綜合能源管理下智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的智能控制與可持續(xù)性能效提升

0  引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，建筑行業(yè)的能源消耗逐漸成為各國政府和社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑領(lǐng)域能耗占全球能耗的36%，碳排放量占全球碳排放總量的37%，而建筑運(yùn)行階段占比約為27%。在建筑運(yùn)行階段中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占建筑能耗的三分之一，成為建筑能耗中占比最大的部分。尤其在公共建筑中，空調(diào)供冷需求的增長趨勢尤為明顯，根據(jù)國際能源署（IEA）的預(yù)測，到2050年，空調(diào)供冷需求將繼續(xù)呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長的態(tài)勢。

目前，在傳統(tǒng)園區(qū)中，空調(diào)系統(tǒng)存在著諸多問題和挑戰(zhàn)，制約了能效的提升和可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常以園區(qū)所處地區(qū)的極端氣候條件下的最大負(fù)荷量為基準(zhǔn)，而忽略了實(shí)際情況下園區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。導(dǎo)致能源的不必要浪費(fèi)。因此，有必要對(duì)當(dāng)前園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能效現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，識(shí)別存在的問題和挑戰(zhàn)，并尋找智能控制和可持續(xù)性能效提升的解決方案。通過引入智慧園區(qū)的概念和技術(shù)，將空調(diào)系統(tǒng)納入智能化管理的范疇，可以有效提升園區(qū)的能效水平，降低能耗排放，提高舒適度。本論文旨在針對(duì)園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能效問題展開深入研究，并提出相應(yīng)的智能控制方案，為智慧園區(qū)的實(shí)現(xiàn)和推廣提供參考和支持。

1  綜合能源管理下智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能效分析

當(dāng)前產(chǎn)業(yè)園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能耗問題日益突出，成為制約園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在這一背景下，對(duì)智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能效進(jìn)行深入分析尤為迫切。空調(diào)系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色，據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)在制冷工況下，空調(diào)的設(shè)定值每增加1℃能耗會(huì)下降8%，而在制熱工況下，每減少1℃能耗會(huì)下降12%，這一數(shù)據(jù)表明了空調(diào)系統(tǒng)能效對(duì)能源消耗的顯著影響，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗較高的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)負(fù)荷過大

傳統(tǒng)暖通系統(tǒng)通常是根據(jù)建筑所處地區(qū)的極端氣候條件設(shè)計(jì)的，以滿足極端氣候條件下的最大負(fù)荷需求。然而，實(shí)際上，建筑處在極端氣候下的時(shí)間極其有限，而大部分時(shí)間只需要在部分負(fù)荷條件下運(yùn)行，導(dǎo)致不必要的能耗浪費(fèi)。

（2）運(yùn)行策略固定

目前，園區(qū)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)采用的是固定的運(yùn)行策略，即全天候、全空間均采用最不利環(huán)境條件的方式運(yùn)行。這種固定策略不具備對(duì)季節(jié)性、氣象變化和實(shí)際用能需求的敏感性，導(dǎo)致系統(tǒng)在非高負(fù)荷時(shí)段也維持高能耗水平，限制了系統(tǒng)的智能調(diào)控潛力。

（3）自動(dòng)化程度低

目前，中央空調(diào)系統(tǒng)采用的是空調(diào)溫控面板和風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行一對(duì)一的就地控制方式。這種控制方式雖然滿足了基本需求，但在節(jié)能方面存在不足。通常情況下，用戶習(xí)慣性地將空調(diào)溫度設(shè)定值調(diào)得過低或過高，都將導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)長時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。此外，不同區(qū)域甚至同一區(qū)域的不同風(fēng)機(jī)盤管都是相互獨(dú)立工作的，缺乏數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通和運(yùn)行時(shí)的協(xié)調(diào)配合。

2  智能控制技術(shù)在園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1  智能控制技術(shù)概述

智能控制技術(shù)是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)、人工智能算法以及傳感器等設(shè)備，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理和控制的技術(shù)手段。其核心思想是通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析和處理，以及自動(dòng)化的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的精準(zhǔn)監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能、提升舒適度和保障環(huán)境的目的。智能控制技術(shù)在園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，為提高能效和管理水平提供了重要的支持和保障。

2.2  智能控制技術(shù)在園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能控制技術(shù)在園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣泛的潛力和應(yīng)用前景。通過引入智能控制技術(shù)，園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下方面的優(yōu)化和改進(jìn)。

（1）智能溫度控制

利用智能控制技術(shù)，園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能化監(jiān)測和控制。系統(tǒng)可以根據(jù)園區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的實(shí)際情況和用戶需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整溫度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)能源消耗的最小化和舒適度的最大化。

（2）智能化調(diào)度策略

智能控制技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)設(shè)備的智能化調(diào)度和管理。通過對(duì)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和模式進(jìn)行智能調(diào)度，系統(tǒng)可以有效地平衡園區(qū)內(nèi)的能源供需關(guān)系，提高能源利用效率。

（3）智能故障診斷與預(yù)警

借助智能控制技術(shù)，園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障診斷。系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷潛在的故障隱患，并通過預(yù)警系統(tǒng)提前采取維護(hù)措施，避免因故障而導(dǎo)致的能源浪費(fèi)和設(shè)備損壞。

3  智慧園區(qū)空調(diào)負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)方法

4.1  負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)概述

園區(qū)空調(diào)負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)是一種基于智能控制和數(shù)據(jù)分析的策略，旨在根據(jù)實(shí)際需求和外部環(huán)境變化，靈活調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)能源消耗的合理分配和調(diào)節(jié)。該策略通過優(yōu)化空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行模式和時(shí)段，以及調(diào)整能源使用方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)能耗的動(dòng)態(tài)管理和調(diào)節(jié)，從而提高系統(tǒng)的能效和響應(yīng)性，降低能源消耗和運(yùn)營成本。

4.2  基于智能控制的負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)控制策略

（1）智能化風(fēng)機(jī)盤管控制

通過聯(lián)網(wǎng)型溫控面板獲取室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度和濕度信息，并與預(yù)設(shè)的舒適溫度和濕度值進(jìn)行比較。根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件和使用需求，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥的開啟程度和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的冷卻、加熱和濕度調(diào)節(jié)，維持舒適的室內(nèi)環(huán)境。

（2）基于行為分析的智能調(diào)節(jié)

利用人員統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)獲取室內(nèi)人員數(shù)量和行為數(shù)據(jù)，識(shí)別出不同的空調(diào)使用行為模式。系統(tǒng)可以檢測到過度制冷或加熱的行為，以及不合理的空調(diào)設(shè)定溫度等。根據(jù)這些行為模式，系統(tǒng)可調(diào)整空調(diào)的運(yùn)行策略，如調(diào)整設(shè)定溫度、優(yōu)化運(yùn)行時(shí)段等，降低能耗并提升能效。

（3）時(shí)間段智能調(diào)節(jié)

根據(jù)園區(qū)內(nèi)人員活動(dòng)和使用情況的不同，設(shè)定不同的空調(diào)運(yùn)行模式和溫度控制策略。在人員密集度較低的夜間或午休時(shí)間，系統(tǒng)可降低空調(diào)運(yùn)行強(qiáng)度或提高設(shè)定溫度，以減少能耗。而在高人員密集度的工作時(shí)間段，則提供更高效的制冷或供暖，確保舒適性的同時(shí)最大限度地節(jié)約能源。

4  智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)能效模擬分析

4.1  模型建立

采用EnergyPlus對(duì)石家莊某園區(qū)典型建筑進(jìn)行能耗模擬，選取園區(qū)內(nèi)一棟典型辦公建筑作為研究對(duì)象，其建筑面積為5600m2，建筑總高度為20m，地上5層，通過SketchUp對(duì)該教學(xué)樓進(jìn)行建模。

4.2  空調(diào)使用模式設(shè)置

針對(duì)石家莊某園區(qū)內(nèi)的典型辦公建筑，模擬其在工作日的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況。首先，設(shè)置了不同的運(yùn)行模式，包括上班模式、辦公模式、午休模式、加班模式和下班模式，以反映人員流動(dòng)對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響。其次，在智能調(diào)節(jié)模式下，根據(jù)人員統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)獲取的室內(nèi)人員數(shù)量和行為數(shù)據(jù)，識(shí)別出不同的空調(diào)使用行為模式，并相應(yīng)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行策略。最后，將固定運(yùn)行策略作為對(duì)比，保持空調(diào)系統(tǒng)在固定的運(yùn)行模式下運(yùn)行。

為了模擬不同時(shí)間段內(nèi)的空調(diào)運(yùn)行情況，根據(jù)園區(qū)內(nèi)辦公人員的入駐情況和辦公時(shí)間，設(shè)定了以下五種供冷模式,，如表1所示。

表1  空調(diào)使用模式設(shè)置

4.3  能耗分析

模擬結(jié)果如表2，與采用固定運(yùn)行策略相比，采用智能調(diào)節(jié)使得空調(diào)系統(tǒng)的能耗減少了25%。因此，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行策略，包括溫度設(shè)定、風(fēng)量調(diào)節(jié)等，從而最大限度地降低能耗并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。這表明在智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理中，采用智能調(diào)節(jié)技術(shù)是一種有效的策略，可以提高系統(tǒng)的能效并降低運(yùn)行成本。

表2  空調(diào)控制策略效果對(duì)比

5  智慧園區(qū)空調(diào)能效提升策略

5.1 能效評(píng)估與監(jiān)測

在智慧園區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)中，能效評(píng)估與監(jiān)測是提升能效的重要環(huán)節(jié)。采用先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面的監(jiān)測與記錄，以獲取準(zhǔn)確、可靠的能效數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)涵蓋能源消耗、運(yùn)行效率、設(shè)備利用率等多個(gè)方面，為能效分析提供重要依據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的深入分析，能夠精準(zhǔn)識(shí)別能效低下的環(huán)節(jié)和問題，為后續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)也為能效提升策略的制定提供了有力支持，幫助實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)約。

5.2 智能化控制系統(tǒng)

智能化控制系統(tǒng)的引入，顯著提升了智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能效水平。該系統(tǒng)基于先進(jìn)的人工智能算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的智能監(jiān)測、分析和控制。通過實(shí)時(shí)感知和分析園區(qū)內(nèi)外部環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)、人員活動(dòng)等因素，智能化控制系統(tǒng)能夠智能調(diào)整空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行模式和參數(shù)設(shè)置，確保系統(tǒng)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能效最大化。

5.3 負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)

負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)是提升智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)能效的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)實(shí)際需求和環(huán)境變化，靈活調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷分配和運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。在高負(fù)荷時(shí)段，通過增加設(shè)備投入、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)等方式，確保滿足園區(qū)的制冷或供暖需求；而在低負(fù)荷時(shí)段，則降低設(shè)備運(yùn)行強(qiáng)度，減少不必要的能源消耗。這種靈活的調(diào)節(jié)方式有助于實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)約。

5.4 設(shè)備優(yōu)化與維護(hù)

設(shè)備優(yōu)化與維護(hù)是確保智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行和高效能效的重要措施。定期對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)和清潔，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和高效性能。同時(shí)，通過優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)，提高設(shè)備的能效和耐用性，減少能源的浪費(fèi)和損耗。此外，引入新技術(shù)和新設(shè)備對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，進(jìn)一步提升能效水平。

6 結(jié)語

在綜合能源管理下，探討了智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)的智能控制策略以及利用智能控制技術(shù)提升智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)能效的可行性，通過模擬方法評(píng)估了智慧園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)智能控制對(duì)能源效率的影響，結(jié)果表明，智能控制策略能夠有效降低能源消耗，為智慧園區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》  http://m.00559.cn/w/kj/30978.html