氣象站實時監(jiān)測調控空調水溫、水量智能化控制應用技術

鄧耀全，黃建麟

（廣東省工業(yè)設備安裝有限公司，廣東 廣州 510080）

1 智能化控制空調系統(tǒng)概述

某賓館智能化控制空調群控及能源管理系統(tǒng)由冷凍機房系統(tǒng)、熱水機房系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)3個部分組成?？照{群控及能源管理系統(tǒng)是一個集冷凍控制技術、水泵變頻控制技術、PLC集散控制、計算機技術、網絡控制技術等多學科綜合高度智能化系統(tǒng)，已實現(xiàn)無人值守、自動報警、報表打印、能源分析功能。

（1）智能化控制的空調冷熱源主機房系統(tǒng)主要設備組成?？照{冷熱源主機房系統(tǒng)設備由主樓東區(qū)空調主機房內的冷水機組，高效水、水高溫熱泵全熱回收機組，冷凍泵，冷卻泵，采暖熱水泵，冷熱水循環(huán)泵，汽水板式熱交換器、旁流智能多功能水處理器，立式承壓熱水灌，冷凝器自動清洗裝置，冷卻塔，等等組成。

（2）智能化控制的空調冷熱源主機房系統(tǒng)供應及安裝要求。智能化控制的空調冷熱源主機房系統(tǒng)供應及安裝屬于交鎖匙工程。

（3）智能化控制的空調冷熱源主機房系統(tǒng)節(jié)能驗收目標?？照{主機房冷熱源主機房系統(tǒng)全年實測制冷綜合能效比EER≥5.4。

（4）設備監(jiān)控及能源管理（BA）系統(tǒng)所提供的空調冷熱源主機房群控系統(tǒng)必須能與空調冷熱源主機房設備管道系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)、能耗監(jiān)測、計量與管理系統(tǒng)有機結合，可實現(xiàn)空調冷熱源主機房系統(tǒng)的群控與能源管理功能，并集成空調末端設備群控子系統(tǒng)及四個空調熱回收熱水子機房群控系統(tǒng)成為一個大系統(tǒng)，方便賓館方日后使用及管理。

（5）設備監(jiān)控及能源管理（BA）系統(tǒng)所提供的空調冷熱源主機房群控系統(tǒng)各耗能環(huán)節(jié)，如各臺冷、熱源設備、水水熱泵、附屬用電設備、冷凍、冷卻水泵、水水熱泵的冷凍水泵、空調冷水、空調熱水、生活熱水和整個空調冷熱源主機房能耗等，應能獨立分項計量。對不同類型能源分類、分項、定時計量，按需要自動生成打印報表。

（6）智能化控制空調系統(tǒng)進行監(jiān)控、測量設備基本要求?？照{冷熱源主機房系統(tǒng)的各項性能均應在系統(tǒng)實際運行狀態(tài)下進行檢測，應符合《采暖通風與空氣調節(jié)工程檢測技術規(guī)程》（JGJ/T 260—2011）中相關條文的規(guī)定。

（7）智能化控制空調系統(tǒng)應確保設計合理，性能優(yōu)越，技術先進，高效節(jié)能，安全可靠，設備經久耐用、維修方便，各種設備及管道、線路美觀一致。智能化控制空調系統(tǒng)設備整體結構緊湊、表面清潔、漆面光滑、外表平整美觀；部件、閥門裝配方便操作、拆除和檢修；噪音低，符合環(huán)保要求。

2 冷卻塔系統(tǒng)氣象站實時監(jiān)測調控空調水溫、水量

2.1 冷卻塔系統(tǒng)氣象站控制原理

某賓館智能化控制空調群控及能源管理系統(tǒng)中冷卻塔系統(tǒng)通過氣象站內共安裝3個溫度傳感器，分別為1個干球溫度傳感器、濕球溫度傳感器A及濕球溫度傳感器B，通過溫度傳感器將測得室外的瞬時溫度實時傳輸?shù)浆F(xiàn)場PLC控制。PLC控制器處理后，實時溫度接近逼近度作為重要參數(shù)自動調控冷卻塔的冷卻水管電動閥開關度，從而調整冷卻塔冷卻水供水水溫、回水水溫、水流量、冷卻塔風機頻率；再通過4芯多模光纖把數(shù)據傳輸?shù)绞讓涌照{主機房監(jiān)控室的冷卻塔系統(tǒng)子站處理；冷卻塔系統(tǒng)子站根據氣象站實時測量溫度數(shù)據自動調控冷水機組進出水水溫、水量。

2.2 冷卻塔自控系統(tǒng)氣象站安裝注意事項

（1）氣象站安裝位置按國家氣象站QXT74-2007標準要求選擇南邊方向，安裝位置合理；安裝位置周圍環(huán)境要空曠，測得的外界溫度數(shù)值與周圍環(huán)境的實際溫度值一致。

（2）為了減小測量誤差，提高測量室外溫度準確值，3層氣象站安置位置選擇了靠花園公寓裙樓3層屋面南端，該處遠離蒸汽管和冷卻塔熱源；確保測量的溫度數(shù)據與外界溫度一致。同樣，29層氣象站現(xiàn)場選擇了29層屋面南端方向，周圍沒有熱源選址位置合理；確保測量的溫度數(shù)據與外界溫度一致。

2.3 冷卻塔自控系統(tǒng)氣象站安裝要求和標準

（1）氣象站專用百葉箱四壁由2層薄的木板條組成，外層百葉條向內傾斜，內層百葉條向外傾斜，百葉條與水平的交角45°。箱底由3塊木板組成，每塊寬110mm，中間一塊比邊上2塊稍高一些。箱蓋有2層。

（2）氣象站專用百葉箱內外都是白色，可以將投射在百葉箱上的陽光基本上都反射掉。百葉箱的門朝北開，是為了防止觀測時陽光直接照射箱內的儀器。百葉箱內具有防雨、防熱輻射以及很好的通風性能，同時又使箱內儀器不受太陽直接照射和風雨的影響，能真實地感應外界空氣溫度和濕度的變化，從而保障了空氣溫度的濕度觀測數(shù)據的代表性。

（3）氣象站底座不銹鋼支架是由4根50mm不銹鋼方鋼鋼管焊接而成，不銹鋼支架高度1.25m，底部打膨脹螺栓固定。百葉箱安裝在不銹鋼支架上，百葉箱里安裝了3個溫度傳感器、1個水銀溫度計。水銀溫度是干、濕球溫度傳感器每年用來校正對比的。

（4）氣象站百葉箱內部高615mm、寬470mm、深465mm。溫度傳感器安裝在百葉箱內的固定棒上，位于百葉箱內水平中心線上；傳感器的感應部分需朝向地面，距離地面的高度為1.5m。其中，2個濕溫度傳感器感應部分用棉布包扎好伸入百葉箱內存水器內測量濕度，1個干溫度傳感器感應部分直接裸露在百葉箱內。

（5）百葉箱的日常維護。百葉箱要保持潔白，木質百葉箱視具體情況每1～3年重新刷1次油漆；內外箱壁每月至少定期擦洗1次，寒冷季節(jié)可用干毛刷刷拭干凈。清洗百葉箱的時間以晴天上午為宜。在進行箱內清洗之前，應將儀器全部放入備用百葉箱內。清洗完畢，待百葉箱干燥之后再將儀器放回。清洗百葉箱時不能影響觀測和記錄。

2.4 溫度傳感器原理和技術參數(shù)選擇

某賓館氣象站濕球溫度傳感器選用高精度的PT500系列溫度傳感器。

（1）PT500溫度傳感器的工作原理。PT500溫度傳感器內的熱電阻在溫度的作用下，電阻絲的電阻隨之變化而變化，可用于測量-200℃～+850℃范圍內的溫度。其優(yōu)點是偏差極小。由于它的良好電輸出性能，熱電阻可為電腦提供精確的輸入值。

（2）PT500溫度傳感器內的熱電阻元件具體參數(shù)。分度號：PT500；測溫范圍：（-200～+850）℃；A級±（0.15+0.02）t。

（3）PT500溫度傳感器內的熱電阻元件熱響應時間。在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電阻的電阻值變化至相當于該階躍變化的50%，所需要的時間稱為熱響應時間。PT500溫度傳感器內的熱電阻元件熱響應時間快，熱響應時間＜0.5s。

（4）PT500溫度傳感器內的熱電阻元件自熱影響。鉑電阻允許通過電流1mA，最大測量電流為5mA，由此產生的升溫不大于0.3℃。溫度系數(shù)（α）與標稱值的偏差等級AA鉑電阻A0.003851±0.000006。

2.5 冷卻塔系統(tǒng)氣象站調試和日常運行

（1）氣象站調試。安裝好氣象站后，用手搖干、濕球溫度計對干、濕球溫度傳感器進行校正。校正方法：將手搖干、濕球溫度計的水槽注滿清水，用手水平搖動干濕球溫度計2min，快速讀出讀數(shù)，并與PLC測得的氣象站干濕球的讀數(shù)比較，兩者差值作為補償值輸入PLC控制器。

（2）干濕球溫度傳感器定期每年校正1次，減少測量誤差。由于每年都要對3層和29層氣象站內的干濕球溫度傳感器進行校正。當校正3層氣象站干、濕球溫度傳感器時，3層氣象站數(shù)據會暫時丟失，冷卻塔系統(tǒng)控制主機自動會采用29層氣象站溫度數(shù)據作為參數(shù)自動調控系統(tǒng)運行。3層氣象站干濕球溫度傳感器校正后，數(shù)據自動恢復，冷卻塔系統(tǒng)控制主機自動重新采用3層氣象站數(shù)據。29層氣象站干濕球溫度傳感器以防3層氣象站干、濕球溫度傳感器定期每年校正時數(shù)據丟失，作為備用數(shù)據使用，確保系統(tǒng)正常檢測運行。氣象站日常運行正常，安裝簡單、方便快捷、便于維護管理。

（3）比較冷卻塔PLC系統(tǒng)通過氣象站檢測到的周圍空氣的濕球溫度與當前冷卻塔出水溫度，調整冷卻塔風扇的轉速，使冷卻塔出水溫度符合當前冷卻塔出水溫差設定，冷凍站系統(tǒng)通過干、球溫度傳感器檢測當前大氣的溫度及賓館冷量需求，按季節(jié)調整冷凍機組的運行數(shù)量和冷卻塔的運行數(shù)量。2019年1—12月，每月12日，全年3層氣象站1#冷卻塔運行的隨機監(jiān)測數(shù)據統(tǒng)計如圖1所示。由此可以清楚得出2019年全年氣象站冷卻塔系統(tǒng)根據氣象站傳輸回來的大氣溫度，自動調整冷卻塔進水流量和冷卻塔出水溫度。

圖1 2019年冷卻塔出水溫度、進水流量隨外界溫度變化曲線圖

3 結束語

綜上所述，針對空調系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)的氣象站應用技術，某賓館改造工程設計和實施過程中充分發(fā)揮智能技術的優(yōu)勢，提高電氣工程自動化的智能化水平。通過技術應用，監(jiān)控中心可實現(xiàn)無人值守，智能化控制的空調冷熱源主機房系統(tǒng)供應可達到交鎖匙工程?？照{主機房冷熱源主機房系統(tǒng)全年實測制冷綜合能效比EER為5.8≥5.4，達到設計要求。