暖通系统智能化控制技术发展趋势

暖通系统智能化控制技术发展趋势

张峰

柏诚系统科技股份有限公司  江苏省无锡市滨湖区   214072

摘要：随着科技的飞速发展，暖通系统正经历着一场智能化的革命。本文将探讨暖通系统智能化控制技术的发展趋势，旨在通过智能设计模式、仿真理论与现代人工智能的结合，以及智能控制方法的发展，提高系统效率和可持续性。深入分析DDC与PID控制、能量回收技术和零负荷虚拟模型控制等关键领域，希望为未来的暖通空调系统设计和控制提供新的思路和解决方案。

关键词：暖通系统；智能化控制技术；发展

引言

暖通空调系统（HVAC）作为建筑能耗的主要组成部分，其智能化控制技术的发展显得尤为重要。智能化不仅能够提高能源利用效率，减少环境污染，还能为用户带来更加舒适和健康的室内环境。

一、暖通系统设计智能化

1.1 暖通设备智能设计模式

随着科技的飞速发展，暖通设备智能设计模式逐渐成为行业焦点。传统的暖通设备设计往往依赖于经验丰富的工程师，他们根据建筑的类型、用途、地理位置以及用户需求等因素，手动进行设备选型、管道布局等设计工作。然而，这种方式不仅效率低下，而且容易受到人为因素的影响，导致设计方案可能并非最优。智能设计模式则借助先进的计算机辅助设计（CAD）软件和大数据分析技术，实现了设计过程的自动化和优化。通过收集大量已建成项目的暖通系统数据，包括设备性能参数、能耗数据、室内环境指标等，建立起庞大的数据库。在进行新的暖通系统设计时，设计软件可以快速分析这些数据，结合新建筑的具体特点，自动生成多个初步设计方案。这些方案不仅涵盖了设备的选型和布局，还考虑了系统的能耗、成本以及未来的维护需求等因素。

1.2 暖通设备仿真理论与现代人工智能的结合

通过建立数学模型，对暖通设备的运行状态、热传递过程、流体流动等进行模拟分析，能够提前预测系统在不同工况下的性能表现，为设计优化和故障诊断提供有力支持。而现代人工智能技术的融入，进一步提升了仿真的精度和效率。人工智能算法，如神经网络、遗传算法等，可以对复杂的暖通系统模型进行快速求解和优化。基于仿真理论和人工智能的结合，还可以实现暖通设备的故障预测和诊断。通过对设备运行数据的实时监测和分析，建立故障诊断模型。一旦发现设备运行参数异常，系统能够迅速利用模型进行故障定位和原因分析，并提供相应的解决方案。这不仅提高了设备的可靠性和稳定性，降低了维修成本，还减少了因设备故障对室内环境舒适度的影响，保障了建筑的正常使用。

二、暖通空调系统智能控制方法及发展

2.1 DDC 与 PID 智能化控制

直接数字控制（DDC）和比例 - 积分 - 微分（PID）控制是暖通空调系统中常用的智能控制方法，DDC 系统通过数字控制器对空调设备进行实时监测和控制，取代了传统的模拟控制系统。它能够精确地采集室内外温度、湿度、压力等参数，并根据预设的控制策略对空调机组、风机、水泵等设备进行精确的调节。PID 控制则是一种基于反馈的控制算法，它通过不断比较实际输出值与设定值之间的偏差，利用比例、积分和微分三种控制作用对偏差进行调节，使系统输出稳定在设定值附近。在暖通空调系统中，PID 控制常用于温度、湿度等参数的控制。例如，在空调房间的温度控制中，PID 控制器根据温度传感器测量的实际温度与设定温度之间的偏差，计算出相应的控制信号，调节加热或冷却设备的功率，使房间温度保持稳定。随着技术的发展，DDC 和 PID 控制也在不断改进和优化。现代的 DDC 系统具备更强的通信能力和数据处理能力，能够与其他智能建筑系统进行集成，实现更加高效的联动控制。同时，自适应 PID 控制算法也逐渐得到应用，它能够根据系统的运行状态自动调整 PID 参数，提高控制的精度和稳定性，适应不同工况下的控制需求。

2.2 能量回收智能化控制

2.2.1 智慧建筑综合控制系统

在现代智慧建筑中，暖通空调系统的能量回收智能化控制是实现节能减排的关键环节。智慧建筑综合控制系统将暖通空调、照明、电梯等多个系统集成在一起，通过统一的平台进行监测和管理。对于暖通空调系统的能量回收，综合控制系统可以实时监测室内外的环境参数、空调系统的运行状态以及建筑的能耗情况。根据这些数据，系统能够智能地判断何时启动能量回收装置，如热回收转轮、板式换热器等，将排出空气中的热量或冷量回收利用，预冷或预热新风，从而减少空调系统的能耗。例如，在冬季，当室内温度较高且湿度适宜时，系统可以将室内排出的空气通过热回收装置，将热量传递给室外进入的新风，提高新风的温度，减少加热设备的能耗。同时，智慧建筑综合控制系统还可以与建筑的能源管理系统（EMS）相结合，根据能源价格和建筑的能源需求，制定最优的能量回收策略。

2.2.2 可再生能源技术

可再生能源技术在暖通空调系统中的应用为能量回收和节能减排开辟了新的途径。太阳能、地热能、风能等可再生能源具有清洁、无污染、取之不尽等优点，逐渐成为暖通领域的研究热点。太阳能在暖通空调系统中的应用主要包括太阳能热水系统和太阳能空调系统。太阳能热水系统通过太阳能集热器将太阳能转化为热能，为建筑提供生活热水和供暖热水。太阳能空调系统则利用太阳能驱动制冷机或吸附式制冷装置，实现夏季空调制冷。例如，在一些南方地区的建筑中，采用太阳能吸附式制冷空调系统，在白天利用太阳能集热器收集热量，驱动吸附床吸附制冷剂，晚上则通过解吸过程实现制冷，为室内提供冷量，有效地降低了空调系统的能耗和对传统能源的依赖。随着技术的不断进步，地源热泵系统的性能和可靠性不断提高，成本也逐渐降低，其应用范围也在不断扩大。

2.2.3 热能回收节能技术

除了利用可再生能源进行能量回收外，传统的热能回收节能技术也在不断发展和创新。热回收转轮是一种常见的热能回收设备，它通过旋转的转轮，将排出空气中的热量传递给新风，实现热量的回收利用。近年来，新型的热回收转轮不断涌现，其换热效率和空气阻力等性能指标得到了显著改善。板式换热器、热管换热器等热能回收设备也在暖通空调系统中得到广泛应用，这些设备通过高效的换热表面，实现了热量在新风和排风之间的传递。同时，随着智能控制技术的发展，热能回收设备的运行可以根据室内外环境参数和空调系统的负荷进行实时调节，提高了能量回收的效率和系统的整体性能。

2.3 零负荷与虚拟模型智能化控制

零负荷与虚拟模型智能化控制是暖通空调系统未来发展的重要方向，零负荷控制的理念是通过优化建筑的围护结构、利用自然通风和采光等手段，最大限度地减少建筑对暖通空调系统的负荷需求。虚拟模型智能化控制则是利用建筑信息模型（BIM）和物联网（IoT）技术，建立建筑的虚拟模型，并将暖通空调系统的运行数据实时映射到虚拟模型中。通过虚拟模型，管理人员可以直观地了解系统的运行状态、能耗情况以及设备的故障信息等。同时，利用大数据分析和人工智能算法，对虚拟模型中的数据进行挖掘和分析，预测系统的未来运行趋势，提前制定优化策略和维护计划。例如，根据历史运行数据和天气预报信息，虚拟模型可以预测未来一周内建筑的冷热负荷变化，智能地调整空调系统的运行模式和设备的启停时间，实现能源的高效利用和系统的优化运行。虚拟模型还可以与远程监控系统相结合，实现对暖通空调系统的远程诊断和控制，提高了管理的便捷性和效率。

三、结语

随着暖通系统智能化控制技术的不断进步，未来的暖通空调系统将更加高效、节能和环保。让各方携手推动暖通系统的智能化发展，为创造更加绿色、舒适的居住和工作环境而努力。

参考文献

[1]邓敬莲.智慧建筑暖通空调系统智能化控制研究[J].设备管理与维修,2024,(06):74-76.

[2]孙志强.暖通空调系统智能化控制技术的研究与应用[J].绿色建造与智能建筑,2024,(03):87-91.

[3]张泽仁.建筑电气智能化控制技术在公共建筑节能中的应用[D].西南交通大学,2022.