智能建筑供暖通风与空气调节–监测、控制与计量篇

为了降低运行能耗,供暖通风与空调系统应进行必要的监测与控制。20世纪80年代后期,直接数字控制(DDC)系统开始进入我国,经过20多年的实践,证明其在设备及系统控制、运行管理等方面具有较大的优越性且能够较大地节约能源,在大多数工程项目的实际应用中都取得了较好的效果。就目前来看,多数大、中型工程也是以此为基本的控制系统形式的。但实际情况错综复杂,作为一个总的原则,设计时要求结合具体工程情况通过技术经济比较确定具体的控制内容。能源计量总站宜具有能源计量报表管理及趋势分析等基本功能。监测控制的内容可包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、能量计量以及中央监控与管理等。

GB50189-2015 供暖通风与空气调节–监测、控制与计量篇

强制性条文。加强建筑用能的量化管理,是建筑节能工作的需要,在冷热源处设置能量计量装置,是实现用能总量量化管理的前提和条件,同时在冷热源处设置能量计量装置利于相对集中,也便于操作。  4.5.2

供热锅炉房应设燃煤或燃气、燃油计量装置。制冷机房内,制冷机组能耗是大户,同时也便于计量,因此要求对其单独计量。直燃型机组应设燃气或燃油计量总表,电制冷机组总用电量应分别计量。《民用建筑节能条例》规定,实行集中供热的建筑应当安装供热系统调控装置、用热计量装置和室内温度调控装置,因此,对锅炉房、换热机房总供热量应进行计量,作为用能量化管理的依据。    

目前水系统“跑冒滴漏”现象普遍,系统补水造成的能源浪费现象严重,因此对冷热源站总补水量也应采用计量手段加以控制。    

集中空调系统的冷量和热量计量和我国北方地区的供热热计量一样,是一项重要的建筑节能措施。设置能量计量装置不仅有利于管理与收费,用户也能及时了解和分析用能情况,加强管理,提高节能意识和节能的积极性,自觉采取节能措施。目前在我国出租型公共建筑中,集中空调费用多按照用户承租建筑面积的大小,用面积分摊方法收取,这种收费方法的效果是用与不用一个样、用多用少一个样,使用户产生“不用白不用”的心理,使室内过热或过冷,造成能源浪费,不利于用户健康,还会引起用户与管理者之间的矛盾。公共建筑集中空调系统,冷、热量的计量也可作为收取空调使用费的依据之一,空调按用户实际用量收费是未来的发展趋势。它不仅能够降低空调运行能耗,也能够有效地提高公共建筑的能源管理水平。  4.5.3

我国已有不少单位和企业对集中空调系统的冷热量计量原理和装置进行了广泛的研究和开发,并与建筑自动化(BA)系统和合理的收费制度结合,开发了一些可用于实际工程的产品。当系统负担有多栋建筑时,应针对每栋建筑设置能量计量装置。同时,为了加强对系统的运行管理,要求在能源站房(如冷冻机房、热交换站或锅炉房等)应同样设置能量计量装置。但如果空调系统只是负担一栋独立的建筑,则能量计量装置可以只设于能源站房内。当实际情况要求并且具备相应的条件时,推荐按不同楼层、不同室内区域、不同用户或房间设置冷、热量计量装置的做法。    

强制性条文。本条文针对公共建筑项目中自建的锅炉房及换热机房的节能控制提出了明确的要求。供热量控制装置的主要目的是对供热系统进行总体调节,使供水水温或流量等参数在保持室内温度的前提下,随室外空气温度的变化进行调整,始终保持锅炉房或换热机房的供热量与建筑物的需热量基本一致,实现按需供热,达到最佳的运行效率和最稳定的供热质量。  4.5.4

气候补偿器是供暖热源常用的供热量控制装置,设置气候补偿器后,可以通过在时间控制器上设定不同时间段的不同室温节省供热量;合理地匹配供水流量和供水温度,节省水泵电耗,保证散热器恒温阀等调节设备正常工作;还能够控制一次水回水温度,防止回水温度过低而减少锅炉寿命。    

虽然不同企业生产的气候补偿器的功能和控制方法不完全相同,但气候补偿器都具有能根据室外空气温度或负荷变化自动改变用户侧供(回)水温度或对热媒流量进行调节的基本功能。    

供热量控制调节包括质调节(供水温度)和量调节(供水流量)两部分,需要根据室外气候条件和末端需求变化进行调节。对于未设集中控制系统的工程,设置气候补偿器和时间控制器等装置来实现本条第2款和第3款的要求。  4.5.5

对锅炉台数和燃烧过程的控制调节,可以实现按需供热,提高锅炉运行效率,节省运行能耗并减少大气污染。锅炉的热水温度、烟气温度、烟道片角度、大火、中火、小火状态等能效相关的参数应上传至建筑能量管理系统,根据实际需求供热量调节锅炉的投运台数和投入燃料量。    

强制性条文。《中华人民共和国节约能源法》第三十七条规定:使用空调供暖、制冷的公共建筑应当实行室内温度控制制度。用户能够根据自身的用热需求,利用空调供暖系统中的调节阀主动调节和控制室温,是实现按需供热、行为节能的前提条件。  4.5.6

除末端只设手动风量开关的小型工程外,供暖空调系统均应具备室温自动调控功能。以往传统的室内供暖系统中安装使用的手动调节阀,对室内供暖系统的供热量能够起到一定的调节作用,但因其缺乏感温元件及自力式动作元件,无法对系统的供热量进行自动调节,从而无法有效利用室内的自由热,降低了节能效果。因此,对散热器和辐射供暖系统均要求能够根据室温设定值自动调节。对于散热器和地面辐射供暖系统,主要是设置自力式恒温阀、电热阀、电动通断阀等。散热器恒温控制阀具有感受室内温度变化并根据设定的室内温度对系统流量进行自力式调节的特性,有效利用室内自由热从而达到节省室内供热量的目的。    

冷热源机房的控制要求。  4.5.7

设备的顺序启停和连锁控制是为了保证设备的运行安全,是控制的基本要求。从大量工程应用效果看,水系统“大流量小温差”是个普遍现象。末端空调设备不用时水阀没有关闭,为保证使用支路的正常水流量,导致运行水泵台数增加,建筑能耗增大。因此,该控制要求也是运行节能的前提条件。  1    

冷水机组是暖通空调系统中能耗最大的单体设备,其台数控制的基本原则是保证系统冷负荷要求,节能目标是使设备尽可能运行在高效区域。冷水机组的最高效率点通常位于该机组的某一部分负荷区域,因此采用冷量控制方式有利于运行节能。但是,由于监测冷量的元器件和设备价格较高,因此在有条件时(如采用了DDC控制系统时),优先采用此方式。对于一级泵系统冷机定流量运行时,冷量可以简化为供回水温差;当供水温度不作调节时,也可简化为总回水温度来进行控制,工程中需要注意简化方法的使用条件。  2    

水泵的台数控制应保证系统水流量和供水压力/供回水压差的要求,节能目标是使设备尽可能运行在高效区域。水泵的最高效率点通常位于某一部分流量区域,因此采用流量控制方式有利于运行节能。对于一级泵系统冷机定流量运行时和二级泵系统,一级泵台数与冷机台数相同,根据连锁控制即可实现;而一级泵系统冷机变流量运行时的一级泵台数控制和二级泵系统中的二级泵台数控制推荐采用此方式。由于价格较高且对安装位置有一定要求,选择流量和冷量的监测仪表时应统一考虑。  3    

二级泵系统水泵变速控制才能保证符合节能要求,二级泵变速调节的节能目标是减少设备耗电量。实际工程中,有压力/压差控制和温差控制等不同方式,温差的测量时间滞后较长,压差方式的控制效果相对稳定。而压差测点的选择通常有两种:(1)取水泵出口主供、回水管道的压力信号。由于信号点的距离近,易于实施。(2)取二级泵环路中最不利末端回路支管上的压差信号。由于运行调节中最不利末端会发生变化,因此需要在有代表性的分支管道上各设置一个,其中有一个压差信号未能达到设定要求时,提高二次泵的转速,直到满足为止;反之,如所有的压差信号都超过设定值,则降低转速。显然,方法(2)所得到的供回水压差更接近空调末端设备的使用要求,因此在保证使用效果的前提下,它的运行节能效果较前一种更好,但信号传输距离远,要有可靠的技术保证。但若压差传感器设置在水泵出口并采用定压差控制,则与水泵定速运行相似,因此,推荐优先采用压差设定值优化调节方式以发挥变速水泵的节能优势。  4    

关于冷却水的供水温度,不仅与冷却塔风机能耗相关,更会影响到冷机能耗。从节能的观点来看,较低的冷却水进水温度有利于提高冷水机组的能效比,但会使冷却塔风机能耗增加,因此对于冷却侧能耗有个最优化的冷却水温度。但为了保证冷水机组能够正常运行,提高系统运行的可靠性,通常冷却水进水温度有最低水温限制的要求。为此,必须采取一定的冷却水水温控制措施。通常有三种做法:(1)调节冷却塔风机运行台数;(2)调节冷却塔风机转速;(3)供、回水总管上设置旁通电动阀,通过调节旁通流量保证进入冷水机组的冷却水温高于最低限值。在(1)、(2)两种方式中,冷却塔风机的运行总能耗也得以降低。  5     

冷却水系统在使用时,由于水分的不断蒸发,水中的离子浓度会越来越高。为了防止由于高离子浓度带来的结垢等种种弊病,必须及时排污。排污方法通常有定期排污和控制离子浓度排污。这两种方法都可以采用自动控制方法,其中控制离子浓度排污方法在使用效果与节能方面具有明显优点。  6    

提高供水温度会提高冷水机组的运行能效,但会导致末端空调设备的除湿能力下降、风机运行能耗提高,因此供水温度需要根据室外气象参数、室内环境和设备运行情况,综合分析整个系统的能耗进行优化调节。因此,推荐在有条件时采用。  7    

设备保养的要求,有利于延长设备的使用寿命,也属于广义节能范畴。  8    

机房群控是冷、热源设备节能运行的一种有效方式,水温和水量等调节对于冷水机组、循环水泵和冷却塔风机等运行能效有不同的影响,因此机房总能耗是总体的优化目标。冷水机组内部的负荷调节等都由自带控制单元完成,而且其传感器设置在机组内部管路上,测量比较准确和全面。采用通信方式,可以将其内部监测数据与系统监控结合,保证第2款和第7款的实现。  9    

全空气空调系统的节能控制要求。  4.5.8

风阀、水阀与风机连锁启停控制,是一项基本控制要求。实践中发现很多工程没有实现,主要是由于冬季防冻保护需要停风机、开水阀,这样造成夏季空调机组风机停时往往水阀还开,冷水系统“大流量,小温差”,造成冷水泵输送能耗增加、冷机效率下降等后果。需要注意在需要防冻保护地区,应设置本连锁控制与防冻保护逻辑的优先级。  1    

绝大多数公共建筑中的空调系统都是间歇运行的,因此保证使用期间的运行是基本要求。推荐优化启停时间即尽量提前系统运行的停止时间和推迟系统运行的启动时间,这是节能的重要手段。  2    

室内温度设定值对空调风系统、水系统和冷热源的运行能耗均有影响。根据相关文献,夏季室内温度设定值提高1℃,空调系统总体能耗可下降6%左右。因此,推荐根据室外气象参数优化调节室内温度设定值,这既是一项节能手段,同时也有利于提高室内人员舒适度。  3    

新建建筑、酒店、高等学校等公共建筑同时使用率相对较低,不使用的房间在空调供冷/供暖期,一般只关闭水系统,过渡季节风系统不会主动关闭,造成能源浪费。  6    

推荐设置常闭式电动通断阀,风机盘管停止运行时能够及时关断水路,实现水泵的变流量调节,有利于水系统节能。  4.5.9

通常情况下,房间内的风机盘管往往采用室内温控器就地控制方式。根据《民用建筑节能条例》和《公共机构节能条例》等法律法规,对公共区域风机盘管的控制功能提出要求,采用群控方式都可以实现。    

由于室温设定值对能耗有影响和响应政府对空调系统夏季运行温度的号召,要求对室温设定值进行限制,可以从监控机房统一设定温度。  1    

风机盘管可以采用水阀通断/调节和风机分档/变速等不同控制方式。采用温控器控制水阀可保证各末端能够“按需供水”,以实现整个水系统为变水量系统。  2    

考虑到对室温控制精度要求很高的场所会采用电动调节阀,严寒地区在冬季夜间维持部分流量进行值班供暖等情况,不作统一限定。    

对于排除房间余热为主的通风系统,根据房间温度控制通风设备运行台数或转速,可避免在气候凉爽或房间发热量不大的情况下通风设备满负荷运行的状况发生,既可节约电能,又能延长设备的使用年限。  4.5.10

对于车辆出入明显有高峰时段的地下车库,采用每日、每周时间程序控制风机启停的方法,节能效果明显。在有多台风机的情况下,也可以根据不同的时间启停不同的运行台数的方式进行控制。  4.5.11

采用CO浓度自动控制风机的启停(或运行台数),有利于在保持车库内空气质量的前提下节约能源,但由于CO浓度探测设备比较贵,因此适用于高峰时段不确定的地下车库在汽车开、停过程中,通过对其主要排放污染物CO浓度的监测来控制通风设备的运行。国家相关标准规定一氧化碳8h时间加权平均允许浓度为20mg/m3,短时间接触允许30mg/m3。     Respond)。 and Start)和分时再设及反馈策略(Trim Control),包括最佳启动策略(Optimal 对于间歇运行的空调系统,在保证使用期间满足要求的前提下,应尽量提前系统运行的停止时间和推迟系统运行的启动时间,这是节能的重要手段。在运行条件许可的建筑中,宜使用基于用户反馈的控制策略(Request-Based  

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