論空調(diào)自動化系統(tǒng)的控制及節(jié)能技術(shù)的研究

盧克安

身份證號碼：110107197606040638 廣西省南寧市 530021

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，對生活、工作環(huán)境的空氣溫度、濕度、潔凈度和風速都有一定的要求，空氣調(diào)節(jié)就是為了滿足這些要求出現(xiàn)的，此外，由于空調(diào)設(shè)備長期運行，耗能巨大，對其進行實時的自動監(jiān)控，也是整個系統(tǒng)優(yōu)化管理、節(jié)約人力、降低能量的需要。隨著空調(diào)的使用率正在逐漸增加，用量若是繼續(xù)加大，那么其所消耗的電力也會持續(xù)增加，這將導致很多城市的供電嚴重不足。因此，目前我們需要有一套完整的、有效的空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：樓宇空調(diào)；自動化系統(tǒng)；控制技術(shù)

一、空調(diào)自動化系統(tǒng)的控制的基本內(nèi)容

1、空氣溫度控制

按照人類生理要求和生活習慣，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制就是建立一個滿足要求的溫度環(huán)境?？諝鉁囟鹊目刂剖强照{(diào)系統(tǒng)最主要、最基本的功能。

2、空氣濕度調(diào)節(jié)

不論是舒適的生活與上作環(huán)境，還是特殊的生產(chǎn)和科研環(huán)境，都對環(huán)境中的濕度參數(shù)有一定的要求?？諝膺^于潮濕或過于干燥都會使人感到不舒適，而且隨著氣溫的變化，人們對空氣濕度的要求也不盡相同。在一些特殊產(chǎn)品的生產(chǎn)車間、特別貴重物品、儀器設(shè)備的存放間或使用工作間，對濕度有更為嚴格的要求。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)對濕度的調(diào)節(jié)是建立一個具有特定濕度環(huán)境所必需的。

3、空氣氣流速度調(diào)節(jié)

人生活在以低流速流動的空氣環(huán)境中，比在靜止的空氣環(huán)境中會感到舒適。而處于變流速的空氣環(huán)境中比恒流速更舒服。監(jiān)控氣流時，通常選距地面1.2 m的空氣流速作為監(jiān)測標準?？照{(diào)制冷時，水平風速以0.3 m/s為宜；空調(diào)制熱時，水平風速以0.5 m/s為合適，過高或過低的流速也會給人帶來不適。

4、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)

空氣中含氧濃度的高低，直接影響人們的生活質(zhì)量；空氣中懸浮污物的含量，直接影響人們的身體健康。空氣中含氧濃度下降，使人感到胸悶憋氣，長期在這種環(huán)境下工作，危害人的健康，可通過新風量的調(diào)節(jié)保證空氣中的含氧量?？照{(diào)房間中合適的溫濕度也利于細菌繁殖、懸浮污物的聚合，聚合后的懸浮污物攜帶各種細菌進入空調(diào)通風系統(tǒng)中，最終被人吸入體內(nèi)，對人體帶來危害，可通過加強對這些懸浮顆粒的過濾以保證空調(diào)環(huán)境的清潔度?？諝夂趿亢涂諝馇鍧嵍鹊恼{(diào)節(jié)都屬于空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)。

5、空氣壓力調(diào)節(jié)

在一些特別的空調(diào)空間，如有超潔凈度要求的電子、光學、化學、制藥等特殊的生產(chǎn)工藝環(huán)境，通過控制使超潔凈環(huán)境中的空氣相對于外部環(huán)境的空氣維持一定的正壓，就避免了外部空氣的進入，有利于保證空調(diào)空間的潔凈度；也有一些空調(diào)空間可能有負壓要求，如在有毒、有害氣體的空調(diào)環(huán)境中，為了避免有毒、有害氣體泄漏至內(nèi)部環(huán)境，可使該空調(diào)空間的氣壓相對于其他空間的氣壓保持一定的負壓，以保證有害氣體不向外泄漏造成環(huán)境的污染和損害。

空氣調(diào)節(jié)設(shè)備有新風機組、空氣處理機組、風機盤管、變風量系統(tǒng)（VAV）、送風崩}風系統(tǒng)等類型，下面在各類設(shè)備中，將選擇有代表性的新風機組自動控制設(shè)備作為例子，進行具體的分析與探討。

二、新風機組自動控制的方法

1、新風機組運行參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)控點/位及常用傳感器

新風溫度測量：取自安裝在新風口上的溫度傳感器，采用風管空氣溫度傳感器。新風濕度測量：取自安裝在新風口上的濕度傳感器，采用風管空氣濕度傳感器（在BAS系統(tǒng)中，不是每個新風口都安裝新風溫/濕度傳感器，只需要在有代表性的少數(shù)新風入口或室外適當?shù)臋z測點安裝，測量值可供整個BAS系統(tǒng)共用）。

①過濾網(wǎng)兩側(cè)差壓監(jiān)測：取自安裝過濾網(wǎng)上的壓差開關(guān)輸出，采用壓差開關(guān)監(jiān)測過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差。

②送風溫度測量：取自安裝在送風管上的溫度傳感器，采用風管空氣溫度傳感器。

③送風濕度測量：取自安裝在送風管上的濕度傳感器，采用風管空氣濕度傳感器。

④防凍開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測：取自安裝在送風管靠近表冷器出風側(cè)的防凍開關(guān)輸出，只在冬天氣溫低于0 ℃時使用。

⑤送風機運行狀態(tài)監(jiān)測：送風機配電柜接觸器輔助觸點，也可用監(jiān)測點在風機前后的差壓開關(guān)監(jiān)測。

⑥送風機故障監(jiān)測：送風機配電柜熱機電繼電器輔助觸點。

⑦送風機開關(guān)控制：從DDC（Direct Digital Control直接數(shù)字控制，通常稱為DDC控制器）數(shù)字輸出口（DO）輸出到送風機配電箱接觸器控制回路。

⑧新風口風門開度控制：從DDC控制器數(shù)字輸出口（DO）輸出到新風口風門驅(qū)動器控制輸入點。

⑨冷/熱水閥門開度調(diào)節(jié)：從DDC模擬輸出口（AO）輸出到冷熱水二通調(diào)節(jié)閥閥門驅(qū)動器控制輸入口。

⑩加濕閥門開度調(diào)節(jié)：從DDC模擬輸出口（AO）輸出到加濕二通調(diào)節(jié)閥閥門驅(qū)動器控制輸入口。

?空氣質(zhì)量檢測：取自安裝在空調(diào)區(qū)域的空氣質(zhì)量傳感器，常選用二氧化碳（CO2）傳感器。

?送風風速檢測：取自送風管上的風速傳感器，采用風管式風速傳感器。

2、新風機組連鎖控制

新風機組啟動順序控制：新風風門開啟→送風機啟動→冷熱水調(diào)節(jié)閥開啟→加濕閥開啟。新風機組停機順序控制：關(guān)加濕閥→關(guān)冷熱水閥→送風機停機→新風閥門全關(guān)。

3、新風機組運行與節(jié)能控制

（1）新風機組的溫度調(diào)節(jié)與節(jié)能策略

新風機組的控制通常以出風口溫度或房間溫度為被調(diào)參數(shù)，全年使用的新風機組常以出風口溫度和房間溫度共同作為被調(diào)參數(shù)。DDC控制器按照出風口溫度或房間溫度傳感器測量的溫度值與給定值比較的偏差，用PID規(guī)律調(diào)節(jié)冷/熱水調(diào)節(jié)閥開度以達到控制冷凍（加熱）水量，夏天使房間溫度低于28℃，冬季則高于16℃。

（2）濕度調(diào)節(jié)

新風機組濕度調(diào)節(jié)與空調(diào)系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)過程基本相同，把出風口（房間）濕度傳感器測量的濕度信號送入DDC控制器與給定值比較，產(chǎn)生偏差，由DDC按PI規(guī)律調(diào)節(jié)加濕電動閥開度，以保持空調(diào)房間的相對濕度。

（3）新風風門的調(diào)節(jié)

根據(jù)新風的溫濕度、房間的溫濕度及焓值計算以及空氣質(zhì)量的要求，控制新風門的開度，使系統(tǒng)在最佳的新風風量的狀態(tài)下運行，以便達到節(jié)能的目的。

（4）過濾器堵塞保護

采用壓差開關(guān)測量過濾器兩端差壓，當差壓超限時，壓差開關(guān)報警，表明過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差過大，過濾網(wǎng)積灰積塵、堵塞嚴重，需要清理、清洗。

（5）空氣質(zhì)量控制

為保證空調(diào)房間的空氣質(zhì)量，應(yīng)選用空氣質(zhì)量傳感器，當房間中CO2、CO濃度升高時，傳感器輸出信號到DDC，經(jīng)計算，輸出控制信號，控制新風風門開度以增加新風量。

三、空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)

眾所周知，在我國現(xiàn)有的智能建筑當中，采暖、降溫等系統(tǒng)所耗費的能量在整幢大樓的能源消耗量中占據(jù)了絕大部分，約50%～60%。如，循環(huán)水泵、冷凍機組、新風機組、冷卻塔、空調(diào)機組等等都是耗能的大戶，所以開發(fā)一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法是必須的，特別是需要改善現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)自動化控制。DDC（Directdigital control）即直接數(shù)字化控制，是一項構(gòu)造簡單、操作容易的控制設(shè)備，它可借由接口轉(zhuǎn)接設(shè)備隨負荷變化作系統(tǒng)控制，如空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)箱風量變頻自動調(diào)節(jié)及冷卻塔散熱風扇的變頻操控等，這些措施可以讓空調(diào)系統(tǒng)得到更有效率的運轉(zhuǎn)，不僅可以為物業(yè)管理帶來很大的經(jīng)濟效益，而且還可使整個空調(diào)系統(tǒng)在較佳的工況下運行，從而延長設(shè)備的使用壽命以及達到提供舒適的空調(diào)環(huán)境和節(jié)能的目的。

四、中央空調(diào)變頻調(diào)速控制

重要空調(diào)變頻調(diào)速技術(shù)的核心其實就是循環(huán)水系統(tǒng)的控制。循環(huán)水系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；另一部分是冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。

中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換主要是由冷凍水和冷卻水兩個循環(huán)系統(tǒng)完成的。需要進行熱交換的熱量，主要可以通過循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進（出）水溫度之差觀察出來。所以，為了控制進行熱交換的速度，就需要根據(jù)回水與進（出）水溫度之差，控制循環(huán)水的流動速度來實現(xiàn)，這也是當前較為合理的一種控制方法之一，但是冷凍水和冷卻水略有不同，具體的控制如下：

（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制。因為冷凍水的出水溫度是冷凍機組“冷凍”的結(jié)果，所以其通常是比較穩(wěn)定的。這也就是說，房間內(nèi)的溫度，從單是回水溫度的高低就可以觀察出來。因此，根據(jù)回水溫度進行簡單的控制，就可以很好的控制冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，因為回水溫度高，房間溫度也相應(yīng)增高，所以應(yīng)該提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。

綜上所述，對冷凍水循環(huán)系統(tǒng)而言，回水溫度就是控制的依據(jù)，也就是通過變頻調(diào)速實現(xiàn)回水的恒溫控制。當然為了確保最高樓層的壓力是足夠的，應(yīng)該在回水管上接一個壓力表，這樣，當回水壓力低于規(guī)定值時，電動機的轉(zhuǎn)速將不再下降。一般來說，冷凍水系統(tǒng)變頻調(diào)速方案主要有兩種：

第一種：壓差為主、溫度為輔的控制。以壓差信號為反饋信號，進行恒壓差控制。而壓差的目標值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水的溫度進行適當調(diào)整。當房間溫度較低時，使壓差的目標值也適當下降一些，減小冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這樣，既考慮了環(huán)境溫度的因素，又改善了節(jié)能效果。

第二種：溫（差）度為主、壓差為輔的控制。通過溫度或溫差信號的反饋，進行恒溫控制，根據(jù)壓差大小對目標信號進行適當?shù)恼{(diào)整。如果發(fā)現(xiàn)壓差偏高，表明其負荷比較重，此時就需要按照相關(guān)的要求適當?shù)奶岣吣繕诵盘?，以便增加冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，保證最高樓層有足夠的壓力。

（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制

①控制的基本情況和依據(jù)

一般來說，冷卻水的進水溫度就是冷卻水塔內(nèi)的水溫，主要由環(huán)境溫度和冷卻風機的工作情況來決定。因為冷卻塔的水溫是受環(huán)境溫度影響，隨環(huán)境溫度變化而變化的，因此，單測水溫并無法準確反映冷凍機組內(nèi)產(chǎn)生熱量。也就是說，對冷卻泵而言，把進水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，完成進水和回水間的恒溫差控制，是比較合理的。假如出現(xiàn)溫差較大，那就表示冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，此時需要提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，以便能夠增大冷卻水的循環(huán)速度；假如出現(xiàn)溫差較小的現(xiàn)象，則表明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，此時可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，同時減緩冷卻水的循環(huán)速度，以便能夠更好的節(jié)約能源。通過廣泛的實踐證明，采用進水和回水間的溫差作為控制依據(jù)的控制，冷卻泵的變頻調(diào)速的方案是較為合理的。也就是說，當進水溫度低時，就需要著眼于節(jié)能效果，對溫差的目標進行適當?shù)恼{(diào)控；當進水溫度高時，就需要從保證冷卻效果出發(fā)適當?shù)恼{(diào)低溫差的目標。

（2）控制方案

冷卻循環(huán)系統(tǒng)的控制方法是多種多樣的，各種控制方式有不同的控制途徑和效果。本文主要是介紹一種冷卻泵的控制方案，也就是利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)功能，這種方式可以兼顧節(jié)能效果和冷卻效果的控制方案。

①反饋信號。我們所說的反饋信號，是指由溫差控制器得到的與溫差山成正比的電流或電壓信號。

②目標信號。目標信號是一個與進水溫度“相關(guān)的、并且與目標溫差成正比的值。其基本考慮是：當進水溫度高于32℃時，溫差的目標定為3℃；當進水溫度低于24℃時，溫差的目標值定為5℃；當進水溫度在24℃和32℃之間變化時，溫差的目標將按照這個曲線自動調(diào)速。根據(jù)此控制要求，可以設(shè)計此冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制原理。

五、結(jié)束語

綜上所述，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)就是當室內(nèi)外的空氣參數(shù)（溫度、濕度等）發(fā)生變化時，要求保持空調(diào)空間內(nèi)空氣參數(shù)不變或不超出給定的變化范圍。通常采取對空氣進行加熱或冷卻達到溫度調(diào)節(jié)的目的，通過加濕和除濕達到濕度調(diào)節(jié)的目的，通過過濾和調(diào)節(jié)新風量來達到空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)的目的，為人們的生活、工作、學習提供更優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。

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