自控技术在中央空调系统中的应用和发展浅析

自控技术在中央空调系统中的应用和发展浅析

尹业东

远大空调有限公司，湖南 长沙 410000

摘要：随着我国经济的快速发展,人们对生活质量要求也越来越高,但是由于建筑空间有限、建筑物结构复杂等因素，使得建筑内部空间变得十分紧张，集中供热供冷且效率更高的中央空调作为一种提升居住舒适性和建筑节能的设备，在建筑工程中得到了广泛地应用。对于暖通设计人员来说，需要更加重视该领域，并不断提高自己的专业技术水平和综合素质，在满足人们日益增长的居住舒适性需求的同时，为社会的绿色低碳发展，为国家的双碳目标，为企业创造出更大效益贡献自己的力量。

关键词：中央空调；自控技术；应用与发展

引言

近三十年来，我国科技发展水平不断提高，自动化控制技术在应用过程中趋于成熟，自控设备的国产化使成本也不断降低。但是自动化控制技术在暖通空调系统设计过程中的应用还不够广泛。自控系统通过对中央空调系统从冷热源站到空气通风系统的监测，实现对整个空调系统的控制与管理，在确保设备功能稳定运行、保障用户舒适性的同时，降低空调系统的综合能耗，高度集成电气自动化、节能运行、能耗监测于一体，提升客户节能收益，共建“绿色”楼宇建筑生态。

一、中央空调自控系统的现状与应用

在暖通空调系统中,自控是一个非常重要的部分。当前国内关于暖通空调自控系统研究，主要由各个空调及相关设备的厂家进行，因产品的局限性，绝大只要还只是集中在自身产品控制的研发上，对整个暖通空调系统的全方位自控还很少。由于暖通空调系统的特殊性,全系统的自动控制，需要综合暖通系统内各种产品的特性，并对整个系统的运行深度熟悉，再结合自动控制技术，最终实现智能化建筑中暖控技术的应用。

自控系统通过对整个系统数据的采集，由软件进行分析，与设置的相关参数进行对比后，对暖通空调系统的主机、输配系统、末端及相关器件等进行控制,实现空调系统在温度、湿度、鲜度、净度、静度、速度的“六度皆优”，提升用户的舒适性体验。

中央空调系统在设计时，通常是按当地极端天气所需的最大负荷来选择设备，留有一定比例的设计余量。实际运行时，大部分时间空调都是处于部分负荷状态，因此空调主机、输配系统、末端能耗存在较大的富余空间。自动控制的节能潜力就来源于此。

在整个建筑工程的过程中,暖通空调系统是非常重要的一个部分,它对建筑整体环境有着直接影响。因此要想保证建筑工程质量和提高经济效益就必须重视自控能力建设工作，也需要加强施工人员与管理人员之间沟通协调力度，及专业知识培训等多方面因素来实现自控制功能作用效果。

（一）干扰因素

在中央空调系统运行过程中，许多因素都会对空调系统运行造成影响,例如室外温度、湿度、水质、操作人员的责任心、熟练程度等等，要想提高设备运行的安全性和使用者舒适性体验，需要控制好这些干扰因素。自控系统的设计，需对中央空调系统中各个部分组成、功能等做全方面的详细了解后,结合自控系统的运行原理、设计原则和方法，编制控制逻辑和解决方案，把众多干扰因素控制在预定范围内。

（二）全生命周期优化

暖通空调系统整个工程周期主要包括:设计、施工以及运行管理这四个方面。

在设计中进行优化，需要对整个工程结构以及设备等方面做深入的研究与分析，并制定出相应措施，以实现其功能及效果最大化、造价合理化等目标，采用科学合理地管理方法来提高整个建筑质量水平，选用合适设备与管道材料,降低能耗节约成本等等都具有重要意义。调节系统是暖通空调的重要组成部分。自控技术作为一种节能措施,在建筑暖通系统中要广泛地应用，设计时要把整个系统的自动控制作为一个整体去考虑。

施工质量是保证暖通空调高效运行的基础，施工过程中往往存在各种各样的因素，导致不能完全按照理想化的设计进行施工，需要具有丰富经验的施工管理人员对施工过程进行优化，比如管道的转向、变径、分流合流等。

中央空调系统的运行，其实质就是水和风的换热，所有的设备和部件都是围绕着“换热”来工作。我们采用自控,通过自动调节设备的运行状态、水力平衡、系统的参数等，可减少对操作人员经验的依赖，通过软件的运行，控制各部件的运行方式和状态来控制温度和湿度，有效地解决空调的舒适性问题，让自控在暖通系统中应用和发展,提高人们生活质量、提升人们居住环境的舒适度。同时，根据系统运行状态，对部件的运行速度、频率和功率进行调节，达到节能减碳的目的。

（三）空调系统的整体可控性和温湿度的相关性

可控性是决定空调系统是否能够正常运行的最主要因素。在暖通空调工作中,由于空气调节设备具有较高温度和相对湿度控制精度、操作灵活性及可靠性等优点。所以对于整个建筑来说，整体可控性具有十分重要的意义。本文将从原理出发阐述了自控对空调系统的调控效果，以及影响因素分析并提出相应解决措施,希望可以为相关部门提供参考价值与借鉴作用。

（四）具有工作状况转换功能的控制

工况转换,是中央空调自控系统一个非常重要的设计,它对整个暖通空调系统有很大影响。随着外界环境和条件的变化，空调系统运行也是一个不断变化的过程。自控系统针对如何控制和调节设备，从理论上论述如何将它运用到现实的设计之中,使之成为一个完整系统而具有一定意义及价值的工程化系统。对空调系统进行控制,可以有效的提高工作效率,并且能让人们在舒适度与操作方面获得更多的便利。自控设计对于暖通空调的智能化有着重要作用。通过对其控制系统和管理方式方法研究之后发现:在进行自控系统设计时，需要从多方面入手并结合实际情况，来考虑如何实现系统功能以及运行环境等问题，同时还要注意到系统中各部分的关联,而非单一形式存在于系统中。

二、系统的应用

随着我国经济的发展,能源和环境问题越来越突出,因此,对暖通空调系统进行改进已经是迫在眉睫。通过详细分析了影响自控管理水平的因素并提出相应措施予以解决，是自控系统的主要目的。

暖通空调系统中普遍存在着的一些主要问题:一是设计负荷与实际运行负荷不一致，大部分时间空调都运行在“大马拉小车”的状态；二是输配管网水力失调，部分空调区域效果差；三是风机盘管温控制效果差,无法满足人们对舒适性要求；四是新风满足不了要求，达不到对空气湿度和新鲜度的控制。针对这几个主要问题，自控系统需要从以下几个方面进行控制

（一）控制空调主机及配套设备

自控系统可以将空调主机和主机配套设备进行集中控制，通过采集到的流量、系统各处温度，计算出所需负荷，并根据实时负荷需求，控制空调主机的运行,实现对空调系统进行合理控制,可以有效地提空调机组的工作效率,并保证空调主机在负荷波动始终保持水温在极小的范围内波动，保障用户的使用体验。

基于空调主机的运行状态，在保证最低流量的前提下，调整冷却水泵运行频率，大幅度节约水泵电耗，同事根据主机对冷却水温度的需求，调整冷却塔的转速，进一步降低冷却塔的电耗。

通过自控技术最终主机输出温度的稳定控制和能源消耗最低的双重效果。

图1（空调主机机房设备控制图）

（二）自动调整输配管网的水力失调

水力失调对中央空调系统运行会产生不利影响。中央空调系统中，由于水力失调导致流量分配不合理，区域流量过剩和区域流量不足，造成了某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起了能源的浪费。水力失调分两种：一是静态失调：是指虽然经过详细的水力计算并达到规定要求，但在实际运行后，各用户的流量与设计要求不符，这种水力失调是稳定的、根本性的。如不加以解决影响将始终存在。二是动态失调：是指系统运行中，当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的水力失调。这种水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。

对于水力失调，自控系统的解决方式为：通过在每个支管最远端的末端加装压力检测装置，系统通过检测到的压力，控制支管阀门开度，自动把所有系统末端流量调整至设计流量，保证系统能均匀的输送足够的水量到各个末端设备。

（三）控制新风机组

在中央空调系统中,新风机组是一个非常重要而又繁杂的设备，因此对其控制也要有很高要求。对新风系统（如图2）的控制，自控技术可以使新风机根据室内空气CO2浓度（如图3）自动调节新新风量、送出和排出室外空气混合均匀性，既要保证空气的新鲜度，又不能太过于影响供冷供热效果，通过控制系统来实现控制功能,在设计过程当中需要结合实际情况进行分析研究以达到最佳运行状态与节能的目的。

图2（全热交换中央新风系统原理图）

图3（室内空气质量监测示意图）

（四）控制变风量末端

温湿度对整个暖通系统的稳定性起着至关重要的作用。目前国内大多数建筑都采用的是定风量空调模式，这种模式具有非常大的缺点:一是由于空气调节能力有限，二是不能根据室内温度变化而进行自动控制调整,三是无法实现室内温湿度实时监控和调节功能等方面综合性能要求较高、难度较大且不具备专业性特点等问题。自控系统对末端变风调节的主要方式为：检测室内温度，通过远程通讯装置将温度信息传递到主控系统，主控系统根据接受到的室内温度，对比主机送水温度，通过内部的逻辑运算，确定末端电机加速或减速运行，发送指令至末端控制器，实现对末端的变风量控制。

三、暖通空调在节能设计中的方向

（一）改善空调系统的设计

空调系统的设计原则：一保证各个房间(楼梯间除外)的室内温度能独立调控是供暖系统的首要； 二是便于实现分户或分室(区)热量(费)分摊的功能；三是管路系统简单、管材消耗量少、节省初投资。暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。

（二）改善围护结构性能。

对于暖通空调系统而言，通过围护结构造成的热损失在整个空调系统能耗中占有很大比重，而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构消耗的能耗所占空调负荷的大小。因此，提高维护结构的保温隔热性能在空调系统节能中是十分必要的。

（三）提高系统控制水平

通过全系统的精确控制，减少人为控制造成的浪费；同时植入对系统各部件的节能技术，解决系统大部分时间在部分负荷运行时，但相关部件却按最大设计服务运行造成的浪费，实现大幅度的节能。

四、自控系统的发展

在能源消耗和环境保护要求较高的情况下，节能减排对暖通空调系统的发展尤为重要。近两年，国家对楼宇的智能化控制提出了明确的号召，暖通空调自动控制系统发展迎来了快速发展的契机。业界一些公司已积极行动起来，客观合理地开发了相应的控制系统，积极制定全面的系统解决方案。结合飞速发展的网络技术，暖通系统自控将机房系统智能互联、节能自控，做到无人值守（如图4），真正解决复杂的中央空调冷热源系统控制问题，实现机房设备的智能管控与“绿色”运行。相信不久的将来，自控技术会成为暖通系统的标准配置。

图4（暖通自控系统示意图）

5.结束语

在当今社会,随着经济的发展,人们对于生活质量要求越来越高,暖通空调系统承担着越来越重要的作用。但是由于传统的设计和施工方法造成了暖通空调工程存在着许多问题。比如说室内温度过高、空气质量差以及能耗高等一系列问题，会对建筑内人员产生不好影响，与国家的低碳目标不符。暖通空调系统的自动控制，在空调系统相关的人身安全问题、社会稳定以及国家能源节约等方面，都有着不可忽视的影响与意义。

参考文献

[1]蔡国庆. 浅谈自控在暖通空调系统中的应用和发展[J]. 环球市场, 2019, 000(002):385.

[2]刘金涛. 自动控制在暖通空调系统中的发展与应用[J]. 山东工业技术, 2019(10):1.

[3]余江.自控在暖通空调系统中的应用和发展[J].中国房地产业,2020(10):140.

[4]郑晓锋.自控在暖通空调系统中的应用和发展[J].城市建设理论研究(电子版),2017(35):48.

[5]葛婧.论暖通空调系统中环保节能技术的应用[A].科学时代——2014科技创新与企业管理研讨会论文集上（科技创新）[C].2014年.