簡(jiǎn)述中央空調(diào)系統(tǒng)中自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

黃榮濤

摘 要：在暖通空調(diào)系統(tǒng)管控過程中，如果能有效應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)，則可改善系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)，對(duì)降低運(yùn)行能耗、管控勞動(dòng)強(qiáng)度具有非常重要的作用。對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)及其機(jī)理進(jìn)行了概述，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；自動(dòng)控制技術(shù)；節(jié)能機(jī)理；冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.134

1 中央空調(diào)系統(tǒng)

1.1 基本構(gòu)成

圖1為最典型的中央空調(diào)系統(tǒng)之一，主要包括冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、主機(jī)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

圖1 典型的中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)示意圖

從圖1中可看出，主機(jī)蒸發(fā)器中的低溫冷凍水經(jīng)冷凍泵加壓后送到冷凍水管道，在室內(nèi)完成熱交換后，將熱量從室內(nèi)帶走，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫的目的，最后循環(huán)至主蒸發(fā)器。上述熱量經(jīng)主機(jī)內(nèi)冷媒傳給冷卻水，使其溫度上升。當(dāng)冷卻泵將升溫后的冷凍水壓至冷卻塔中，會(huì)與大氣實(shí)現(xiàn)熱交換，在景觀降溫

后再將其送到主機(jī)冷凝器，循環(huán)運(yùn)行后可實(shí)現(xiàn)降溫的目的。

1.2 節(jié)能機(jī)理

對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，變頻調(diào)速的主要控制依據(jù)為：循環(huán)系統(tǒng)（2個(gè)）完成外部熱交換后進(jìn)行熱交換。在實(shí)踐中，可根據(jù)出水、回水之間的溫差，對(duì)循環(huán)水流速進(jìn)行管控，這樣可有效控制熱交換速度。在控制冷凍水循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，因冷凍水出水溫度為冷凍結(jié)果，所以，溫度相對(duì)穩(wěn)定，通過測(cè)量回水溫度即可得知房?jī)?nèi)溫度。對(duì)于冷凍泵內(nèi)的變頻調(diào)速系統(tǒng)而言，回水溫度越高，則房?jī)?nèi)溫度越高，應(yīng)相應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，并加快冷凍水的循環(huán)速度，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。此外，在中央空調(diào)系統(tǒng)的管控過程中，還可以采用有效的自動(dòng)控制技術(shù)，以提高其節(jié)能、管控效率。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)

2.1 冷熱源和水管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

對(duì)于主機(jī)系統(tǒng)而言，其帶有單元控制器，可提供蒸發(fā)器、冷凝器等進(jìn)出口溫度和水流開關(guān)壓縮機(jī)的壓力等。在此過程中，機(jī)組采用群控模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵的自動(dòng)連鎖管控，具有監(jiān)視、查詢和報(bào)警等功能。在機(jī)組運(yùn)行的過程中，一旦機(jī)組出現(xiàn)故障，則會(huì)在主控制器上及時(shí)顯示并報(bào)警。根據(jù)工況，可改變系統(tǒng)設(shè)定的相關(guān)數(shù)值，比如，白天辦公期間與夜間無人時(shí)間段的設(shè)定值存在較大的差異。根據(jù)命令要求對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行操作，以冷凍機(jī)房出口設(shè)定值為依據(jù)，對(duì)壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉閥進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在此

過程中，可對(duì)冷凍水出口溫度進(jìn)行設(shè)定。通過水溫傳感器、流量傳感器可有效監(jiān)視主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的收集、管控而言，實(shí)踐中由1臺(tái)DDC 控制器即可實(shí)現(xiàn)。

2.2 新風(fēng)和空調(diào)機(jī)組的參數(shù)測(cè)量

對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，為了有效提高室內(nèi)舒適度、空氣的潔凈度和新鮮度，需及時(shí)補(bǔ)充新風(fēng)，且新風(fēng)量在冷、熱負(fù)荷中的比例非常大。在新風(fēng)空調(diào)機(jī)組風(fēng)道、重要區(qū)域的送風(fēng)道位置，需安裝溫、濕度傳感設(shè)備。通過對(duì)機(jī)組盤管水流量的調(diào)節(jié)、采用加濕法控制流量，可使溫度滿足設(shè)計(jì)要求。中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫、濕度計(jì)算負(fù)荷，并自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行換擋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的有效管控。在機(jī)組運(yùn)行過程中，根據(jù)室內(nèi)、外的溫、濕度和預(yù)設(shè)的溫、濕度對(duì)風(fēng)閥開度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并對(duì)排風(fēng)閥進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行停止后，新風(fēng)閥和排風(fēng)閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，且回風(fēng)閥應(yīng)全開。應(yīng)用DDC控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化管控，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)新風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟停控制。在實(shí)踐中，根據(jù)新風(fēng)的溫度，通過PID對(duì)水閥進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，從而保持送風(fēng)溫度為設(shè)定值、對(duì)干蒸汽加濕閥的控制，最終使冬季風(fēng)機(jī)出口空氣溫度達(dá)標(biāo)。自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用可對(duì)新風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、問題故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，還能測(cè)量風(fēng)機(jī)出口空氣的溫、濕度參數(shù)，并對(duì)新風(fēng)過濾器兩側(cè)的壓差進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)這些參數(shù)達(dá)到極限值后會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2.3 中央空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)盤管監(jiān)控

對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，冷暖設(shè)備有新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組，且還有大量的應(yīng)用風(fēng)機(jī)盤管。從當(dāng)前的市場(chǎng)情況看，主要有2種風(fēng)機(jī)盤管控制器：①DDC控制器。其可與主機(jī)進(jìn)行有效通訊，可實(shí)現(xiàn)有效的中心管控，能對(duì)調(diào)節(jié)冷水、冷機(jī)進(jìn)行控制，但其價(jià)格相對(duì)較高。②不具備通訊能力的盤管控制器。對(duì)于該種類型的控制器而言，建議根據(jù)水系統(tǒng)的連接狀況對(duì)風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行分組，每一組支路的入口位置需安裝流量計(jì)、供回水溫度傳感器和供回水壓差變送器等。目前，在中央空調(diào)系統(tǒng)自控過程中，還無法完全利用DDC技術(shù)進(jìn)行控制，進(jìn)而在系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)試、制冷效果調(diào)節(jié)過程中，無法通過各風(fēng)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)來使風(fēng)量均勻達(dá)到設(shè)計(jì)要求。針對(duì)該問題，常用的方法為“基準(zhǔn)風(fēng)口法”，即采取手動(dòng)操作的方式對(duì)風(fēng)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。一般而言，在調(diào)整中央空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量前，應(yīng)先對(duì)所有風(fēng)口的風(fēng)量進(jìn)行初測(cè)，計(jì)算出每一個(gè)風(fēng)口的初測(cè)值、設(shè)計(jì)風(fēng)量比，確定比值最小的風(fēng)口，并將其作為基準(zhǔn)風(fēng)口。

3 智能控制技術(shù)的應(yīng)用

以某大型酒店為例，其安裝了3臺(tái)冷卻水泵，電機(jī)容量為65 kW，電機(jī)負(fù)荷率達(dá)90%；安裝了3臺(tái)冷凍水泵，電機(jī)容量為55 kW，電機(jī)負(fù)荷率達(dá)89%.該中央空調(diào)系統(tǒng)采用上位機(jī)為監(jiān)控軟件，下位機(jī)為S7-300PLC，系統(tǒng)中需完成信息數(shù)據(jù)采集、算法實(shí)現(xiàn)、狀態(tài)控制和向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)信號(hào)。中央空調(diào)系統(tǒng)變頻器節(jié)能示意圖如圖2所示。

圖2 中央空調(diào)系統(tǒng)變頻器節(jié)能示意圖

在上述案例中，中央空調(diào)系統(tǒng)管控中應(yīng)用的智能控制技術(shù)有2種，即模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。在當(dāng)前自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下，自適應(yīng)模糊控制算法通過模擬人的思維，對(duì)無法構(gòu)造的模型進(jìn)行管控；在應(yīng)用PLC、變頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)于非線性、時(shí)變和大時(shí)滯復(fù)雜空調(diào)管控對(duì)象而言，采用模糊控制器比傳統(tǒng)PID控制模式的效果更明顯。

3.1 在定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

在定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)量確定后，無論負(fù)荷如何變化，風(fēng)機(jī)均會(huì)全風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)，并隨著送風(fēng)溫度改變，可有效滿足室內(nèi)冷、熱負(fù)荷的變化，從而維持室內(nèi)的溫、濕度。對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，其既具有供暖、供冷、除濕、加濕等功能，又可采用智能控制技術(shù)手段對(duì)排風(fēng)口、回風(fēng)機(jī)和電動(dòng)風(fēng)門等進(jìn)行有效管控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混合式、循環(huán)式運(yùn)行，節(jié)能效果非常好。對(duì)于定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)而言，其控制要點(diǎn)在于空調(diào)回風(fēng)溫、濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)、新風(fēng)閥、排風(fēng)閥和回風(fēng)閥應(yīng)用比例的管控等。

3.2 在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

對(duì)于變風(fēng)量系統(tǒng)而言，當(dāng)空調(diào)房間的冷、熱負(fù)荷變化時(shí)，不會(huì)改變送風(fēng)溫度，而是改變風(fēng)量，這樣可維持室內(nèi)的溫、濕度。對(duì)于該系統(tǒng)而言，每一個(gè)房間的送風(fēng)入口位置均需布設(shè)末端設(shè)備，即可自動(dòng)管控的風(fēng)閥。在實(shí)踐中，通過調(diào)節(jié)（增大、減小）室內(nèi)送入的風(fēng)量，可對(duì)每個(gè)房間的溫、濕度進(jìn)行單獨(dú)管控，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)是送風(fēng)溫度不變，即表冷器回水調(diào)節(jié)閥的開度不變。

4 結(jié)束語

在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，多以最大冷負(fù)荷作為最大功率驅(qū)動(dòng)，因此，造成實(shí)際所需的冷負(fù)荷與最大功率輸出相互矛盾，能源嚴(yán)重浪費(fèi)。自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、提高控制效率等目的，因此，其在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]王本進(jìn).自動(dòng)控制技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（09）.

〔編輯：張思楠〕