可持續(xù)發(fā)展的暖通空調(diào)設(shè)計

劉岳棟

（山西省建筑設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030000）

空調(diào)是我們現(xiàn)代生活中必不可少的電器。隨著空調(diào)的不斷普及，空調(diào)的電力消耗在家庭用電和企業(yè)用電中占有相當(dāng)大的比重。面對能源日益短缺的今天，必須要降低暖通空調(diào)的能源消耗，針對于暖通空調(diào)的特點用途進(jìn)行特殊優(yōu)化，可采取改良其設(shè)計的方式降低設(shè)備的實際能源消耗，從而克服暖通空調(diào)應(yīng)用技術(shù)瓶頸，最終符合可持續(xù)發(fā)展思想。

1 智能控制技術(shù)在暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 智能控制技術(shù)在暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用原理

隨著信息化科技的發(fā)展，智能化家居不斷地走進(jìn)人們的生活。智能化家電是指可單獨調(diào)節(jié)的智能設(shè)備，減少人工操作，使其具有真正人性化的電器。時至今日，大多數(shù)設(shè)備只能滿足簡單的功能，無法正確地適應(yīng)環(huán)境的變化，只能依靠手工操作調(diào)節(jié)功能和功率。談到空調(diào)的發(fā)展，目前以控制論為基礎(chǔ)、以智能控制技術(shù)為基礎(chǔ)、以人工智能為手段的空調(diào)智能控制，大大減少了人們繁瑣的控制工作，真正實現(xiàn)智能。利用模糊處理技術(shù)可以解決一些非線性、不確定性問題。利用環(huán)境數(shù)據(jù)作為模糊變量，進(jìn)行模糊計算，最后得到并執(zhí)行結(jié)果，這是模糊處理技術(shù)的應(yīng)用原理。模糊控制器，所提供的模糊邏輯，提供對環(huán)境的反應(yīng)功能。由于人們可以編寫模糊控制器，所以模糊控制器具有專門的學(xué)習(xí)和控制功能。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，它是一種仿生技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理問題的方式是模仿人腦的思維與過程。人腦由無數(shù)個神經(jīng)元組成，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也有大量的控制單元用于數(shù)據(jù)分析。它獨特的結(jié)構(gòu)特征充分顯示了它的獨特優(yōu)勢，它的結(jié)構(gòu)被用作處理控制器。它大大提高了系統(tǒng)處理非線性和不確定性問題的能力。兩項技術(shù)都是智能控制的核心技術(shù)。兩者基本實現(xiàn)了暖通空調(diào)在各種不確定條件下的獨立監(jiān)測功能，滿足了人們良好的工作環(huán)境和溫濕度要求［1］。

1.2 智能控制技術(shù)在暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的控制特點

智能化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地推動了智能家電的發(fā)展。隨著環(huán)境的變化，還需要對綜合智能控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。所以智能控制技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有如下特點：一是空調(diào)運行環(huán)境的變化引起了暖通空調(diào)系統(tǒng)的多種干擾；室內(nèi)空調(diào)運行過程中，太陽輻射、溫度、天氣等影響環(huán)境溫度。室內(nèi)通風(fēng)也是不可避免的。在設(shè)備運行過程中會有許多因素導(dǎo)致空調(diào)的功耗提升，空調(diào)電源上下波動，導(dǎo)致功率不確定。工作環(huán)境多種多樣意味著空調(diào)冬夏季節(jié)和工作方式各不相同?？照{(diào)機必須能適應(yīng)多種環(huán)境，智能控制技術(shù)的自控機制比較復(fù)雜，在維修和運行過程中以及各種可能發(fā)生的情況都要充分考慮。室內(nèi)溫濕度的關(guān)系，主要是指室內(nèi)溫濕度的變化。在溫度和濕度控制方面，也要考慮溫度和濕度的影響。室內(nèi)的溫度和濕度存在著一定的聯(lián)系，并且與空調(diào)運行功率有很大的關(guān)系，濕度較高的室內(nèi)不利于溫度的提升，濕度較低的環(huán)境中不利于人的身體健康，如何權(quán)衡好溫濕度的控制是必不可少。由于空調(diào)系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)環(huán)境溫度和濕度，設(shè)計中必須考慮這一因素。

1.3 智能控制技術(shù)在暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用途徑

智能調(diào)節(jié)技術(shù)主要采用變風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)和恒風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)，實現(xiàn)空調(diào)的智能調(diào)節(jié)。指出智能調(diào)整技術(shù)的核心是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊處理技術(shù)?？照{(diào)變風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)主要是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來實現(xiàn)的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能快速響應(yīng)室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度的變化，保證調(diào)節(jié)的靈敏度，并能快速計算結(jié)果準(zhǔn)確地發(fā)送到系統(tǒng)。從而實現(xiàn)空調(diào)變風(fēng)量的智能控制。調(diào)節(jié)技術(shù)可以讓你快速調(diào)節(jié)溫度和濕度。恒風(fēng)量的智能調(diào)節(jié)技術(shù)主要是采用模糊處理技術(shù)。在空調(diào)的智能調(diào)節(jié)模糊處理技術(shù)的應(yīng)用下，它能較好地處理各種不確定因素和不確定性環(huán)境中的各種問題，從而達(dá)到最佳效果和節(jié)能效果，顯著提高空調(diào)系統(tǒng)的智能化。利用該技術(shù)，恒風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)通過循環(huán)供風(fēng)和混合自動供風(fēng)獨立調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。采用變風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)和恒風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)，使暖通空調(diào)系統(tǒng)能最大限度地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，保證空調(diào)正常運行，提高空調(diào)運行效率，實現(xiàn)空調(diào)管理。

2 可持續(xù)發(fā)展的暖通空調(diào)應(yīng)用現(xiàn)狀及設(shè)計策略

2.1 暖通空調(diào)使用現(xiàn)狀及問題

暖通空調(diào)的能源消耗較高。要想降低空調(diào)功率，就必須要了解暖通空調(diào)能耗的成因。影響暖通空調(diào)性能的主要原因有兩個方面。一是空調(diào)運行時周圍環(huán)境的變化導(dǎo)致的能耗增加；二是空調(diào)自身的工作能耗高。就其所處環(huán)境而言，空調(diào)位置是影響空調(diào)能耗的重要原因之一。倘若空調(diào)安裝的位置傳熱損失大，則會影響空調(diào)調(diào)溫的效果，不僅影響正常運行還會導(dǎo)致空調(diào)耗能的增加，選擇好空調(diào)的安裝位置是十分關(guān)鍵的。安裝位置是整個建筑物的溫度能否得到控制的關(guān)鍵。所以，如果存在安裝位置和能耗方面的問題，則無法獲得原來的效果，能耗也會成倍增加。有些空調(diào)技術(shù)人員經(jīng)常設(shè)定高于參考值的冷量參數(shù)，以保證空調(diào)的冷卻效率，因此空調(diào)的冷卻能力總是高于所要求的冷量和功率。使用暖通空調(diào)會造成能耗和浪費。另外，空調(diào)運行時間長，容易沾染灰塵。攝取灰塵導(dǎo)致空調(diào)的進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)，并影響相應(yīng)的產(chǎn)熱效果，從而提高了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。所以要降低空調(diào)能耗，必須從這些方面入手，使技術(shù)進(jìn)步。很多企業(yè)和單位的研究發(fā)現(xiàn)，空調(diào)選擇有其特殊性?？照{(diào)器的選型應(yīng)依據(jù)建筑物的整體形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和建筑面積。在暖通空調(diào)建筑中，空氣循環(huán)如果選擇不當(dāng)，就會變得不合理，不能反映空調(diào)的實際效果。必須保證室內(nèi)溫度符合要求，在使用過程中空調(diào)設(shè)定溫度應(yīng)高于所需溫度。所以空調(diào)的實際使用增加了空調(diào)的實際能耗，造成能源浪費。二次工業(yè)革命以來，電力得到了廣泛的應(yīng)用。電的優(yōu)點是方便、快捷、減少污染，是一種自然得到廣泛應(yīng)用的能源。但是，由于最常用的能源是煤和石油，電力的使用實際上間接地造成了環(huán)境污染。所以一些專家正在考慮用風(fēng)能、太陽能和潮汐能等其它可再生清潔能源代替煤和石油的燃燒?，F(xiàn)在，我國暖通空調(diào)的能源供應(yīng)完全依賴于電力，而且相對落后。我國可用電量非常有限。如空調(diào)使用其他可替代其它能源，我國的用電負(fù)擔(dān)可大大減輕負(fù)擔(dān)。節(jié)能技術(shù)是暖通空調(diào)的另一個方面。不管節(jié)能技術(shù)有多成熟，都依賴于電能，間接造成污染。所以加強研究和開發(fā)新能源空調(diào)是解決能源浪費的最佳途徑［2］。

2.2 應(yīng)用智能變頻技術(shù)等降低能源消耗

討論智能變頻空調(diào)之前，首先要討論的是定頻空調(diào)。過去空調(diào)大多數(shù)生產(chǎn)是定頻空調(diào)?？照{(diào)壓縮機的工作只能按照固定的能耗進(jìn)行工作，無法根據(jù)環(huán)境需求進(jìn)行功率和頻率的。只有通過開關(guān)壓縮機來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，首先壓縮機的不斷啟動必然造成能源的浪費，其次，這種調(diào)節(jié)室溫的方式過于傳統(tǒng)，溫度控制效果也十分一般。為了提高空調(diào)系統(tǒng)的溫控能力，研制了一套變頻空調(diào)系統(tǒng)。自控變頻空調(diào)根據(jù)室溫自動調(diào)節(jié)電源頻率，實現(xiàn)壓縮機運行速度的變化，并能保持室溫恒定不變，幾乎可以避免產(chǎn)生忽冷忽熱的現(xiàn)象。當(dāng)天氣很熱，室內(nèi)溫度升高，空調(diào)能自動調(diào)整供電頻率，提高壓縮機的工作頻率，降低溫度。當(dāng)室溫穩(wěn)定后，電源頻率和壓縮機工作頻率自動降低，達(dá)到節(jié)約電量的目的。采用變頻空調(diào)是基于保證空調(diào)的溫控能力，從而大大降低空調(diào)能耗，降低電能使用。所以暖通空調(diào)設(shè)計也必須采用更為智能化的頻率變換技術(shù)。這樣既能減少人工操作的空調(diào)管理，又能節(jié)約電能，達(dá)到環(huán)保與節(jié)能的目的。利用空調(diào)等大型電器設(shè)備，專家總結(jié)出一系列具有明顯效果的解決方案。這包括熱回收和使用制冷技術(shù)。熱能回收技術(shù)在冬季或加熱時期是必不可少的。熱能回收技術(shù)進(jìn)一步降低了供熱空調(diào)壓力，降低了空調(diào)能耗。這種裝置不需要使用就能收集熱量，然后將其轉(zhuǎn)化為熱能，空調(diào)可以節(jié)省電能。天然氣液化熱回收技術(shù)和外加熱回收技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的兩種技術(shù)。其中天然氣液化熱回收技術(shù)可主要應(yīng)用于家用熱水供應(yīng)，合理利用熱量，提高能源利用率，降低能耗。外置余熱回收技術(shù)主要對空調(diào)外置空氣進(jìn)行預(yù)熱，在溫度轉(zhuǎn)換過程中減少溫差，減少壓縮機輸出，節(jié)約能源，降低能耗。冷卻技術(shù)在夏季常用于空調(diào)制冷。

2.3 利用太陽能等新能源

作為一種早期的節(jié)能技術(shù)和理念，太陽能節(jié)能可以滿足人們對能源的需求和工業(yè)用電短缺。太陽節(jié)能技術(shù)要求收集并將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷卻負(fù)荷。在環(huán)保建筑設(shè)計中，廣泛采用太陽能技術(shù)。其優(yōu)點是設(shè)計在屋頂太陽能供暖設(shè)施中，通過傳熱周期將收集的太陽能引入到熱交換器中，實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的可再生能源。為住宅提供熱水和燃?xì)忮仩t設(shè)備。但是，太陽能技術(shù)也有易受自然氣候影響的缺點。在陰天、雨天或雪天到來時，很難獲得太陽能，無法有效地為建筑和工業(yè)生產(chǎn)提供持續(xù)能源，仍然適用傳統(tǒng)的空調(diào)器系統(tǒng)提供熱量。所以綠色建筑、暖通空調(diào)和太陽能技術(shù)等節(jié)能技術(shù)必須結(jié)合其它節(jié)能技術(shù)來實現(xiàn)各種氣候條件下的熱能轉(zhuǎn)換。地?zé)岜眉夹g(shù)是以土壤為儲熱體，以蓄熱、放熱為目的的儲熱技術(shù)。儲熱技術(shù)在制冷技術(shù)中可起到的作用，地?zé)釤岜迷诮ㄖ锌蔀槠涮峁┠茉丛O(shè)備，減少建筑物的能耗。

3 結(jié)語

針對暖通空調(diào)的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計問題，主要采取的措施是尋求新的能源應(yīng)用，其次是研究空調(diào)的能耗，但所有這些創(chuàng)新都必須在保證制熱性能不受影響的前提下進(jìn)行，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的應(yīng)用空間。