自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展與應(yīng)用

何永春 張躍夫

摘要：隨著國(guó)家在節(jié)能減排、節(jié)能降耗的號(hào)召，人們嘗試在利用能源方面提高資源利用率，其中建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)是節(jié)能關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域，它的能耗占整棟建筑耗能的50%。中央空調(diào)電能消耗比例大約在60%，鑒于此能源利用情況，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)在空調(diào)暖通系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化控制，對(duì)于節(jié)能具有很大的促進(jìn)作用，這也是暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制取得較大發(fā)展的原因。本文介紹分析了自動(dòng)控制技術(shù)在暖通空調(diào)工程中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；暖通空調(diào)系統(tǒng)；應(yīng)用

一、我國(guó)暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

近幾年，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員開(kāi)始研究自動(dòng)控制方面的原理及相關(guān)理論，并將其逐漸應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中。隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入人心，我國(guó)大部分空調(diào)設(shè)計(jì)的主要基準(zhǔn)便是具有節(jié)能、環(huán)保方面的特性。但由于技術(shù)條件的限制，以及相關(guān)理論體系的不健全，導(dǎo)致我國(guó)空調(diào)的節(jié)能限度仍低于30%。而通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就能夠有效控制水泵的轉(zhuǎn)速的快慢，從而達(dá)到節(jié)省能源、降低浪費(fèi)的目的。

二、自動(dòng)控制理論在暖通空調(diào)的發(fā)展

自動(dòng)化控制理論的發(fā)展進(jìn)程可分為3個(gè)階段：

1、20世紀(jì)80年代，中央空調(diào)設(shè)備幾乎都是簡(jiǎn)單的ON/OFF控制模式，換句話說(shuō)就是用壓力繼電器或熱繼電器等元件監(jiān)測(cè)并控制室溫。

2、 工業(yè)過(guò)程控制中最普遍使用的PID控制器與其改進(jìn)型控制器，其中使用純PID調(diào)節(jié)器達(dá)到了84%，把改進(jìn)型也包括的話則超過(guò)90%。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)的PID控制器取得了良好的控制效果。

3、 目前新發(fā)展的智能控制理論開(kāi)始應(yīng)用于暖通空調(diào)領(lǐng)域。包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法。

三、自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的主要特征

目前，國(guó)內(nèi)空調(diào)自動(dòng)化控制已經(jīng)有了一定成果，但是還需要深入在科研領(lǐng)域進(jìn)行探索。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，自動(dòng)化控制的應(yīng)用涉及如下三個(gè)階段：

1、20世紀(jì)80年代左右，所采用的中央空調(diào)控制系統(tǒng)僅有簡(jiǎn)單的一個(gè)開(kāi)關(guān)鍵，其借助熱繼電器或壓力繼電器進(jìn)行管理，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。

2、 工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展帶來(lái)的新變化，PID控制器在自動(dòng)管理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用使得自動(dòng)控制系統(tǒng)更加完善和健全，在PID的基礎(chǔ)上來(lái)改造和完善控制設(shè)備，有超過(guò)80%的空調(diào)控制系統(tǒng)采用了該控制系統(tǒng)和理念。

3、 當(dāng)前研究階段，智能技術(shù)的發(fā)展使得空調(diào)系統(tǒng)也在逐漸追求智能控制和更高等級(jí)的自動(dòng)化控制，國(guó)內(nèi)逐漸將新的智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)。

四、暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制具體應(yīng)用

1、 冷、熱源系統(tǒng)監(jiān)控

空調(diào)制冷方式主要有壓縮式、吸收式、冰蓄冷三種。其中壓縮式制冷采用氟利昂、氨作為制冷劑，消耗大量的電能為補(bǔ)償，針對(duì)這一制冷方式的監(jiān)控，主要是在空調(diào)啟停方面的控制，通過(guò)監(jiān)控它的運(yùn)行狀態(tài)，如測(cè)量冷凍水、冷卻水的進(jìn)出口溫度和壓力，出現(xiàn)過(guò)載情況則自動(dòng)報(bào)警。吸收式制冷所采用的制冷劑為水，吸收劑為溴化鋰，消耗熱量作為補(bǔ)償。冰蓄冷制冷，通常在制冷設(shè)備處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)運(yùn)行，在用電高峰期為輸送空間提供冷源。三種制冷方式互相配合，構(gòu)成了空調(diào)制冷監(jiān)控系統(tǒng)。

2、 熱力系統(tǒng)監(jiān)控

熱力系統(tǒng)主要監(jiān)控蒸汽、熱水出口的壓力、溫度和流量，當(dāng)汽包達(dá)到特定水位則為監(jiān)控人員顯示相應(yīng)數(shù)值以及自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)它還對(duì)熱力系統(tǒng)的各控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如順序啟停、設(shè)備故障信號(hào)、運(yùn)行設(shè)備臺(tái)數(shù)、熱交換器控制進(jìn)汽（水）量、熱交換器進(jìn)汽（水）量閥與熱水循環(huán)泵連鎖控制。例如，針對(duì)熱水鍋爐的監(jiān)控，利用溫度傳感器測(cè)量鍋爐出口水溫，利用流量計(jì)測(cè)量鍋爐出口熱水流量，利用壓力變送器測(cè)量熱水出口壓力。鍋爐補(bǔ)水泵的自動(dòng)化控制，主要是利用壓力變送器針對(duì)系統(tǒng)回水壓力進(jìn)行測(cè)量，有兩種情況：（1）當(dāng)回水壓力<設(shè)定值，則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水操作；（2）當(dāng)回水壓力>設(shè)定值，停止補(bǔ)水泵，調(diào)節(jié)鍋爐進(jìn)水量。對(duì)于鍋爐給水泵的啟停順序以及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，利用水流開(kāi)關(guān)檢測(cè)循環(huán)水泵的運(yùn)行狀態(tài)、鍋爐主電路接觸器輔助觸頭以及電鍋爐運(yùn)行狀態(tài)。給水泵的啟停順序根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)有兩種，即循環(huán)水泵→電鍋爐、電鍋爐→循環(huán)水泵。對(duì)于汽包水位的自動(dòng)控制，主要采用液位計(jì)檢測(cè)汽包水位和DDC，這時(shí)會(huì)針對(duì)兩種情況進(jìn)行自動(dòng)操作：（1）水位>設(shè)定值，進(jìn)行報(bào)警關(guān)小進(jìn)水閥；（2）水位<設(shè)定值，同樣也向監(jiān)控人員報(bào)警，開(kāi)大進(jìn)水閥。故障報(bào)警方面，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵、給水泵過(guò)載情況，鍋爐水位超限則自動(dòng)向監(jiān)控人員報(bào)警。關(guān)于鍋爐供水系統(tǒng)的節(jié)能控制，利用監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)輸送空間所需熱負(fù)荷，然后再?zèng)Q定分水器的供水溫度、集水器的回水溫度、流量，以及自動(dòng)啟停鍋爐以及循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)。

3、 空氣處理系統(tǒng)檢測(cè)

空氣處理系統(tǒng)檢測(cè)主要有以下功能：（1）測(cè)試室內(nèi)溫度、濕度、送回風(fēng)溫、送回濕度；（2）監(jiān)控控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)道風(fēng)壓，確認(rèn)空氣處理系統(tǒng)是否出現(xiàn)啟停過(guò)載；（3）根據(jù)相應(yīng)要求，調(diào)節(jié)冷熱水流量，連鎖控制風(fēng)門(mén)、調(diào)節(jié)閥；（4）調(diào)節(jié)冷熱水流量，連鎖控制風(fēng)門(mén)、調(diào)節(jié)閥等，控制二氧化碳濃度。在輸送冷、暖氣的房間設(shè)置溫度傳感器，并在其位置設(shè)置新風(fēng)、回風(fēng)的溫度和濕度測(cè)點(diǎn)。利用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)新風(fēng)、排風(fēng)、回風(fēng)閥，由此實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)新回風(fēng)比。根據(jù)房間溫度與給定值比較，通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度實(shí)現(xiàn)房間溫度變化。房間濕度調(diào)節(jié)則是通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)房間的相對(duì)濕度，從而確定送風(fēng)濕度設(shè)定值。

五、自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

隨著暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越完善，其設(shè)計(jì)也必將更加復(fù)雜，系統(tǒng)中相關(guān)模型建立的難度也將會(huì)逐漸提高。若只采用傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)，將難以滿足其實(shí)際功能的需要。因此，能夠進(jìn)行具體控制的模糊控制理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制體系，具有更大的發(fā)展空間。同時(shí)，傳統(tǒng)暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)伴隨能耗大、滯后性及多變量等方面的問(wèn)題。而通過(guò)模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，則能夠有效解決上述問(wèn)題。不過(guò)，在運(yùn)用模糊技術(shù)進(jìn)行空調(diào)控制的過(guò)程中，由于相關(guān)參數(shù)是提前設(shè)計(jì)好的，沒(méi)有考慮到實(shí)際使用中的環(huán)境因素等方面，因而在其應(yīng)用過(guò)程中也存在一些缺陷。基于上述情況，相關(guān)部分的研究還應(yīng)進(jìn)一步深入。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，促進(jìn)了自控系統(tǒng)的發(fā)展。自控系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景，當(dāng)前的應(yīng)用水平還能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的提高，智能技術(shù)在自動(dòng)控制中的融合能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)更加精準(zhǔn)的控制。因此還需要相關(guān)技術(shù)人員不斷進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高暖通空調(diào)的使用性能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]翟虹杰.探討自動(dòng)控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展與應(yīng)用[J].中國(guó)科技投資，2017（31）.

（作者單位：沈陽(yáng)華譽(yù)地源熱泵供熱有限公司）