戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)

楊 燕， 林 然

（1.南京工業(yè)職業(yè)技術學院 江蘇 南京 210023；2.南京悅然建筑科技有限公司 江蘇 南京 210007）

毛細管輻射空調系統(tǒng)中的毛細管輻射末端作為第三代輻射末端 （前二代分別是混凝土結構預埋管和金屬輻射板）起源于上世紀80年代德國，并迅速普及整個歐洲市場，由于其具備舒適、節(jié)能、健康的環(huán)境品質，將來能部分甚至完全替代常規(guī)對流式空調末端，本世紀初毛細管技術引入中國。目前部分房地產企業(yè)和政府也積極投資開發(fā)該項領域，同時國內一些高端、遠瞻業(yè)主在其房屋項目中也開始使用該健康、舒適、節(jié)能的環(huán)境系統(tǒng)。

但由于此系統(tǒng)組成較常規(guī)對流空調復雜，特有的施工方法以及與建筑外圍護結構之間的匹配性要求很高，大多數(shù)設計商和工程商并未能完全掌握系統(tǒng)自身的安全性、平衡性、自控控制關系，尤其在戶式毛細管輻射系統(tǒng)的實際自動控制技術應用中僅滿足了現(xiàn)場新風輔助帶防結露功能的溫度控制這一最低要求。對節(jié)能、維護便利關鍵的綜合性自動控制重視還顯不足。因此，除在項目實施中避免其技術缺陷和錯誤施工外，針對戶式系統(tǒng)得綜合性實施自動控制技術，將能全面發(fā)揮此輻射系統(tǒng)高舒適度、低能耗的技術特征，也為小業(yè)主在使用中及后期的維護方面帶來了一定的便利性，對輻射系統(tǒng)市場的推廣起到了積極的示范效應。

1 工作原理

毛細管輻射空調自動控制實現(xiàn)了溫、濕度的分別控制，就是向室內送入經過處理的新風，承擔室內濕負荷，根據(jù)氣候差異，一般夏季對新風進行降溫除濕處理，冬季對新風進行加熱加濕處理（視地區(qū)差異，例如南方新風大多數(shù)都需要降溫除濕）。通過風輸送系統(tǒng)，新風不僅承擔控制室內二氧化碳濃度和排除VOC等衛(wèi)生方面的要求，還要起到調節(jié)室內濕度甚至輔助承擔室內溫度的作用；采用另外獨立的水輸送系統(tǒng)，夏季產生17～19℃冷水、冬季產生32～35℃的熱水送入室內毛細管輻射末端，承擔室內溫度。

溫、濕度獨立控制系統(tǒng)，可以有效避免常規(guī)系統(tǒng)中由于對流末端對溫、濕度進行聯(lián)合處理所帶來的能源浪費（備注3）、不舒適性和空氣品質的降低（備注4）；由新風來調節(jié)濕度，毛細管輻射末端調節(jié)溫度，可滿足房間熱濕比不斷變化的要求，避免了室內濕度過高或過低的現(xiàn)象。

2 系統(tǒng)組成

一般空調系統(tǒng)針對使用范圍分為戶式和小區(qū)集中式，小區(qū)集中式僅是將部分室內溫度控制交由小區(qū)業(yè)主控制，自身小區(qū)物業(yè)管理承擔輸送系統(tǒng)和機房的控制。不同于小區(qū)集中式毛細管輻射空調系統(tǒng)，戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)采用的是獨立式冷熱源、設備機房、輸送系統(tǒng)、室內水和風末端，因而綜合性的自動控制系統(tǒng)將涵蓋于整個系統(tǒng)子部分，其意義重大。系統(tǒng)組成如下：

圖1 戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)的組成Fig.1 Constitution of automatic control system of capillary radiation air conditioning

可見，綜合性的毛細管自動控制系統(tǒng)已不僅僅局限于室內末端控制，還包括對機房設備的開閉優(yōu)先級、運行模式；輸送系統(tǒng)的能量分配、節(jié)能控制等。

3 系統(tǒng)設計

戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)設計包括機房、輸送系統(tǒng)、末端、現(xiàn)場HMI、遠程管理，也可根據(jù)業(yè)主不同需求定制。

3.1 機房

機房設計應能滿足如下要求：

1）系統(tǒng)設備正常啟動順序和關閉。

2）對新風機組的風速控制、送風口溫濕度、CO2濃度控制、風閥控制、加除濕、空氣品質和其他內帶邏輯控制。

3）對熱泵主機的冷、熱模式遠程切換、冷、熱模式回水溫度設定等其他內帶邏輯控制。

4）對水箱內溫度控制。

5）設備故障報警信息采集和相應系統(tǒng)保護。

3.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)設計應能滿足如下要求：

1）當前泵和備用泵的智能切換和值班。

2）飽和狀態(tài)下的水泵節(jié)能控制。

3）熱水循環(huán)和增壓啟停。

4）板換側和新風側能量配比控制。

5）板換側、冷凍側、冷卻側的壓力平衡控制。

3.3 末端控制

末端控制設計應能滿足如下要求：

1）現(xiàn)場濕度采集與防結露控制。

2）現(xiàn)場溫度采集與毛細管頂、地分級控制。

3.4 現(xiàn)場HMI及遠程管理

現(xiàn)場HMI及遠程管理設計應能滿足如下要求：

1）機房、輸送系統(tǒng)、末端控制部分數(shù)據(jù)采集與控制，控制后的結果能實時更新現(xiàn)場控制界面數(shù)據(jù)和及時校對。末端溫控器的通訊線連接方式是使用RVVP2＊1的屏蔽線并聯(lián)后再通到中心機房的采集器。末端溫控器使用MODBUS通訊協(xié)議，經XY－CN總線連接到自控中心采集器。

2）即使遠程中控出現(xiàn)操作故障，不影響現(xiàn)場自控中心系統(tǒng)運行；即使現(xiàn)場自控中心系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不影響室內溫度及溫濕度邏輯控制。采集器有2個RS232通訊接口，對應的寄存器表，可以分別聯(lián)到不同的計算機或網(wǎng)絡系統(tǒng)，支持MODBUS RTU協(xié)議或MODBUS TCP/IP協(xié)議。遠程網(wǎng)絡部分可以另行買一個以太網(wǎng)轉換器，把RS232接口轉成以太網(wǎng)接口，提供給第三方的遠程控制和遠程CRM管理系統(tǒng)使用。

4 案 例

以一套600平米別墅采用毛細管輻射自動控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)采用的冷熱源為地下土壤源，機房設置熱泵主機、新風主機和水力模塊，末端采用頂、墻、地毛細管輻射系統(tǒng)，熱水通過獨立燃氣制取。輻射系統(tǒng)及控制點位圖如圖2所示。

控制要求有3個方面。

1）機房、輸送部分

地源熱泵主機采用硬接點控制，主機給PLC提供手自動、故障、運行信號，PLC控制主機啟停，季節(jié)切換。

吊頂式除濕機、新風機按照自帶邏輯控制程序控制，PLC只對其進行狀態(tài)監(jiān)視和啟停控制，季節(jié)切換。

板換一次側調節(jié)閥根據(jù)二次出水（毛細管供水）溫度進行調節(jié)開度大小，實現(xiàn)冬季工況（供水37℃，回水32℃）；夏季工況（供水17℃，回水22℃）。

板換一次側循環(huán)水泵與主機聯(lián)動進行啟停控制，主機開啟前必須開啟，并檢測地源側泵運行中才能運行，主機關閉時延時20分鐘關閉。

板換二次側循環(huán)水泵根據(jù)二次側供回水溫差值進行啟停控制，當回水溫度-供水溫度≥5℃啟動，當回水溫度-供水溫度≤3℃停機（夏季工況），當供水溫度-回水溫度≥5℃啟動，當供水溫度-回水溫度≤3℃停機（冬季工況）。

板換二次側壓差旁通由現(xiàn)場壓差控制器控制，系統(tǒng)根據(jù)板換二次側的供回水壓差值進行調節(jié)，當供回水壓差大于設定值，閥門調節(jié)至開大；當供回水壓差小于設定值，閥門調節(jié)至關閉。

主機地源側循環(huán)水泵與主機聯(lián)動啟停控制，主機啟動前地源循環(huán)泵必須啟動，主機停機后延時25分鐘關閉。

2）控制點位表

3）末端部分

以夏季模式為主（冬季反之）：

當溫控器設定溫度高于室內實際溫度，頂面毛細管、地面毛細管的電動閥全部停止。

圖2 輻射系統(tǒng)及控制點位圖Fig.2 Radiation system and control point bitmap

圖3 遠程管理機房、輸送控制部分Fig.3 Part of remote computer room managing and transport controlling

設備名稱 PLC DI DO AI AO 通訊熱泵主機 3 1新風主機1冷卻水泵 3 1冷凍水泵 3 1板換水泵 3 1冷凍側溫探 1板換側溫探 2冷卻側三通 1合計 12 4 3 1 1

頂面毛細管電動閥運行，由濕度探測器開關，當濕度探測器探測濕度給出關閉信號，關閉頂面毛細管電動閥，濕度探測器給出開啟信號，開啟頂面毛細管電動閥。

當溫控器設定溫度低于室內實際溫度差值2℃＞T＞0℃之間時（室內實際溫度大于溫控器設定溫度），頂面毛細管電動閥啟動，地面毛細管電動閥關閉。

當溫控器設定溫度低于室內實際溫度差值T＞2℃之間時（室內實際溫度大于溫控器設定溫度），頂面、地面毛細管電動閥啟動。

5 結束語

圖4 遠程管理末端控制Fig.4 Terminal control of remote management

戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)是在小區(qū)集中式自控系統(tǒng)上衍生出來的新興系統(tǒng)。為便于業(yè)主日常使用與維護便利，自控模塊可拆解，也可根據(jù)業(yè)主具體需求定制個性化產品。通過對輸送系統(tǒng)的節(jié)能控制，減少日常水泵運行負載和控制用電輸出；也可使用離家值班模式，回家后迅速保證室內舒適效果，維持系統(tǒng)較低的電費支出。通過戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)的配套，將大大減少業(yè)主日常誤操作和維持系統(tǒng)穩(wěn)定運轉。

戶式毛細管輻射空調自動控制系統(tǒng)有效地促進了毛細管輻射領域的快速發(fā)展，大大提高了居民的生活品質。

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