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摘要：随着经济的发展，人们生活质量越来越高，人们对建筑功能性、舒适性提出了更高要求。暖通空调系统是现代建筑中不可缺少的重要基础设施，既能够用来采暖、通风，还能够用来调节空气，改善室内环境，提升建筑舒适性。但随着暖通空调应用范围的扩大，暖通空调能耗问题日益突出，一些建筑中暖通空调能耗占到了建筑总能耗百分之四十到五十，而在西方发达国家仅占百分之十五。虽然我国地大物博，但资源存量严重不足，属于能源短缺国。在我国能源消耗中建筑能耗占据了很大比例，且呈现上升趋势，这其中暖通空调能耗最为突出。高能耗不仅会带来能耗问题，更会带来污染问题，进行暖通空调优化势控制在必行。本文将针对暖通空调优化控制技术的应用展开研究。
关键词：暖通空调系统；优化控制；能耗
引言：暖通空调系统是现代建筑的重要组成部分，是实现建筑采暖、通风、空气调节功能的主要暖通设备。暖通空调系统在现代建筑中的应用大大提高了建筑舒适性，改善了居民生活品质。但暖通空调应用中存在着严重的能耗问题和污染问题，严重制约了暖通空调应用。近些年，人们环保意识、生态意明显加强，对暖通空调提出了更高要求。并且暖通空调的高能耗，不符合我国可持续发展战略，在能源日益紧缺的今天，做好暖通空调优化控制非常有必要。只有通过优化控制技术，不断优化暖通空调的运行，才能降低暖通空调运行能耗，缓解暖通空调对环境生态的污染。
暖通空调系统的基本类型和作用
随着城市化进程的加快及建筑行业的发展，暖通空调系统普及度越来越高。现代建筑中，不论商业建筑，还是民用建筑，或是工业建筑暖通空调系统都是必不可少重要设施。暖通空调系统的应用直接影响着建筑内部环境、空气质量。现代建筑不仅整体密度高，且室内污染源多，封闭性强，所以污染物不易扩散或挥发，无疑会导致室内细菌含量和烟尘浓度的增加[1]。另外，当前许多建筑装饰装修材料含有有毒化学物质，甲醛超标等问题也污染着室内空气。暖通空调的应用则能够为人们提供舒适的健康舒适的环境，暖通空调能通过对室内空气湿度、气流速度、空气温度的调节，改善室内空气质量，使人体保持热平衡，满足人们对舒适感和室内温度的需求，降低室内空气污染程度。不同类型暖通空调系统有着不同功能和性能，根据空气处理装置不同可分为：变风量系统、盘管系统、定风量系统；根据水量特性可分为定水量系统和变水量系统。根据热湿负荷所用的介质可分为：全空气系统、全水式系统、空气-水式系统。虽然暖通空调能够改善室内空气，提高人们生活质量。但暖通空调应用中的能耗问题及运行质量不高等问题却十分突出，这造成了大量能源浪费，想要提高暖通空调能源使用率，降低暖通空调能耗，必须应用优化控制技术，优化暖通空调的运行，提高运行效率，降低能耗。
暖通空调系统能耗及运行的影响因素
能源问题影响着国家发展及经济建设，自改革开放后，我国一直十分重视能源的利用与开发，节能问题已被列入国民经济和社会发展规划纲要中。相关统计数据显示，我国能源消耗中建筑能耗占有很大比例，其中暖通空调能耗问题最为突出，暖通空调控制优化、节能具有重要意义。想要研究暖通空调的优化及能耗，必须要了解暖通空调能耗及运行的影响因素[2]。暖通空调能耗及运行效率影响因素较多，不仅与设计阶段设计不合理有着直接关系，且建筑热工特性也会对暖通空调的运行效率和能耗产生着影响，更是导致暖通空调能耗高的主要原因之一。以围护结构为例，围护结构导热损失占总的热损失比例较大，是全部热损失的百分之七十七，而通过门窗、缝隙渗透造成的热损失仅占百分之二十三，而热损失大正是增加能耗的主要原因，可见围护结构对暖通空调运行能耗的影响。另一方面，建筑整体布局、朝向、规划、主导风向、建筑间隔、结构、太阳辐射都会对整体运行能耗造成影响。只有合理规划，科学布局，充分利用自然因素，才能进一步提高暖通空调运行效率，实现低能耗运行。此外，控制系统的控制性能也是影响暖通空调能耗的主要原因，一些暖通空调控制系统灵敏度低，控制效果不明显，就会造成能耗问题，如PID控制，不仅调节时间长，且速度慢，易受外界干扰，参数确定模式十分不科学，具有一定滞后性，能耗问题就十分突出。想要降低暖通空调能耗，在暖通空调系统设计中必须充分考察，做好现场与各工程的衔接，选择科学施工方案，合理确定系统类型，明确技术要求，从而保障暖通空调的低能耗、高效率运行，降低运行成本，减小污染，实现暖通空调的节能环保。
暖通空调优化控制技术的应用
通过前文分析不难看出，做好暖通空调优化的重要性和必要性，暖通空调能耗加大了我国建筑能耗，制约了我国经济建设。高能耗不仅加快了能源消耗，提高了暖通空调运行成本，更造成了环境生态污染，优化控制技术应用于暖通空调系统势在必行。下面通过几点来分析暖通空调优化控制技术的应用：
太阳能技术
太阳能属于可再生资源，能够持续利用，太阳能技术的应用不仅能够降低暖通空调运行成本，还能解决能耗问题，是实现绿色暖通空调的理想方式。暖通空调系统最大的能耗是电能消耗，而我国以火力发电为主，火力发电过程中排放的有毒气体，是主要大气污染源，为了减少CO2和SO2排放量，应积极将太阳能技术融入到暖通空调系统中。目前太阳能技术应用形式：（1）太阳能热水器与空气源热泵热水机集成整合系统， 将风冷热泵热水机技术与太阳能结合供应生活热水，国内外进行了许多这方面的研究与应用，主要有两种方式，一种太阳能为主要加热，空气源热泵为辅， 另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。后者利用太阳能作为其辅助热源(助推作用), 或直接加热水箱内的水为了使空气源热泵在低温环境下还能高效、稳定、可靠运行。太阳能热水器与空气源热泵热水机集成整合系统在其消耗的能量肯定比单纯用电加热、燃油、燃气的热源设备少,也比单纯用空气源热泵热水机组来得省。
（2）太阳能光伏发电与暖通结合，光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。具有可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行等特点，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。我们国家近年来一直在大力支持光伏发展，把光伏作为我国可再生能源发电的一个重要部分，国家能源局通过政策规范和帮扶光伏等新能源行业发展。目前有空调设备厂商开发出空调与光伏发电相结合的光伏空调，实现发用电一体化响应了国家分布式能源战略。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆光伏空调系统主要由光伏发电系统、暖通空调系统、光伏微网及暖通群控发用电一体化管理技术三个部分组成，光伏微网及暖通群控发用电一体化管理技术实现了发用电一体化智能管理。
地源热泵技术
地源热泵技术也是理想的暖通空调系统节能技术，太阳能的47%被地表吸收，地表浅层蕴涵着大量取之不尽的能量且持续恒定，使得地能成为最易被利用的清洁、可再生能源。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性 、环保性。
地源热泵技术，国家、地方在政策具有补贴与激励，对于有利用条件的项目可采用地源热泵，并设计合理，其暖通空调效果及节能性、环保性将有很大优势。
变频技术
当前的暖通空调控制技术分为两大类，第一类是定频，第二类是变频。目前空调设备逐渐从定频往变频发展，且国家给每一类型的空调机组能效限定值及能源效率等级，在«公共建筑节能设计标准»GB50189-2005对于各品类空调设备节能标准最低性能系数及综合系能系数给予限定。空调设备的节能目前生产厂家在不断采用新技术，机组能效上已经达到比较高水平，但空调工程系统节能上往往能耗问题突出。对于分体机、多联机、直膨机；压缩机及室外风扇电机已经变频设计，且机组能效上大大提升，在工程上不需要其他动力设备，在工程设计只要保证连管长度尽量短，设备散热顺畅，很容易可达到系统节能。对于大型水系统项目，定频技术下的暖通空调冷冻泵、冷却水泵、冷却塔持续运转，因此运行中能耗比较大。目前大型项目想做到系统节能，泵的变频控制及项目群控系统是一大趋势。群控系统不仅对冷水机组的集中控制，包括机组启停、能量自动调节，也实现对机组的外围设备自动控制，使整个空调系统的能量得到合理的分配，达到最佳节能的目的。整个系统通过控制系统将主机、末端设备、水泵、冷却塔、阀门等所有设备进行集中联动控制；冷冻泵、冷却泵、冷却塔通过变频控制能提高系统控制灵活性。
变频技术能够根据用户需求和室内实际情况自动调节运行模式，进行低能耗运行，最大限度降低能耗水平，其应用优势十分明显。变频技术在未来将成为主流暖通空调控制技术。因此，暖通空调系统中应积极应用变频技术，来提升整体系统的性能，但变频技术应用时要充分考虑了设计冗余，保障设计科学性，从而确保变频技术优势得到最大化发挥。
温湿度独立控制技术
空调系统的任务调节房间温湿度、空气清新，目前普遍采用热湿耦合的控制方法。夏季采用制冷除湿（采用7ºC的冷冻水），空气的湿度（含湿量）虽然满足要求，但温度过低，在有些情况下还需要再热才能满足送风温湿度的要求，先降低温度再采用再热方式将温度提高，这种方式能耗比较大。但在实际空调系统中，通常不采用再热方法，而是直接将冷凝除湿后的空气送入空调房间，虽然满足室内的温度要求，但不能同时满足湿度要求，舒适性较差。为了解决这些问题，将控制室内温度和控制室内湿度分开控制，即温湿度独立控制系统，此系统不仅能实现较好的室内舒适性，而且提高能源效率。
温湿度独立控制空调系统的基本组成为：处理显热的系统（温度控制系统）与处理潜热的系统（湿度控制系统）。显热系统的冷水供水温度不再是常规冷凝除湿空调系统中的7ºC，而是提高到17～18ºC，压缩机的压比小，效率高，性能系数得到了大幅度的提高,极大地降低了机组的运行能耗。处理潜热的系统，同时承担去除室内CO2、异味，以保证室内空气质量的任务。此系统由新风处理机组、送风末端装置组成，采用新风作为能量输送的媒介。在处理潜热的系统中，由于不需要处理温度，因而湿度的处理可能有新的节能高效方法。由于仅是为了满足新风和湿度的要求，温湿度独立控制系统的风量，远小于变风量系统的风量。
温湿度独立控制空调系统中，一方面避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。另一方面可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高（或过低）的现象，同时提高了能源效率。
蓄冷技术
传统控制模式下，控制方式比较单一，并不会考虑到用电负荷问题。但实际上，不同地区暖通空调与用电负荷情况不同。通常情况下建筑用电高峰期，暖通空调能耗问题十分突出，更会给建筑造成用电压力，导致供电不足现象的发生。而用电低谷期，供电系统能力没有正常发挥，存在严重的供电过剩现象。想要更好的配置电力，优化暖通空调控制，应积极应用蓄冷技术，通过蓄冷系统在用电低谷时，将水冷冻成冰，在将冰的低温能量存储起来，在用电高峰时蓄冷系统便可把低温能量释放出来，降低室内温度，调节空气质量，合理规避用电高峰，利用用电低谷实现节能，这不仅能够节能，还能够缓解用电高峰电力压力。
结束语：
二十一世纪，城市现代化水平越来越高，暖通空调得到了普及。然而，暖通空调系统的能耗问题却十分突出，严重制约我国经济发展，更带来了环境污染问题。想要降低建筑能耗，必须从暖通空调系统入手，优化暖通空调控制，利用新型技术降低能耗，提高暖通空调系统应用的经济效益、社会效益、环境效益。
参考文献：
[1]聂清珍.暖通空调系统节能与节支优化策略研究[J].湖北建筑工程学院，2013，13（11）：119-124.
[2]王瑞.围护结构节能改造与暖通空调系统生命周期评价方法研究[D].湖南大学,2014，13（11）：119-124.
论文作者:徐金平
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/15
标签：暖通空调论文; 空调系统论文; 暖通论文; 系统论文; 技术论文; 温度论文; 建筑论文; 《基层建设》2016年4期论文;