论文部分内容阅读
摘要：本文首先概述了暖通控制系统的使用特点，然后详细的分析了暖通控制系統的发展现状及前景。随着人们生活水平的提高，人们越来越关注室内空气品质，因此，暖通控制系统受到特别的重视。
关键词：暖通；控制系统；高层民用建筑
前言
由于高层民用建筑的暖通控制系统具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输出快速准确的跟踪期望的输出。
一、高层民用建筑中暖通控制系统的设计要点问题分析
高层民用建筑中暖通控制系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理，其作用和效益是巨大的，要实现这些作用和效益，就必须实施优化，高层民用建筑中暖通控制系统的最优化设计与常规设计相比，具有可以从系统的各种可能结构和参数中找到最佳匹配，使整体效能最佳，从而提高系统的效率，降低投资和运行费用等优点。
1、改善暖通控制系统的设计。暖通控制系统的设计原则：一是供暖系统应保证各个房间（楼梯间除外）的室内温度能独立调控；二是便于实现分户或分室（区）热量（费）分摊的功能；三是管路系统简单、管材消耗量少、节省初投资。暖通控制系统特别是中央暖通控制系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。暖通控制系统的设计对系统的节能起着重要的作用。对于暖通控制系统而言，通过围护结构造成的热损失在整个暖通控制系统能耗中占有很大比重，而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构消耗的能耗所占暖通负荷的大小。因此，提高维护结构的保温隔热性能在暖通控制系统节能中是十分必要的。
2、改善建筑维护结构的保温性能，减少冷热损失。对于暖通控制系统而言，通过维护结构的暖通负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的暖通负荷的大小。所以在国家出台的高层民用建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高维护结构的保温隔热性能。
3、提高系统控制水平。采用舒适性评价指标即体感指标作为暖通控制系统的调控参数，不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能。据研究表明，采用这种控制方法可使暖通控制系统在人体舒适的条件下节能 30%左右。
二、暖通控制系统的优化方法分析
1、控制策略的优化。目前，高层民用建筑中空气处理机的控制系统通常采用 PID 控制，选择合适的 PID 参数对暖通系统的稳定运行是非常关键的。PID 系数高，暖通对室内温度波动的反应特性曲线陡，达到设定温度的过渡过程较短；相反 PID 系数低，达到设定温度的过渡过程较长。但并不是 PID 系数越高越好，否则易引起控制系统控制系统失稳，表现为室内温度的振荡和水侧的电动调节阀周期性的来回运动无法在固定开度上运行。PID 能解决大部分场合的暖通控制，但对于影剧院等大热惯性暖通场合，靠高的 PID 系数来提高暖通机组对负荷变化的响应速度是不足以解决问题的。这时可以采用双级控制，即分别在暖通的送风道和室内安装温度传感器，室内的温度设定由主控制系统控制器完成，水阀的驱动由副控制系统根据风道温度传感器和主控制系统的指令完成，由于风道温度变化速度快于房间温度的变化，这一控制方式加速了系统对温度波动的响应。
2、控制权的优化。通常高层民用建筑的暖通控制系统遵从的是中央控制站集中管理的原则。有时也有其不便的一面。在某些场合将暖通、通风系统的参数的设定功能放置在现场可能更符合使用者的需要。控制系统本身并不提供这样的功能，需要专门部件来实现。这类功能接近 VRV 控制面板的设定器给房间的使用者带来极大的便利和舒适性，必要时应积极采用。
3、直接数字控制系统的优化。主流高层民用建筑的暖通控制系统供货商都能提供大中小不同处理能力的控制系统，冷冻机房、热力站监控点是密集场合应优先采用大型控制器，以减少故障率和控制器间的通讯。对空气处理机、新风机、通风机一般采用中型或小型的控制器即可。近年来，可编程逻辑控制器件进步很快，其应用不再局限于工业场合，在暖通通风的现场设备控制工程中不应将其排斥在外。
4、控制网络优化。在满足扩展性和灵活性的前提下，控制网络的拓扑结构应尽可能简化、清晰，无论基于 RS485总线或基于 LonTalk 总线的控制网络都是如此。分支、分级多的网络管理复杂、可靠性低。LonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络，这种布线设计的随意性如果运用不当，在工程实践中仍然是有技术风险的，并可能增加系统的投资。小型高层民用建筑工程尽可能运用基于 Rs485 总线的控制网络，采用“手拉手”的布线方式，大型工程可以考虑楼层网络分级。
三、加强可再生能源暖通系统的应用问题分析
随着高层民用建筑中暖通控制系统的广泛应用，暖通对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。
1、太阳能的热利用。太阳能的热利用是目前高层民用建筑中利用太阳能的主要利用形式，其主要包括：被动式和主动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单。造价低、不需要任何辅助能源，通过高层民用建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理，以自然热交换方式来利用太阳能。它是太阳能建筑发展的主流。主动式太阳房结构较为复杂，造价较高，需要用电作为辅助能源。采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。此外，太阳能集热板、太阳能光电板发电技术等先进技术已经在高层民用建筑节能领域得到广泛的应用。在高层民用建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙，利用太阳能采暖。
2、地源热泵的利用。地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源，通过输入少量的高位能源（如电能）将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能中调系统。地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。夏季把地能作为暖通的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了暖通控制系统全年的能源利用效率。
四、结语
高层民用建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切要求，是21 世纪建筑事业发展的一个重点和热点。节能和环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，高层民用建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。
参考文献
[1]刘佳萍. 高层民用建筑暖通控制系统优化方法研究 [J].北京建筑工程学院学报，2008
[2]董新军. 浅谈现代高层民用建筑暖通控制系统优化方法 [J].控制与决策，2008
关键词：暖通；控制系统；高层民用建筑
前言
由于高层民用建筑的暖通控制系统具有时滞和大惯性，当前的控制信号要等到很长时间才能在系统的输出中反映，而广义预测控制可以利用现在时刻的控制变量使未来时刻系统的输出快速准确的跟踪期望的输出。
一、高层民用建筑中暖通控制系统的设计要点问题分析
高层民用建筑中暖通控制系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理，其作用和效益是巨大的，要实现这些作用和效益，就必须实施优化，高层民用建筑中暖通控制系统的最优化设计与常规设计相比，具有可以从系统的各种可能结构和参数中找到最佳匹配，使整体效能最佳，从而提高系统的效率，降低投资和运行费用等优点。
1、改善暖通控制系统的设计。暖通控制系统的设计原则：一是供暖系统应保证各个房间（楼梯间除外）的室内温度能独立调控；二是便于实现分户或分室（区）热量（费）分摊的功能；三是管路系统简单、管材消耗量少、节省初投资。暖通控制系统特别是中央暖通控制系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。暖通控制系统的设计对系统的节能起着重要的作用。对于暖通控制系统而言，通过围护结构造成的热损失在整个暖通控制系统能耗中占有很大比重，而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构消耗的能耗所占暖通负荷的大小。因此，提高维护结构的保温隔热性能在暖通控制系统节能中是十分必要的。
2、改善建筑维护结构的保温性能，减少冷热损失。对于暖通控制系统而言，通过维护结构的暖通负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的暖通负荷的大小。所以在国家出台的高层民用建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高维护结构的保温隔热性能。
3、提高系统控制水平。采用舒适性评价指标即体感指标作为暖通控制系统的调控参数，不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能。据研究表明，采用这种控制方法可使暖通控制系统在人体舒适的条件下节能 30%左右。
二、暖通控制系统的优化方法分析
1、控制策略的优化。目前，高层民用建筑中空气处理机的控制系统通常采用 PID 控制，选择合适的 PID 参数对暖通系统的稳定运行是非常关键的。PID 系数高，暖通对室内温度波动的反应特性曲线陡，达到设定温度的过渡过程较短；相反 PID 系数低，达到设定温度的过渡过程较长。但并不是 PID 系数越高越好，否则易引起控制系统控制系统失稳，表现为室内温度的振荡和水侧的电动调节阀周期性的来回运动无法在固定开度上运行。PID 能解决大部分场合的暖通控制，但对于影剧院等大热惯性暖通场合，靠高的 PID 系数来提高暖通机组对负荷变化的响应速度是不足以解决问题的。这时可以采用双级控制，即分别在暖通的送风道和室内安装温度传感器，室内的温度设定由主控制系统控制器完成，水阀的驱动由副控制系统根据风道温度传感器和主控制系统的指令完成，由于风道温度变化速度快于房间温度的变化，这一控制方式加速了系统对温度波动的响应。
2、控制权的优化。通常高层民用建筑的暖通控制系统遵从的是中央控制站集中管理的原则。有时也有其不便的一面。在某些场合将暖通、通风系统的参数的设定功能放置在现场可能更符合使用者的需要。控制系统本身并不提供这样的功能，需要专门部件来实现。这类功能接近 VRV 控制面板的设定器给房间的使用者带来极大的便利和舒适性，必要时应积极采用。
3、直接数字控制系统的优化。主流高层民用建筑的暖通控制系统供货商都能提供大中小不同处理能力的控制系统，冷冻机房、热力站监控点是密集场合应优先采用大型控制器，以减少故障率和控制器间的通讯。对空气处理机、新风机、通风机一般采用中型或小型的控制器即可。近年来，可编程逻辑控制器件进步很快，其应用不再局限于工业场合，在暖通通风的现场设备控制工程中不应将其排斥在外。
4、控制网络优化。在满足扩展性和灵活性的前提下，控制网络的拓扑结构应尽可能简化、清晰，无论基于 RS485总线或基于 LonTalk 总线的控制网络都是如此。分支、分级多的网络管理复杂、可靠性低。LonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络，这种布线设计的随意性如果运用不当，在工程实践中仍然是有技术风险的，并可能增加系统的投资。小型高层民用建筑工程尽可能运用基于 Rs485 总线的控制网络，采用“手拉手”的布线方式，大型工程可以考虑楼层网络分级。
三、加强可再生能源暖通系统的应用问题分析
随着高层民用建筑中暖通控制系统的广泛应用，暖通对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。
1、太阳能的热利用。太阳能的热利用是目前高层民用建筑中利用太阳能的主要利用形式，其主要包括：被动式和主动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单。造价低、不需要任何辅助能源，通过高层民用建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理，以自然热交换方式来利用太阳能。它是太阳能建筑发展的主流。主动式太阳房结构较为复杂，造价较高，需要用电作为辅助能源。采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。此外，太阳能集热板、太阳能光电板发电技术等先进技术已经在高层民用建筑节能领域得到广泛的应用。在高层民用建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙，利用太阳能采暖。
2、地源热泵的利用。地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源，通过输入少量的高位能源（如电能）将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能中调系统。地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。夏季把地能作为暖通的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了暖通控制系统全年的能源利用效率。
四、结语
高层民用建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切要求，是21 世纪建筑事业发展的一个重点和热点。节能和环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，高层民用建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。
参考文献
[1]刘佳萍. 高层民用建筑暖通控制系统优化方法研究 [J].北京建筑工程学院学报，2008
[2]董新军. 浅谈现代高层民用建筑暖通控制系统优化方法 [J].控制与决策，2008