暖通空调系统优化——实现更有效的能耗管理

引言：随着城市化进程的加速，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。在发达国家中，建筑能耗占社会总能耗的40%左右，而我国尽管社会经济发展水平不高，但是建筑能耗已占总能耗的近30%，且还有上升的趋势。因此，不论在西方发达国家还是我国，建筑能耗状况都是牵动社会经济发展全局的大问题。在建筑能耗里，用于暖通空调系统的能耗又占到建筑能耗的30%—50%。随着暖通空调的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。再加上暖通空调系统往往以电能为能源，我国的电力在某些地区又相对紧张、匮乏，这势必会引起能源供求矛盾进一步激化。因此，对暖通空调提出更高的节能要求是必然的，这也是大势所趋。 

随着“双碳”目标的推进，能源和环境管理对于很多高能耗企业来说是非常重要的一项工作。随着暖通空调的广泛应用，生产生活对于空调系统的高涨需求不仅为企业带来巨额成本，还会产生大量的碳排放，对环境造成严重危害。暖通空调系统在楼宇自动化中有着非常重要的作用，这也势必要求中央空调系统有效降低二氧化碳排放，实现绿色节能目标。中国暖通行业将在2030年实现减碳3.16亿吨的目标，未来十年将是行业转型的关键十年。

建筑暖通面临的问题

一、暖通设计存在的问题

01设计过程缺乏系统

建筑暖通的设计是过程性的，涉及到的内容比较多，所以在设计前要综合考虑，否则就会造成设计不完善的问题。暖通系统中的排风系统以及采暖系统等都是其关键组成部分，任何环节设计出现质量问题都会影响整体的系统应用效果。如在采暖的设计当中，环路阀门没有科学设置就会造成系统运行调节不畅，在管理上也造成了很大麻烦。供水系统设计当中没有在管道上侧设置排气装置，就比较容易出现集气的问题，这对暖通系统的实际应用会产生不便。

02暖通设计不规范

从绿色暖通的设计现状发现，不规范的设计问题比较突出，对暖通设计的标准规范认识不强。暖通设计的各个环节都是有着严格标准的，在设计中要依照标准规范要求设计，才能保障暖通设计的质量。而从具体的暖通设计来看，由于设计人员对暖通设计的标准和规范没有充分全面的认识，这就使得在一些细节方面存在着质量问题，暖通设计的方案不科学，造成整体系统的设计质量出现问题。如防火阀设计当中穿越防火墙时没有重视防火阀规范设计，这就比较容易出现使用事故。

03暖通设计质量问题

绿色建筑暖通设计的各环节质量问题比较明显，设计过程中暖通结构的数目相对比较多，这就会增加暖通连接点，对工程施工会带来诸多不便，也不利于室内空间的调节。设计中通过暖通通道双侧连接方式，这是违反设计规范的，并有危险性，出现故障的时候暖通设备会有影响，使得暖通散热器出现故障。设计当中建筑所处地理环境不同，设计的要求也有所不同。如果没有按照因地适宜的原则进行设计，就会产生设计质量问题。

二、影响暖通空调节能降耗的不利因素

01围护结构的作用

按是否同室外空气接触，围护结构可分为外围护结构和内围护结构。外围护结构是指同室外空气直接接触的围护结构，如外墙、屋顶、外门和外窗等；内围护结构是指不同室外空气直接接触的围护结构，如隔墙、楼板、内门和内窗等。外围护结构的热阻和热稳定性对暖通空调系统有着显著的影响，室内热量或冷量通过外围护结构向外界传递造成部分能量损失，通过门窗等结构的冷风渗透以及室内空间太大也会造成一部分能量的流失。由此可见，改变建筑结构，提高围护结构的保温作用，对暖通空调系统有很大的意义。

02规划设计的作用

建筑的规划设计是在建筑开始建造以前，充分预想到所有导致热量流失的情况，所以规划设计在建筑建成以前起到很大的指导作用。采用热阻高和热稳定性好的建筑材料，考虑建筑构造和房屋朝向，结合地区地貌，充分地利用大自然的能源，诸如太阳能、风能等能量，多方面分析研究，尽可能利用自然的馈赠充分满足节能设计规划要求。

03运维管理水平的影响

目前大量暖通空调系统还未实现自控，即使实现自控的暖通空调系统，其运行控制仍以传统控制方法为主，虽可满足暖通空调系统的调节需求，但并不能完全保证各设备的运行效率最优，也不能保证系统层面的负荷分配协调及系统控制最优化。

暖通空调系统的总能量损失中，很大一部分能耗由运维管理人员的操作问题造成。运维管理人员水平参差不齐，导致系统能耗无法有效控制。暖通能耗65%的浪费为人为运行管理不当造成，数百万套机房，95%以上靠人为巡检管理。机房运行管理对专业技能要求相当高，即便“暖通博士”管机房能实现节能和实时监控，但社会结构性缺失致使暖通专业人才非常缺乏，目前市场99%的机房还是非专业人员的运行管理，水平太低，致使暖通空调的精细化管理与运行无法实现。由此导致的浪费高、能耗大已成为亟待解决的问题。

04技术上的缺陷与漏洞

其中，老旧的设备、没有自动控制的系统以及缺乏常规的保养可能造成暖通空调系统效率降低，例如房间内空调末端设备的恒温器和传感器响应延迟或导致冷气过量供给，以及缺乏追踪可变因素的技术设置，如室内人数或天气情况等相关数据，所导致的响应延迟。

老旧的暖通空调系统会有更高的设备故障率，例如管路的老化也会引起跑冒滴漏，造成更大的浪费。

如何降低暖通空调碳排放

建筑暖通空调系统在设计环节即决定了其投入使用后的性能。通常，系统在设计中遵循最高负载原则，必须满足整个建筑空调系统满负载运行的需求。然而在实际运行使用中，空调系统并不需要时时刻刻满负载运行，很多时候只要部分负载运行即可满足用户的使用需求，若系统只能满负载运行，则会白白耗费很多能源，因此，在设计中必须考虑这一问题，要使设计的暖通空调具有可调节性，能根据不同环境、气候条件下所需的负载进行灵活调节，以达到节能降耗的目的。

同时，设计暖通空调的阶段要充分考虑建筑环境差异的影响，采用更智能的系统来实现更高的热能利用率以及环保性。设计暖通空调的阶段要充分考虑建筑环境差异的影响，采用更智能的系统来实现更高的热能利用率以及环保性。

暖通空调系统的各个组件根据建筑内部的设置有所不同，但是大多数包括以下基本组件：

锅炉

通过加热盘管或者热水管产生热水或者蒸汽，并且分配到整个建筑物中

冷却设备

机组的冷却设备将冷却盘管内的水，空气吹过冷却的水盘管并通过通风系统在空间中使用。作为冷却过程的一部分，任何热量都将通过冷凝器或冷却塔带走

泵

用于系统内将冷水和热水循环到建筑物的指定区域

通风机

在单元内使用，通过单独的管道系统去除陈旧的空气并排放到空间之外

而对现存的暖通空调高耗能问题，如何降低暖通空调碳排放？更节能的系统、更智慧的操控，以及集成化的能效解决方案，将进一步降低能耗，实现节能减排。

由于暖通空调系统形式多样，通过对暖通空调系统实际运行数据的分析，制定高效且满足舒适性要求的控制策略，从而进一步提升暖通空调系统的自动控制优化能力，建立更高效的智慧运维系统。

节能降耗的关键

更加智能、高效和可持续的技术解决方案

在大型建筑中，暖通空调系统根据室外环境的变化提供冷、热源，保证办公室内环境的温度、湿度、空气中氧气含量、空气的洁净度等参数在满足人们健康和舒适的范围内。

暖通空调的节能是个复杂的有机系统，需要充分考虑建筑环境差异的影响，采用更先进的技术手段，对传统系统的创新优化，使系统与设备运行朝更节能方向的发展。

随着智能技术的发展，暖通空调系统的自动化水平不断提高，也提升了暖通空调系统的管理水平，大幅度提高了暖通空调系统的生产效率和调节精度，会进一步节省人力资源的投入，减少不必要的电、热损耗能量。

智慧化的暖通空调系统可以在运营与使用中变得更加“聪明”：根据所收集的数据不断对于设置进行调整与优化。灵活的系统运行模式也可以达到节能增效的目的，节能方面的优化也可以减轻系统运行压力，延长系统使用寿命。

更加智能、高效和可持续的能源解决方案可以提供一种简单、快捷的途径来帮助设施与楼宇管理者实现更有效的能耗管理、碳减排以及营造更舒适的环境。

数字化同样也在推动着暖通空调优化解决方案的升级，获得能耗负荷曲线图之后，数据建模可以直观地告诉管理者更换冷机可以节省多少成本，而不是进行凭空猜测。

数据观察与分析可以帮助用户规划设备更换的最佳时机，并且凭借模型根据实际情况进行调整。这种十分科学、严谨的方法将精准呈现设备升级状况与所节省的成本，从而避免不确定因素的产生并且降低错误决策的概率。

基于人工智能的暖通M智慧管控系统

通过人工智能的暖通空调系统智能化在暖通空调节能领域的应用，实现暖通空调节能减碳。舒适100公司的暖通M智慧管控系统（M系统）结合人工智能、大数据与云计算的应用，为中央空调运营提供了一套综合管理的服务模式，实现了中央空调全面智慧化、数字化与综合化的管理，让能耗节省率达到了15%~40%。系统对于能耗的精准控制，能有效降低中央空调能源消耗，减少建筑使用阶段的碳排放。同时，系统也为建筑中央空调系统所面临的不智能问题提供了赋能支持。

M系统以AI暖通作为中央空调智慧运维与监测平台，能够根据实际需求对中央空调系统运行进行智慧化自运行管理，提升了运行效率，规避了传统机房管理过程中出现的人为错误的可能性，大大提升了中央空调系统运行管理上的安全性、可靠性、专业性以及低碳节能效率。

人工智能在中央空调节能领域的应用，对中央空调管理节能效果带来巨大的飞跃。据M系统应用案例数据显示，节能率可达15~40％。在节能减排形势日益严峻和行业竞争日益加剧的当下，这一技术的应用必然为更多的建筑带来巨大的节能效益。

目前，舒适100公司通过基于智慧运维、人工智能调节、按需供应核心智慧节能技术研发的M系统的广泛应用，已经实现了大型工厂园区智慧化的运维调控，帮助大能耗的电子、钢材、化工、新能源、医药、汽车、酒店、大型办公楼等中央空调系统实现了智慧化的综合管理与节能减排。

在建筑业数字化转型背景下，大型建筑智能化运维技术的推广应用要强调适宜性和精细化。在“双碳”背景下，基于调峰的需求侧响应和能源自身平衡是建筑实施降碳的有效手段。通过与智能化运维技术的有效融合，借助网络控制技术、通信技术等手段实现对建筑运行阶段的最优管控，最终可以创造舒适、健康、低碳的工作和生活环境。

高瓴的产业创新研究院与北京绿色金融与可持续发展研究院发布的《迈向2060碳中和—聚焦脱碳之路上的机遇和挑战》中指出，中国最晚实现碳中和的主要部分将很有可能是建筑业，建筑业是碳排放最高的来源。建筑业暖通空调实现低碳化、智慧化的运维需要基于人工智能的暖通M智慧管控系统的广泛推广与应用。

把握“双碳”目标，应重视既有建筑改造升级，基于人工智能技术应用的M系统才是未来建筑暖通空调系统实现智慧降碳的主流方向。中央空调领域智能化控制改造、升级，设备监控和环境监测等方面，增加基于感知和传输应用的平台，充分利用算法、物联网等先进的通信系统，提高现有设备效率，有效节约用电节能降耗。

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