室外溫度濕度，冷凍水供水和回水溫度，冷卻水供水和回水溫度，新風閥混風閥和排風閥的控制，送風機和回風機的控制，冷熱盤管的控制，冷卻水和冷凍水泵的控制，過濾器壓差的監(jiān)測，低溫防凍保護，風機狀態(tài)監(jiān)測和啟停控制，運行時數(shù)和耗電統(tǒng)計，節(jié)能運行管理，空調末端裝置風量控制，管道壓力控制，系統(tǒng)風量控制，鍋爐供熱系統(tǒng)控制，換熱系統(tǒng)控制，送排風系統(tǒng)監(jiān)控等。這里不僅監(jiān)控點多，而且模擬量多，專業(yè)性強，不僅可能有來自同一控制回路內變量的耦合，而且可能有來自不同控制回路變量的相互影響。以VAV系統(tǒng)為例（參圖1，

10、VAV系統(tǒng)AHU控制原理）：室內空氣溫度和室內空氣相對濕度分屬于兩個不同的控制回路，但室內空氣溫度的值將直接影響室內空氣相對濕度；空氣表冷器對混風的處理結果不僅直接影響室內空氣溫度還將直接影響室內空氣相對濕度；對送風溫度設定的調整將影響末端箱對風閥的調整等。如果編程適當，調試到位，VAV系統(tǒng)有節(jié)能顯著，控制靈活的突出優(yōu)點，否則有可能產(chǎn)生新風不足，房間氣流組織不好，房間正壓或負壓過大，室內噪聲偏大，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，節(jié)能效果不明顯等一系列問題。圖一 VAV系統(tǒng)AHU控制原理4工程實施中多專業(yè)交*和多環(huán)節(jié)銜接在智能建筑運行中，出現(xiàn)問題比較多的往往是BAS系統(tǒng)；而在BAS系統(tǒng)中，出現(xiàn)問題比較多的又往往

11、是HVAC系統(tǒng)。主要的表現(xiàn)形式往往是：（）自動工作方式由于這樣那樣的原因操作不靈，（有的系統(tǒng)甚至從未開通），致使用戶長期工作于手動方式，使自動控制設備形同虛設，（不僅白白增加了投資，而且增加了維護負擔）；（）一些技術先進、能夠大量節(jié)能的系統(tǒng)，由于這樣或那樣的原因不能正常運行。應該指出：在智能建筑運行中，BAS系統(tǒng)出現(xiàn)頗多問題的狀況并非我國所獨有，而是在其他國家和地區(qū)也不同程度的存在。只不過我國出現(xiàn)的情況，往往由于對工程項目的行政管理和技術管理力度不夠，對智能建筑的技術研究和總結的力度不夠，因此范圍可能更大些，問題性質可能更嚴重些。當一棟建筑物的HVAC系統(tǒng)出現(xiàn)重大問題時，現(xiàn)場分析的經(jīng)驗表明：原

12、因分析的任務往往十分艱巨，問題往往盤根錯節(jié)，原因往往相互交織，有的甚至很難剖剝以便找到問題的真正根源。下面對有關的四個主要環(huán)節(jié)簡要分析：（）空調系統(tǒng)設計：一般由土建設計院的暖通設計人員完成；空調系統(tǒng)的設計是空調系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)能夠良好運行的技術基礎。設計院一般能夠按傳統(tǒng)的辦法完成空調系統(tǒng)（包括冷熱源系統(tǒng)）的設備選擇，但對空調系統(tǒng)的運行往往考慮不夠，對于所提空調系統(tǒng)對自動控制的工藝要求條件也往往深度不夠。（）空調系統(tǒng)安裝，調試：一般由設備安裝公司完成；空調設備的安裝質量，是空調系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)能夠良好運行的物質基礎。不少設備安裝公司，目前都很注意工作質量，因此空調設備的安裝質量得到了很大提高。但

13、安裝完畢之后，普遍沒能進行認真的調試。各個風系統(tǒng)和水系統(tǒng)，從干管到末端裝置，并沒有調整到設計要求值。因此，雖然也經(jīng)過了工程驗收手續(xù)，但用戶接手的仍然是一個未經(jīng)過認真調試的系統(tǒng)；而且不能排除工程本身可能存在著出力不夠，無法平衡，嚴重堵塞等重大隱患。（）空調自控系統(tǒng)的設計、安裝和調試：一般是在設計院暖通專業(yè)人員的參與下，由自控設備廠商完成；由自控設備廠商完成的空調自控系統(tǒng)的方案設計、深化設計、安裝和調試，往往是目前出問題較多的環(huán)節(jié)。廠家在競標階段，往往就沒有在具體分析設計方案、系統(tǒng)運行、節(jié)能措施等重大技術問題上下很大功夫；而在工程實施階段，由于人力不足或專業(yè)不齊備或骨干力量不強，就勢必造成相應的設

14、計、施工和調試質量粗糙，遠沒有達到相應的技術要求。（）空調及其自控系統(tǒng)的運行管理，由業(yè)主委托的物業(yè)管理部門完成。在整個建設階段和長遠運行周期，投資者的著眼點顯然起著控制和決定性的作用。就智能建筑的空調系統(tǒng)來說，空調系統(tǒng)對一次投資和運行費用的作用，業(yè)主往往估計不足，對重大技術方案（如VAV系統(tǒng)，控制方案選擇等）及其在國內外的實踐經(jīng)驗往往心中無數(shù)。這樣，在BAS系統(tǒng)中占重要比例的HVAC系統(tǒng)控制的設計、調試和驗收等工作即可能處于某種盲目和失控狀態(tài)。一旦問題形成，可能已是上亦難下亦難的騎虎之勢。此外，業(yè)主還應注意選擇和培養(yǎng)合格的HVAC系統(tǒng)運行管理人員。智能系統(tǒng)能夠大幅度的節(jié)能節(jié)電，并大幅度的節(jié)省維

15、護管理人員；但對運行管理人員的素質要求，卻大大的提高了。合格的運行管理人員，不僅要懂一般的機電知識，而且要掌握HVAC系統(tǒng)的運行原理，了解計算機網(wǎng)絡知識，具備豐富的實踐經(jīng)驗。工程實踐表明，運行管理水平也是系統(tǒng)運行成功的重要環(huán)節(jié)。沒有這個環(huán)節(jié)，即使設計、安裝、調試等環(huán)節(jié)嚴謹，也是不能成功的。根據(jù)我國工程實踐的目前現(xiàn)狀，常常出現(xiàn)的情況是：主要工程環(huán)節(jié)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礎上，這勢必造成技術脫節(jié)；而且問題一旦出現(xiàn)，又會成為責任不清、很難判斷的困難局面。在智能建筑中，為HVAC各系統(tǒng)服務的監(jiān)控點數(shù)量常常占整個建筑物監(jiān)控點總數(shù)的一半以上，HVAC各系統(tǒng)的耗電量

16、常常占整個建筑物耗電量的一半以上。因此，空調設備和空調控制設備不僅對整個建筑物的一次投資（包括弱電系統(tǒng)投資）形成可觀的比例，而且對建筑物建成后的運行費用形成重要的影響。如果從建筑物整個生命周期的成本進行計算，情況就更是如此。事實上。智能建筑在運行費用方面的節(jié)省，包括節(jié)能節(jié)電和節(jié)省管理工作量和管理人員，是建筑物“智能”投資（“弱電系統(tǒng)”投資）的重要回報內容之一。在我國的智能建筑實踐中，已經(jīng)有一年運行費用的節(jié)省超出弱電系統(tǒng)總投資的范例；但可惜的是，絕大多數(shù)的智能建筑目前還遠遠地做不到這一點。這也正是需要跟蹤探索并尋求解決辦法的重大工程實踐問題之一。從我國智能建筑實踐的實際情況出發(fā)，也許需要分三個層次，提出對HVAC系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)設計、調試和運行的要求：第一，要確保HVAC系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的正常運行。這一要求本是最基本的，但卻并非所有建筑物都能真正達到。第二，是實現(xiàn)一定程度的節(jié)能。這一要求也原本是投資“智能”系統(tǒng)的正常回報，然而實踐中能真正做到這一步的并不多。第三，是實現(xiàn)HV