智能化楼宇中暖通空调系统的节能优化研究

智能化楼宇中暖通空调系统的节能优化研究

许禄

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摘要:近年来,随着人们生活水平的日益提高,对建筑物的舒适性和能效要求也越来越高。暖通空调系统作为楼宇能源消耗的主要部分,其节能优化问题越来越受到重视。本文以智能化楼宇中暖通空调系统节能优化为研究对象,系统地阐述了相关节能措施和优化方法。首先介绍了暖通空调系统中的主要能耗部件,分析了影响系统能耗的关键因素。接着探讨了智能化控制在暖通空调系统节能中的重要作用。然后重点论述了暖通空调系统中的节能优化策略。最后,本文对未来智能化楼宇暖通空调系统节能研究的发展方向进行了展望。该研究有助于提高暖通空调系统的运行效率,降低能源消耗,促进绿色建筑的发展。

关键词:暖通空调系统;节能优化;智能化楼宇;能效;控制策略

引言:

随着城市化进程的不断加快,建筑能耗在全社会能耗中所占比重越来越大。据统计,建筑物能耗已占全球总能耗的40%左右,暖通空调系统更是建筑物能耗的主要部分。因此,提高暖通空调系统的能效,实现节能优化,对于减少资源消耗、环境保护和可持续发展都具有重要意义。近年来,伴随着物联网、大数据和人工智能等新兴技术的不断发展,智能化楼宇应运而生,为暖通空调系统的节能优化提供了新的机遇。本文将围绕智能化楼宇中的暖通空调系统,深入探讨其节能优化策略和方法,为实现绿色低碳的可持续发展建筑贡献力量。

1. 暖通空调系统能耗分析

暖通空调系统是现代建筑中能源消耗的主要部分,通常占建筑总能耗的30%-50%。了解暖通空调系统的主要能耗部件及影响能耗的关键因素,对于系统节能优化至关重要。首先,暖通空调系统的主要能耗部件包括制冷系统、暖气系统、通风系统和输配系统。制冷系统中,压缩机和冷凝器是最大的耗能设备;暖气系统的热源设备如锅炉、热泵也是主要耗能点;通风系统则主要是风机的能耗;输配系统中,水泵和风机亦存在较大能耗。

影响暖通空调系统能耗的关键因素主要有:室外气候条件、建筑物围护结构、内部热负荷、空调系统运行策略等。恶劣的夏热冬冷天气加大了空调负荷;建筑物热工性能差,热量散失严重,也会增加空调能耗;内部人员、设备等的热释放量较大时,制冷负荷相应加大;不合理的运行策略,如过度送风或制冷,也会导致能耗增加。因此,系统节能需要从主要耗能部件入手,优化设计和运行控制;同时也要关注影响因素,如建筑围护结构、室内热负荷等,并采取相应的节能措施。对暖通空调系统能耗情况有全面深入的认识,是开展节能优化的前提和基础。

2. 智能化控制在节能优化中的作用

随着物联网、大数据、人工智能等新兴技术的发展,智能化控制在暖通空调系统节能优化中发挥着日益重要的作用。相比于传统的被动式控制,智能化控制可实现主动优化和精准控制,有效提高系统运行效率,降低能耗。其中,自动需求响应是智能化控制的一个重要应用。它通过监测楼宇的实时负荷和用能情况,并结合电网侧的信息,自动调节暖通空调系统的运行模式,实现供需匹配和削峰填谷。这不仅可降低系统高峰负荷,还可减少电网公司的备用容量,从而节省能源。

此外,智能优化算法在暖通空调系统节能优化中也发挥着关键作用。通过建立系统数学模型,并融入先进的优化算法,如遗传算法、粒子群算法等,可以优化系统的运行参数和控制策略,从而达到节能目标。与经验性的控制相比,智能优化算法所得到的最优解更加精准有效。

3.暖通空调系统节能优化策略

3.1热源系统节能措施

热源系统作为暖通空调系统的能量供应部分,其节能优化对于降低整体能耗至关重要。主要的节能措施包括:优化热源设备的运行效率。对于锅炉等传统热源,可采用节能燃烧控制、余热回收等措施;对于热泵等新型热源,则需优化压缩机、换热器的设计和控制,提高能效比。同时,合理选择热源运行负荷,避免过度供暖供冷,也是提高效率的有力手段。因地制宜利用可再生能源。太阳能、地热能、生物质能等清洁热源,可在适用条件下替代传统能源,实现零排放供暖制冷。例如,可结合太阳能集热系统和地源热泵系统,构建复合供热系统,有效节省常规能源。集中供热改造是提高供热效率的有力途径。通过汽锅炉集中供热、热电联产等集中式供热模式,可显著降低管网热损失,提高能源利用效率。此外,蓄热式集中供热系统还可实现供热削峰填谷,平衡负荷波动。

3.2空气处理系统节能措施

空气处理系统是暖通空调系统的核心部分,对室内环境质量起着决定性作用,其节能优化也是重中之重。主要的节能措施有:优化空调负荷计算,合理选择空调设备容量。传统的过度安全设计会导致设备长期运行在部分负荷状态下,效率低下。通过精确负荷分析和计算,选择与实际负荷相匹配的设备容量,可有效提高运行效率。加强空气处理单元的节能改造。如对新风机组安装变频装置,实现风量调节;对冷冻水(热泵)机组安装变频压缩机和电子膨胀阀,优化压缩机和制冷剂流量;将水冷式机组改为空冷式,节省冷却水泵和冷却塔风机能耗等。变风量控制是降低能耗的重要手段。在部分负荷工况下,变风量控制可使风机风量与负荷负相关,大幅节能。与之配套的是对温度、湿度等参数的分区分时控制,实现精细化控制,避免过度送风和冷(热)量。此外,热回收技术在节能上也发挥着重要作用。利用排风中的热量对新风进行预冷(热)处理,可明显减少终端处理负荷。

3.3输配系统节能措施

暖通空调输配系统包括水循环系统和风系统,对应的节能措施有:水循环系统方面,流量和压力的优化控制是主攻方向。首先,通过变频调速控制水泵,使水流量与负荷实时匹配,避免过度流量和能耗浪费。其次,对管路系统进行合理设计,减小管路阻力,降低所需泵压头。同时,对原有老旧管网进行改造,如更换直通式平衡风阀为自动调节阀,消除管路阻力不平衡。再者,利用蓄冷(热)设施对冷冻水循环系统实施水力储存,削减短期高峰负荷。风系统方面,优化风机运行控制和风路设计是重点。首先,采用变频调速或分区分时控制,使风量与实际负荷相匹配。其次,对风管系统进行科学设计,尽量减小风阻,降低风压损失。同时,对老旧风管网进行检测与治理,消除漏风和阻力异常点。此外,对排风和循环风应尽可能回收利用,降低新风处理负荷。

结语:

综上所述,暖通空调系统作为楼宇能源消耗的主要部分,其节能优化具有重要意义。本文首先分析了影响暖通空调系统能耗的关键因素,阐述了智能化控制在系统节能优化中的重要作用,包括自动需求响应和智能优化算法的应用。接着重点介绍了暖通空调系统中热源、空气处理和输配系统的节能优化策略。未来,随着人工智能、物联网、云计算等新兴技术的不断发展和融合应用,智能化楼宇的节能优化前景将更加广阔。通过建立精细化监控与控制系统、应用先进的优化算法、利用可再生能源等,必将进一步提升暖通空调系统的能效水平,推动绿色低碳建筑的发展。

参考文献

[1]刘星,刘兵红.建筑节能中暖通空调节能系统的价值和技术优化路径探析[J].佛山陶瓷,2024,34(02):55-57.

[2]徐广源,李岩,田善鹏.试析暖通空调中的节能技术以及自动化系统优化设计[J].房地产世界,2024,(02):131-133.