暖通空調自動控制系統的現狀綜述

陳延祥

（德州亞太集團有限公司，山東 德州 253000）

暖通空調自動控制系統的現狀綜述

陳延祥

（德州亞太集團有限公司，山東 德州 253000）

隨著住戶對居住環境日益嚴苛的要求，暖通空調自動控制系統變得日益重要，我國也制定了相應的標準，對該系統進行了規范化管理。文章回顧了我國的暖通空調自動控制系統的發展歷程，并著重講解了目前正在使用的自動控制技術，最后提出了對于暖通空調自動控制系統發展趨勢的展望，以供參考。

暖通空調；自動控制；現狀

暖通空調系統，即HVAC（Heating，Ventilating and Air Conditioning），是現代建筑中不可缺少的室內環境調節系統。目前，廣泛認為暖通空調系統的主要功能有三個：室內空氣調節、室內溫度控制以及通風。在現代化的建筑設計中，常常將上述的暖通空調功能進行統籌、整合設計，這就對暖通空調系統的自動化運行提出了更高的要求。上文所述的“自動控制”，采用國標《采暖通風與空氣調節屬于標準GB50155-92》中的定義，是指“在無人直接參與下，采用控制裝置是被控設備、系統、生產過程或環境按照預定的方式運行或使被控參數保持規定值的操作”。對這一定義進行分析我們可知，暖通空調自動調節系統，應當具有以下幾個方面的內涵：①作為一個系統而言，暖通空調自動控制系統的各個組成環節或裝置，應當具有相應的邏輯關系，在這樣的關系之下，其可以被稱之為“系統”；②這一系統所作用或針對的對象，應當是目標建筑物的環境、工業控制過程、暖通系統以及空調等裝備，即暖通空調系統所涉及到的一切環境以及裝置；③這一系統所追求的最終目標，應當是使被控制的暖通裝置按照預想的方式進行運行，并且保持目標環境的各項參數符合預期并且保持穩定；④自動控制，應當具有雙重含義：A.保證暖通系統的工作狀態隨環境參數而實時改變；B.這一改變過程不需要人的參與。

1　我國暖通空調自動控制系統的發展

在我國，暖通空調自動調節系統的發展大致可分為四個階段。

（1）設備集中化管理控制階段。這是暖通空調自動控制系統發展的雛形階段。集中化管理控制，是指使用傳統的電力設備，如繼電器、開關等，將建筑各項暖通裝置的控制開關延伸到一個集中的地方，一般而言是控制間中，然后通過聲、光等信號對各種設備的運行狀態進行指示。管理人員根據建筑環境的變化，而對空調設施的運行狀態進行調節，最終實現對空調暖通系統的集中控制。嚴格地說，設備集中化管理控制系統不能被稱為自動控制系統，但這一系統卻為暖通自動化控制系統提供了思路與雛形。

（2）模擬儀表控制系統。模擬儀表控制系統誕生于20世紀80年代之前，其通過各項各種裝置對室內空氣環境進行調節，對室內環境的各項參數進行監測，將檢測結果返回系統，并根據這一檢測數值對暖通裝置的工作狀態進行調節。這一系統為以后的暖通自動調節系統奠定了基本的思路，對暖通自動控制系統的發展具有重要的意義。上述的系統是一個最基本的反饋調節系統，在室內暖通系統的設計中，這一反饋調節系統往往通過弱電系統進行控制。這一系統的核心是控制器，其控制著整個系統中各項暖通設備的開關啟停與運行狀態。在此系統中，最常見的控制器有PID控制器（比例積分微分控制器）、P控制器（比例控制器）、PI控制器（比例積分控制器），較為簡單地有雙位控制器（即簡單的開關控制器）等。模擬儀表控制系統是一種較為陳舊的控制系統，但由于其設計思路簡單、可靠性高且應用較為廣泛，再加上各項控制裝置技術的革新，因此，即使在今天，也可以見到一些模擬儀表控制系統的應用案例。

（3）集散式監控系統。在20世紀80年代初，集散式控制系統被引入我國的暖通設計中。集散式控制系統，是指在模擬儀表控制系統的基礎上，采用更加先進的數字化信息傳輸技術，代替了傳統模擬儀表控制系統的參數傳遞方式，使集中控制系統的性能得到了較大幅度地提升。數字化信息傳輸，是指將傳感器所輸出的信號通過數字化傳輸的形式輸入集中控制計算機中，從而實現對設備的集中控制。集散式監控系統，使得顯示界面更加人性化和高效化，使操作者可以一目了然地知道目前系統運行狀況，大大提高了系統運行效率，使得暖通自動化控制系統在大型建筑中的應用成為可能。

（4）直接數字控制系統。直接數字控制系統，其核心是直接數字控制器，簡稱DDC控制器。直接數字控制器的使用，使得暖通自動控制系統的性能得到了大幅提升。直接數字控制系統仍是目前世界主流的暖通控制系統，并且在我國應用廣泛。DDC控制器，其核心是微處理器。DDC控制器通過對檢測信號進行捕捉，通過A/D轉換器將信號轉換為微處理器可識別的形式并且輸入到微處理器中，在微處理器中進行加工與處理，得到的結果再通過D/A轉換器進行轉換，之后通過輸出端輸出控制信號，實現對暖通系統的控制。DDC控制器的控制原理示意圖如圖1所示［1］。

圖1　DDC控制器原理示意圖

基于DDC控制器，可實現DDC系統網絡的架構。目前應用較為普遍的DDC網絡架構主要有BUS總線以及環流結構兩種方式。這兩種架構方式都有著自己的特點，其中，BUS總線結構的應用原理比較簡明，其通過一條主線連接多個BUS控制器，以實現對設備的集中監控與管理。在BUS總線中還可以產生分支，以連接支線BUS總線結構（見圖2）。這種連接方法對于DDC控制器使用不多的系統，可以說非常簡單便捷且便于施工人員的理解，但如果DDC控制器使用數量較多，則對于網絡技術的要求較高，需要在一定的技術條件下進行使用。

環流結構的設計主要是有利于系統的擴充，其通過環網接口可以很方便的將新增加的DDC控制器加入新的環網中并且實現與系統的連接。目前BUS總線連接方式較為普遍。

圖2　BUS總線連接方式示意圖

2　暖通空調自動控制系統的發展趨勢

以上介紹了暖通空調自動控制系統的發展歷程與現狀，以下介紹空調暖通自動控制系統的發展趨勢。目前，信息化社會成為了當今社會的技術主流，空調暖通系統也應當跟隨主流發展。空調暖通自動調節系統，其發展趨勢主要由以下三個方面。

（1）網絡化與數字化［2］。隨著當前社會的發展，網絡在日常生活中起到了日益重要的作用。空調暖通系統，作為現代建筑室內環境中非常重要的組成部分，其在人類生活中的作用不可替代。暖通空調自動控制系統的信號傳輸方式、人機交互方式等都會向網絡化與數字化方向發展。

（2）更加優化的人機交互界面。作為身為人類服務的暖通系統而言，人機交互界面是其重要的組成部分。對于競爭日益激烈的現代社會，更加優化的人機交互界面無疑意味著更多消費者的認可。

（3）更加精確合理的參數范圍。如今的時代是大數據的時代，基于對大量數據的收集以及計算，可以更加精確地了解住戶對各項空氣環境參數的需求，并通過功能強大的自動控制系統，更加精確地對各項暖通裝置做出控制，符合人們對暖通系統的需求。

3　結束語

文章回顧了我國暖通空調自動控制系統的發展歷程，對幾種重要的自動控制形式做了簡要說明。同時，重點針對目前仍在使用的直接數字控制系統做了詳細介紹。最后，提出了暖通空調自動控制系統的發展趨勢，對今后的工程應用有著參考意義。

［1］潘云鋼.我國暖通空調自動控制系統的現狀與發展［J］.暖通空調，2012，42（11）：1-8.

［2］唐興亮，唐中華.空調系統節能運行自動控制的應用研究［J］.制冷與空調（四川），2015，（6）：724-728.

U666.12+4

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1671-3818（2016）09-00101-02