空调自动化控制原理

空调自动化控制原理说明空调自动化控制原理说明 自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分。楼宇自动化系统的 功能就是对大厦内的各种机电设施 ，包括中央空调、给排水、变配电、 照明、电梯、消防、安全防范等进行全面的计算机监控管理。其中 , 中央空调的能耗占整个建筑能耗的 50以上，是楼宇自动化系统节 能的重点[1]。由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象 较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采用传统的控制技术，对 于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大，节能效果不理想。传 统控制技术存在的问题主要是难以解决各种不确定性因素对空调系 统温湿度影响及控制品质不够理想 。而智能控制特别适用于对那些具 有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性、不存在已知算法和变动性 大的系统的控制。“绿色建筑”主要强调的是环保、节能、资源和材料 的有效利用，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求， 因此，空调系统的应用越来越广泛。空调控制系统涉及面广，而要实 现的任务比较复杂，需要有冷、热源的支持。空调机组内有大功率的 风机，但它的能耗很大。在满足用户对空气环境要求的前提下，只有 采用先进的控制策略对空调系统进行控制 ，才能达到节约能源和降低 运行费用的目的。以下将从控制策略角度对与监控系统相关的问题作 简要讨论。 2 空调系统的基本结构及工作原理 空调系统结构组成一般包括以下几部分[2] [3] 1 新风部分 空调系统在运行过程中必须采集部分室外的新鲜空气即新 风，这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量， 因此空调系统的新风取入量决定于空调系统的服务用途和卫生要 求。新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方。这些新风的导 入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置新风空气过滤 器、新风预热器又称为空调系统的一次加热器共同组成了空调系统 的新风系统。 2 空气的净化部分 空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。 因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简单净化系 统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化 系统，另外还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一 级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统。 3 空气的热、湿处理部分 对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组 合在一起，称为空调系统的热、湿处理部分。 在对空气进行热、湿 处理过程中，采用表面式空气换热器在表面式换热器内通过热水或 水蒸气的称为表面式空气加热器，简称为空气的汽水加热器 。设置 在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热 器;设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器;设置 在空调房间送风口之前的空气加热器，称为空气的三次加热器。三次 空气加热器主要起调节空调房间内温度的作用 ，常用的热媒为热水或 电加热。在表面式换热器内通过低温冷水或制冷剂的称为水冷式表面 冷却器或直接蒸发式表面冷却器，也有采用喷淋冷水或热水的喷水 室，此外也有采用直接喷水蒸汽的处理方法来实现空气的热、湿处理 过程。 4 空气的输送和分配、控制部分 空调系统中的风机和送、回风管道称为空气的输送部分。风 管中的调节风阀、蝶阀、防火阀、启动阀及风口等称为空气的分配、 控制部分。根据空调系统中空气阻力的不同，设置风机的数量也不 同，如果空调系统中设置一台风机，该风机既起送风作用，又起回风 作用的称为单风机系统;如果空调系统中设置两台风机，一台为送风 机，另一台为回风机，则称为双风机系统。 5 空调系统的冷、热源 空调系统中所使用的冷源一般分为天然冷源和人工冷源。天 然冷源一般指地下深井水，人工冷源一般是指利用人工制冷方式来获 得的，它包括蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷以及蒸汽喷射式制冷等多 种形式。现代化的大型建筑中通常都采用集中式空调系统, 这种形式 的结构示意图如图 1 所示。 图 1空调系统结构示意图 其工作原理是当环境温度过高时，空调系统通过循环方式把 室内的热量带走，以使室内温度维持于一定值。当循环空气通过风机 盘管时，高温空气经过冷却盘管的铝金属先进行热交换，盘管的铝片 吸收了空气中的热量，使空气温度降低，然后再将冷冻后的循环空气 送入室内。冷却盘管的冷冻水由冷却机提供，冷却机由压缩机、冷凝 器和蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，经压缩的制冷剂进入冷凝 器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷 却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸热，使 冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此 周而复始，循环不断，把室内热量带走。当环境温度过低时，需要以 热水进入风机盘管，和上述原理一样，空气加热后送入室内。空气经 过冷却后，有水分析出，空气相对湿度减少，变的干燥，所以需增加 湿度，这就要加装加湿器，进行喷水或喷蒸汽，对空气进行加湿处理， 用这样的湿空气去补充室内水汽量的不足。 3 中央空调自动控制系统 3.1 中央空调自动控制的内容与被控参数 中央空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、 风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。这些设备的容量是设 计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不 会达到设计容量。所以，为了舒适和节能，必须对上述设备进行实时 控制，使其实际输出量与实际负荷相适应。目前，对其容量控制已实 现不同程度的自动化，其内容也日渐丰富。被控参数主要有空气的温 度、湿度、压力压差以及空气清新度、气流方向等，在冷、热源方 面主要是冷、热水温度，蒸汽压力。有时还需要测量、控制供回水干 管的压力差，测量供回水温度以及回水流量等。在对这些参数进行控 制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并监测各机电设 备的运行状态及事故状态、报警。 中央空调设备主要具有以下自控系统风机盘管控制系统、新 风机组控制系统、空调机组控制系统、冷冻站控制系统、热交换站控 制系统以及有关给排水控制系统等。 3.2 中央空调自动控制的功能 1 创造舒适宜人的生活与工作环境 对室内空气的温度、相对湿度、清新度等加以自动控制，保持空 气的最佳品质; 具有防噪音措施采用低噪音机器设备; 可以在建筑物自动化系统中开放背景轻音乐等。 通过中央空调自动控制系统，能够使人们生活、工作在这种 环境中，心情舒畅，从而能大大提高工作效率。而对工艺性空调而言， 可提供生产工艺所需的空气的温度、湿度、洁净度的条件，从而保证 产品的质量。 2 节约能源 在建筑物的电器设备中，中央空调的能耗是最大的，因此需 要对这类电器设备进行节能控制。中央空调采用自动控制系统后，能 够大大节约能源。 3 创造了安全可靠的生产条件 自动监测与安全系统，使中央空调系统能够正常工作，在发 现故障时能及时报警并进行事故处理。 3.3 中央空调自动控制系统的基本组成 图 2[4]为一室温的自动控制系统。它是由恒温室、热水加热 器、传感器、调节器、执行器机构和调节阀调节机构组成。其中恒 温室和热水加热器组成调节对象简称对象，所谓调节对象是指被调 参数按照给定的规律变化的房间、设备