集中式空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)的分析

趙玉濤

（河南中鼎安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，不僅可以提高調(diào)節(jié)質(zhì)量、降低冷、熱量損耗、節(jié)約能量，同時(shí)還可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少運(yùn)動(dòng)人員、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和技術(shù)管理水平。

從集中式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行工況可以看出，要使空調(diào)房間內(nèi)的空氣參數(shù)穩(wěn)定的維持在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，必須對(duì)機(jī)器露點(diǎn)、加熱后的空氣溫度、加濕后的空氣濕度、室溫或室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為達(dá)到這些調(diào)節(jié)目的，需要設(shè)置不同的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)所組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成

自動(dòng)控制就是根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)（也叫被調(diào)量，如室溫、相對(duì)濕度等）的實(shí)際值與給定值（如設(shè)計(jì)要求的室內(nèi)基準(zhǔn)參數(shù)）的偏差（偏差的產(chǎn)生是由于干擾所引起的），用自動(dòng)控制系統(tǒng)來控制各參數(shù)的偏差值，使之處于允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般由以下幾個(gè)主要部件組成：

1.1 敏感元件（傳感器）

在生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的一些參數(shù)稱為被調(diào)參數(shù)。敏感元件就是感受被調(diào)參數(shù)的大小，并及時(shí)發(fā)出信號(hào)給調(diào)節(jié)器。如敏感元件發(fā)出的信號(hào)與調(diào)節(jié)器所要求的信號(hào)不符時(shí)，則需要利用變送器將敏感元件所發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器所要求的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，敏感元件的輸入是被調(diào)參數(shù)，輸出是檢測(cè)信號(hào)。如鉑電阻溫度計(jì)、氯化鋰濕度計(jì)等。

1.2 調(diào)節(jié)器

它接受敏感元件輸出的信號(hào)并與給定值進(jìn)行比較，然后將測(cè)出的偏差經(jīng)過放大變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象起調(diào)節(jié)作用。按被調(diào)參數(shù)的不同，有溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器等；按調(diào)節(jié)規(guī)律不同，有位式調(diào)節(jié)器、比例調(diào)節(jié)器和比例積分微分調(diào)節(jié)器等。

1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如接觸器、電動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)等都屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密相聯(lián)，有時(shí)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合成一個(gè)整體，它隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作而動(dòng)作。如調(diào)節(jié)風(fēng)量的閥門、冷熱媒管上的閥門、電加熱器等。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組裝在一起并成為一個(gè)整體時(shí)，則稱之為執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如電磁閥，電動(dòng)二、三通閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥等。

總上所述，空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)可用下圖表示：

當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組裝在一起并成為一個(gè)整體時(shí)，則稱之為執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如電磁閥，電動(dòng)二、三通閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥等。

由于擾量的作用，調(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)參數(shù)發(fā)生變化，經(jīng)敏感元件測(cè)量并傳送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)與給定值的偏差，指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使調(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)參數(shù)保持在給定值的規(guī)定偏差范圍內(nèi)。

2 空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)由于擾量破壞了調(diào)節(jié)對(duì)象的平衡時(shí)，經(jīng)調(diào)節(jié)作用使調(diào)節(jié)對(duì)象過渡到新的平衡狀態(tài)。從一個(gè)舊的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入一個(gè)新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的過程，叫做過渡過程。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是能在較短的時(shí)間內(nèi)，使調(diào)節(jié)參數(shù)達(dá)到新的平衡。此外，還有以下調(diào)節(jié)質(zhì)量的指標(biāo)：

2.1 靜差：自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)消除擾量后，從原來的平衡狀態(tài)過渡到新的平衡狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)參數(shù)的新穩(wěn)定值對(duì)原來給定值之偏差。

2.2 動(dòng)態(tài)偏差：在過渡過程中，調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)新的穩(wěn)定值的最大偏差值。

2.3 調(diào)節(jié)時(shí)間：自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài)過渡到新的平衡狀態(tài)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。

3 室溫控制

室溫控制是空調(diào)自控系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它是用室內(nèi)干球溫度敏感元件來控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使送風(fēng)溫度隨擾量的變化而變化。改變送風(fēng)溫度的方法有：調(diào)節(jié)加熱器的加熱量和調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比或一、二次回風(fēng)比等。調(diào)節(jié)熱媒為熱水或蒸汽的空氣加熱器的加熱量來控制室溫，主要用于一般工藝性空調(diào)系統(tǒng)；而對(duì)溫度精度要求高的系統(tǒng)，則須采用電加熱器對(duì)室溫進(jìn)行微調(diào)。室溫控制方式可以有雙位、恒速、比例及比例積分微分控制方式等幾種。應(yīng)根據(jù)室內(nèi)參數(shù)的精度要求以及房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)和擾量的情況，選用合理的室溫控制方式。

室溫控制時(shí)，室溫敏感元件的放置位置對(duì)控制效果會(huì)產(chǎn)生很大的影響。室溫敏感元件的放置地點(diǎn)不要受太陽(yáng)輻射熱及其他局部熱源的干擾，還要注意墻壁溫度的影響，因?yàn)閴Ρ跍囟容^空氣溫度變化滯后得多，最好自有懸掛，也可以掛在內(nèi)墻上（注意支架與墻的隔熱）

在一些工業(yè)與民用建筑中，空調(diào)房間不要求全年固定室溫，因此可以采用室外空氣溫度補(bǔ)償控制和送風(fēng)溫度補(bǔ)償控制。它與全年固定室溫的情況比較起來，不僅能使人體適應(yīng)室內(nèi)外氣溫的差別，感到更為舒適，而且可以大為減少空調(diào)全年運(yùn)行費(fèi)用，夏季可以節(jié)省冷量，冬季可以節(jié)省熱量。

另外，為了提高室溫控制精度，克服因室外氣溫、新風(fēng)量的變化以及冷、熱水溫度波動(dòng)等對(duì)送風(fēng)參數(shù)產(chǎn)生的影響，在送風(fēng)管上可增加一個(gè)送風(fēng)溫度敏感元件，根據(jù)室內(nèi)溫度敏感元件和送風(fēng)溫度敏感元件的共同作用，通過調(diào)節(jié)器對(duì)室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，組成室溫復(fù)合控制環(huán)節(jié)。

4 室內(nèi)相對(duì)濕度的控制

室內(nèi)相對(duì)濕度的控制可以采用兩種方法:

4.1 間接控制法（定露點(diǎn)）

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量一定或產(chǎn)濕量波動(dòng)不大的情況，只要控制機(jī)器露點(diǎn)溫度就可以控制室內(nèi)相對(duì)濕度。這種方法叫做間接控制法，例如：

4.1.1 由機(jī)器露點(diǎn)溫度控制新風(fēng)和回風(fēng)混合閥門，此法用于冬季和過度季。如果噴水室用循環(huán)水噴淋，隨著室外空氣參數(shù)的變化，需保持機(jī)器露點(diǎn)溫度一定，則可在噴水室擋水板后，設(shè)置干球溫度敏感元件。根據(jù)所需露點(diǎn)溫度給定值，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)比例控制新風(fēng)，回風(fēng)和排風(fēng)聯(lián)動(dòng)閥門。

4.1.2 由機(jī)器露點(diǎn)溫度控制噴水室噴水溫度，此法用于夏季和使用冷凍水的過渡季。在噴水室擋水板后，設(shè)置干球溫度敏感元件，根據(jù)所需露點(diǎn)溫度給定值，比例地控制冷水管路中三通混合閥調(diào)節(jié)噴水溫度，以保持機(jī)器露點(diǎn)溫度一定。

有時(shí)為了提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，根據(jù)室內(nèi)產(chǎn)濕量的變化情況，應(yīng)及時(shí)修正機(jī)器露點(diǎn)溫度的給定值，可以在室內(nèi)增加一個(gè)適度敏感元件。當(dāng)室內(nèi)濕度增加時(shí)，濕度敏感元件調(diào)低干球溫度敏感元件的給定值，反之則調(diào)高干球溫度敏感元件的給定值。

4.2 直接控制法（變露點(diǎn)）

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量變化較大或室內(nèi)相對(duì)濕度要求較嚴(yán)格的情況，可以在室內(nèi)直接設(shè)置濕球溫度或相對(duì)濕度敏感元件，控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，直接根據(jù)室內(nèi)相對(duì)濕度偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償室內(nèi)濕熱負(fù)荷的變化。這種控制室內(nèi)相對(duì)濕度的方法稱為“直接控制法”。它與“間接控制法”相比，調(diào)節(jié)質(zhì)量更好，目前在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用。

空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)隨著電子技術(shù)和控制元件的發(fā)展，將得到進(jìn)一步的改進(jìn)，一方面將從減少人工操作出發(fā)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的季節(jié)轉(zhuǎn)換；另一方面從更精確地考慮室內(nèi)熱濕負(fù)荷和室外氣象條件等因素的變化出發(fā)，利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，使每個(gè)季節(jié)都能在最佳工況下工作，以達(dá)到最大限度地節(jié)約能源的目的。

空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度也是反映空調(diào)技術(shù)先進(jìn)性的一個(gè)重要方面。因此，隨著自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)必將得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]裴秀英，林立.廈門某大廈空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化改進(jìn)設(shè)計(jì)[C].第三屆海峽兩岸土木建筑學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2007.

[2]薛亞斌,賈巖.上海浦東某辦公樓變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào)，2003，06.