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构建高效节能中央空调的正确途径初探

参加了以“绿色创新设计,健康高质发展”为主题的《第8届全国建筑环境与能源应用技术交流大会》受益匪浅,感慨万千。看到最新的大数据、云计算、BIM、人工智能等先进的高端信息技术渗入建环领域并采用高效能制冷机使得中央空调系统的性能大幅度提升感到鼓舞,同时也感到,到2050年扼制地球温升不超过2℃中国暖通人的责任重大。中央空调系统是一个多学科交叉,多专业模块汇聚、具有不可简约性特质的非线性复杂大系统,而传统的还原论观、线性思维按专业模块堆积叠加系统集成科学范式和中央空调系统非线性本质不匹配,造成了中央空调系统90%都是不节能的现状,因此中国暖通人的重大责任就是转变传统的非线性思维科学范式为和中央空调非线性本质相匹配的全新的系统论观、非线性思维以整体优化为目的的系统集成科学范式,彻底改变90%中央空调不节能的现状,使中央空调系统始终处在高效节能状态。


实际的中央空调系统不节能的比例比90%还多。为了使大家能够对中央空调系统90%是不节能的现状有深刻的认识,先探究一下中央空调系统90%是不节能的由来。中央空调系统90%不节能的现状是由暖通先辈涂蓬祥指出的。2019-11-6~8在西安召开的《全国建筑环境与能源应用技术交流大会》上中国建筑科学研究院逢秀峰研究员在《基于模型的建筑调适commissioning试运转,试车技术》专题报告中透露,全国经过调适程序的中央空调系统不到1%,楼控只监不控,楼控和空调不是深度融合而是两张皮,绝大部分中央空调处在胆战心惊但又无可奈何的带病状态运行,这证明,实际上涂先生说中央空调系统90%是不节能的还算是少的。对中央空调系统90%不节能的现状有深刻的认识十分重要,因为问题=目标-现实,它对厘清真目标,认清真现实,界定真问题,从而最终解决真问题到达理想的彼岸,起着举足轻重的作用。


中央空调系统中高效节能的确切含义。我们在中央空调系统中所做的所有事情的最终目标是在中央空调系统始终处在高效节能状态的条件下满足各个末端按需供水或按需供冷或按需供热,以取得最大的节能减排效果和最佳的暖通空调效果。为了达到此目的有必要弄清“高效节能”的确切含义。




现在流行的节能定义:采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施,来提高能源资源的利用效率。”这个节能的定义给节能的概念是:节能就是提高能源利用效率;实现的方法:采用一切措施。但这个节能的定义不符合定义的逻辑格式:“定义=种差 邻近属”,同时“节能”和“提高能源利用效率”概念的本质相同,犯了“同语反复”的逻辑错误,没有给出节能的本质不说,还诱导人们用各种各样优良设备堆积叠加构成优良节能系统的还原论观、线性思维按专业模块堆积叠加系统集成科学范式理念盛行。而还原论观线性思维科学范式理念和中央空调系统非线性本质不匹配,这是造成90%中央空调系统不节能、单位GDP能耗是世界平均的3.8倍、工业化和信息化是两张皮深层次的原因。

如果用和中央空调非线性本质特性相匹配的系统论观、非线性思维以整体优化为目的的系统集成科学范式审视,节能的本质是:节能是以整体优化为目的整合组成要素达到“配置合理,运行协调”境界而具有内在健康结构的有机系统整体,系统便有能力在系统整体层面上涌现出的外在的优良健康属性之一。这种节能系统最主要的表现就是系统具有自适应和最小耗能两个生物基本生存智能。


传统的还原论观、线性思维按专业模块堆积叠加系统集成科学范式构造的中央空调系统,没有内在健康结构、不具有自适应和最小耗能两个生物基本生存智能,有诸内必形诸外,只能涌现不出节能等外在的不健康属性。


信息技术、高效冷机在高效节能中央空调系统中的地位。在高效节能中央空调系统中,无疑云计算、大数据、BIM、人工智能等一类高端信息技术和高效制冷机对高效中央空调系统性能的保证有极其重要的地位,这次会议中有三家重量级企业关于高效节能机房的讲座、有展台上展示的产品都透露出了这样的信息。但从系统观分析,高端信息技术、BAS是中央空调系统的头脑,是上层建筑。高效制冷机是中央空调系统有效能流过的一个能量传递链,它也是高效节能暖通空调系统不可分割的组成部分。高端信息技术、BAS、高效制冷机的运行规则都要服从上帝确定的暖通空调系统中基底的、终极的、唯一的控制因素有效能耗散流动规律的制约。高端信息技术BAS必须赋予暖通空调系统及其组成设备具有“实时跟踪负荷变化且花最小的代价”功能即具有自适应、最小耗能两个生物基础生存智能,才能达到信息技术和中央空调深度融合,成为“配置合理,运行协调,整体优化”具有内在结构健康的有机系统整体,中央空调系统才有能力涌现出简约、节能、智慧等等一系列外在的优良健康属性。否则就像现在一样,信息技术和中央空调是两张皮,90%的在中央空调系统是不节能的。在暖通空调运行过程中,流体输配系统是有效能流动的促成者和冷热的携带者,所以以最小的耗能满足暖通空调系统各个末端实时按需供水或供热或供冷要求这一主要任务就落在了流体输配系统上。在以系统论观、非线性思维全新的科学范式指导下构成的暖通空调系统运行中,是同步变频主泵网络控制系统首先发现暖通空调系统总负荷的变化,控制改变主泵运行频率跟踪系统总负荷变化,并以1500m/s的速度向各个末端发出系统总负荷变化的同步物理信号——声波,使各个末端控制回路也发生同步控制变化,跟踪各自末端负荷变化而达到系统整体运行协调的。这就是暖通空调系统非线性、不可简约性复杂大系统的特质要求系统中所有组成设备各司其职,协同配合同步和谐运行,才能使暖通空调系统成为一个整体优化的有机系统整体,达到极致高效节能效果的原理。

业界高效节能机房的构建的关注点仅仅是暖通空调有机系统整体的一个部分,很少用系统科学原理对上帝确定的暖通空调系统中基底的、终极的、唯一的控制因素有效能耗散流动规律进行深入的探讨和研究,缺少水泵只有在全相似的运行状态才是最节能的概念。这点可从高效机房部分负荷需要减少并联运行水泵台数的做法中,可见一斑。从理论上可以证明,当系统负荷降低,并联水泵运行台数减少时,在运行水泵的运行工况点大幅度向大流量区变动而脱离高效运行区,变得不节能甚至会烧毁水泵的地步。

深刻分析后的反思。经过上面的3点分析可以看出,90%的中央空调系统不节能的事实判断已经预示着传统的还原论观、线性思维按专业模块堆积叠加系统集成科学范式出现了危机。按照科学范式的提出者著名科学哲学家库恩的观点,传统的科学范式出现危机,预示着全新的科学范式即将出现,科学范式的转变即是科学革命,这实质是思维通道的转变、世界观的转变,世界观一改变,世界就彻底改变了。因此暖通空调同仁必须认清90%的中央空调系统不节能事实的严重性,将自己传统的还原论观、线性思维科学范式转变为与暖通空调系统非线性特性本质相匹配的系统论观、非线性思维以整体优化为目的的系统集成全新科学范式。诚然,由于路径依赖的思维惯性和人本性思维懒惰,加上生存压力大,生活节奏太快,转换思维通道、转换世界观的难度是相当大的。但只要认清在传统思维通道里工作不会改变什么的事实外,只会给90%不节能中央空调多增加一个案例,那就要下定决心强力充电转变自己的思维通道,你就会发现由于思维和对象在一个通道里,你对暖通空调系统中基底的、终极的、唯一的控制因素有效能耗散流动规律有深刻理解,以前恼人复杂的系统整体优化工作不再重要,简单地赋予所有组成及系统以自适应、最小耗能两个生物体基本生存智能,将常规可靠的传感器、控制法融入非线性思维理念构建的暖通空调系统蜕变升华具有内在健康结构整体优化境界而能够涌现出一系列外在的健康属性时,你会为你弄清了上帝的想法、掌握了暖通空调的精髓而心情爽快、无比自豪,这时你才能真正理解换道思维的重要性,你也会惊异地发现“朴素定律”:“如果一个事物一个人,让你觉得眼花缭乱,那么大概率是错的、假的、低劣的。最了不起的人和事,都简洁而优雅,朴素到一剑封喉。”说的是何等深刻!

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