暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀綜述

陳延祥

（德州亞太集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000）

暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀綜述

陳延祥

（德州亞太集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000）

隨著住戶(hù)對(duì)居住環(huán)境日益嚴(yán)苛的要求，暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)變得日益重要，我國(guó)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)范化管理。文章回顧了我國(guó)的暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并著重講解了目前正在使用的自動(dòng)控制技術(shù)，最后提出了對(duì)于暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的展望，以供參考。

暖通空調(diào)；自動(dòng)控制；現(xiàn)狀

暖通空調(diào)系統(tǒng)，即HVAC（Heating，Ventilating and Air Conditioning），是現(xiàn)代建筑中不可缺少的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前，廣泛認(rèn)為暖通空調(diào)系統(tǒng)的主要功能有三個(gè)：室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)、室內(nèi)溫度控制以及通風(fēng)。在現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)中，常常將上述的暖通空調(diào)功能進(jìn)行統(tǒng)籌、整合設(shè)計(jì)，這就對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行提出了更高的要求。上文所述的“自動(dòng)控制”，采用國(guó)標(biāo)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)屬于標(biāo)準(zhǔn)GB50155-92》中的定義，是指“在無(wú)人直接參與下，采用控制裝置是被控設(shè)備、系統(tǒng)、生產(chǎn)過(guò)程或環(huán)境按照預(yù)定的方式運(yùn)行或使被控參數(shù)保持規(guī)定值的操作”。對(duì)這一定義進(jìn)行分析我們可知，暖通空調(diào)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)具有以下幾個(gè)方面的內(nèi)涵：①作為一個(gè)系統(tǒng)而言，暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)或裝置，應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的邏輯關(guān)系，在這樣的關(guān)系之下，其可以被稱(chēng)之為“系統(tǒng)”；②這一系統(tǒng)所作用或針對(duì)的對(duì)象，應(yīng)當(dāng)是目標(biāo)建筑物的環(huán)境、工業(yè)控制過(guò)程、暖通系統(tǒng)以及空調(diào)等裝備，即暖通空調(diào)系統(tǒng)所涉及到的一切環(huán)境以及裝置；③這一系統(tǒng)所追求的最終目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)是使被控制的暖通裝置按照預(yù)想的方式進(jìn)行運(yùn)行，并且保持目標(biāo)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)符合預(yù)期并且保持穩(wěn)定；④自動(dòng)控制，應(yīng)當(dāng)具有雙重含義：A.保證暖通系統(tǒng)的工作狀態(tài)隨環(huán)境參數(shù)而實(shí)時(shí)改變；B.這一改變過(guò)程不需要人的參與。

1　我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展

在我國(guó)，暖通空調(diào)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展大致可分為四個(gè)階段。

（1）設(shè)備集中化管理控制階段。這是暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的雛形階段。集中化管理控制，是指使用傳統(tǒng)的電力設(shè)備，如繼電器、開(kāi)關(guān)等，將建筑各項(xiàng)暖通裝置的控制開(kāi)關(guān)延伸到一個(gè)集中的地方，一般而言是控制間中，然后通過(guò)聲、光等信號(hào)對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行指示。管理人員根據(jù)建筑環(huán)境的變化，而對(duì)空調(diào)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)暖通系統(tǒng)的集中控制。嚴(yán)格地說(shuō)，設(shè)備集中化管理控制系統(tǒng)不能被稱(chēng)為自動(dòng)控制系統(tǒng)，但這一系統(tǒng)卻為暖通自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了思路與雛形。

（2）模擬儀表控制系統(tǒng)。模擬儀表控制系統(tǒng)誕生于20世紀(jì)80年代之前，其通過(guò)各項(xiàng)各種裝置對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果返回系統(tǒng)，并根據(jù)這一檢測(cè)數(shù)值對(duì)暖通裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這一系統(tǒng)為以后的暖通自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)奠定了基本的思路，對(duì)暖通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。上述的系統(tǒng)是一個(gè)最基本的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在室內(nèi)暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，這一反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往通過(guò)弱電系統(tǒng)進(jìn)行控制。這一系統(tǒng)的核心是控制器，其控制著整個(gè)系統(tǒng)中各項(xiàng)暖通設(shè)備的開(kāi)關(guān)啟停與運(yùn)行狀態(tài)。在此系統(tǒng)中，最常見(jiàn)的控制器有PID控制器（比例積分微分控制器）、P控制器（比例控制器）、PI控制器（比例積分控制器），較為簡(jiǎn)單地有雙位控制器（即簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制器）等。模擬儀表控制系統(tǒng)是一種較為陳舊的控制系統(tǒng)，但由于其設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單、可靠性高且應(yīng)用較為廣泛，再加上各項(xiàng)控制裝置技術(shù)的革新，因此，即使在今天，也可以見(jiàn)到一些模擬儀表控制系統(tǒng)的應(yīng)用案例。

（3）集散式監(jiān)控系統(tǒng)。在20世紀(jì)80年代初，集散式控制系統(tǒng)被引入我國(guó)的暖通設(shè)計(jì)中。集散式控制系統(tǒng)，是指在模擬儀表控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用更加先進(jìn)的數(shù)字化信息傳輸技術(shù)，代替了傳統(tǒng)模擬儀表控制系統(tǒng)的參數(shù)傳遞方式，使集中控制系統(tǒng)的性能得到了較大幅度地提升。數(shù)字化信息傳輸，是指將傳感器所輸出的信號(hào)通過(guò)數(shù)字化傳輸?shù)男问捷斎爰锌刂朴?jì)算機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中控制。集散式監(jiān)控系統(tǒng)，使得顯示界面更加人性化和高效化，使操作者可以一目了然地知道目前系統(tǒng)運(yùn)行狀況，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，使得暖通自動(dòng)化控制系統(tǒng)在大型建筑中的應(yīng)用成為可能。

（4）直接數(shù)字控制系統(tǒng)。直接數(shù)字控制系統(tǒng)，其核心是直接數(shù)字控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)DDC控制器。直接數(shù)字控制器的使用，使得暖通自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能得到了大幅提升。直接數(shù)字控制系統(tǒng)仍是目前世界主流的暖通控制系統(tǒng)，并且在我國(guó)應(yīng)用廣泛。DDC控制器，其核心是微處理器。DDC控制器通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行捕捉，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器可識(shí)別的形式并且輸入到微處理器中，在微處理器中進(jìn)行加工與處理，得到的結(jié)果再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后通過(guò)輸出端輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通系統(tǒng)的控制。DDC控制器的控制原理示意圖如圖1所示［1］。

圖1　DDC控制器原理示意圖

基于DDC控制器，可實(shí)現(xiàn)DDC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。目前應(yīng)用較為普遍的DDC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有BUS總線以及環(huán)流結(jié)構(gòu)兩種方式。這兩種架構(gòu)方式都有著自己的特點(diǎn)，其中，BUS總線結(jié)構(gòu)的應(yīng)用原理比較簡(jiǎn)明，其通過(guò)一條主線連接多個(gè)BUS控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中監(jiān)控與管理。在BUS總線中還可以產(chǎn)生分支，以連接支線BUS總線結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。這種連接方法對(duì)于DDC控制器使用不多的系統(tǒng)，可以說(shuō)非常簡(jiǎn)單便捷且便于施工人員的理解，但如果DDC控制器使用數(shù)量較多，則對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求較高，需要在一定的技術(shù)條件下進(jìn)行使用。

環(huán)流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充，其通過(guò)環(huán)網(wǎng)接口可以很方便的將新增加的DDC控制器加入新的環(huán)網(wǎng)中并且實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的連接。目前BUS總線連接方式較為普遍。

圖2　BUS總線連接方式示意圖

2　暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

以上介紹了暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，以下介紹空調(diào)暖通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，信息化社會(huì)成為了當(dāng)今社會(huì)的技術(shù)主流，空調(diào)暖通系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)跟隨主流發(fā)展?？照{(diào)暖通自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其發(fā)展趨勢(shì)主要由以下三個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化［2］。隨著當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在日常生活中起到了日益重要的作用?？照{(diào)暖通系統(tǒng)，作為現(xiàn)代建筑室內(nèi)環(huán)境中非常重要的組成部分，其在人類(lèi)生活中的作用不可替代。暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式、人機(jī)交互方式等都會(huì)向網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化方向發(fā)展。

（2）更加優(yōu)化的人機(jī)交互界面。作為身為人類(lèi)服務(wù)的暖通系統(tǒng)而言，人機(jī)交互界面是其重要的組成部分。對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的現(xiàn)代社會(huì)，更加優(yōu)化的人機(jī)交互界面無(wú)疑意味著更多消費(fèi)者的認(rèn)可。

（3）更加精確合理的參數(shù)范圍。如今的時(shí)代是大數(shù)據(jù)的時(shí)代，基于對(duì)大量數(shù)據(jù)的收集以及計(jì)算，可以更加精確地了解住戶(hù)對(duì)各項(xiàng)空氣環(huán)境參數(shù)的需求，并通過(guò)功能強(qiáng)大的自動(dòng)控制系統(tǒng)，更加精確地對(duì)各項(xiàng)暖通裝置做出控制，符合人們對(duì)暖通系統(tǒng)的需求。

3　結(jié)束語(yǔ)

文章回顧了我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，對(duì)幾種重要的自動(dòng)控制形式做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。同時(shí)，重點(diǎn)針對(duì)目前仍在使用的直接數(shù)字控制系統(tǒng)做了詳細(xì)介紹。最后，提出了暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)今后的工程應(yīng)用有著參考意義。

［1］潘云鋼.我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.暖通空調(diào)，2012，42（11）：1-8.

［2］唐興亮，唐中華.空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行自動(dòng)控制的應(yīng)用研究［J］.制冷與空調(diào)（四川），2015，（6）：724-728.

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1671-3818（2016）09-00101-02