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1、楼宇暖通空调系统工程案例分析与节能优化浙江大学硕士学位论文 摘要摘要近年来我国建筑类行业飞快发展，而在世界能源危机不断加剧的情况下，减少建筑能耗势在必行。据统计建筑能耗已经占据社会总能耗的27以上，其中杭州、上海、北京等一线城市地区已接近40，且其总量呈逐年上升趋势。能源总消费量的比例从20世纪70年代末的10，上升到近年的2748，其中23为暖通空调系统所消耗。在建筑工程中暖通空调系统正在飞速的得以应用，用于暖通空调系统的能耗也将进一步增大，致使我国目前现有空调系统的能耗巨大。国家对于公共建筑的节能也非常重视，2010年6月10日，建设部发出关于切实加强政府办公和大型公共建筑节能管理工作的通
2、知，对辖区内的政府办公建筑和公共建筑执行空调温度控制情况至少进行一次专项检查，对不符合公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)和公共建筑空调温度控制管理办法规定的要责令其整改，并向社会公布检查结果。所以对楼宇空调系统的节能优化不仅响应国家的要求，也节约了能源的使用。论文结合阳澄湖维景国际度假酒店暖通空调系统的案例，阐述了阳澄湖维景国际度假酒店的楼宇自控的设计方案，设计了酒店的楼宇自控系统的GUI，优化了酒店的控制系统部分，以实验的形式论证了在满足酒店舒适度的条件下，不同的状态下的COP(Coefficient Of Performance)的最大比值，实现了酒店空调暖通系统的节能。论文
3、通过对阳澄湖维景国际度假酒店的自控系统的设计和控制系统部分优化，以及使用过程中的对冷冻机组供水温度的控制，达到酒店暖通空调系统在满足同样的舒适度的前提下节能12.85%。关键词：楼宇暖通空调系统 设计方案 节能分析i浙江大学硕士学位论文 AbstractAbstract Chinas architectural industry rapid development in recent years, in the case of growing world energy crisis, reducing building energy consumption is imperative. Acc
4、ording to statistics of building energy consumption has accounted for more than 27% of the total energy consumption of the community, including Hangzhou, Shanghai, Beijing and other urban areas, nearly 40 percent, and its total amount increased year by year. The proportion of the total energy consum
5、ption from 10 percent in the late 1970s, rose to 27.48 percent in recent years, of which 2/3 for the HVAC system consumption. In Architectural Engineering HVAC system is rapidly applied, the energy consumption for the HVAC system will be further increased, resulting in our current existing air condi
6、tioning systems, energy consumption is huge. Country also attaches great importance to public buildings energy-saving, June 10, 2010, the Ministry of Construction issued a notice to strengthen the government offices and large-scale public building energy management, the implementation of air tempera
7、ture on the area of government office buildings and public buildings control the situation at least once a special inspection should be ordered does not meet the public building energy efficiency design standard (GB50189-2005) and public buildings, air-conditioning temperature control management app
8、roach provides the rectification to the public regarding the results. Building energy optimization of air conditioning systems not only respond to the requirements of the country, but also saves energy use.The paper combines the case of the Yangcheng Lake Metropark Resort HVAC systems on the Yangche
9、ng Lake Metropark Resort building automation design, design of the hotel building automation system, GUI, optimized the Metropark control system part of an experimentalin the form of hotel HVAC system energy conservation to meet the conditions of hotel comfort, the maximum ratio of the different sta
10、tes under the COP (Coefficient Of Performance).Through the design and control system of the automatic control system of the Yangcheng Lake Metropark Resort part of optimization, and control the process of using the water temperature of refrigeration units, HVAC systems to reach the hotel meet the sa
11、me comfort, energy saving 12.85%.Keywords: the building HVAC system, design,energy-saving,analysis iii浙江大学硕士学位论文 目录目录摘要iAbstractii图目录III表目录IV第1章 绪论11.1 研究背景11.2 研究现状与问题21.3 研究内容31.4 论文构架3第2章 阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控方案42.1 系统概述42.2 设计依据42.3 总体设计42.3.1 系统组成42.3.2 系统选型52.3.3 点位表62.4 详细设计方案132.4.1 系统结构132.4.2 冷热
12、源系统控制142.4.3 空调系统控制152.4.4 送排风系统的控制162.4.5 风机盘管控制172.4.6 给排水系统172.4.7 消防设备172.4.8 供配电系统182.4.9 实施中对楼宇自控系统所需电源的考虑192.5 暖通设计节能212.6 本章小结21第3章 阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控工程实施223.1 楼宇自控系统所用主要设备223.2 暖通工程中的先进技术243.3 楼宇自控GUI设计243.4 控制软件开发283.4.1 部分AHU编成代码283.4.2 冷冻机组控制363.5 工程中遇到的问题393.5.1 总体分析393.5.2 施工阶段393.5.3 调试阶
13、段403.5.4 试运行阶段403.6 本章小结41第4章 阳澄湖维景国际酒店的空调暖通节能优化分析424.1 节能分析参数及方法424.1.1 节能分析参数424.1.2 节能分析方法444.2 能量分析444.3 本章小结50第5章 结论与展望525.1 总结525.2期望与不足52参考文献54作者简历56致谢57II浙江大学硕士学位论文 表目录图目录图 2.1系统结构图13图 2.2 冷热源系统动态图15图 2.3空调系统动态图16图 3.1 欢迎界面25图 3.2风机控制界面25图 3.3一层A区风机平面图26图 3.4 A区一层南空调箱26图 3.5三层A区平面图26图 3.6 A区
14、三层空调箱127图 3.7地源热泵及冷冻机组观察界面27图 3.8地源热泵及冷冻机组操作界面27图 3.9液位检测系统28图 3.10消防水泵检测界面28图 4.1线性分析47图 4.2 样条分析48图 4.3 三次方分析49图 4.4 最终结果50表目录表 2.1楼宇自控系统监控点位表6表 3.1楼宇自控系统设备表22表 4.1外墙钢筋混凝土30042表 4.2 柱42表 4.3 梁43表 4.4 非上人屋面43表 4.5 供水温度8.0，回水温度11.645表 4.6供水温度7.0，回水温度10.946表 4.7 供水温度9.0，回水温度12.446表 4.8供水温度8.2，回水温度11.
15、850IV浙江大学硕士学位论文第1章 阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控方案第1章 绪论1.1 研究背景中国建筑总能耗约占社会终端能耗的20.7%。其中，北方城镇建筑采暖和农村生活用煤约为1.6亿吨标煤/年，占我国2004年煤总产量的11.4%；建筑用电和其它类型的建筑用能（炊事、照明、家电、生活热水等）折合为电力，总计约为5500亿度/年，占全国总社会终端电耗的27%29%。预计到2020年，长江地区将有50亿m2左右的建筑面积需要采暖。预计每年将新增采暖煤1亿吨标煤左右，接近目前我国北方建筑每年的采暖能耗总和。1近年来我国建筑行业飞快发展，而在世界能源危机不断凸显的情况下，减少建筑能耗势在必行
16、。据统计建筑能耗占据社会总能耗的27以上。发达地区已接近40，且其总量呈逐年上升趋势。能源总消费量的比例已从20世纪70年代末的10，上升到近年的2748，其中23为暖通空调系统所消耗。在建筑工程中暖通空调系统正慢慢的得以应用，用于暖通空调系统的能耗也将进一步增大，同时我国目前现有空调系统的能耗巨大。因此在暖通空调系统中考虑节能，意义十分重大。2随着我国经济的发展，我国的城市供热事业获得了长远的发展，全国集中供热面积已达86540万平米。在规模扩张的同时，供热新技术、新材料、新设备、新工艺不断得到推广应用。展望未来，要加快科技成果的转化和应用，使供热系统工艺、设备、设计、施工和管理的技术有较大
17、提高，缩小与供热发达国家的差距，为我国的环境保护和经济可持续发展作出贡献。310多年来，随着我国改革开放步伐的加快，经济实力的增强，暖通空调已经从工艺性暖通空调逐渐转移到舒适性暖通空调为主导的状况。黄河以北供暖、长江以南供冷的空调格局已不再严格，江淮地区各大中城市已开始大规模使用暖通空调系统。空调成为办公室必需品的观念逐渐被人们接受，并将使中国发展成为全球最主要的空调市场之一。市场经济的发展不仅从经济实力上推动了暖通空调业的发展，而且从观念上也推动了暖通空调系统的发展。1.2 研究现状与问题国内楼宇建筑中暖通空调系统的普及率不断提高，中国已经继美国、日本以后的世界第三大空调市场。目前我国公共建
18、筑中央空调系统的能耗迅速增长，且当前使用的中央空调系统受到当前技术水平和综合投资的制约，存在系统能耗高的问题，同时也对供配电带来了很大压力。随着经济的发展和人民生活水平的提高，暖通空调系统的用电量也会增加。因此提高楼宇暖通空调的综合使用效率，达到节能减排具有工程的实际意义。空调系统的设计和建造不仅必须考虑到系统的分区、分时的独立性，还应考虑到能量的分别计量。商用建筑中的用户千差万别，他们对各自所使用房间的室内空气质量(LA,Q)要求也不尽相同，因此空调系统设计有极大的灵活性。信息技术的发展，使智能大厦( IB)在商用建筑(CB) 中的比例越来越高，这一现实要求空调系统的控制部分能够方便可靠的与
19、楼宇管理系统完美结合，为控制技术提出了新的要求。4空调暖通系统主要由制冷机设计、自控系统设计、供回水管道的设计、新风机以及风机盘管等子系统。针对国内暖通行业中没有领导者来领导现有暖通空调总系统。大型电驱动制冷机的制造商有Carrier，Trane York,Mc-quay等。精于楼宇空调系统控制的专业公司有Johnson,Siemens,Trane,Honeywell等。这些公司的基本拿不出含空调机组设备和系统控制的成套解决方案。12空调暖通的每个子系统的都在想办法降低自己的能耗，但是在整个系统整合时，整个系统的能耗可能反而会增加。目前暖通空调系统都是以定工作点的方式实现各设备的供回温度、压力
20、、流量等参数的控制。每个设备各自的状态下在某一条件下有最佳设定点。但这样处理的结果对于整个暖通空调系统未必是最佳的，在各工况条件下不能保证以最佳方式运行，如何在各种不同的负荷下，以整个系统的能耗为最优性能指标，寻找出每个设备(或环节)的最佳设定值是优化控制研究的一个重要方面，也是整个暖通空调的节能的关键。现有暖通空调系统管理功能更多体现在监控，即对基础控制单元的信息进行集中管理、报告、报警、状态监测的设备的调度等。如何在现有基础上增加能量管理功能，监测暖通空调各个环节的末端用户能量使用情况是必须研究的。51.3 研究内容论文结合阳澄湖维景国际酒店的暖通空调系统的案例对阳澄湖维景国际酒店的设计阶
21、段到施工阶段、调试阶段以及使用阶段入手，阐述了阳澄湖维景国际度假酒店的楼宇自控的设计方案，以及酒店施工过程中的楼宇自控系统的GUI，优化了酒店的控制系统部分。在施工过程中遇到一些问题，并分析这些问题的原因及解决方法。通过在满足酒店舒适度的条件下分析整个酒店的能耗，并建立数学模型分析数据，得出不同的状态下的COP(Coefficient Of Performance能效比)的最大比值，实现了酒店空调暖通系统的节能。1.4 论文构架第一章绪论叙述研究的背景、研究问题的现状及研究的内容及整个论文的写作思路。第二章的内容是研究的设计阶段，主要是针对阳澄湖维景国际酒店的楼宇自控系统的设计方案，包括系统的
22、概述、设计依据、总体设计以及各个控制部分的详细设计方案。第三章的内容是阳澄湖维景国际酒店的楼宇自控系统施工阶段，包括楼宇自控的GUI设计实现，软件控制部分设计及施工过程中遇到的问题。第四章的内容为搜集整个调试阶段的实验数据，建立数学模型进行分析，得出针对此酒店暖通空调的最佳运行方案。第五章为整个论文的结论和展望。6第2章 阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控方案2.1 系统概述阳澄湖维景国际度假酒店是一个新建的集休闲、娱乐和度假为一体的五星级高级会所。为了在酒店给客人营造一个舒服、便利的环境；为了节省酒店本省的运营成本；为了保证酒店的绿色、节能目标；酒店建设楼宇自控系统实现对酒店各类机电设备进行监视
23、和控制。阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控系统可以实现以下功能：为酒店提供舒适、洁净的空气环境，提高人员的舒适感；对酒店中的机电设备进行集中监控管理和自动监测，确保酒店内所有机电设备的安全运行，提高机电维护人员的工作效率，节省人力约50；酒店装有楼宇自控系统后，长期保持设备的低成本运行；即楼宇自控系统可为酒店达到舒适、环保、绿色、节能、安全的效果。2.2 设计依据楼宇自控系统的设计依据国家、地方相关规范及标准，阳澄湖维景国际度假酒店机电图纸和阳澄湖维景国际度假酒店具体应用需求。系统主要设计依据如下：智能建筑设计标准(GBT 503142006)民用建筑电气设计规范JGJ16-2008采暖通风与空气
24、调节设计规范（GBJ50019-2003）分散型控制系统工程设计规定（HG/T20573-95）公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）江苏省公共建筑节能设计标准（DGJ32J_962010）阳澄湖维景国际度假酒店机电图纸阳澄湖维景国际度假酒店具体应用需求2.3 总体设计2.3.1 系统组成结合阳澄湖维景国际度假酒店机电图纸及阳澄湖维景国际度假酒店具体应用需求，酒店楼宇自控系统监控的范围如下：冷热源系统空调系统送排风系统风机盘管的控制给排水系统消防设备（其中消防泵系统，只监测不控制）变配电系统（仅预留扩展接口）公共照明系统（由智能灯光控制系统考虑）电梯及自动扶梯系统（仅预留扩展接口）由
25、于技术的发展，目前大部分变配电系统和电梯及自动扶梯系统自身的管理系统自带对设备运行状态的检测和报警功能，因此本楼宇自控系统仅预留相关的扩展接口，以便于将来将这2个系统集成管理的需要。楼宇自控系统机房设置在一层D区消防控制室。2.3.2 系统选型为了保证楼宇自控系统达到最初的设计、运行目标，我司选用当今世界最先进西门子楼宇科技APOGEE楼宇自控系统。该楼宇控制系统是一个具有最新技术、高运行效率、低维护成本、高可靠性和高性价比的楼宇自控系统，可实行全时间的自动监测和控制，并同时收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息和数据，达到提高运行效率，保证工作或生产环境地舒适需求，节省能源，节省人力，最大
26、限度安全延长设备寿命的目的。APOGEE楼宇自控系统具有以下特点：所有DDC控制器均与中央站位于同一层总线上（Peer to Peer），可以实现点对点的通讯。这样不但保证了较高的通讯速率而且避免了两级总线因子站连接器或网络通讯管理器故障而中断DDC与中央站的通讯和丧失有关控制功能和因网络控制器故障引起的系统瘫痪。本系统的每一个DDC控制器在整个网络中都是同等的关系，与工作站都可以直接通讯，并且任意一个控制器故障都不会影响系统其他任何部分。系统采用全开放网络结构，将冷热源设备监控、VRV空调系统监控、变配电设备监控、第三方设备控制系统集成在一个统一的操作平台下。系统总线的通讯速率为115.2K
27、bps，节点容量为100个DDC。所有DDC的CPU位数均为32位，存储器容量最大40M。控制器掉电后，RAM数据保存不低于60天；是目前行业最先进的DDC硬件配置。系统的编程软件与用户应用软件均开放给用户，用户无须分别采购。因此，用户在使用过程中可以根据实际需要随时更改监控程序和添加监控功能。系统还可以提供WEB远程访问及管理功能。提供动态的图形化显示及操作界面。中央站采用Windows XP/2000操作系统符合潮流的大众化操作系统。所有DDC控制器均有内置节能程序，系统具有效用成本管理功能，实时分析、整理被控设备能耗数据，提供节能方案。配置的系统控制器全部采用模块化设计，可根据实际需要进
28、行监控点数配置。这样即减少投资又方便扩展。大口径（DN65以上）的水阀驱动器有世界专利产品电动液压阀门驱动器。该驱动器无电机与齿轮传动，采用液压驱动方式，无磨损，免维护，使用寿命可达几十年。能够提供带弹簧复位功能的新风风阀驱动器，掉电及故障时可自动关闭风门，保护机组。2.3.3 点位表根据阳澄湖维景国际度假酒店机电图纸及阳澄湖维景国际度假酒店具体应用需求，阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控系统监控点位如表2.1所示：表2.1 楼宇自控系统监控点位表浙江大学硕士学位论文第2章阳澄湖维景国际度假酒店楼宇自控方案设备名称设备图纸编号数数字量输出模拟量输出数字量输入数字量输入风机盘管量DOAODIDI设备
29、启停控制电动二通阀门开关控制新风风门开关控制蝶阀开关控制二通阀调节控制压差旁通阀控制状态表示故障报警自动或手动状态空气过滤网压差风机压差开关压差计高液位报警低液位报警水流开关送风温度房间温度传感器供水温度回水温度水管温度水管压差水管流量地下一层18空调机组AHU0-11111111111空调机组AHU0-21111111111排风机EF01222222地源热泵CH-111241111地源热泵CH-21124111水泵WP-13333333水泵WP-46333333水泵WP-78222222水系统111111水处理仪器22222集水井333排水泵66666集水井消防水泵111排水泵（消防水泵房）
30、22222热水循环泵222222地下换热器分水器11地下换热器集水器11TK-3热回收储热罐11111TK-4补水箱111TK-5补水箱111生活给水泵444444一层100空调机组AHU1-11111111111空调机组AHU1-21111111111空调机组AHU1-31111111111空调机组AHU1-41111111111空调机组AHU1-51111111111空调机组AHU1-61111111111空调机组AHU1-71111111111空调机组AHU1-81111111111排风机EF1111111二层71空调机组AHU2-11111111111空调机组AHU2-21111111
31、111空调机组AHU2-31111111111空调机组AHU2-41111111111空调机组AHU2-51111111111空调机组AHU2-61111111111空调机组AHU2-71111111111排风机EF21333333三层53空调机组AHU3-11211222121空调机组AHU3-21111111111空调机组AHU3-31111111111空调机组AHU3-41111111111空调机组AHU3-51111111111空调机组AHU3-61111111111空调机组AHU3-71111111111四层22空调机组AHU4-11111111111空调机组AHU4-2111111
32、1111空调机组AHU4-31111111111排风机YPU412+YJU4-1333336352782716363632728877726122111264合计10328273264注：因本机电的设计图不是很完整,这个点表部分区域只以工程经验估计设备的类型及控制点数量。422.4 详细设计方案2.4.1 系统结构APOGEE采用了多层网络结构和世界先进技术，使得APOGEE集散系统无论在可靠性和技术上都是世界领先的水平。管理网：APOGEE的图形工作站（采用DELL PC或其他品牌机）可以进入以太网进行数据管理，实现区域性数据联网，提高管理水平，速率可达到10Mbps。楼宇网：PC通过Pee
33、r To Peer Network（同层总线共享无主从方式），可以连接多达100台ALN控制器（如MODULAR、PXC控制器等），速率可达到115.2Kbps。楼层网（LAN）：每台MODULAR、PXC控制器的LAN网可连接多达800个点数的非独立式单元控制（EXM、TXI/O、TEC等）。为系统扩展及完成较大型集散系统提供了方便。系统同时支持LONWORKS。BLNWeb服务器REN服务器Termina OPC客户端BMS系统UCM服务器以太网网关MBCApogee客户机MEC以太网接口BACnet设备InfoCenter服务器BACnet服务器InternetApogee客户机Web BrowserMBCMECTCP/IPMBCFLNTECMECw/Enet系统结构图如下图2.1所示：图 2.1系统结构图2.4.2 冷热源系统控制阳澄湖维景国际度假酒店冷热源系统控制包括对
