暖通空调系统末端设备能效提升与智能控制策略

引言

在“双碳”战略背景下，我国建筑行业节能减排的压力不断加大，其中暖通空调系统能耗占据建筑总能耗的 30% 以上，成为建筑节能的关键环节。暖通空调系统由冷热源、输配系统与末端设备三部分构成，末端设备作为直接影响室内热舒适性的重要组成，其运行状态和控制方式对系统能效具有决定性影响。当前，许多建筑仍采用传统的定值控制方式，未能实现对末端设备的动态调节与智能管控，导致能耗浪费和舒适性下降的问题频发。同时，末端设备运行效率普遍偏低，调节滞后、匹配性差、能耗数据不透明等问题严重制约了能效提升的空间。随着物联网、大数据、人工智能等技术在建筑环境控制领域的应用逐渐成熟，末端设备的智能化调控与能效管理正成为提升系统运行效率与节能水平的关键路径。本文围绕暖通空调系统中末端设备的能效提升与智能控制策略展开研究，系统分析影响能效的核心因素，并提出多层次的优化方案，以期为相关工程实践提供理论支撑与技术指导。

一、末端设备能效现状与存在问题分析

在现有的暖通空调系统中，末端设备类型多样，包括风机盘管、变风量末端、新风机组、辐射面板、空气处理单元等。这些设备在建筑运行过程中处于直接调节室内温度、湿度与空气品质的位置，对热交换效率与能耗具有直接影响。然而，在实际应用中，末端设备的能效普遍存在以下问题：一是设备选型与建筑负荷匹配不合理，造成部分设备长期运行于非最佳工况区，热效率低下，能耗居高不下。二是控制系统智能化程度低，普遍采用传统开关控制、定时运行或简单反馈调节，缺乏与室内热环境参数、人员活动信息的联动控制机制，导致设备启停频繁或长时间高负荷运行，效率下降。三是运行维护机制不健全，设备运行数据缺乏实时采集与系统分析，运维人员无法及时掌握设备运行状态，无法实现基于能效评估的故障诊断与优化调度。四是系统整体协同性差，末端设备与冷热源之间的协同调控能力弱，未能实现系统级能效最优化。以上问题的存在严重影响了暖通空调系统节能潜力的发挥，亟需通过技术手段与系统优化策略加以解决。

二、末端设备能效提升的核心路径

提升末端设备的能效需要从设备本身、系统构成与运行管理等多方面入手，构建科学、高效、动态响应的控制机制。首先，从设备层面应注重高效机型的选用与合理配置。例如，采用高能效比的风机盘管、低能耗直流电机、可调速风机及低阻力热交换元件，可显著降低单位时间内的电能消耗。同时，结合建筑热负荷分布与使用功能进行精准选型，避免“大马拉小车”或设备长期超负荷运行等问题。其次，优化设备安装与系统布局，减少风道、水管等输送路径的不合理损耗，提高末端输送效率。再次，强化运行策略的动态调节能力，根据室内负荷变化进行实时调整，如应用变风量（VAV）、变水量（VWV）等技术，通过调节风阀、水阀开启度，实现末端输出功率的灵活响应。此外，应重视能效数据采集与分析，通过部署传感器、智能网关等设备，实现温湿度、风速、能耗等关键参数的实时监控，为设备运行提供数据支持。最后，结合预测模型与优化算法，实现基于运行数据的预判与控制，例如采用人工神经网络预测负荷变化趋势，结合模糊控制、自适应算法调节设备运行参数，提高系统的稳定性与节能性。

三、智能控制策略在末端系统中的集成应用

智能控制策略的引入是实现末端设备能效优化的重要手段。现代智能控制系统集成了信息采集、数据处理、控制决策与执行反馈等多种功能，能够基于环境状态和用户需求实现末端设备的动态、精准调控。首先，基于物联网技术构建的感知层可通过布设多种传感器实现对室内外温湿度、空气质量、人员活动、设备运行状态等信息的实时获取，为控制系统提供数据基础。其次，控制系统中的数据处理层通过数据融合、特征提取与趋势分析等技术，构建系统负荷模型与用户行为模型，为控制决策提供支持。控制决策层则通过多目标优化算法实现设备运行参数的最优设定，综合考虑能耗最小化、舒适性最大化与系统稳定性。执行层通过对风阀、水阀、电机等部件的控制，实现控制指令的快速执行与反馈校正。例如，在变风量系统中，智能控制系统可实时监测室内C0₂ 浓度与温度变化趋势，通过预测算法提前调节风量，既保证空气品质又避免设备频繁启停造成能耗上升。在辐射末端系统中，智能控制策略可根据地面与空间温差变化趋势，动态调节供水温度，实现供热与散热的最优匹配。此外，智能控制系统还可实现跨系统协同控制，如与照明、遮阳、安防等系统联动，根据人员活动与建筑负荷预测实现系统级运行优化，进一步提升综合能效水平。

四、典型末端设备智能控制策略案例分析

在现代大型建筑中，越来越多的末端设备开始集成智能控制策略以实现能效优化。以风机盘管系统为例，传统系统多采用简单温控器控制，难以根据实时热负荷变化调整出风量与水流量。引入智能控制后，通过温湿度传感器、PM2.5 传感器等实时监测室内环境参数，结合楼宇自动化系统进行数据融合与调控，实现风量、水量的比例联动控制，不仅提高了调节精度，还有效减少了能源浪费。在变风量系统（VAV）中，智能控制策略更为复杂，通常集成 C0₂ 浓度预测、人员行为识别与负荷预测等功能，通过多维数据驱动风阀控制器，实现区域风量的动态分配，保障空气品质的同时降低系统能耗。

五、推进末端设备智能化管理的保障机制

为了全面推进末端设备的能效提升与智能化转型，需要在政策支持、标准规范、技术研发与人才建设等多个层面建立保障机制。首先，国家和地方应出台鼓励建筑节能与设备智能化改造的政策，提供财政补贴与技术指导，推动既有建筑中末端设备的智能化改造升级。其次，完善末端设备的能效等级评价标准与智能控制系统技术规范，制定设备选型、传感器布设、控制算法与系统集成的统一标准，提高工程应用的规范性与可比性。在技术研发方面，应加强产学研合作，推动基于 AI、大数据等前沿技术的控制策略与算法模型研究，加快新型高效智能末端产品的研发与推广。

结论

本文围绕暖通空调系统末端设备的能效提升与智能控制策略进行了深入探讨。研究表明，通过优化设备选型与运行参数、集成先进的智能控制系统、构建数据驱动的管理平台，可显著提升末端设备运行效率与响应能力，实现建筑环境舒适性与能源利用效率的双重优化。智能控制系统作为未来建筑能源管理的发展方向，其在末端设备能效提升中的应用潜力巨大。未来应加强系统集成、算法优化与标准建设，推动末端设备智能化管理体系的完善，为实现建筑领域的节能减排目标提供坚实支撑。

参考文献

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