我国是一个能源消耗大国,对电力的需求十分迫切。每年冬夏季,全国很多地方都闹“电荒”。相关研究报告指出,中国目前的电力缺口是9.93%,到2015年将增至15%,电力形势十分严峻。
在建筑运行过程中,照明和空调消耗的电能占到建筑总能耗的半壁江山。因此,设计者需要针对建筑物使用过程中的供暖、通风、空调、照明进行控制,提高能源的利用率。
自适应控制实现节能
楼宇自控系统可以针对不同的受控设备,采用相应的节能控制技术或控制策略,提高机电设备的运行效率。
控制器内置节能控制程序。随着技术的不断进步,不少楼宇自控产品生产厂家为了更好地保护客户利益,已将一些通用的节能控制程序内置在控制器中,例如西门子公司的APOGEE(顶峰)旗下的PXC系列控制器,只需输入简单参数后,即可执行节能控制程序。
控制器内置节能控制算法对于用户而言,是一个非常好的功能。其作为一种技术发展趋势,将受到越来越多楼宇自控产品生产厂家的青睐。
此外,还有一种更先进的控制算法——自适应控制算法。它是基于CyboSoft无模型自适应控制专利软件开发的、以多层神经网络为基础的控制程序。
自适应控制是一个复杂的闭环循环控制算法,能自动校正参数,补偿机械的系统、负载、季节性变化。与PID控制相比,自适应控制在动态非线性系统中的响应时间、保持稳态和差错等方面有更出色的表现。
自适应控制能连续对系统特性的变化做出调整,且易于操控。
由于不需要复杂的建模过程,自适应控制的响应时间更快,具有更匹配的控制性能。自适应控制可降低培训成本,提高员工的生产力,减少人为错误的几率。自动 对季节性和机械特性的变化做出调整。更好地调节回路,实现节能。减少偏移量,延长阀门和执行器的生命周期。减少由循环引起的磨损和破裂。减少末端设备的维 护、修理和置换成本。
自适应控制是为变量型系统、非线性系统和改变PID控制的折衷方法设计出来的。
无模型自适应控制系统易于嵌入和配置。其神经网络技术允许控制器学习记忆,提高性能。
自适应控制对系统的性能、响应时间、设定值错误可以作出连续的测量。神经网络对新的运行条件作出动态的调整,同时继续对性能作重新的测算,创造“学习型记忆”的连续调整的方法。
多种策略实现空调节能
空调系统是建筑中的能耗大户。设计者应在保证建筑物舒适环境的前提下,对空调进行控制,最大程度地降低能耗。系统集成商在实施的过程中,需要根据空调系统的工艺要求,采用一定的节能控制策略。常见的节能控制策略主要包括以下几个方面:
在启动暖通空调系统工作时,在最短的时间内达到所需的舒适度。最优停止控制是最优启动的逆过程,在工作区域停下班前,停止空调设备的运转,仍能达到最低的舒适度要求,还可使设备系统的工作时间最短、能耗最低。空调制冷系统往往是建筑能耗最大的地方。
室内温度浮动(新风补偿)控制。一般来讲,维持室内恒定的温湿度不变,会使室内外出现较大的温差(当夏季室外温度36℃时,温差为10℃)。人长时间停 留在低温环境中,再遇到室内外温差的较大突变,往往会引起皮肤汗腺收缩、血流不畅、神经功能紊乱等“空调适应不全症”(俗称“空调病”),同时空调系统的 运行能耗也会提高。因此,笔者建议采用室外新风温度补偿调节策略,随着室外空气温度的变化适当提高夏季室内空气温度和降低冬季的室内空气温度,为室内提供 健康、舒适的动态热环境,同时为空调制冷系统带来显着的节能效果。
最小新风量控制。为符合卫生标准,空调系统需要引进室外新鲜的空气,称为最小新风量。新风量一般是送风量的20%~30%。设计者可以检测室内二氧化碳的浓度,对比允许浓度,减少新风量的输入。
提前预冷,关闭新风。在办公楼类建筑中,为使工作人员到达室内时,温度较为舒适,需要提前打开空调。开机时要关闭所有新风阀,减少新风负荷的消耗。
夏季工况的夜间吹洗。在夏季,可利用凌晨清新的凉空气,开大新风阀,关闭冷冻水阀门,对整栋建筑进行吹洗,可冷却建筑结构所吸收的热量,对建筑物降温,减少开机时的冷负荷量。
水泵变频控制。在空调系统设计过程中,泵的选型是根据系统的最大负荷进行选择的。泵的额定功率往往要大于设计的最大功率。这会在设备选型时,造成能量浪 费。另外,由于受到内、外界干扰等不确定因素的影响,系统的实际负荷总是不断变化的,大部分时间系统都工作在部分负荷状态。此外,充分考虑建筑负荷状况、 管网状况、室外气象参数等多种因素,对水泵采用变频处理,调节水泵转速,使水泵的流量与实际负荷相适应,达到降低泵耗、提高空调品质的目的。当然,变频系 统的最低运行频率需要根据冷水机组允许的最小流量,限制水泵的最低运行频率。水泵变频控制一般可降低40%~60%的水泵能耗,节省的泵耗主要包括设备选 型过大引起的泵耗和变频后减少的流量所消耗的泵耗。
目前,生活供水系统大部分采用成套的恒压变频供水控制方式,能达到节能的效果。
室内温度分层控制。在政府办公大楼、机场、火车站、大型商场等大型公共建筑中,人流量比较大。在建筑内上下层自动扶梯处存在大面积的空间连通现象。由于空气对流造成热气流上升、冷气流下沉,会影响空调系统的舒适性。
在这种情况下,设计者通过设置在屋顶、室内或地面的设置温度传感器,可检测到室内不同空间内的温度,指导不同楼层空调系统改变其系统运行设定温度,例如,降低靠上楼层的设定温度,适当提高靠下楼层的设定温度等。
另外,在不同的空调系统中,如位于大空间定风量空调系统,可改变末端风口的送风方向;如对于有电动球形喷口的送风末端,在夏季和冬季应调整到不同的送风方向,夏季冷风尽可能向上吹出,冬季热风尽可能吹向地面。这样可以减少垂直方向温度不均匀的问题。