中央空調(diào)的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)問(wèn)題分析與優(yōu)化

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)能減排的要求，小型獨(dú)立式空調(diào)逐步被替代，中央空調(diào)在大型商場(chǎng)、車站醫(yī)院和企業(yè)等大型公共場(chǎng)所中的應(yīng)用越來(lái)越普及。與此同時(shí)，對(duì)中央空調(diào)的自動(dòng)化控制要求也越來(lái)越高，中央空調(diào)的應(yīng)用也正朝著智能化的方向發(fā)展，本文就中央空調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究和分析，并且對(duì)空調(diào)自動(dòng)化控制的節(jié)能提出了行之有效的方法和思路。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào) 自動(dòng)控制 節(jié)能

1 概述

中央空調(diào)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)舒適、安全和便利的生活環(huán)境，而且可以使能源的消耗大大減少，物業(yè)管理的成本大大降低，從而使建筑物整體的經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

2 中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)原則

當(dāng)今，我國(guó)中央空調(diào)的自動(dòng)控制系統(tǒng)往往應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)和集散控制方式。其主要由中央控制中心、現(xiàn)場(chǎng)控制部分和終端設(shè)備等部分組成。中央控制中心設(shè)置在建筑物的監(jiān)控中心，對(duì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。控制中心往往安裝計(jì)算機(jī)并配備打印機(jī)，在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，又可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空調(diào)的進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定和啟停控制。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析，使空調(diào)按照事先設(shè)定的程序和參數(shù)運(yùn)作。[1]中央控制中心的配置一般為：

（1）控制中心計(jì)算機(jī)應(yīng)使用Intel i3及以上處理器的電腦，2M以上內(nèi)存，160G以上硬盤16寸以上顯示器，兩個(gè)RS232通訊口，一個(gè)RS442通訊口，一臺(tái)針式彩色打印機(jī)。

（2）電腦操作系統(tǒng)可配置微軟win7操作系統(tǒng)和與之相兼容的自動(dòng)化控制監(jiān)控軟件，并采用TCP/IP協(xié)議與設(shè)備進(jìn)行通訊。

（3）中央空調(diào)自控系統(tǒng)的正常運(yùn)作是系統(tǒng)配置的前提條件，同時(shí)系統(tǒng)必須可以對(duì)系統(tǒng)故障和突發(fā)事故有應(yīng)急措施和處理方法，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全。

（4）系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)盡量減少不必要的故障，對(duì)于可能發(fā)生的故障應(yīng)采取措施使故障可能的影響范圍盡量小，從而使系統(tǒng)部分環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，盡量不影響整體的使用。

（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量降低成本，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保留必要的端口，方便日后系統(tǒng)功能和規(guī)模的擴(kuò)展。

3 中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和節(jié)能需求

設(shè)計(jì)中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)可以從以下幾方面入手：

（1）供水管道和主機(jī)調(diào)節(jié)的；自動(dòng)控制和裝置的運(yùn)行和停止；

（2）空調(diào)機(jī)組、管道基本數(shù)據(jù)的檢測(cè)；

（3）能量的常規(guī)調(diào)整控制

（4）節(jié)能節(jié)電控制。

如今，建筑物的中央空調(diào)主要由主機(jī)、能量傳輸、供風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)管路等裝置、閥門和對(duì)應(yīng)的管道構(gòu)成。通常，中央空調(diào)的電機(jī)設(shè)備的能耗大約為建筑物能耗的一半，而設(shè)備的能耗往往消耗在主機(jī)和傳輸系統(tǒng)，因此，空調(diào)主機(jī)和輸送設(shè)備是中央空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的核心部分。

3.1中央空調(diào)的主機(jī)系統(tǒng)

空調(diào)的主機(jī)系統(tǒng)主要由冷凍設(shè)備、熱泵、熱水機(jī)組成，同時(shí)配有各種水泵、冷卻設(shè)備、熱交換設(shè)備、膨脹水槽、控制閥門等。主機(jī)系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的核心，同時(shí)也是其主要的能量消耗部分。主機(jī)系統(tǒng)一般自帶CPU與其他裝置形成連鎖控制，接受控制中心的動(dòng)作指令，從而達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能狀態(tài)。

在春秋兩節(jié)，早晚溫差變化往往比較大，負(fù)荷變化也很大，所以對(duì)主機(jī)和水泵運(yùn)行數(shù)量的控制可以達(dá)到顯著的節(jié)能效果。同時(shí)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用回水溫度控制主機(jī)數(shù)量比傳統(tǒng)的根據(jù)供回水壓差控制有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，我們也應(yīng)該注意到當(dāng)冷凍水溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，主機(jī)會(huì)停止運(yùn)行，如果此時(shí)負(fù)荷比較小，主機(jī)可能不必再繼續(xù)工作，此時(shí)，我們可以經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)，使與主機(jī)相對(duì)應(yīng)的水泵和冷卻設(shè)施風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，并且關(guān)閉對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門。從而達(dá)到節(jié)能的效果。但是，當(dāng)主機(jī)發(fā)生停機(jī)故障導(dǎo)致主機(jī)和冷卻設(shè)施停止運(yùn)行時(shí)，若故障是低溫停機(jī)，為了蒸發(fā)器的安全，水泵應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行。另外，冷凍機(jī)額定運(yùn)行的能量消耗大約為整體設(shè)備的60%。因此，冷凍機(jī)性能的優(yōu)化同樣是節(jié)能控制的重要手段。即當(dāng)冷凍機(jī)主機(jī)負(fù)荷達(dá)到90%時(shí)，啟動(dòng)輔助冷凍機(jī)，負(fù)荷小于80%時(shí)關(guān)閉輔助機(jī)組，并且冷凍機(jī)葉片根據(jù)水溫控制。[2]

3.2中央空調(diào)的能量輸送部分

此部分主要由冷凍、熱水和傳輸管路等部分組成。實(shí)現(xiàn)此部分的自動(dòng)控制和節(jié)能，控制流量是核心。設(shè)計(jì)重點(diǎn)為：（1）增加供水和回水的溫度差；（2）采用變頻控制，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵，以減少流量損失和電能消耗；（3）對(duì)系統(tǒng)整體參數(shù)進(jìn)行分析，制定最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)；（4）根據(jù)室外溫度，在安全范圍內(nèi)，盡可能降低冷凝進(jìn)口水溫度，使冷凍機(jī)的COP得到提高。

3.3供風(fēng)機(jī)組控制

供風(fēng)機(jī)組的控制每天應(yīng)至少分三個(gè)時(shí)段進(jìn)行。過(guò)濾器兩側(cè)應(yīng)有壓差檢測(cè)，進(jìn)行濾網(wǎng)堵塞警報(bào)。供風(fēng)機(jī)組應(yīng)可以根據(jù)氣溫控制啟停，在冬季運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有防凍動(dòng)作。當(dāng)建筑內(nèi)部有顯著的人員變化時(shí)，其風(fēng)量應(yīng)可以自動(dòng)控制。

4 中央空調(diào)的自動(dòng)化控制和節(jié)能新技術(shù)

中央空調(diào)是在擾動(dòng)環(huán)境中運(yùn)行工作的，外界環(huán)境時(shí)刻變化，難以預(yù)測(cè)。為了使整個(gè)系統(tǒng)能夠更好滿足用戶要求。科研人員進(jìn)行了不懈的研究，研究出更多的新技術(shù)。

（1）應(yīng)用微計(jì)算機(jī)處理器進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，采用模糊控制的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，在反應(yīng)速度和精度上使系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加卓越的控制效果。

（2）采用PID自動(dòng)閉環(huán)控制和變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，使系統(tǒng)控制更加簡(jiǎn)單，能耗變得更低。

（3）可編程控制器得到更加廣泛的應(yīng)用，使系統(tǒng)的配置更加靈活，控制愈發(fā)簡(jiǎn)便可靠。[3]

5結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和新思路的不斷產(chǎn)生，中央空調(diào)的控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制日趨完善，節(jié)能效果更加明顯。作為相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，應(yīng)不斷研究，努力探索，并且兼容并包，吸取他人經(jīng)驗(yàn)。使我國(guó)中央空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)等到更加長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè).電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院主編.

[2]陳之啟.可編程序控制器在空調(diào)冷水機(jī)組自動(dòng)控制中的應(yīng)用.

[3]梁華編.實(shí)用建筑弱電工程設(shè)計(jì)資料集.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999年.

作者簡(jiǎn)介：石明煒（1983-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要從事建筑節(jié)能及調(diào)適相關(guān)工作。