引言
随着我国社会经济的发展，城镇化建设进入快速发展期，大批新的高层建筑不断涌现，带动了建筑业的蓬勃发展。然而，我国每年建筑能耗约占全国能源消费总量的1/3，是能源消耗最多的国家之一。高层建筑机电暖通系统风机在其中扮演着重要角色，风机设备是整个暖通系统中能耗最高的设备之一。风机设备作为建筑机电设备系统中必不可少的组成部分，其运行效率直接影响着整个建筑机电系统运行效率，因此开展高层建筑机电暖通系统风机节能控制技术研究具有重要意义。
一、风机在暖通系统中的作用及能耗分析
高层建筑机电暖通系统风机在暖通系统中的作用主要包括：①调节送风量，通过对送风温度的调节，使送风温度保持在设定值范围内；②调节风量，通过对风量的调节，使送风量保持在设定值范围内；③冷却，通过对冷却流量的调节，使冷却系统达到设计要求的流量；④除湿，通过对湿度的调节，使房间湿度保持在设计要求范围内。目前暖通系统风机的能耗主要集中在通风和空调两方面。通风系统主要包括空气处理机组、新风机组、通风管道、排风系统和变风量系统等；空调系统主要包括冷却塔、水泵、空调机组、新风机组等。风机设备能耗约占暖通系统总能耗的40%左右[1]。
二、现有风机控制技术及存在问题
随着人们生活水平的提高，人们对建筑舒适性的要求也越来越高，对空调通风系统的要求也越来越高。传统的风机控制系统在实际运行中存在着诸多问题，例如：无法根据现场环境和负荷变化而自动调整风机的运行状态，也不能准确反映系统负荷和环境参数。
三、风机节能控制技术理论基础
3.1风机能耗原理及影响因素
风机能耗的主要原因是风机转速与所需风量之间的关系。风机转速与风机容量成正比，与所需风量成反比。因此，减少风量可以减少电机的出力。一般情况下，随着转速的增加，电机输出功率也将增大。但风机效率会随转速的增加而降低，因为当风机转速接近额定转速时，风量会减小；当风机转速接近额定转速时，效率会降低。风机节能控制技术的理论依据是：在满足流量和压力要求的前提下，根据风机特性曲线选取最佳的工况点以最小的能耗达到最大的经济效益。影响风机性能曲线的因素主要有：电机轴功率、风量、风压、环境温度、冷却塔进水温度等[2]。
3.2风机常用节能控制技术分类
变频控制技术是一种常用的节能控制技术，它通过改变风机转速来调整风量，使风量跟随系统的压力变化而变化，从而满足系统流量、压力、风压等要求。变频控制技术有以下优点：①节能效果显著：根据风机特性曲线选择最佳工况点后，系统风量减小，风机转速减小，从而降低了运行能耗；②对风机运行工况进行优化，避免了对风机转速的频繁调整，从而降低了运行能耗；③可靠性高，避免了频繁启停对风机设备的冲击；④维护简单。但变频控制技术也存在一定的局限性：①投资大、维护成本高：②能耗高：③效率低、可靠性差：④不利于实现集中管理：⑤存在安全隐患。
3.3节能控制技术评价指标
以一栋高层建筑为例，选取其中一台风机作为研究对象，将其设定为恒风量运行状态。当控制系统根据设定值进行风机启停时，以采集到的现场数据作为衡量依据，即能耗与运行效率。由上述分析可知，风机开启状态下，控制系统会根据采集到的数据进行判断，当控制系统发现A点为风机运行的最佳工况点时，即开始进行风机启停操作。对于B、C两点而言，分别采用恒风量运行和恒功率运行两种方式进行风机启停操作。同时结合上一节提到的节能控制技术类型和评价指标可知，恒风量运行节能效果更好[3]。
四、风机节能控制关键技术与实现方法
4.1变频控制技术
变频控制技术是实现风机节能的一种重要手段，是以变频技术为基础的现代控制技术。它不仅可以实现对电机的变频调速，还可以在不改变电机的结构和尺寸的前提下，将电机功率控制在较小的范围内，达到降低电机能耗、减少振动与噪声、提高调速性能等目的。通过变频控制技术可以实现风机转速与负荷变化的自动匹配，在不改变风机特性曲线和电机结构尺寸的情况下，改变电动机转速，从而实现风机调速运行。这样不仅可以降低系统能耗，还可以降低振动与噪声，提高了系统运行效率和可靠性。此外，变频控制技术还具有节约能源、保护环境、提高设备效率等优点。
4.2智能控制与优化算法（如模糊控制、PID控制等）
①模糊控制的基本原理是，根据专家经验及样本数据，建立一个隶属度函数，并据此对被控对象的状态进行描述，从而确定最佳的控制规则。它具有结构简单、实用性强等特点。② PID控制： PID是一种经典的控制算法，它是根据系统的误差及误差变化率对比例、积分和微分三个参数进行自动调整。其优点是能够自动调整系统参数，克服系统中存在的非线性、时变特性，从而实现快速、精确控制。③遗传算法是一种基于模拟退火的全局搜索方法，具有较强的全局搜索能力，既可以搜索到全局最优解，也可以得到局部最优解。
4.3负荷跟踪与需求响应控制
根据负荷特性的不同，采用智能控制技术，对负荷进行跟踪与控制，从而提高系统运行效率。一种方法是通过变频调速装置，根据室内温度传感器反馈的温度与设定值之间的偏差进行变频调速器的控制，以实现对负荷的跟踪；另一种方法是通过对房间进行温度监测，根据室内温度与设定值之间的偏差进行房间温度控制器的控制，以实现对房间温度的跟踪。在空调系统中，对室内温度的控制是通过房间温度控制器来实现的。在实际工程应用中，我们可以根据实际情况设定各个房间的房间温度值与设定值之间的偏差，然后通过智能控制技术对这些偏差进行修正。
4.4智能感知与数据分析技术
智能感知与数据分析技术主要是指在对高层建筑暖通系统进行智能化的控制过程中，必须要对建筑物中的各类设备进行良好的监测与感知，并对数据进行处理与分析。其中，最主要的一个环节就是要建立高层建筑暖通系统设备的智能感知系统，而建立这个系统主要是通过传感器来实现的，在对高层建筑暖通系统中的各个设备进行监测和感知时，一定要尽可能地通过传感器来获取数据。其中，所采用的主要传感器包括温度传感器、压力传感器等，通过这些智能感知设备可以获取到建筑物中各种设备的运行数据和能耗数据[4]。
五、高层建筑风机节能控制系统设计与集成
5.1系统架构与控制策略设计
本文研究的高层建筑机电暖通系统主要包括通风和空调两个子系统。通风系统包括：空气处理机组、新风机组、排风机组等；空调系统包括：冷却塔、空调机组、新风机组等。本文基于上述两个子系统，设计了一个具有较高可靠性的高层建筑机电暖通系统风机节能控制系统架构，并对其控制策略进行了分析设计。该控制策略主要包括两部分：一是基于环境参数的风机节能控制策略，该控制策略包括基于环境参数的风机启停控制策略和风机变频调速控制策略。二是基于需求响应的风机节能控制策略，该控制策略主要包括需求响应的负荷跟踪和需求响应的设备切换。
5.2控制系统软硬件集成
该系统利用无线传感器网络实时监测建筑环境参数，并利用物联网技术将监测数据实时传输到云端服务器，实现了对建筑环境参数的实时监测和远程控制，如图5所示。该系统利用基于数据融合的分布式控制方法，通过采集的数据计算建筑环境参数，然后将其与预设的风机运行工况进行对比，在满足室内环境需求的同时，根据室内温度、湿度和 PM2.5等指标预测建筑环境参数的变化趋势。此外，利用基于机器学习和深度学习技术的风机运行状态预测模型对建筑环境参数进行预测。当建筑环境参数达到预设阈值时，风机自动启动或停止运行。
5.3运行管理与维护机制
（1）在建筑内安装自动监测设施，如温度、湿度、压力等传感器，根据环境数据和设备运行数据，实现对高层建筑机电暖通系统的运行管理与维护。（2）通过制定风机的日常维护保养制度，加强对通风空调系统风机等设备的运行维护管理。定期进行风机润滑保养，并对风机进行维护检测，保证设备正常运行。（3）对于某些重要设备，在系统设计时需要考虑其运行环境的特殊性和工作条件的复杂性，如冷却塔、风机等。因此需要制定设备的使用管理制度和维护保养制度，并在使用前进行技术培训，提高设备使用人员的技能水平和安全意识，避免由于设备使用不当造成事故[5]。
5.4信息化平台与远程监控技术应用
应用信息化平台与远程监控技术，对高层建筑机电暖通系统的运行状况进行实时监控，实现对高层建筑机电暖通系统的远程控制。该平台采用B/S （浏览器/服务器）模式，以 Web Services技术为基础，使用统一的界面和数据交换方式，以统一的界面显示监控功能和信息功能。该平台集成了监控管理、设备管理、历史数据查询、系统维护等功能。同时，该平台可以与高层建筑机电暖通系统的运行管理系统进行信息共享，通过使用相关软件接口，可以实现高层建筑机电暖通系统与其他建筑子系统之间的信息共享。该平台可实现高层建筑机电暖通系统的远程控制和状态监测。
六、高层建筑风机节能控制技术发展趋势与挑战
6.1技术创新方向
风机系统节能控制技术的发展趋势：一是以智能控制算法为核心的智能化系统。传统的风机控制系统仅仅能够根据当前工作状态，进行简单的自动调节，没有达到节能的目的。随着人工智能技术、物联网技术的发展，在风机智能控制系统中引入智能控制算法，将能大大提高系统的智能化水平。二是基于大数据平台进行管理。随着用户数量的不断增多，通过对用户用电数据、能耗数据、温度数据等进行分析，得出最优工作状态。通过建立起科学、完善的数据模型，对风机系统进行智能化管理，可提高设备使用率、降低能耗，同时也能对用户进行节能管理。
6.2标准化与规范体系建设
由于目前尚无针对高层建筑风机控制系统的专项标准，缺乏对风机控制系统的有效评价方法。因此，未来应以规范、标准为基础，研究建立一套完善的高层建筑风机控制系统评价体系。可在国家及地方标准、规范的基础上，进一步研究和完善高层建筑机电设备监控与运行管理规范、高层建筑暖通空调系统技术导则等相关标准。建立一套基于数据驱动的高层建筑风机控制系统性能评价体系，以提升建筑能耗水平为目标，以提高高层建筑的能源利用效率为目标，形成一个具有可操作性、实用性、先进性的评价指标体系。完善相关标准与规范，构建高层建筑风机控制系统的评价标准。
6.3管理与运维新模式
高层建筑风机节能控制系统的管理与运维是一项复杂的系统工程，涉及多个部门、多个环节，需要不断探索管理与运维新模式。以上海陆家嘴金融城为例，通过开展系统设计、设备选型、调试运行等全过程管理工作，实现了楼宇内暖通空调系统设备的集中监控与维护管理。在此基础上，引入第三方专业服务机构，形成了以合同能源管理模式为主的暖通空调节能控制服务模式。该模式充分发挥了企业在资金、人才等方面的优势，提高了服务质量和效率；同时也借助专业机构在专业领域的优势，为业主提供“一站式”服务，降低业主维护成本。
结语
高层建筑风机节能控制技术研究可以有效地提升建筑机电设备的运行效率，在一定程度上降低能耗。但目前该技术仍处于发展阶段，在系统架构、控制策略、运行管理与维护等方面仍存在一些问题，需要进一步加强研究，提高高层建筑风机节能控制技术的智能化水平和可靠性。在未来的发展过程中，我们需要将高层建筑机电暖通系统与先进的智能技术进行整合，搭建信息化平台与远程监控系统，为用户提供更加智能化、便捷化的服务，推动高层建筑机电暖通系统朝着更高效率、更高品质的方向发展，为建筑节能减排工作做出更大贡献。
参考文献
[1]吴天敬.关于超高层建筑暖通设计的重点与难点探讨[J].发电与空调,2017,38(03):80-83.
[2]张柏虎.关于建筑施工中机电工程技术的应用模式研究[J].仪器仪表用户,2025,32(07):85-86+89.
[3]曾鲁淇,莫禹.老建筑城市暖通系统更新改造施工技术[J].安装,2025,(06):24-28.
[4]汤元睿.浅谈商业综合体业态调整的暖通系统优化[J].科学技术创新,2023,(09):158-163.
[5]张健,杜莉.浅析BIM技术在洁净空间暖通系统设计中的应用[J].建筑机械化,2022,43(08):89-92.
