我國暖通空調自動控制系統的現狀與發展

【摘 要】本文針對暖通空調自動控制系統的四個發展階段和未來的發展趨勢進行了簡要的介紹，本文的研究具有一定的理論意義和現實意義。

【關鍵詞】暖通空調；自動控制系統；現狀

引言

近年來，在國家節能減碳、綠色環保政策推動的大背景下，空調技術日益發展，空調自動控制也日顯重要。變風量、變水量、全新風、熱回收、能源系統等形形色色的空調系統無一不依賴自動控制。空調系統和自控系統早已無法分離，缺一不可。可以說，不了解控制技術的空調系統設計只能是靜態的、單工況的，當然更無法滿足全年節能運行的要求。本文針對暖通空調自動控制系統的現狀和發展進行了簡要的介紹，本文的研究具有一定的理論意義。

1、暖通空調

暖通空調自動控制系統至少包含以下內涵：

1）為了完成自動控制功能而形成的各環節（或裝置），本身具有相互的邏輯關系或聯系，由此形成了系統的概念；

2）自動控制系統針對的對象為暖通空調設備、系統、過程和環境；

3）自動控制系統實現的目標是使被控對象按照預定的方式運行，或者保持規定的參數；

4）自動本身有兩個含義，一是無人參與，二是保證時效（又稱“實時控制”）。

暖通空調系統的自動控制，對于保證空調系統本身的合理運行、減少人力、實現安全操作起到了非常關鍵的作用；它也對暖通空調系統和技術的發展起到了極大的推動作用。同時，作為暖通空調系統工程的一部分，自動控制系統也隨著空調系統的要求和空調技術的發展，不斷取得新的突破，真正呈現出了“百花齊放，百家爭鳴”的局面。

2、暖通空調自動控制系統的發展

在中國，暖通空調自動控制的發展大體上經歷了四個階段或四種系統形態。

2.1設備集中啟停控制系統

該系統的特點是：通過電力系統（強電系統）的開關、接觸器、繼電器及強電線路等，使得暖通空調設備能遠距離啟停，同時通過設置某些指示標志（如信號指示燈等），顯示設備目前的運行狀態（啟或停）。

2.2模擬儀表控制系統

模擬儀表控制系統中，關鍵的是控制器（又稱調節器）的功能特性。常見的模擬控制器有：雙位控制器（On/Off控制）、比例控制器（P控制）、比例積分控制器（PI控制）和比例積分微分控制器（PID控制）。早期的模擬控制器的特性參數（比例帶、積分時間、微分時間等）是固化的，不能根據現場的需求來變更。隨著技術的進步，逐漸更新的產品基本上能根據控制內容的要求，對特性參數進行現場整定。由于模擬儀表具有可靠性好、適應性強、價格低等特點，因此，模擬控制目前仍然在很多場所（尤其是工業建筑的空調系統）廣泛使用。

模擬控制系統的一些儀表（傳感器等）與強電系統組合，可以對一些控制參數進行監測和顯示（采用單點或多點巡回檢測儀方式）；同時，也可以實現遠距離集中啟停設備的功能。

2.3 集散式監控系統

集散式控制系統是數字技術在暖通空調控制系統中的雛形，于20世紀80年代初期開始進入我國的 暖 通 空 調 系 統 控 制 領 域 （代 表 性 產 品 是Honeywell公司當時在中國推出的DGP系統），其中的參數控制依然采用了模擬控制儀表。但在參數與設備監控方面，則采用了數字傳輸技術-備的運行狀態和被控參數信號由相應的傳感器檢測后送至數據采集儀；數據采集儀對輸入的檢測信號進行模數轉換后，以數字信號的方式傳送到集中監測用計算機中，從而完成對設備和參數進行集中監測、顯示。由于具備了一定的數模轉換和數字通訊功能，后期產品中也有一些能通過計算機對部分控制參數進行再設定。

顯然，數字技術的引入，替代了設備集中啟停系統的功能和多臺模擬顯示儀表同時工作才能完成的顯示功能，并使得人機界面更為友好。對于民用建筑要求監控點數多、控制環節分布廣的暖通空調系統來說，有著更好的適用性。因此，20世紀80年代中期之前建造的許多大中型民用建筑，廣泛采用了這種系統。

2.4直接數字控制系統

隨著數字技術的不斷發展，模擬控制逐漸被數字控制方式替代。北美從20世紀70年代后期開始，在空調自動控制系統中引入了數字控制方式。與集散式系統相比，其核心是：控制器采用了直接數字控制器（簡稱DDC控制器）來替代模擬儀表。因此實現了從被控參數到控制信號的傳輸、運算等全部數字化。20世紀80年代中后期，直接數字控制系統開始逐漸引入我國。至今，在大型民用建筑中，這仍然是一個主流的系統，得到了廣泛的應用。

3、暖通空調自動控制系統的發展趨勢

3.1暖通空調系統需求的提升促使自控系統進一步發展

暖通空調系統的設置，是以滿足工藝要求（工業建筑或有特定工藝要求的建筑）或舒適性要求（民用建筑）為主要目的。由于暖通空調系統的能耗占建筑能耗的比例相當大，在當今能源形勢緊迫、環境保護要求越來越高的情況下，暖通空調系統也應承擔“節能減排”的相應責任。系統形式的多樣化、能源形式的多樣化、可再生能源的有效利用等等，為暖通空調系統的節能提供了基礎平臺。但是，僅僅有這些基礎的硬件平臺還是遠遠不夠的，多樣化及復合能源系統形式的優化，需要自動控制系統給予多方面的支持與配合。例如：可再生能源和低品位能源的利用，從原理上說并不是全年都能夠使用的，設計的目標也只是全年最大程度地應用，因此這一“最大程度”主要取決于系統優化運行的邏輯和運行控制的實時保障措施。

因此，如果能夠很好地解決目前出現的一些問題，暖通空調自動控制系統將隨著建筑節能減排的深入而出現新的發展局面。

3.2自控系統的專業化分工與協同

暖通空調自控系統的發展方向是大系統（樓宇控制系統）還是小系統（機電一體化）？大系統具有通用性好、管理能力強、系統整體優化功能強等特點；小系統具有針對性強、使用靈活等特點。因此這也成為多年來行業一直有爭議的問題。從市場和產品提供方的特點來看，一些有實力的大系統承包商積極研發暖通空調設備，或者結合暖通空調設備有針對性地研發相應的控制系統（國際知名的Johnson和York公司合并就是一個例子）。同時，更多的暖通空調設備制造商針對自身產品研發了專門的控制器及系統（例如Carrier公司、Trane公司冷水機組的單機控制技術與機房群控系統），并不斷致力于系統全面解決方案的研發。顯然，大系統與小系統并沒有明確的優劣劃分標準，而是各自適合于不同的情況。因此筆者認為，大系統與小系統相結合，在充分發揮小系統針對性強這一特點的基礎上，由大系統來完成更多的管理與優化職能，將是未來暖通空調自動控制系統的發展方向之一。

4、結語

綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，在中國這個全世界最大的建設市場上，通過各行業的共同努力研究與實踐，我國的暖通空調自動控制系統的應用將更為合理、技術更為提高，為節能減排做出更大的貢獻。

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