某博物館空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制淺析

[摘要]節(jié)能方面，一是依據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際條件最大化的利用可再生能源，二是根據(jù)建筑物的使用時(shí)間、功能要求，結(jié)合建筑BAS系統(tǒng)可以提供的數(shù)據(jù)設(shè)定空氣處理系統(tǒng)的控制流程，參照冷水機(jī)組不同負(fù)荷下的COP性能曲線，設(shè)置合理的冷水機(jī)組運(yùn)行策略。

[關(guān)鍵詞]太陽(yáng)能；地?zé)崮?；地源熱?/p>

1、導(dǎo)言

南京某博物館空調(diào)系統(tǒng)所在區(qū)域全部位于地下，通過(guò)對(duì)冷、熱逐時(shí)負(fù)荷的比對(duì)，負(fù)荷隨時(shí)問(wèn)變化量很小，而且作為地下空間，地下5米以下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷復(fù)合相對(duì)穩(wěn)定，基本不受氣候影響，對(duì)于主要影響地下空間負(fù)荷的內(nèi)擾部分，設(shè)備、燈光負(fù)荷屬于恒定負(fù)荷，不同之處在于，夏季、冬季的制冷與采暖的正負(fù)擾動(dòng)問(wèn)題。而人體熱濕負(fù)荷和受人流影響的新風(fēng)負(fù)荷是屬于不易控制，且變化很大的變量，本節(jié)主要是分析利用博物館智能化系統(tǒng)的API接口控制空調(diào)系統(tǒng)的可行性，并討論冷水機(jī)組的控制策略。

2、調(diào)用智能化系統(tǒng)API接口數(shù)據(jù)控制空氣處理系統(tǒng)

由于本項(xiàng)目博物館是按照國(guó)家一級(jí)館設(shè)計(jì)、施工，其中智能化監(jiān)控系統(tǒng)具備人流分析、出入口人數(shù)統(tǒng)計(jì)、分區(qū)域人流統(tǒng)計(jì)等多種功能，且博物館的人流導(dǎo)向設(shè)計(jì)相對(duì)一般商業(yè)空間而言是考慮追求單一路線，人流是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路線進(jìn)行參觀和游覽的，這樣來(lái)說(shuō)，人流相對(duì)集中且易于統(tǒng)計(jì)，考慮到博物館系統(tǒng)中其他負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，人體熱濕負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷能否隨著人流密度的變化快速調(diào)節(jié)，無(wú)疑是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。

總冷負(fù)荷=圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷符合（穩(wěn)定）+設(shè)備冷負(fù)荷（穩(wěn)定）+照明冷負(fù)荷（穩(wěn)定）+人體冷負(fù)荷（隨人流密度變化）+新風(fēng)負(fù)荷（隨人流密度、室外溫度變化），根據(jù)此公示，設(shè)置計(jì)算模型，再通過(guò)對(duì)BOSCH視頻監(jiān)控系統(tǒng)可提供數(shù)據(jù)分析，可以將人流數(shù)據(jù)經(jīng)由雙方共有的API接口及BACnet協(xié)議實(shí)時(shí)導(dǎo)入空調(diào)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)采集的數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場(chǎng)布置的C02檢測(cè)裝置比對(duì)，實(shí)時(shí)調(diào)整不同區(qū)域的風(fēng)機(jī)盤(pán)管水量、風(fēng)速和新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)供給，以達(dá)到空氣處理側(cè)供冷、熱隨負(fù)荷變化而變化的目的。

3、控制系統(tǒng)邏輯模型分析

根據(jù)上文描述建立控制系統(tǒng)，在末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管回風(fēng)處設(shè)置溫度、C02含量檢測(cè)裝置，風(fēng)機(jī)盤(pán)管回水管端加裝電磁兩通閥，風(fēng)機(jī)盤(pán)管啟停、風(fēng)速控制模塊接入末端DDC最終接入空調(diào)控制系統(tǒng)處理，新風(fēng)機(jī)組每層風(fēng)管主管處設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，執(zhí)行裝置接入末端DDC控制。

現(xiàn)設(shè)計(jì)兩種空氣處理控制流程，首先作為常規(guī)制冷、采暖季節(jié)的控制流程如下圖所示，首先采集監(jiān)控系統(tǒng)的人流數(shù)據(jù)，根據(jù)不同出入口的人流之差以及區(qū)域人流統(tǒng)計(jì)，分別向不同的控制流程發(fā)送數(shù)據(jù)并處理，作為本節(jié)主要討論的空氣處理流程，風(fēng)機(jī)盤(pán)管及新風(fēng)系統(tǒng)的控制主要是通過(guò)人流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整電磁兩通閥和電動(dòng)風(fēng)閥調(diào)整水量及風(fēng)量，然后通過(guò)檢測(cè)回風(fēng)處的溫度以及CO2含量校核控制效果，若低于系統(tǒng)要求，會(huì)重復(fù)控制流程，以保證節(jié)能的同時(shí)滿足舒適性、工藝性的要求。

過(guò)渡季節(jié)的控制流程如下圖所示，根據(jù)過(guò)渡季節(jié)項(xiàng)目負(fù)荷的特點(diǎn)，其他負(fù)荷基本趨于平衡并數(shù)值很小，而人體熱濕負(fù)荷以及新風(fēng)負(fù)荷成為最主要的空調(diào)負(fù)荷，所以將控制流程做出如下調(diào)整：采集監(jiān)控系統(tǒng)的人流數(shù)據(jù)，根據(jù)人流數(shù)據(jù)首先調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)量，然后通過(guò)校核回風(fēng)溫度以及CO2含量調(diào)整風(fēng)機(jī)盤(pán)管的開(kāi)啟量、以及風(fēng)量。在過(guò)渡季節(jié)加大新風(fēng)量.實(shí)現(xiàn)“免費(fèi)冷卻”，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)量與新風(fēng)量帽適應(yīng)。

上述控制流程有—個(gè)共同的特點(diǎn)，人員步入建筑物內(nèi)的同時(shí)，控制系統(tǒng)已經(jīng)接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的算法，分別調(diào)整展覽區(qū)域的供冷、新風(fēng)能力，人員進(jìn)入到空調(diào)空間時(shí)，調(diào)整已經(jīng)完成或已經(jīng)進(jìn)行，空調(diào)系統(tǒng)“先人一步”，不會(huì)給人先熱后冷的感覺(jué)，而且調(diào)整的過(guò)程實(shí)時(shí)進(jìn)行，不斷修正，由于監(jiān)控系統(tǒng)智能識(shí)別人流量，不能區(qū)分人員的個(gè)體區(qū)別，例如是成年人、老年人、兒童，而且對(duì)于室外氣溫、和滲入氣流無(wú)法控制，此時(shí)通過(guò)回風(fēng)處的溫度、CO2監(jiān)控，可以及時(shí)的修正人流密度控制的缺陷。

4、冷水機(jī)組控制策略

冷水機(jī)組及其對(duì)應(yīng)的水泵屬于空調(diào)系統(tǒng)中能耗較高的部分，如何能夠保證冷水機(jī)組穩(wěn)定、高效的運(yùn)行是本節(jié)的主要討論方向。冷水機(jī)組的控制策略的制定主要從控制可行性以及運(yùn)行穩(wěn)定性上來(lái)考慮，控制方面按照前文所述的由人流密度模擬計(jì)算出總負(fù)荷，在冷水機(jī)組回水端設(shè)置溫度、流量測(cè)量裝置采集數(shù)據(jù)，反饋至空調(diào)控制系統(tǒng)主機(jī)，然后通過(guò)BACnet協(xié)議向機(jī)組反饋數(shù)據(jù)，機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，或者通過(guò)供回水之間設(shè)置的壓差旁通閥以及執(zhí)行裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刂七^(guò)程中，需要預(yù)先設(shè)定比較寬泛、適用的機(jī)組控制策略，以保證冷量的穩(wěn)定供給，特別是避免機(jī)組的頻繁啟停，減少對(duì)機(jī)組的造成不必要的損耗。由于機(jī)組不同負(fù)荷率中的制冷性能表現(xiàn)不一，如何保證制冷機(jī)組運(yùn)行在高效率負(fù)荷范圍成為關(guān)鍵。

5、機(jī)組部分負(fù)荷系數(shù)及運(yùn)行策略設(shè)定

本節(jié)針對(duì)冷水機(jī)組控制策略的設(shè)定及分析同樣針對(duì)博物館系統(tǒng)進(jìn)行，根據(jù)上文得出，博物館系統(tǒng)總冷負(fù)荷為936kW，共設(shè)置3臺(tái)冷水機(jī)組，制冷量分別為701.3kW兩臺(tái)（一用一備）、369.3kW一臺(tái)，由產(chǎn)品樣本可知，三臺(tái)機(jī)組均為單壓縮機(jī)、單回路制冷，能量調(diào)節(jié)范圍為15%-100%，滿載負(fù)荷COP為5.6，部分負(fù)荷IPLV為7.1，COP曲線見(jiàn)下圖。

根據(jù)圖示，30XW系列冷水螺桿機(jī)組在負(fù)荷處于60%～80%時(shí)，機(jī)組制冷性能系數(shù)最大，效率最高：對(duì)照機(jī)組設(shè)置情況以及機(jī)組IPLV系數(shù)，取機(jī)組最佳運(yùn)行效率為負(fù)荷70%時(shí)，負(fù)荷承擔(dān)范圍如下：

根據(jù)上表中的運(yùn)行策略，以及機(jī)組制冷l生能系數(shù)，計(jì)算得出系統(tǒng)制冷系數(shù)，得出按照此運(yùn)行策略，系統(tǒng)負(fù)荷在達(dá)到30%后，COP基本保持在7.5以上運(yùn)行，相對(duì)單臺(tái)機(jī)組滿載負(fù)荷5.6提高很多。

6、運(yùn)行策略優(yōu)化

按照上述冷水機(jī)組運(yùn)行策略執(zhí)行，每天機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)，由于初始負(fù)荷不大，可能先運(yùn)行30XW0352機(jī)組，很短—段時(shí)間內(nèi)，人流密度增加、新風(fēng)負(fù)荷增大，運(yùn)行機(jī)組切換到30XW0692，這樣就造成了每天初始階段30XW0352機(jī)組短時(shí)間內(nèi)啟停一次，造成機(jī)組的損耗，所以將運(yùn)行策略按照運(yùn)行月份進(jìn)行細(xì)化，常規(guī)制冷季節(jié)運(yùn)行策略如下

這樣執(zhí)行可以讓系統(tǒng)在很大一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組不會(huì)頻繁切換啟動(dòng)。過(guò)渡季節(jié)由于圍護(hù)冷負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷降低很多，很多時(shí)候1臺(tái)30XW0352就可以滿足系統(tǒng)需要，所以維持原運(yùn)行策略不便。在控制過(guò)程中同時(shí)還要注意，為防止負(fù)荷細(xì)微變化在成機(jī)組頻繁切換，所有負(fù)荷變化幅度超過(guò)限定10%十五分鐘后，才會(huì)進(jìn)行機(jī)組的切換或者加載，由于運(yùn)行策略是建立在機(jī)組負(fù)荷70%的前提下，所以在十五分鐘的加載準(zhǔn)備期，系統(tǒng)的冷量仍然可以保證供給，不會(huì)造成冷量不足的現(xiàn)象出現(xiàn)。

結(jié)論：

根據(jù)本文的計(jì)算、分析，若能在建筑BAS系統(tǒng)設(shè)置之初就考慮到暖通系統(tǒng)對(duì)于此類(lèi)數(shù)據(jù)的需求，對(duì)于非博物館建筑，也可以參照本項(xiàng)目的控制流程。本項(xiàng)目作為地下空間占建筑面積70%以上的建筑無(wú)疑是有其特殊性，但是作為超深基坑技術(shù)日益成熟的今天，地下空間的空調(diào)設(shè)計(jì)的研究存在一定意義。