中央空调系统分区控制策略设计标准
2025-12-14

在现代建筑中,中央空调系统作为保障室内环境舒适性的重要设备,其运行效率与能耗水平直接影响建筑的整体能效表现。随着绿色建筑理念的普及以及节能要求的日益严格,传统的集中式控制方式已难以满足不同区域、不同时段对温湿度、空气质量等环境参数的差异化需求。因此,中央空调系统的分区控制策略设计逐渐成为暖通空调(HVAC)领域的重要研究方向。合理的分区控制不仅能够提升用户的热舒适性,还能显著降低系统运行能耗,延长设备使用寿命。

分区控制的核心思想是将整个建筑空间划分为若干个具有相似热负荷特性和使用功能的区域,每个区域配备独立的温控装置和风量调节机制,实现按需供冷供热。这种控制方式打破了传统“一机供全楼”的粗放模式,使系统响应更加精准灵活。在设计分区控制策略时,首先需要依据建筑的功能布局进行科学分区。例如,办公区、会议室、走廊、机房等功能区域由于人员密度、设备发热量、使用时间等差异较大,应分别划归不同控制区域。同时,朝向、外窗面积、墙体保温性能等建筑物理特性也应纳入分区考量,避免因太阳辐射或外围护结构传热导致局部过热或过冷。

在完成空间划分后,应配置相应的传感器网络和执行机构。温度、湿度、CO₂浓度等环境参数的实时监测是实现智能调控的基础。建议在每个控制区域内设置至少一个代表性测点,确保数据采集的准确性。同时,末端设备如变风量(VAV)箱、风机盘管、电动水阀等应具备远程调节能力,并与中央控制系统实现通信互联。目前,基于BACnet、Modbus等工业通信协议的楼宇自动化系统(BAS)已成为主流选择,可有效支持多区域协同控制。

控制算法的设计是分区策略的关键环节。常见的控制方法包括设定值调节、PID控制、模糊逻辑控制以及基于模型预测控制(MPC)的先进算法。对于常规应用场景,采用带有时间表功能的PID控制器即可满足基本需求,可根据不同区域的使用时段预设温度上下限,实现作息节能。而对于高精度要求的场所,如实验室、数据中心等,推荐引入MPC算法,通过建立建筑热动态模型,预测未来一段时间内的负荷变化,提前调整送风量和水流量,从而减少能量浪费并提高稳定性。

此外,分区控制还应考虑系统整体协调问题。多个独立区域的同时启停可能造成冷热源设备频繁加载卸载,影响系统效率。因此,中央控制器需具备负荷均衡与优先级管理功能。例如,在制冷季,当部分区域达到设定温度而其他区域仍需降温时,可通过调节冷水机组的出水温度或启动蓄冷装置来平衡供需。同时,应设置合理的联锁保护机制,防止因某一区域故障导致整个系统瘫痪。

从节能角度出发,分区控制还需结合自然通风、免费冷却、热回收等被动式节能技术。例如,在春秋季过渡季节,可通过开启外窗或利用新风系统实现“免费制冷”,减少机械制冷的运行时间。对于设有排风热回收装置的系统,应在分区控制逻辑中集成热回收效率修正因子,动态调整新风比,最大化能源利用效率。

最后,标准的制定对于推广分区控制技术至关重要。目前,《公共建筑节能设计标准》GB 50189、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736等国家标准已对空调系统的分区原则提出了基本要求,但在具体控制策略、自动化等级、能效评估等方面仍缺乏统一细则。建议行业主管部门联合科研机构,尽快出台《中央空调系统分区控制技术导则》,明确分区划分依据、控制精度指标、通信接口要求及能效评价方法,推动技术规范化发展。

综上所述,中央空调系统分区控制策略的设计是一项涉及建筑物理、自动控制、能源管理等多学科交叉的系统工程。通过科学分区、合理选型、优化算法与标准引导,不仅可以实现精细化环境调控,更能为建筑节能减排提供有力支撑。未来,随着物联网、人工智能等技术的深度融合,中央空调系统将朝着更智能、更高效的方向持续演进。

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