楼宇自控精细化调节

楼宇自控精细化调节

李随亮

（北京首都国际机场股份有限公司，北京，100621）

摘要：随着现代化理念的提升，机场类公共设施对精细化调节的需求也日渐提高，本文以首都机场为例，阐述了楼宇自控在机场建筑中的精细化调节的应用，以实现机场智慧式管理和运行，提高机场运行效率，进而为旅客提供良好的服务，促进机场的可持续发展。

关键词：楼宇、精细化调节、节能、机场应用

1.精细化调节的重要性

随着人们对公共建筑功能的使用需求，尤其对于机场类公共设施，提出了精细化调节的需求。精细化调节就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合机场运行系统的各项关键信息，从而对包括服务运营、安全、后勤保障等辅助功能在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现机场智慧式管理和运行，提高机场运行效率，进而为旅客提供良好的服务，促进机场的可持续发展。所以，作为现在化智能建筑，楼宇自控的精细化调节就显得尤为重要。

2.楼宇自控的概念

楼宇自控是信息化的重要组成部分，通过楼宇控制系统进行数据通信，监控整个系统主要工艺参数和设备运行情况，操作人员可通过可视化软件对现场进行调控，根据过程仪表提供的主要工艺参数，按楼宇工艺要求对生产工艺过程进行必要调整，使生产过程更合理、处理效果更好、运行成本更低。

2.1智能化楼宇的基本要求

智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。

2.2智能化楼宇的解释

目前世界上的对楼宇智能化的定义很多，欧洲、美国、日本的提法各有不同，其中，日本的国情与我国较为相近，其提法可以参考，日本电机工业协会楼宇智能化分会把智能化楼宇定义为：综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化(BA)、通信自动化(CA)和办公自动化(OA)，将这3种功能结合起来的建筑，就是智能化楼宇。

3.楼宇自控在机场建筑中的精细化调节

3.1首都机场楼宇系统的构成

负责对楼宇设备自控系统进行集中监控管理，接收各个子系统传来的各种实时数据(设备信息和报警信息等)，显示自控图面，实现对监控数据的实时处理分析、存储、显示和输出等功能，处理所有的报警信息，记录报警事件。

3.1.1楼宇系统分类

（1）空调通风子系统：对空调系统及排风系统进行监控，其中空调系统是智能楼宇的重要组成部分，通过楼宇自控监控组态软件不仅可以为用户提供舒适的工作环境，而且可以通过一些调度算法满足节能需求；

（2）给排水子系统：对水泵、水池和管网等进行监控；

（3）冷冻、热力子系统：对冷冻水泵、热力水泵、分集水器、冷水机组等进行监控。测量供、回水的温度、压力、流量等等，从而通过计算给空调系统提供合理的冷、热负荷；

（4）其他子系统：包含环境监控、自动门、热风幕、风速等进行监控。

3.1.2运用楼宇自控系统的优势

1)由现场控制器全面自动控制所有机电设备，达到一些无法由手动实现的控制功能；

2)在中央控制室内，在中央工作站上可以直接监视所有的机电设备，通过监视报警状态了解所有的机电设备是否正常运行，并可以实现记录、打印报表等管理功能；

3)减少日常运行维护的工作量，进而减少日常运行维护人员；

4)通过最优化控制程序和预设时间程序控制对所有机电设备，实现全面节能，最优的节能效果可达45%。

楼宇系统的存在的重要意义除了使得设备运行更加稳定，便捷外，更是通过优化控制调节，实现自控的精准化，从而实现节省能耗的可能。

3.2首都机场楼宇系统精细化调节的应用

3.2.1采用变风量末端控制的精细化调节

（一）变风量精细化调节的目的

空调控制系统的精细化调节变风量控制是节能降耗的根本。变风量空调系统由空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量空调箱、房间温控器等组成。

由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算，当风量减少到80%时，风机耗能将减少到51%；当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统(变静压控制)可节约风机动力耗能78%。

（二）变风量精细化调节的作用

由于变风量空调系统是通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。区别于常规的定风量或风机盘管系统，在每一个系统中的不同朝向房间，它的空调负荷的峰值出现在一天的不同时间，因此变风量空调器的容量不必按全部负荷峰值叠加来确定，而只要按某一时间各朝向负荷之和的最大值来确定。这样，变风量空调器的工作能力及风量比定风量、风机盘管系统减少10~20%。

（三）变风量精细化调节的方法

（1）基本控制方法有:定静压方法、变静压方法、总风量控制等。

定静压控制：其工作原理是在系统中由于VAVBOX控制器根据室内负荷变化来调整末端出风量满足负荷要求。出风量的变化引起系统管路中静压变化，静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器DDC，变频器DDC根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。

变静压控制：其工作原理是系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使VAVBOX处于全开状态（85-100%），保持系统静压降至最底。

总风量控制：其工作原理是让VAVBOX控制器根据室内负荷变化，来调整末端出风量满足负荷要求，并将风量信号传递给变频器控制器。变频器控制器将所管辖范围内的每个末端风量搜集起来进行解偶分析计算后累加，去控制变频器，调整空调机电机转速，使送风量等于总末端风量之和。

（2）变风量如何运用于首都机场

通常情况下变风量空调系统是通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化，而大型楼宇建筑则不同。例如机场航站楼、火车站等其立体空间较大，每层温湿度控制要求较高，避免出现层差，且因为楼宇结构设计基本要求空调设备应在地下设备层，所以变风量空调系统控制有一定的难度。

以T3为例，空调机组在地下二层送风高至四层，每层根据要求约有五六个出风口由VAV末端控制器控制风口风量。为了保证每层有相同舒适温度，那么每层VAV控制器的设定温度则不同。考虑空气流动性根据季节不同控制理念也不同，冬季热空气上升，理想温度指标若为20度，那么高层VAV应设定为18度或关闭，次层为19度，最底层VAV控制器设定22度或全开状态。夏季冷空气下降理想温度指标若为24度，高层VAV应设定为18度或全开，次层为19度，最底层VAV控制器设定24度或关闭状态。这样才能保证楼内温湿度均衡温差达到最小化。

此外空调机组的变频控制是节能的主要环节，变频器控制一般采用静压控制，静压监测点一般安装在送风道上，机场类大空间楼宇建筑建议安装在主送风道上，不应装在分支。空调机组额定送风量68000m3/h、电机功率37kW、余压600Pa，回风机额定功率18.5kW、风量57000m3/h、余压500Pa。机组在满频50Hz运行，现场VAV风阀全部打开。实测静压值130Pa(量程250Pa)该值设定为静压P。每个VAV根据安装位置风道不同，风量修正系数不同，实际运行开度也不同，风量均匀分配。运行时每个VAV控制器根据其所在区域温度调节控制风阀开度。有VAV风阀关闭时，机组动压不变，静压值升高，变频器控制根据静压设定值调节使送回风机控制频率降低，动压减小静压值稳定在设定值。保证机组运行平稳，现场温度的以控制，实现节能的效果。

3.2.2采用水泵频率压差控制的精细化调节

（1）水泵变频控制精细化调节的目的

通过变频器控制空调水循环泵的变速运行已经成为众多空调系统节能设计中应用最为广泛的一种，如何才能更加有效地达到预期的节能效果，在控制策略上仍是一个十分值得注意的问题。应用变频器控制空调水循环泵的转速，采用不同的控制方法节能效果是不同的，机场采用精细化调节方式为水泵压差精度调节模式，从而使循环水系统始终处于最佳工作状态，显著降低能耗。

（2）压差控制如何运用于首都机场

1）水泵变频控制原理

循环水泵变频调速控制原理，是通过变频器改动电动机的供电频率进而改变水泵的转速。

2）压差控制方式及节能分析

?压差控制方式的原理：

传感器设在末端支路两端，部分负荷下，室内温控器根据室内温度的变化减小二通调节阀的开度，从而引起末端压差增大，变送器将这一变化转变为4~20mA标准电流信号，控制器检测到这一变化后(通过与其设定值比较)，按照预先设定的控制算法计算出偏差，并产生输出信号控制冷冻水泵电机的运转频率或转速，从而通过改变水泵的流量和扬程等来适应空调负荷的变化。

?压差控制的优势：

通过压差控制水泵，当系统中任一支路负荷发生变化时，该支路二通调节阀动作，导致该支路阻力系数及流量发生变化，由于系统管路间的耦合作用，末端支路的流量也发生变化，同时导致该支路压差发生变化，这一变化过程是瞬时的，几乎不存在迟延，因而压差控制具有反应快、较灵敏的特点。

其次，压差控制的压差设定值即便存在最不利环路设计工况，因为最不利环路是最易发生水力失调的部位，也可以使其正常工作，其它支路也相应得到保证，因此这种控制方式比较安全可靠。

（三）水泵压差控制精细化调节的作用

对航站楼采取每一项节能措施，哪怕只有百分之一的节能效果，乘上一个庞大的能耗基数后也是一个令人瞩目的数字。航站楼内数以万计的各类设备都是为了保障航班的正常运行而服务的，对各类设备的精细化控制都可以带来的很大的节能潜力。

结束语：

随着建筑对智能化的不断需求，产生的精细化调节控制策略和控制创新，不但对现有智能楼宇控制系统，如空调、照明等设备实现了有效控制，为机场提供了舒适的环境，还有显著的节能效果。

伴随着智慧建筑的发展需求，未来发展的使命是充分利用大数据、物联网、空间感知、云计算、移动互联网等新一代信息技术，综合运用交通科学、系统方法、人工智能、知识挖掘等理论与工具，以全面感知、深度融合、主动服务、科学决策为目标，通过建设实时的动态信息服务体系，深度挖掘机场运行相关数据，形成问题分析模型，提升机场资源配置优化、公共决策、运行管理、公众服务等能力。使得运用系统更为精细、成本更低、更能贴近实际需求。

参考文献：

[1]孙伟.感知、互联、通向智慧机场(一)智慧机场的定义[EB/OL].http://news.carnoc.com/list/422/422481.html，2017-10-23.

[2]陈晓军.楼宇控制系统精细化调节—变风量控制[J].区域供热，2013(2).