空调系统分区控制策略设计规范
2025-11-18

在现代建筑中,空调系统的能耗占据了整体能源消耗的较大比例。为了实现节能、舒适与智能化管理的目标,空调系统分区控制策略的设计显得尤为重要。合理的分区控制不仅能够提升室内环境的热舒适性,还能有效降低运行成本,延长设备使用寿命。因此,制定科学、规范的空调系统分区控制策略设计标准,已成为暖通空调(HVAC)领域的重要课题。

首先,分区控制的基本原则应以功能需求为导向。不同区域的使用性质、人员密度、作息时间及热湿负荷特性存在显著差异。例如,办公楼的会议室可能仅在白天使用,而数据中心则需24小时恒温恒湿。因此,在设计分区时,应根据建筑功能将空间划分为若干独立控制区域,每个区域配置独立的温度传感器、执行器和控制器,确保各区域可按实际需求独立调节温湿度。

其次,分区划分应遵循物理边界清晰、负荷特性一致的原则。理想情况下,同一控制区域内应具备相似的朝向、围护结构性能、人员活动规律及设备发热量。例如,建筑的南向办公室因日照较强,冷负荷较高,宜单独设为一个控制区;而北向房间受太阳辐射影响较小,可归为另一控制区。同时,高大空间如中庭或报告厅,由于空气分层现象明显,也应单独设置控制策略,避免单一设定导致局部过冷或过热。

在控制逻辑设计方面,推荐采用基于反馈与前馈相结合的复合控制策略。常规的PID控制适用于稳态调节,但在负荷突变时响应滞后。引入前馈控制,如根据室外气象参数、日程安排或 occupancy 传感器信号提前调整机组输出,可显著提升系统响应速度与稳定性。此外,对于多联机系统(VRF)或风机盘管系统(FCU),应实现室内外机之间的协调控制,避免频繁启停造成能源浪费。

智能算法的应用是提升分区控制效率的关键方向。近年来,模糊控制、神经网络及模型预测控制(MPC)等先进算法逐步应用于 HVAC 系统优化。例如,MPC 可基于建筑热动态模型预测未来几小时内的负荷变化,结合电价时段信息,提前调整供冷/供热策略,实现经济性与舒适性的平衡。这类算法虽对计算资源要求较高,但随着边缘计算和物联网技术的发展,已在高端商业建筑中逐步落地。

在实施过程中,还需重视传感器布置的合理性与数据采集的准确性。温度传感器应避免安装在阳光直射、风口附近或热源周围,宜设置在人员活动区域的代表性位置,高度一般为1.2~1.8米。同时,建议引入CO₂浓度、相对湿度、风速等多参数监测,构建综合环境评价指标,支持更精细化的控制决策。所有传感器应定期校准,确保长期运行的可靠性。

通信架构的设计也不容忽视。现代空调控制系统普遍采用BACnet、Modbus或KNX等开放协议,实现设备间的互操作性。主控系统应具备良好的扩展性与兼容性,支持与楼宇自控系统(BAS)、能源管理系统(EMS)及消防系统的集成。通过统一平台实现数据共享与集中监控,有助于提升运维效率与故障诊断能力。

最后,必须建立完善的调试与评估机制。系统安装完成后,应进行逐区功能测试,验证控制逻辑的正确性与响应速度。运行阶段应持续收集能耗数据与用户反馈,定期评估各区的热舒适水平(如PMV-PPD指标)与能效表现(如EER、COP)。对于不达标的区域,应及时调整控制参数或重新划分分区。

综上所述,空调系统分区控制策略的设计是一项系统工程,涉及建筑物理、自动控制、能源管理等多个学科。只有在充分理解建筑使用需求的基础上,结合先进的控制理论与信息技术,才能构建出高效、智能、可持续的空调控制系统。未来,随着数字孪生、人工智能与碳中和目标的深入推进,分区控制策略将朝着更加精准化、自适应化和低碳化的方向发展,为绿色建筑的实现提供坚实支撑。

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