淺談空調自動化系統的控制技術

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，對生活、工作環境的空氣溫度、濕度、潔凈度和風速都有一定的要求，空氣調節就是為了滿足這些要求出現的，此外，由于空調設備長期運行，耗能巨大，對其進行實時的自動監控，也是整個系統優化管理、節約人力、降低能量的需要。因此，文章主要分析空調系統的控制的基礎內容，并以新風機組自動控制為例子，探討如何進行自動化控制。

關鍵詞：樓宇空調；自動化系統；控制技術

中圖分類號：TU831.3文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0151-02

1空調自動化系統的控制的基本內容

①空氣溫度控制。按照人類生理要求和生活習慣，根據生產工藝的要求，空氣調節系統的控制就是建立一個滿足要求的溫度環境。空氣溫度的控制是空調系統最主要、最基本的功能。

②空氣濕度調節。不論是舒適的生活與上作環境，還是特殊的生產和科研環境，都對環境中的濕度參數有一定的要求。空氣過于潮濕或過于干燥都會使人感到不舒適，而且隨著氣溫的變化，人們對空氣濕度的要求也不盡相同。在一些特殊產品的生產車間、特別貴重物品、儀器設備的存放間或使用工作間，對濕度有更為嚴格的要求。空氣調節系統對濕度的調節是建立一個具有特定濕度環境所必需的。

③空氣氣流速度調節。人生活在以低流速流動的空氣環境中，比在靜止的空氣環境中會感到舒適。而處于變流速的空氣環境中比恒流速更舒服。監控氣流時，通常選距地面1.2 m的空氣流速作為監測標準。空調制冷時，水平風速以0.3 m/s為宜；空調制熱時，水平風速以0.5 m/s為合適，過高或過低的流速也會給人帶來不適。

④空氣質量調節。空氣中含氧濃度的高低，直接影響人們的生活質量；空氣中懸浮污物的含量，直接影響人們的身體健康。空氣中含氧濃度下降，使人感到胸悶憋氣，長期在這種環境下工作，危害人的健康，可通過新風量的調節保證空氣中的含氧量。空調房間中合適的溫濕度也利于細菌繁殖、懸浮污物的聚合，聚合后的懸浮污物攜帶各種細菌進入空調通風系統中，最終被人吸入體內，對人體帶來危害，可通過加強對這些懸浮顆粒的過濾以保證空調環境的清潔度。空氣含氧量和空氣清潔度的調節都屬于空氣質量調節。

⑤空氣壓力調節。在一些特別的空調空間，如有超潔凈度要求的電子、光學、化學、制藥等特殊的生產工藝環境，通過控制使超潔凈環境中的空氣相對于外部環境的空氣維持一定的正壓，就避免了外部空氣的進入，有利于保證空調空間的潔凈度；也有一些空調空間可能有負壓要求，如在有毒、有害氣體的空調環境中，為了避免有毒、有害氣體泄漏至內部環境，可使該空調空間的氣壓相對于其他空間的氣壓保持一定的負壓，以保證有害氣體不向外泄漏造成環境的污染和損害。

⑥空氣的特殊控制工藝。對于一些和生產工藝密切相關的空調系統，除了對空調系統的參數如溫度、濕度、壓力等有要求以外，還可能要求具備一些特殊的定時、邏輯控制功能。如在某生物培養問，除要求溫度、濕度的總體要求和各個房間維持相對壓差外，還要定期進行通風清潔、通風消毒的邏輯程序控制工藝。這些特殊的控制要求和空調空間的生產工藝密切相關。

空氣調節設備有新風機組、空氣處理機組、風機盤管、變風量系統（VAV）、送風崩}風系統等類型，下面在各類設備中，將選擇有代表性的新風機組自動控制設備作為例子，進行具體的分析與探討。

2新風機組自動控制的方法

新風機組通常與風機盤管配合進行使用。主要是為各房間提供一定的新鮮空氣，滿足室內衛生要求。為避免室外空氣對室內溫濕度狀態的干擾，在送入房問之前需要對其進行熱濕處理，室內負荷通常由風機盤管處理。新風機組的監控原理圖如圖1所示。

2.1新風機組運行參數與狀態監控點/位及常用傳感器

新風溫度測量：取自安裝在新風口上的溫度傳感器，采用風管空氣溫度傳感器。新風濕度測量：取自安裝在新風口上的濕度傳感器，采用風管空氣濕度傳感器（在BAS系統中，不是每個新風口都安裝新風溫/濕度傳感器，只需要在有代表性的少數新風入口或室外適當的檢測點安裝，測量值可供整個BAS系統共用）。

①過濾網兩側差壓監測：取自安裝過濾網上的壓差開關輸出，采用壓差開關監測過濾網兩側壓差。

②送風溫度測量：取自安裝在送風管上的溫度傳感器，采用風管空氣溫度傳感器。

③送風濕度測量：取自安裝在送風管上的濕度傳感器，采用風管空氣濕度傳感器。

④防凍開關狀態監測：取自安裝在送風管靠近表冷器出風側的防凍開關輸出，只在冬天氣溫低于0℃時使用。

⑤送風機運行狀態監測：送風機配電柜接觸器輔助觸點，也可用監測點在風機前后的差壓開關監測。

⑥送風機故障監測：送風機配電柜熱機電繼電器輔助觸點。

⑦送風機開關控制：從DDC（Direct Digital Control直接數字控制，通常稱為DDC控制器）數字輸出口（DO）輸出到送風機配電箱接觸器控制回路。

⑧新風口風門開度控制：從DDC控制器數字輸出口（DO）輸出到新風口風門驅動器控制輸入點。

⑨冷/熱水閥門開度調節：從DDC模擬輸出口（AO）輸出到冷熱水二通調節閥閥門驅動器控制輸入口。

⑩加濕閥門開度調節：從DDC模擬輸出口（AO）輸出到加濕二通調節閥閥門驅動器控制輸入口。

空氣質量檢測：取自安裝在空調區域的空氣質量傳感器，常選用二氧化碳（CO2）傳感器。

送風風速檢測：取自送風管上的風速傳感器，采用風管式風速傳感器。

2.2新風機組連鎖控制

新風機組啟動順序控制：新風風門開啟→送風機啟動→冷熱水調節閥開啟→加濕閥開啟。新風機組停機順序控制：關加濕閥→關冷熱水閥→送風機停機→新風閥門全關。

2.3新風機組運行與節能控制

①新風機組的溫度調節與節能策略。新風機組的控制通常以出風口溫度或房間溫度為被調參數，全年使用的新風機組常以出風口溫度和房間溫度共同作為被調參數。DDC控制器按照出風口溫度或房間溫度傳感器測量的溫度值與給定值比較的偏差，用PID規律調節冷/熱水調節閥開度以達到控制冷凍（加熱）水量，夏天使房間溫度低于28℃，冬季則高于16℃。另外，室外溫度是對上述調節系統的一個擾動量，為了提高系統的控制性能，把新風溫度作為擾動信號加入調節系統中，可采用前饋補償的方式消除新風溫度變化對輸出的影響。如室外新風溫度降低，新風溫度測量值減小，這個溫度負增量經DDC運算后輸出一個相應的控制電信號，使回水閥開度減小即冷量減小。在過渡季節或特別的天氣里，室外溫度在設定值允許范圍內時，可停止對空氣溫度的調節以節約能源。

②濕度調節。新風機組濕度調節與空調系統的濕度調節過程基本相同，把出風口（房間）濕度傳感器測量的濕度信號送入DDC控制器與給定值比較，產生偏差，由DDC按PI規律調節加濕電動閥開度，以保持空調房間的相對濕度。

③新風風門的調節。根據新風的溫濕度、房間的溫濕度及焓值計算以及空氣質量的要求，控制新風門的開度，使系統在最佳的新風風量的狀態下運行，以便達到節能的目的。

④過濾器堵塞、防凍保護。采用壓差開關測量過濾器兩端差壓，當差壓超限時，壓差開關報警，表明過濾網兩側壓差過大，過濾網積灰積塵、堵塞嚴重，需要清理、清洗。采用防霜凍開關監測換熱器出風側溫度，當溫度低于5℃時報警，表明室外溫度過低，應關閉風門，同時關閉風機，以免換熱器溫度進一步降低。風門應有良好的氣密性和良好的保溫性，阻止與室外冷空氣的傳熱，但大多數風門本身的氣密性和保溫性并不好，難以起到保溫隔熱的作用。比較可靠的方法是機組停止工作后，仍然把熱水調節閥打開（如開啟30％），使換熱器內的水流緩慢循環流動，若熱水水泵已停機，則整個水系統還應開啟一臺小功率的水泵，保證水系統有一定的水流速度，而不會使管路被凍裂。

⑤空氣質量控制。為保證空調房間的空氣質量，應選用空氣質量傳感器，當房間中CO2、CO濃度升高時，傳感器輸出信號到DDC，經計算，輸出控制信號，控制新風風門開度以增加新風量。

⑥設備定時啟停與遠程開/關操作。控制系統能夠依據預定的運行時間表，實現新風機組的按時啟／停；應有對設備進行遠程開/關操作的功能，也就是在控制中心能實現對空調機組現場設備的遠程控制。

在具體的工程中，系統配置都是不一樣的，并不是每個新風機組都配置新風溫濕度傳感器或防凍開關：在潔凈度要求較高的場合，新風機可能要配多級過濾網等。應該根據實際情況，統計出設備數量，作為選配DDC控制器的依據。

3結語

綜上所述，空氣調節系統的任務就是當室內外的空氣參數（溫度、濕度等）發生變化時，要求保持空調空間內空氣參數不變或不超出給定的變化范圍。通常采取對空氣進行加熱或冷卻達到溫度調節的目的，通過加濕和除濕達到濕度調節的目的，通過過濾和調節新風量來達到空氣質量調節的目的，為人們的生活、工作、學習提供更優質的環境。

參考文獻：

[1] 蘇錦霰，耿望陽.智能建筑的空調節能[J].智能建筑，2004， (8).