戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)

楊 燕， 林 然

（1.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京 210023；2.南京悅?cè)唤ㄖ萍加邢薰?江蘇 南京 210007）

毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)中的毛細(xì)管輻射末端作為第三代輻射末端 （前二代分別是混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋管和金屬輻射板）起源于上世紀(jì)80年代德國(guó)，并迅速普及整個(gè)歐洲市場(chǎng)，由于其具備舒適、節(jié)能、健康的環(huán)境品質(zhì)，將來(lái)能部分甚至完全替代常規(guī)對(duì)流式空調(diào)末端，本世紀(jì)初毛細(xì)管技術(shù)引入中國(guó)。目前部分房地產(chǎn)企業(yè)和政府也積極投資開(kāi)發(fā)該項(xiàng)領(lǐng)域，同時(shí)國(guó)內(nèi)一些高端、遠(yuǎn)瞻業(yè)主在其房屋項(xiàng)目中也開(kāi)始使用該健康、舒適、節(jié)能的環(huán)境系統(tǒng)。

但由于此系統(tǒng)組成較常規(guī)對(duì)流空調(diào)復(fù)雜，特有的施工方法以及與建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的匹配性要求很高，大多數(shù)設(shè)計(jì)商和工程商并未能完全掌握系統(tǒng)自身的安全性、平衡性、自控控制關(guān)系，尤其在戶式毛細(xì)管輻射系統(tǒng)的實(shí)際自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用中僅滿足了現(xiàn)場(chǎng)新風(fēng)輔助帶防結(jié)露功能的溫度控制這一最低要求。對(duì)節(jié)能、維護(hù)便利關(guān)鍵的綜合性自動(dòng)控制重視還顯不足。因此，除在項(xiàng)目實(shí)施中避免其技術(shù)缺陷和錯(cuò)誤施工外，針對(duì)戶式系統(tǒng)得綜合性實(shí)施自動(dòng)控制技術(shù)，將能全面發(fā)揮此輻射系統(tǒng)高舒適度、低能耗的技術(shù)特征，也為小業(yè)主在使用中及后期的維護(hù)方面帶來(lái)了一定的便利性，對(duì)輻射系統(tǒng)市場(chǎng)的推廣起到了積極的示范效應(yīng)。

1 工作原理

毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了溫、濕度的分別控制，就是向室內(nèi)送入經(jīng)過(guò)處理的新風(fēng)，承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，根據(jù)氣候差異，一般夏季對(duì)新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕處理，冬季對(duì)新風(fēng)進(jìn)行加熱加濕處理（視地區(qū)差異，例如南方新風(fēng)大多數(shù)都需要降溫除濕）。通過(guò)風(fēng)輸送系統(tǒng)，新風(fēng)不僅承擔(dān)控制室內(nèi)二氧化碳濃度和排除VOC等衛(wèi)生方面的要求，還要起到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度甚至輔助承擔(dān)室內(nèi)溫度的作用；采用另外獨(dú)立的水輸送系統(tǒng)，夏季產(chǎn)生17～19℃冷水、冬季產(chǎn)生32～35℃的熱水送入室內(nèi)毛細(xì)管輻射末端，承擔(dān)室內(nèi)溫度。

溫、濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，可以有效避免常規(guī)系統(tǒng)中由于對(duì)流末端對(duì)溫、濕度進(jìn)行聯(lián)合處理所帶來(lái)的能源浪費(fèi)（備注3）、不舒適性和空氣品質(zhì)的降低（備注4）；由新風(fēng)來(lái)調(diào)節(jié)濕度，毛細(xì)管輻射末端調(diào)節(jié)溫度，可滿足房間熱濕比不斷變化的要求，避免了室內(nèi)濕度過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象。

2 系統(tǒng)組成

一般空調(diào)系統(tǒng)針對(duì)使用范圍分為戶式和小區(qū)集中式，小區(qū)集中式僅是將部分室內(nèi)溫度控制交由小區(qū)業(yè)主控制，自身小區(qū)物業(yè)管理承擔(dān)輸送系統(tǒng)和機(jī)房的控制。不同于小區(qū)集中式毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)，戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是獨(dú)立式冷熱源、設(shè)備機(jī)房、輸送系統(tǒng)、室內(nèi)水和風(fēng)末端，因而綜合性的自動(dòng)控制系統(tǒng)將涵蓋于整個(gè)系統(tǒng)子部分，其意義重大。系統(tǒng)組成如下：

圖1 戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成Fig.1 Constitution of automatic control system of capillary radiation air conditioning

可見(jiàn)，綜合性的毛細(xì)管自動(dòng)控制系統(tǒng)已不僅僅局限于室內(nèi)末端控制，還包括對(duì)機(jī)房設(shè)備的開(kāi)閉優(yōu)先級(jí)、運(yùn)行模式；輸送系統(tǒng)的能量分配、節(jié)能控制等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)房、輸送系統(tǒng)、末端、現(xiàn)場(chǎng)HMI、遠(yuǎn)程管理，也可根據(jù)業(yè)主不同需求定制。

3.1 機(jī)房

機(jī)房設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足如下要求：

1）系統(tǒng)設(shè)備正常啟動(dòng)順序和關(guān)閉。

2）對(duì)新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)速控制、送風(fēng)口溫濕度、CO2濃度控制、風(fēng)閥控制、加除濕、空氣品質(zhì)和其他內(nèi)帶邏輯控制。

3）對(duì)熱泵主機(jī)的冷、熱模式遠(yuǎn)程切換、冷、熱模式回水溫度設(shè)定等其他內(nèi)帶邏輯控制。

4）對(duì)水箱內(nèi)溫度控制。

5）設(shè)備故障報(bào)警信息采集和相應(yīng)系統(tǒng)保護(hù)。

3.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足如下要求：

1）當(dāng)前泵和備用泵的智能切換和值班。

2）飽和狀態(tài)下的水泵節(jié)能控制。

3）熱水循環(huán)和增壓?jiǎn)⑼！?/p>

4）板換側(cè)和新風(fēng)側(cè)能量配比控制。

5）板換側(cè)、冷凍側(cè)、冷卻側(cè)的壓力平衡控制。

3.3 末端控制

末端控制設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足如下要求：

1）現(xiàn)場(chǎng)濕度采集與防結(jié)露控制。

2）現(xiàn)場(chǎng)溫度采集與毛細(xì)管頂、地分級(jí)控制。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)HMI及遠(yuǎn)程管理

現(xiàn)場(chǎng)HMI及遠(yuǎn)程管理設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足如下要求：

1）機(jī)房、輸送系統(tǒng)、末端控制部分?jǐn)?shù)據(jù)采集與控制，控制后的結(jié)果能實(shí)時(shí)更新現(xiàn)場(chǎng)控制界面數(shù)據(jù)和及時(shí)校對(duì)。末端溫控器的通訊線連接方式是使用RVVP2＊1的屏蔽線并聯(lián)后再通到中心機(jī)房的采集器。末端溫控器使用MODBUS通訊協(xié)議，經(jīng)XY－CN總線連接到自控中心采集器。

2）即使遠(yuǎn)程中控出現(xiàn)操作故障，不影響現(xiàn)場(chǎng)自控中心系統(tǒng)運(yùn)行；即使現(xiàn)場(chǎng)自控中心系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不影響室內(nèi)溫度及溫濕度邏輯控制。采集器有2個(gè)RS232通訊接口，對(duì)應(yīng)的寄存器表，可以分別聯(lián)到不同的計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，支持MODBUS RTU協(xié)議或MODBUS TCP/IP協(xié)議。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)部分可以另行買(mǎi)一個(gè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，把RS232接口轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)接口，提供給第三方的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程CRM管理系統(tǒng)使用。

4 案 例

以一套600平米別墅采用毛細(xì)管輻射自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)采用的冷熱源為地下土壤源，機(jī)房設(shè)置熱泵主機(jī)、新風(fēng)主機(jī)和水力模塊，末端采用頂、墻、地毛細(xì)管輻射系統(tǒng)，熱水通過(guò)獨(dú)立燃?xì)庵迫?。輻射系統(tǒng)及控制點(diǎn)位圖如圖2所示。

控制要求有3個(gè)方面。

1）機(jī)房、輸送部分

地源熱泵主機(jī)采用硬接點(diǎn)控制，主機(jī)給PLC提供手自動(dòng)、故障、運(yùn)行信號(hào)，PLC控制主機(jī)啟停，季節(jié)切換。

吊頂式除濕機(jī)、新風(fēng)機(jī)按照自帶邏輯控制程序控制，PLC只對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和啟?？刂?，季節(jié)切換。

板換一次側(cè)調(diào)節(jié)閥根據(jù)二次出水（毛細(xì)管供水）溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)開(kāi)度大小，實(shí)現(xiàn)冬季工況（供水37℃，回水32℃）；夏季工況（供水17℃，回水22℃）。

板換一次側(cè)循環(huán)水泵與主機(jī)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行啟?？刂?，主機(jī)開(kāi)啟前必須開(kāi)啟，并檢測(cè)地源側(cè)泵運(yùn)行中才能運(yùn)行，主機(jī)關(guān)閉時(shí)延時(shí)20分鐘關(guān)閉。

板換二次側(cè)循環(huán)水泵根據(jù)二次側(cè)供回水溫差值進(jìn)行啟?？刂疲?dāng)回水溫度-供水溫度≥5℃啟動(dòng)，當(dāng)回水溫度-供水溫度≤3℃停機(jī)（夏季工況），當(dāng)供水溫度-回水溫度≥5℃啟動(dòng)，當(dāng)供水溫度-回水溫度≤3℃停機(jī)（冬季工況）。

板換二次側(cè)壓差旁通由現(xiàn)場(chǎng)壓差控制器控制，系統(tǒng)根據(jù)板換二次側(cè)的供回水壓差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)供回水壓差大于設(shè)定值，閥門(mén)調(diào)節(jié)至開(kāi)大；當(dāng)供回水壓差小于設(shè)定值，閥門(mén)調(diào)節(jié)至關(guān)閉。

主機(jī)地源側(cè)循環(huán)水泵與主機(jī)聯(lián)動(dòng)啟?？刂疲鳈C(jī)啟動(dòng)前地源循環(huán)泵必須啟動(dòng)，主機(jī)停機(jī)后延時(shí)25分鐘關(guān)閉。

2）控制點(diǎn)位表

3）末端部分

以夏季模式為主（冬季反之）：

當(dāng)溫控器設(shè)定溫度高于室內(nèi)實(shí)際溫度，頂面毛細(xì)管、地面毛細(xì)管的電動(dòng)閥全部停止。

圖2 輻射系統(tǒng)及控制點(diǎn)位圖Fig.2 Radiation system and control point bitmap

圖3 遠(yuǎn)程管理機(jī)房、輸送控制部分Fig.3 Part of remote computer room managing and transport controlling

設(shè)備名稱(chēng) PLC DI DO AI AO 通訊熱泵主機(jī) 3 1新風(fēng)主機(jī)1冷卻水泵 3 1冷凍水泵 3 1板換水泵 3 1冷凍側(cè)溫探 1板換側(cè)溫探 2冷卻側(cè)三通 1合計(jì) 12 4 3 1 1

頂面毛細(xì)管電動(dòng)閥運(yùn)行，由濕度探測(cè)器開(kāi)關(guān)，當(dāng)濕度探測(cè)器探測(cè)濕度給出關(guān)閉信號(hào)，關(guān)閉頂面毛細(xì)管電動(dòng)閥，濕度探測(cè)器給出開(kāi)啟信號(hào)，開(kāi)啟頂面毛細(xì)管電動(dòng)閥。

當(dāng)溫控器設(shè)定溫度低于室內(nèi)實(shí)際溫度差值2℃＞T＞0℃之間時(shí)（室內(nèi)實(shí)際溫度大于溫控器設(shè)定溫度），頂面毛細(xì)管電動(dòng)閥啟動(dòng)，地面毛細(xì)管電動(dòng)閥關(guān)閉。

當(dāng)溫控器設(shè)定溫度低于室內(nèi)實(shí)際溫度差值T＞2℃之間時(shí)（室內(nèi)實(shí)際溫度大于溫控器設(shè)定溫度），頂面、地面毛細(xì)管電動(dòng)閥啟動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖4 遠(yuǎn)程管理末端控制Fig.4 Terminal control of remote management

戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)是在小區(qū)集中式自控系統(tǒng)上衍生出來(lái)的新興系統(tǒng)。為便于業(yè)主日常使用與維護(hù)便利，自控模塊可拆解，也可根據(jù)業(yè)主具體需求定制個(gè)性化產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)輸送系統(tǒng)的節(jié)能控制，減少日常水泵運(yùn)行負(fù)載和控制用電輸出；也可使用離家值班模式，回家后迅速保證室內(nèi)舒適效果，維持系統(tǒng)較低的電費(fèi)支出。通過(guò)戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的配套，將大大減少業(yè)主日常誤操作和維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

戶式毛細(xì)管輻射空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)有效地促進(jìn)了毛細(xì)管輻射領(lǐng)域的快速發(fā)展，大大提高了居民的生活品質(zhì)。

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