暖通空调自动系统节能优化设计研究

暖通空调自动系统节能优化设计研究

常盼盼 安明月

411325199103150784

410183198511261579

摘要：暖通空调系统的节能优化设计对保护环境、提高能源利用效率、降低运行成本具有重要意义。通过优化设计，可以减少暖通空调系统的能耗，减少对化石燃料的依赖，减少二氧化碳等温室气体排放，从而对气候变化和环境污染产生积极影响。本文旨在提出一种可应用于实际工程的暖通空调自动化系统节能优化设计方案，为实现节能减排、环保、提高能源利用效率提供科学依据和技术支持。

关键词：暖通空调；自动系统；节能优化；设计

1暖通空调自动系统节能问题分析

1.1 现有自动系统的节能问题

传统的暖通空调自动系统在实际运行中存在着一系列的节能问题。首先，由于系统中存在着各个组件之间的传热、传质和传动过程，能量的传输过程中会有一定的能量损失。其次，系统中的温度和湿度控制往往无法达到理想状态，导致能源的浪费。此外，系统的运行参数和策略常常不能够根据室内外环境的变化进行自适应调整，造成了额外的能源消耗。

1.2现有自动系统的设计缺陷

现有自动系统的设计缺陷主要表现在以下几个方面。首先，系统的传感器和执行器选择不合理，导致测量和控制的精度不高，从而影响了整个系统的性能和效率。其次，系统的控制策略缺乏创新性和灵活性，无法根据不同的工况和需求进行智能调节。此外，系统中的信息传递和协调机制不完善，导致各个组件之间的协同工作效率低下。

1.3 存在的挑战和难题

在研究暖通空调自动系统的节能优化设计时，我们面临着一些挑战和难题。首先，不同的建筑物和环境条件对于系统节能优化设计的要求各不相同，需要考虑到多样性和复杂性。其次，系统的节能优化设计需要兼顾室内舒适性和能源消耗的平衡，这需要综合考虑多个指标和约束条件。此外，系统的节能优化设计需要结合实际运行情况和实验验证，以确保设计方案的可行性和有效性。

2 当前建筑行业暖通空调自动系统节能优化对能源使用提出的要求

2.1 节能优化设计要求使用可持续再生能源

当前，在建筑行业的发展中，暖通空调自动系统节能优化对能源提出更多的要求，暖通空调自动系统需要使用可持续再生能源。目前我国绝大部分建筑行业在暖通空调自动系统使用的能源支撑主要来自于电能，电能的产生和输送会产生一定比例的损耗，这种损耗无法避免，在一定程度上增加暖通空调能源使用的总量，提升建筑企业的投入成本。并且，从电能的产生方式看，除风能，水力发电能，太阳能等可持续再生能源外，大部由煤炭或天然气燃烧的火力发电站、核电站产生，在产生电能的过程中对环境造成一定程度的污染，因此，在节能、优化设计理念下，暖通空调应使用太阳能、风能等可持续再生能源，以此降低对环境的污染。

在可持续能源的利用中，太阳能采暖系统是一种重要的利用方式。太阳能采暖系统的主要工作原理是经过太阳能电热板，实现暖通空调的加热功能，将太阳能转化成热能，并对多余的能量进行保存，以便于后期的调动和使用。太阳能采暖系统的优势在于极大程度地降低资源和成本投入，提升热能的储存效率，能显著解决供暖不足问题。在太阳能采暖系统的应用过程中，要根据现场气候、日照条件，进行太阳能电池板的排布，根据实际情况设定储水箱容量，确保太阳能采暖系统能维持整个建筑的采暖需求。不仅如此，风能系统和地缘热泵系统也是可持续能源一种普遍的利用方式，风能系统的优势在于能通过风力加强建筑内部的空气流通，降低采暖空调的制冷需求，满足建筑物内部新鲜空气的需要，但由于风能系统整体的稳定性要求较高，所以需要根据实际情况，严格把握建筑物的布局和温差。在当前技术条件支撑下，风能系统还不能完全替代暖通空调的制冷功能，地缘热泵系统是一种利用地热能与电能之间的结合，产生大量热量，满足建筑物的供暖和制冷需要的新型系统，地缘热泵系统的工作原理是将少量的电能与地热能相互结合，实现高瓦数电能才能达到的效果，从而大大降低电量的消耗。

2.2 在清洁能源的基础上提升能源使用效率

可持续发展能源与传统能源之间存在的一个显著区别，就是传统能源虽对环境造成一定污染，但产生的能源十分稳定，能确保建筑物在投入使用过程中不受能源提供的限制，而可持续能源在稳定性上具有一定的缺点，如太阳能需要光照时间，风能需要温差和建筑布局结构，地源热泵系统则需要当地有地热能，这都是可持续再生资源存在的无法避免的限制。因此，必须在清洁能源的基础上，进一步提升能源利用效率，要根据实际情况进行建筑的布局和组合，从建筑工程开始实施就做好布局和可持续能源利用的设计，加强建筑的整体隔热性能和密封性，使用新型材料稳定能源，减少能源的逸散和消耗，确保建筑暖通空调系统能够顺利投入使用。

3 暖通空调自动系统节能优化设计中应用的策略

3.1 完善空调控制系统的设计方案

要想高质量实现暖通空调自动系统的节能优化设计，就必须完善空调控制系统的设计方案。在当前我国暖通空调控制系统设计中，主要包括两部分，第一部分是组合式空气基础的控制系统；第二部分是冷冻站控制系统。这两部分在暖通空调的制冷和制热功能上发挥至关重要的作用。

首先，在组合式空气基础的控制系统设计上，要实现连锁控制、温度控制、加湿量调节三部分，连锁控制是为保证暖通空调的出入风侧的正常运行，确保暖通空调整个设备的安全性，是保证暖通空调正常运转的重要系统[6]。温度控制方面使用的是串级控制原理，是通过对室内温度控制回路、送风温度控制回路、调功器等执行结构实现送风温度和房间温度的双重调节，这都依赖于送风温度传感器和室内温度传感器两大传感器。在室内温度控制回路中，室内温度传感器会及时了解房间温度，明确温度之后，再通过送风温度传感器进行控制回路的调用，实现二次扰动，最终达到调节房间温度的目的。具体的串级控制原理如下图2所示，加湿量调节则是在控制房间温度的基础上，保证房间的湿度，也可以通过相关传感器实现湿度和温度的双重控制；其次，在冷冻站系统中，主要通过暖通空调中各个设备的合作和运转，将冷水机组进行自动调节，实现冷却水温度的自动控制，及时调节水箱，满足水压的稳定，这两大系统是确保暖通空调顺利运转的关键。

3.2进一步优化空调机组的控制方式，提升自动节能效率

暖通空调自动系统的节能优化必须提升自动节能的效率，这就要求在暖通空调自动系统的设计中，进一步优化空调机组的控制方式。传统空调机组一般使用遥控器进行控制，这是一种非自动化的控制手段，要想实现空调机组的自动调节和控制，就必须用到诸多的传感器和空气检测器。

在传感器的布置上，首先要布置室外温度传感器、新风阀调节控制器、回风调节控制传感器、过滤风压报警器、冷热水阀调节控制器等，这是暖通空调中新风系统工作所涉及的重要结构。当新风通过新风阀时，新风阀调节控制会对其进行调节并送与回风阀，再经由过滤风压报警器进行初步的过滤和二次过滤，最终达到冷热水阀调节控制器，然后由送风机进行送风达到调节室内温度和湿度的重要目的[7]。

结束语

本论文通过对暖通空调自动系统的节能优化设计进行研究，提出了一种基于优化算法的设计方案，并通过实验验证了该方案的有效性和可行性。未来的研究可以进一步探索方案的适用性和普适性，并进一步优化系统的运行策略和控制算法，以实现更高效的节能优化设计。

参考文献

[1] 建筑暖通空调系统的节能设计要点研究. 贾芳芳.广东建材,2023

[2] 节能减排理念在暖通空调系统设计中的应用. 许正耀.现代工业经济和信息化,2023

[3] 暖通空调制冷系统中的环保节能技术研究. 王文貌.自动化应用,2023

[4] 暖通空调课程实施“互联网+课堂”的教学改革探究. 鲁进利;韩亚芳;钱付平;王昌龙.安徽工业大学学报(社会科学版),2022