广西南宁 530021
摘要：本研究以智能建筑空调系统的自动化研究为中心，以空调自动化系统的建立作为研究方向，本文结合智能建筑空调系统自动控制系统的特点，分析了新风系统、变风量终端的优化设计，最后提出了空调系统节能控制措施，应尽可能采用计算机仿真程序精确地计算空调负荷，采用在额定负荷和部分负荷下效率高的冷热源设备，优化空调系统的运行。
关键词：智能建筑；空调系统；自动控制；节能
前言
智能建筑主要是建筑技术和计算机信息技术结合的产物，是现代信息社会发展的需要，也是未来建筑的主要发展方向，不仅有利于降低建筑自控系统的运行成本，还有利于保证空调系统设备的安全运行。在人民生活提高和社会生产要求增加的背景下，学习、工作和生活对空气质量要求越来越高，合理地应用空调系统，可以有效控制和调整温度、湿度、速度，是建筑室内空气调节的主体。如果空调系统出现维护不利、参数设计失误等问题，会出现空调系统能耗过大，空气调节质量不高等现象。为了确保空调系统的功能，实现空调系统自动化和经济化的运行，应该在体系和技术的层面上做好空调系统的控制，创建新时期的空调自动化系统，以自动化和智能化的高效运行来实现空调自动化系统的节能、功能和安全目标。建筑要求提供舒适健康的工作或生活环境，以及符合计算机、通信及各种OA设备工作要求的运行环境，并能够灵活适应建筑物内不向房间的需求，对建筑物在温度、湿度、空气流速与洁净度、噪声等方面有着更高的要求。因此，智能建筑在室内热环境和室内空气品质方面对建筑空调设计及整个暖通空调业都提出了新课题。智能建筑的空调系统应确保室内环境，满足用户需求，同时，其作为楼宇自动化系统的主要控制对象，应该有节能措施，具有经济性和高效性。
1.控制系统在空调控制中的应用特点
图1（a）中对象实际上包括新风系统的水阀执行器、水阀、表冷器、从表冷器到送风温度传感器这一段的风管。对象的输入有三个，一个是控制水阀开度的执行器的输入电压，第二个是流过水阀的供水温度，第三个是水阀全开时的水流量。对象的输出是送风温度。因此新风系统是一个三输入一输出的多变量系统。当楼层中安装了动态平衡阀时，系统就变成了两个输入一个输出的系统，见图1（b）。
图2 M序列信号发生器的自相关函数
（2）子系统的建模过程
首先应当取除数据的平均值。通常输出中会存在扰动产生的线性或非线性的趋势，必须去除它们以提高模型估计的精度。其次在系统辨识中并没有获取模型的标准、安全的途径。为了实现无偏参数估计，采用辅助变量（IV）的最小二乘法来估计ARX模型。最后依据获得的模型，按照系统的动态和静态的品质要求进行仿真。应用MATLAB工具软件得到了上述两个系统的P，I，D参数，然后把它们应用智能大厦BAS的软件接口之上，系统的控制性能得到大大的优化。
3.2变风量终端的控制性能优化设计
（1）变风量终端的控制原理
压力无关型VAV BOX通常采用串级控制方法，其控制回路包括温度主控制环（外环）和风量副控制环（内环）。
串级控制策略通常被用来控制压力无关型再热末端装置。因为串级控制可以通过副环的控制作用抑制施加到主回路上的扰动，还可以降低主被控变量对内环过程参数改变的灵敏度。图3是它的控制回路的框图。内环控制器C1为副控制器，用于控制风量；外环控制器C2为主控制器，用于控制区域温度。
供水温度作为扰动施加到区域对象上。因此该框图是把VAV BOX看作一个单输入单输出系统（SISO）来描述的。输入是区域温度设定，输出是区域温度。
图4变风量终端的静态特性（a）负阶跃响应试验；（b）正阶跃响应
（3）变风量终端的建模
对图3的内环对象，采用开环辨识的方法，对外环则采用多变量闭环辨识的方法。首先根据系统的条件证明系统的可辨识性。然后通过分析确定模型为两输入，单输出模型。第一个输入为区域输入温度；第二个输入为热水供水温度。根据获得的变风量终端的模型，应用MATLAB工具软件计算出控制参数。
4.智能建筑空调系统节能控制措施
4.1应尽可能采用计算机仿真程序精确地计算空调负荷
空调设计应采用先进的仿真软件、尽可能精确地计算逐时空调负荷，提供详细的计算书。应计算出各朝向房间一年中超过28℃的天数，然后和建筑师、结构设计师一起进行优化，使超过28℃的天数减少到最小值。如此大大地减少了一年中需要使用空调的天数，达到节能的目的。此外还应采用计算机仿真程序估计建筑物每年运行的能耗，并在建筑物建成后评价最初12月的运行能耗。
4.2采用在额定负荷和部分负荷下效率高的冷热源设备
空气调节与采暖系统的冷热源宜采用在额定负荷和部分负荷下效率高的冷热源设备，采用集中设置的冷水机或供热、换热设备。机组的选择应根据建筑规模、使用特征并结合当地能源结构及其价格政策、环保规定来确定。
制冷机组选型时应根据容量大小尽量选择能效比高的机组，如螺杆式、离心式冷水机组等，此类制冷机组的能效比一般都在4.5~5.8之间。吸收式溴化锂机组能效比很小，但它由于使用一次能源，且能解决电力负荷不能充分配置的场合的供冷和供热，也得到了广泛的应用。应根据计算的负荷大小选择容量相匹配的机组，而不选用容量过大的主机。容量过大的主机不能全负荷运转，却会增加设备投资、浪费运转能耗[3]。
4.3优化空调系统的运行
一是选择合适的温度面板传感器。很多楼宇自控系统中室内温度面板中的温度传感器使用的是半导体热电阻，这给温度的标定带来问题。由于半导体热电阻的电阻一温度值有一定的离散性，一般正式使用前需要进行标定。而工程商由于工程进度紧常常不做标定，或在现场做，造成监测到的温度与实际温度有相当大的偏差。由于热电阻位于塑料面板之中，现场标定时周围干扰条件与实验室不一样，因此现场标定很难达到精确的结果。
二是控制性能的优化。为了优化空调系统各子系统的控制性能，必须对控制回路的比例、积分和微分参数（P、I、D）做现场优化，使动、稳态误差达到或接近最佳，使阀门不再振荡。最佳方法是根据空调系统各子系统的数学模型确定回路的控制参数。
三是强行限制温度面板的设定范围。使用者为追求舒适，常常将室内温度面板的设定温度调到不适合处，如夏季18℃、冬季25℃等。为防止出现这一情况，宜利用建筑物设备监控系统的控制功能将温度面板的设定强行限制在一定的范围，如夏天最低温度边界值为26℃等。
5.结语
空调系统的正常运行，主要是创造基本的温湿度条件，达到设计基本要求。“节能运行”则要在保证“正常运行”的基础上，采取一种和几种措施，实现一定程度的节能。“优化运行”是指包括冷热源系统在内的实现全面节能的优化运行，它需要全面地考虑并巧妙地利用设备特性、管网特性、建筑物特性和室内外条件。
参考文献
[1]杨威.建筑空调系统噪声危害及措施研究[J].中国高新技术企业.2014（13）.
[2]朱自伟，王勇，朱晓红，任延明.智能建筑节能策略与应用研究[J].重庆建筑大学学报.2014（03）.
[3]曹秋声.新型中央空调节能控制系统研究[J].节能.2015（06）.
论文作者:王江
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/22
标签：空调系统论文; 温度论文; 负荷论文; 系统论文; 节能论文; 终端论文; 热源论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;