暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析

趙天佑 田盼

【摘 要】開發(fā)中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術(shù)，使中央空調(diào)系統(tǒng)在不同負(fù)荷下、不同工況條件下，都能以最佳效率運(yùn)行，并且達(dá)到最好的控制效果，同時(shí)又節(jié)能，是非常迫切的并且具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文著重介紹暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析以滿足現(xiàn)代綠色建筑的節(jié)能要求，供從事建筑以及暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的同行參考。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)；室內(nèi)環(huán)境；節(jié)能措施

1、暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的一些問題

1.1、在方案設(shè)計(jì)上

目前在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)很少設(shè)計(jì)人員先計(jì)算室內(nèi)負(fù)荷，大多設(shè)計(jì)人員還是沿用估算值來確定負(fù)荷。即使計(jì)算，也只是用現(xiàn)有程序計(jì)算，計(jì)算后沒有針對(duì)具體的情況加以調(diào)整。這一現(xiàn)象往往造成負(fù)荷過大，而加大投資能源浪費(fèi)。對(duì)于某些“三邊”工程，設(shè)計(jì)人員為了趕進(jìn)度，沒有視具體的情況進(jìn)行全面分析得出最佳方案，結(jié)果風(fēng)管彎頭過多，局部阻力損失過大壓力不平衡，使風(fēng)量分配不均，引起不同房間冷熱不均，達(dá)不到要求的室內(nèi)環(huán)境。雖然我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，但是，廣泛采用新的建筑材料不考慮保證建筑物的熱力狀態(tài)的建筑設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致一系列不能滿足室內(nèi)微氣候條件的情況出現(xiàn)。應(yīng)該注意到建筑地區(qū)的氣候特征，以及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)濟(jì)特點(diǎn)和建筑物的經(jīng)營管理具有決定性作用。有的地方還存在這種情況，當(dāng)建筑物采用隔熱性能差的材料設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算中要考慮采用昂貴的微氣候的空調(diào)設(shè)備。而在執(zhí)行該設(shè)計(jì)時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)方面的原因，無法采用此種空調(diào)設(shè)備，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)夏季過熱和冬季過冷的現(xiàn)象。

1.2、在施工設(shè)計(jì)方面

往往由于設(shè)計(jì)、施工由不同承包商承包，造成利益傾向不同，很難達(dá)到最佳配合。比如在供暖方式上，我國采暖地區(qū)居住建筑存在著由于施工問題導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫水平低，門窗氣密性差，采暖設(shè)備熱效率低的狀況，造成平均每年每平方米采暖能耗高達(dá)30.5kg。而這主要是施工技術(shù)人員對(duì)圖紙理解不夠和施工人員素質(zhì)較差，不同施工單位在節(jié)能意識(shí)和設(shè)計(jì)角度不同、不到位造成的。

1.3、在暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的運(yùn)行及維修設(shè)計(jì)上不科學(xué)

在運(yùn)行過程中，由于缺少科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，管理人員不能充分的認(rèn)識(shí)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)，在運(yùn)行高峰期的區(qū)分上不科學(xué)。通常是正常期和高峰期機(jī)器的運(yùn)行數(shù)量一樣，這樣就造成了能量的極度浪費(fèi)。而在維修和保養(yǎng)上，管理人員往往做不到位。因風(fēng)道滲漏引起熱損失、空調(diào)機(jī)盤管和過濾器附著異物引起機(jī)器性能下降等現(xiàn)象處處可見。對(duì)于低效率的設(shè)備不能及時(shí)維修和更換，造成不必要的能耗。

2、暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)優(yōu)化措施

2.1、暖通空調(diào)控制器在線滾動(dòng)優(yōu)化

暖通空調(diào)廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化是利用模型辨識(shí)部分提供的預(yù)測(cè)輸出信息，根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)及選定的優(yōu)化方法進(jìn)行在線的滾動(dòng)優(yōu)化，從而得到合理的控制規(guī)律，考慮在線優(yōu)化的計(jì)算量，這里用RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化。按性能指標(biāo)，利用優(yōu)化方法獲得未來控制長度內(nèi)的冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，并取其首分量作為當(dāng)前時(shí)刻的冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓?？紤]降低在線計(jì)算的復(fù)雜性，采用了較常用的梯度下降法作為主要的優(yōu)化算法。優(yōu)化過程的關(guān)鍵是計(jì)算性能指標(biāo)對(duì)RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。 通過RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)和修正方法，利用暖通空調(diào)預(yù)測(cè)模型提供的信息來完成給定目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)而準(zhǔn)確的提供冷凍水調(diào)節(jié)閥電壓，從而實(shí)現(xiàn)廣義預(yù)測(cè)控制的在線滾動(dòng)優(yōu)化來得到暖通空調(diào)的合理控制規(guī)律。

2.2、暖通空調(diào)廣義預(yù)測(cè)控制反饋校正

預(yù)測(cè)控制算法在進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)，優(yōu)化的基點(diǎn)應(yīng)與系統(tǒng)實(shí)際一致。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)受諸多干擾的影響，有可能導(dǎo)致辨識(shí)模型的失配。既基于不變RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)模型的預(yù)測(cè)不可能和實(shí)際空氣處理單元完全相符。這就需要用附加的預(yù)測(cè)手段補(bǔ)充模型預(yù)測(cè)的不足，或者對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行在線修正。況且滾動(dòng)優(yōu)只有建立在反饋校正的基礎(chǔ)上，才能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。對(duì)RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各隱單元的“是心”和“寬度”和隱層到輸出層的權(quán)值采用梯度下降法進(jìn)行調(diào)整，在控制的每一步，都實(shí)時(shí)檢測(cè)被控對(duì)象的實(shí)際輸出與RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)器輸出之間的誤差，若此誤差大于預(yù)先設(shè)定的允許誤差，則利用上述修正方法修正暖通空調(diào)預(yù)測(cè)模型的RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：否則，維持原有的RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。

2.3、在設(shè)計(jì)上合理選擇采暖、通風(fēng)與空調(diào)相結(jié)合的節(jié)能系統(tǒng)

采用科學(xué)的空調(diào)方式有效的降低負(fù)荷，根據(jù)具體工程建筑的需要，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意朝向、周邊區(qū)與內(nèi)區(qū)、使用功能的差異等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行選擇和劃分，同時(shí)要考慮分開設(shè)置或分環(huán)設(shè)置以便于控制、調(diào)節(jié)及管理。比如在采暖中散熱器宜明裝在外墻窗臺(tái)下，散熱器表面涂料及安裝形式、南北向房間系統(tǒng)宜采用分環(huán)設(shè)置等措施。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用不同朝向、內(nèi)外區(qū)系統(tǒng)應(yīng)分開設(shè)置或分環(huán)設(shè)置，或采用多分區(qū)新風(fēng)機(jī)、多分區(qū)空調(diào)機(jī)系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)外區(qū)分別輸送不同參數(shù)的風(fēng)，風(fēng)量也可分別調(diào)節(jié)與控制，從而避免不同區(qū)域出現(xiàn)過冷或過熱的能量浪費(fèi)現(xiàn)象。例如變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)、變露點(diǎn)送風(fēng)系統(tǒng)、輻射板供冷與供熱系統(tǒng)、變水量系統(tǒng)、水環(huán)熱泵系統(tǒng)、變制冷劑流量（VRV）系統(tǒng)、多分區(qū)新風(fēng)機(jī)、多分區(qū)空調(diào)機(jī)系統(tǒng)等都具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，分析環(huán)境控制場(chǎng)合的特點(diǎn)和各種系統(tǒng)具有的特點(diǎn)，使二者有最佳的配合，從而達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能的目的。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的氣流分布模式的設(shè)計(jì)上，可以選擇具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn)的氣流分布模式，如下送風(fēng)模式、置換通風(fēng)模式等。

2.4、合理選擇熱源系統(tǒng)（以熱泵技術(shù)為例）

熱泵是以大自然中蘊(yùn)藏著大量的較低溫度的低品位熱能為熱源，如以大氣、地表水、地?zé)峄蚬S排放的廢水（氣）為熱源，通過壓縮機(jī)的工作從這些熱源中吸取其中蘊(yùn)藏著的大量較低溫度的低品位熱能，并將其溫度提高后再傳給高溫?zé)嵩?。熱泵按熱源的不同可分為：空氣源（風(fēng)冷）熱泵。目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)機(jī)組和熱泵冷熱水機(jī)組。地源熱泵（尤其是土壤型）可以節(jié)能30 %左右，而直燃型溴化鋰吸收式機(jī)組供熱式的效率相當(dāng)于燃油或燃?xì)忮仩t，對(duì)于鍋爐房來說，大型區(qū)域鍋爐房明顯優(yōu)于小型 鍋爐。通過這些科學(xué)的分析，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，就可以根據(jù)工程建筑自身的情況，選擇合理的可行的熱源系統(tǒng)，因?yàn)椴煌赜虿煌ㄖこ痰男枰蜅l件不一樣，所以從設(shè)計(jì)階段開始就必須注意對(duì)熱源的選用。

2.5、設(shè)計(jì)方案應(yīng)吸收設(shè)備工種參加

現(xiàn)在有不少工程，在方案階段只有建筑師埋頭創(chuàng)造，不吸收設(shè)備工程師參加方案設(shè)計(jì)，結(jié)果建筑方案中選后設(shè)備空間沒有考慮，造成設(shè)備設(shè)計(jì)很大困難。機(jī)房設(shè)在某一角落，風(fēng)道拉得很遠(yuǎn)，既不經(jīng)濟(jì)也影響通風(fēng)效果；進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口擠在一起，不合規(guī)定；管道夾層當(dāng)機(jī)房使用，噪聲、振動(dòng)直接影響上、下客房，不但增加了消聲減振的費(fèi)用，還難以取得滿意的效果。諸如此類舉不勝舉。要改變這一現(xiàn)實(shí)，要想適用、經(jīng)濟(jì)、美觀地建造起現(xiàn)代化建筑，建筑師在方案階段就吸收設(shè)備工程師參加設(shè)計(jì)實(shí)為當(dāng)務(wù)之急。

3總結(jié)

綜上所述，我們?cè)O(shè)計(jì)人員只有充分開發(fā)好中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術(shù)，做好設(shè)計(jì)方案，合理的選擇熱源系統(tǒng)，綜合考慮各方面因素，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、安全性、舒適性和美觀性。

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