探析中央空调系统中自动控制技术的应用

探析中央空调系统中自动控制技术的应用

石磊

石磊

天津市龙洲工控设备有限公司300381

摘要：随着社会的发展和人们对生活和工作环境的要求越来越高，很多办公、休闲建筑中都安装了中央空调系统。它是非常有发展潜力的环境控制系统，具有维护简单、适应性强、运行高效等众多优点。为了使中央空调系统能够经济、稳定、高效地运行，一般采用自动控制方式对其进行控制。本文主要以实例分析了中央空调系统中自动控制技术的应用。

关键词：中央空调系统；自动控制技术；应用

如今，不少建筑物的中央空调一年中只有几十天时间处于最大负荷，中央空调冷负荷也始终处于动态变化之中。而大多数中央空调，因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，造成巨大能源浪费，给使用者造成巨额电费支出，增加经营者的成本。所以，控制性能好、控制速率快、便于集中管理的中央空调自控系统定将在今后的工程中拥有更大的发展空间。

一、自动控制系统概念

自动控制系统是指在无人直接参与的情况下，被控装置能自动按照预定的规律运行，无需人为直接操作。整个操作过程就是自动控制系统所要完成的任务。一般自动控制系统由5个基本环节组成，分别为测量变送元件、受控对象、执行机构、控制器、调节机构。自动控制系统大体上可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统3种，分别介绍如下：

1.开环控制系统是一种最简单的控制系统，它是指系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，控制器与受控对象之间只有顺向作用。它无需对被控量进行测量，同时，输出量的偏差也不会对系统的控制作用产生影响。

2.闭环控制系统与开环控制系统有很大区别，它将系统的输出信号反馈到输入处，从而使得输出信号和输入信号之间存在反馈作用，导致系统的输出量对控制信号有直接影响。通过反馈控制的作用可以减小系统误差。闭环系统反馈控制有正反馈和负反馈2种，它具有自动修正被控量偏差给定值的能力，控制精度较高，是基本的控制系统。

3.复合控制系统结合了开环系统和闭环系统各自的特点，它根据具体需要，把偏差控制和按扰动控制结合在一起，在闭环控制系统的基础上增加了一个扰动信号的补偿控制，用以提高系统的抗扰能力。通常可在3O%-100%范围内无级调节。其主要缺点是单机制冷量不宜太小，一般用于350KW以上的场合，在1500KW以上的大冷量场合有着不可比拟的优势。

二、实例分析

1.某办公楼，建筑面积1万平方米，共4层。空调通风系统基本采用风机盘管加新风的空调方式，新风机组分别设于每层的空调机房里，风机盘管为暗装卧式，计130台，新风机4台。风管系统为低压系统，整个系统包括：管道式轴流式风机、空气处理机、风机盘管、消声百叶防火阀和排烟阀、空气分布器、各类侧送风口和回风口、散流器等。中央空调系统的自控主要分为以下三个方面：

2.冷热源及水管系统的全面调节与控制。目前，主机系统带有以微处理器为核心的单元控制器，该单元控制提供有关蒸发器及冷凝器的进出口温度、水流开关压缩机的进出气压力及温度等。

（1）机组采用群控方案，系统积累运行时间，机组发生故障时，可及时在主控制器显示、报警。系统通过接口获得冷水供回水温度、压力、流量值，计算全楼的总冷负荷及冷冻水循环量，根据冷冻水总供应量、回水压差，自动调节冷冻水旁通阀以保证管内压力的稳定。现以负荷率为自变量，以机组功率百分数为因变量进行三次多项式最小二乘拟和，拟和式如下：

（2）根据工作时间的安排，改变系统的设定数值。如在白天办公时间段设定值与夜间无人时间段不同。可根据命令启停压缩机，根据冷冻机房出口设定值调整压缩机入口导叶阀等，并可设定冷冻水出口温度等。安装水温传感器，流量传感器等以监视这些主机的工作状态。监控点信息的采集和控制由一台微处理器系统来实现。该系统是由微处理器、ROM等构成的系统，可采集被监控点的各种信息，完成控制任务。

（3）冷冻水系统是由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户各种冷水设备（空调和风机盘管）而组成的。其自控系统的监控任务是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏；向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求，以及在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗等。

3.新风、空调机组基本参数的测量，设备的启停控制。

（1）在中央空调系统中，为了提高室内舒适度及空气新鲜度、洁净度等，需补充适量新风，并且新风量在空调冷热负荷中所占比重很大。本建筑有4台新风机组，每台新风机组须保证这一层面的新风要求。第一，在新风空调机组的风道及典型区域的送风道上安装温湿度传感器，通过调节机组盘管水流量和加湿法进行流量控制，使温度符合要求，每台新风、空调机组的表冷器盘管上和加湿蒸汽管上的电动调节阀及执行机构接受附近配置的控制器控制，实现一对一集散式控制。第二，系统根据室内温湿度值，计算温湿度负荷，自动决定风机转速的档位，进行风量控制，满足室内外舒适的要求。机组工作时，根据室内外温湿度及设定的温湿度，决定新风阀的开度，联动控制排风阀、旁通阀的开启，实现节能运行，机组停止工作时，新风阀、排风阀保持关闭状态，回风阀保持全开状态。第三，监视风机运行状态，记录风机运行时间，具有就地、远动、自动控制风机启停的功能。

（2）空气水换热器夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季对新风加湿。因此，现场DDC控制器要完成如下几项功能：第一，根据要求启停新风机。根据新风温度，PID调节水阀，保持送风温度为设定值，控制干蒸汽加湿阀，使冬季风机出口空气相对温度达到设定值。第二，监测新风机的工作状态和故障状态。测量风机出口空气温湿度参数并使之达到控制要求。测量新风过滤器两侧压差，当其达到一定值时，产生过滤网堵塞报警，并有报警显示。第三，在冬季，当热盘管后的温度低于某个设定值时，防冻保护器动作，控制器将停止风机运行并将新风风门关闭，并将热水阀开至100%，以防止盘管冻裂，同时报警。

4.风机盘管的监测与控制。第一，在中央空调系统中，冷暖设备除新风机组和空调机组外，还大量使用风机盘管。它的作用类似于空调机组，只是简单了许多。第二，目前，市场上有两种控制器，一种是盘管控制器为DDC控制，并具备与主机通讯功能。这种控制器可通过中心控制，并可调节冷水及冷机，但价格较贵，使用不多。另一种是不具备通讯功能的盘管控制器，可按照水系统的连接情况，将风机盘管分为若干组。每组的支路入口处安装流量计、供回水压差变送器及供回水温度传感器。本楼采用后一种控制。当然，现在中央空调系统的自控还不能做到完全靠DDC来控制，最终系统调试风量、制冷效果时，自控无法通过完成各风阀大小的自动调节来使风量均匀达到设计要求。一般采用“基准风口法”，手动进行风量调整。在系统风量调整前先对全部风口的风量初测一遍，并计算出各个风口后初测风量与设计风量的比值，将其进行比较后找出比值最小的风口，将这个比值最小的风口作为基准风口，由此风口进行调整。

中央空调自动控制系统通过不断的发展，已经越来越完善。并且根据当今对节能减排的要求，中央空调自动调节系统设计时已经将节能作为一项主要的指标。随着人们对于空气质量的要求和节能的重视程度越来越高，一项专门研究中央空调自动控制系统的技术将会迅速发展，造福人类。

参考文献：

［1］梅德成.户式中央空调的系统类型及应用分析［J］.山西建筑，2011，33（23）

［2］赵颜佳.空调自动控制系统的设计研究［J］.科技创新导报，2010（8）

［3］宁永生.大型空调中央监控系统设计［J］.暖通空调，2014（3）