樓宇自控節能控制9大策略
樓宇自控節能控制9大策略
一、提高室內溫濕度控制精度
室內溫濕度的變化與建筑節能有著緊密的相關性。美國國家標準局統計資料表明，如果在夏季將設定值溫度多下調1℃，將增加9%的能耗，如果在冬季將設定值溫度上調1℃，將增加12%的能耗。因此將室內溫濕度控制在設定值精度范圍內是可以節能的。歐美等國對室內溫濕度控制精度要求為：溫度為±1.5℃，濕度為±5%的變化范圍。如果技術成熟，可以試著依據熱負荷補償曲線來設置浮動的設定點，可以更加有效的自動調整室內溫度設定值，使其在負荷允許的范圍內盡可能的節省能量。
傳統的建筑沒有采用樓宇自控系統，往往造成夏季室溫過冷（低于標準設定值）或冬季室溫過熱（高于標準設定值）的現象。這不但對人體的健康和舒適性不利，同時也浪費了能源。采用了樓宇自控系統的智能建筑，不僅可以按照設定值自動調節室內溫濕度，還可以根據室外溫濕度的和季節變化情況，改變室內溫度的設定，更加滿足人們的需要，更加充分發揮空調設備的功能。空調系統溫度控制精度越高，舒適性越好，節能效果也越明顯。據實際數據計算，節能效果達到15%以上。
二、新風量控制
根據項目的氣候條件，可以在適宜的條件下大量使用新風，在不犧牲舒適的前提下達到節能的目的。
根據衛生要求，建筑內每人都必須保證有一定的新風量。但新風量取得過多，將增加新風耗能量。在設計工況（夏季室外溫26℃，相對溫度60%，冬季室溫22℃，相對濕度55%）下，處理一公斤室外新風量需冷量6.5，熱量12.7，故在滿足室內衛生要求的前提下，減少新風量有顯著的節能效果。實施新風量控制的措施有以下幾種方法：
根據室內允許二氧化碳（）濃度來確定新風量，允許濃度值一般為0.1%（）。采取固定新風量的方式是不夠精確的，這是因為隨著季節和時間的變化以及空氣的污染情況，室外空氣中濃度是變化的，同時室內人員的變化對新鮮空氣的需求也發生變化，所以最為合理的方式是根據室內或回風中的濃度，自動調節新風量，以保證室內空氣的新鮮度，控制功能較完善的樓宇自控系統可以滿足這些控制要求。
根據建筑群內人員的變動規律，采用統計學的方法，建立新風風閥控制模型，以相應的時間運行程序控制新風風閥，以達到對新風風量的控制。
使用新風和回風比來調整被控溫度并不是調節新風閥的主要依據，調節溫度主要由表冷閥完成，如果風閥的調節也基于溫度，會造成控制時兩個設備同時以一個參數為目標進行調節，反而使得系統產生自激，很難達到穩定，所以可以放大新風調節溫度的死區值，粗調風閥，精調水閥。
空調系統中的新風占送風量的百分比不應低于10%。不論每人占房間體積多少，新風量應大于等于30人。
三、機電設備最佳啟停控制
某些業態的建筑群內，在夜里不需要開空調，為了保證第二天工作開始時環境的舒適，就需要提前對其進行預冷或預熱。另外，由于室內溫度是慣性很大的被控對象，提前關閉空調也可以在一定的時間內保證室內溫度變化不大，樓宇自控系統通過對空調設備的最佳啟停時間的計算和控制，可以在保證環境舒適的前提下，縮短不必要的空調運行時間，達到節能的目的。在預冷或預熱時，關閉新風風閥，不僅可以減少設備負荷，而且可以減少獲取有效新風而帶來冷卻或加熱的能量消耗。對于小功率的風機或者帶軟啟動的風機可以考慮風機間歇式的控制方法，如果使用得當，一般每小時風機只運行40~50分鐘，節能效果比較明顯。空調設備采用節能運行算法后，運行時間更趨合理。記錄數據表明，每臺空調機一天24小時中實際供能工作的累計時間僅僅4小時左右。
四、空調水系統平衡與變流量管理
空調系統的節能控制算法是智能建筑節能的核心，通過科學合理的節能控制算法，不但可以達到溫度環境的自動控制，同時可以得到相當可觀的節能效果。
空調系統的熱交換本質是一定流量的水通過表冷器與風機驅動的送風氣流進行能量交換，因此能量交換的效率不但與風速和表冷器溫度交換熱效率的影響有關，更與冷熱供水流量與熱效率相關。通常在沒有對空調系統進行有效的空調供水系統平衡與變流量管理的場合，常規的做法是以恒定供回水壓力差的方式來設定空調控制算法，導致溫濕度控制精度很差，能量浪費極其明顯。這是由于在恒定的供回水壓力差下，自平衡能力很差，流量值與實際熱交換的需要量相差甚遠，因而造成溫濕度失控，能量浪費和設備受損。
通過對空調系統最遠端和最近端（相對于空調系統供回水分、集水器而言）的空調機在不同供能狀態和不同運行狀態下的流量和控制效果的測量參數的分析可知空調系統具有明顯的動態特點，運行狀態中樓宇自控系統按照熱交換的實際需要動態地調節著各臺空調機的調節水閥，控制流量，使得總的供回水流量值也始終處于不斷變化的中，為了響應這種變化，供回水壓力差必須隨時有所調整以求得新的平衡。應通過實驗數據建立變流量控制數學模型（算法），將空調供回水系統由開環系統變為閉環系統。
實測數據表明，當空氣處理機流量達到額定流量工況時，調節閥兩端壓力僅為0.66~1。為了控制流量，通常的做法是通過供回水旁通閥的調節來平衡供回水壓差。但是僅僅依賴于旁通閥的壓差調節來控制流量有時作用并不明顯，也會增加不必要的能源消耗。
根據空氣處理機實際運行臺數和運行流量工況動態調整供水泵投入運行的臺數，并輔助旁通閥的微調來達到變流量控制的方式，可以避免泄漏，提高控制精度，并減少不必要的流量損失和動力冗余，帶來明顯的節能效果。據實際數據計算，節能效果達到25%以上。如果能夠將供回水流量動態參數作為反饋量，調整冷水機組的運行工況，節能效果將更為明顯。
五、克服暖通設計帶來的設備容量冗余
在實際控制中可以采用夜間掃風、間歇性控制等等先進的策略，在不增加投資的基礎上達到良好的節能效果。
目前我國絕大多數暖通系統，為了保證在最不利的環境情況下正常運行，在設計時往往采用靜態方法計算負荷，結果還乘以較大的安全系數，導致設備（如制冷機組、冷凍水泵、冷卻水泵、風機等）選型往往偏大。暖通系統是一個典型的動態系統，一年的中的峰值負荷只占百分之幾的概率，即使一天的中的負荷也是隨時間不斷變化的。不恰當的冗余會造成能源的浪費，而這種冗余是很難用人工監控的方式加以克服。如果嚴格根據國家《民用建筑采暖通風設計規范》中的規定，以累年日平均氣溫穩定通過≤5℃的起止日之間的日期為采暖期的話，那么北方地區的采暖期應該是每年的10月中下旬直到次年的4月中上旬，有將近半年的久。科學地運用樓宇自控系統的節能控制模式和算法，動態調整設備運行，可以有效地克服由于暖通設計帶來的設備容量和動力冗余而造成的能源浪費。據統計，在供暖系統的調節中，用48小時的日平均氣溫預報來確定鍋爐房的供水、回水溫度，比憑經驗供暖，在確保室溫不低于18℃的情況下，可節省大約3％的能源。只采納氣溫預報就可以節省3％～5％的能源，如果建筑群的供熱部分能夠自動檢測室外溫度和采集室內溫度，并且以其為供熱負荷的重要依據，那么僅此一項在供暖季節省的能量不低于5％。
六、春季過渡模式、秋季過渡模式的劃分
春季過渡模式的判斷標準有兩條，其一是本地區的歷史室外計算（干球）溫度記錄，其二是室外日平均氣溫是否達到10C°。滿足兩個條件時系統進入春季過渡季節模式，此時系統將根據時間表自動調節空調機組新風量的大小，以保證室內的舒適度。
當室外最高溫度高于26C°時，系統將采取秋季過渡季節的控制模式，采用夜間吹掃的辦法，充分利用室外涼爽的空氣凈化房間并且把房間的余熱帶走。可以根據氣候的變化進行吹掃時間的調整，夜間掃風系統主要依據熱負荷曲線，而不是時間程序。
秋季過渡季節模式的判斷標準其一為本地區的歷史室外（干球）溫度記錄，其二是室外日平均氣溫是否達到8C°。滿足兩個條件時系統進入秋季過渡季節模式，此時系統將根據運行的熱濕負荷曲線以及時間表自動調節空調機組新風量的大小。但是如果室外最高溫度低于15C°時，系統將采取春季過渡季節的控制模式，取消夜間吹掃的辦法。
也可以由樓控管理人員來確定春秋過渡季，當運行人員認為現在季節已經不需要供冷、供熱，并且已經停止運行冷凍站、換熱站，在此狀態下管理人員可以判定現在為過渡季。
過渡季會盡量采用新風，當溫度出現反復時，由于系統沒有制冷、制熱的能力，所以只保持最小新風量的供給。
七、采用等效溫度和區域控制法
人體對于溫度的反映比較敏感，但對于相對濕度的反映則要遲鈍很多，相對濕度在35％～65%之間時人體的反映比較遲鈍，但是超越65％以后或低于35％，人體對濕度的反映非常激烈，相對濕度在此時將會成為舒適度的主導因子。所以先進的控制策略將在項目中占有極為重要的地位。否則，相同的投資，同樣的設備，將會產生截然不同的控制效果。
在整個控制過程中，不單一的采用溫度作為控制指標，而是采用舒適度為控制指標，即使用等效溫度為控制指標（T=25℃，φ＝50％）。除了采用等效溫度作為控制指標，還要采用區域控制的方法，即人體對外界環境在一定區域內感覺都是比較舒適的，所以沒有必要將等效溫度控制在一個點，而是將其控制在一定的范圍內，這樣可以使系統更加容易穩定，能夠非常有效的節能，僅此一項技術，年節能就可以在普通策略的基礎上再節省10％。
八、冷凍站群控節能措施
冷源系統中每個控制量都會對冷機的特性產生影響，如果事先不知道這種影響的程度，僅僅依靠各自分散獨立的“自私”的控制，并不能達到整體節能的目的。
比如只是單純的控制水泵和冷卻塔風機的運行頻率，而全不顧及到當前冷水機組的運行特性和效率，即使當前水泵為節能狀態，如果主機卻不是運行在最高效點，反而提高整個冷凍機房的能耗。因此，節能控制首先必須把握住核心部件-冷水機組。
雖然冷水機組主機的電功率占的比例最高，但由于主機本身的電功率基數就很高，故主要考慮最大限度的提供冷凍機高效運行的外圍條件，從而優化冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機的運行，才能使整個冷凍機房達到最大的節能效果。
01.冷水主機出水溫度重設
采用Modbus網關對冷水機組進行集成，監控冷機內全部重要參數，在主機部分負荷下，提高主機的冷凍出水溫度，從而提高主機的效率。
系統根據主機的運行時間對其啟動次序進行排列，運行時間少的和效率高的優先，有故障的或是操作人員鎖定不運行的主機則排除在隊列之外，這樣可以均衡主機的運行時間，也有便于操作人員對設備進行管理。
群控系統加機策略當系統末端負荷增加，會通過冷凍水供/回水溫度、壓差、流量的變化來反映，冷水機組能夠鎖定設定的出水溫度，當冷凍水量上升時，主機感應到水量的變化，此時主機則根據自身負荷調節的能力上載制冷負荷，當該臺冷凍機的系統負荷上升到其電流百分比％FLA到達90%時（可調），控制系統啟動另外機組加機延時5Min(可根據實際情況調整)，啟動延時期后，如果％FLA>90%，則說明單臺機組的滿載運行和水泵的滿載運行已不足以滿足系統負荷值，且冷凍水出水溫度不會穩定在出水溫度設定值上，此時需要開啟第二臺機組。
群控系統減機策略假設2臺機組正在運行，當系統負荷變小時，空調的回水溫度也會相應的減小，同樣溫濕度也會波動偏低，冷凍供水泵即減小所供應的水量，機組感應到相應的水量變化，即反應到機組的負荷相應減小，當兩臺機組的負荷總量只有，甚至小于一臺機組的負荷總量時（設兩臺機組的％FLA<50%），延時一段時間后控制系統關掉其中一臺機組，以使得另一臺機組運行在高負荷效率狀況下運行同時滿足系統負荷的要求。
02.冷凍水泵變頻控制
冷凍水泵采用變頻控制，根據供回水壓力變化進行變頻調節。在系統調試時，測試最低冷凍水供回水，確保冷機正常工作的壓力區間，對冷凍水泵的運行頻率進行死區限制。當冷凍水泵實際的運行頻率到達死區區間時，啟動冷凍水總供回水管壓差旁通閥進行壓差調節，以確保根據現場實際的冷負荷穩定管網壓差。
03.冷卻塔風機變頻控制
根據冷卻塔總出水溫度，控制冷卻塔風機的運行頻率，同時綜合室外的濕球溫度，對冷卻塔進行優化控制，大大減少冷卻塔的能耗。
九、照明系統節能措施
受控設備：
全樓的公共照明回路
控制思路：
針對于很多項目來說，照明系統的主要特點是分布范圍廣、回路多、按消防分區分控等以及對系統穩定性要求高等特點。理論上來講，任何自動化系統均作為主設備運行的輔助優化管理手段，自動化控制系統在提高系統管理效率、節約能源及人力資源方面效果顯著，但對受控設備的穩定運行來說，多一道控制環節就意味多一個故障點。尤其對于辦公場所，照明系統的穩定就顯得更為重要。樓宇自控系統照明控制所遵循的原則為：
照明自控系統DDC與空調及其它系統分開獨立運行。
不能因為自控系統軟件、硬件等故障造成所控回路滅燈。
可按時間表、節假日及特殊控制要求（如照度）程序等多種模式實施控制。
控制核心：
每個照明回路具體可根據業主需求深化設計時做出增減。采用自控系統與照明開燈相反的模式進行控制，即當需開燈時自控系統不工作，當燈光處于關閉時間段內，自控系統開始工作，切斷照明控制。這樣即便自控系統軟件和硬件均出現任何故障，受控照明不會滅燈，以免影響正常的工作環境。
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