中央空调系统自控技术的应用,关于智能建筑中空调自控系统的要点浅谈

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下面是本网给大家带来关于智能建筑中空调自控系统的要点的相关内容,以供参考。

近年来随着自控技术的不断发展和硬件成本的持续下降,计算机自控在暖通空调领域有了更多应用。妥善地将自控技术运用于暖通空调系统的控制管理中,可以有效地改善系统运行品质,节省运行能耗,提高管理水平,并减少运行管理劳动强度,取得良好的经济效益和社会效益。本文根据上海松江大学城对外贸易学院项目的施工实践,浅述自控技术在中央空调系统的应用。

VAV系统——变风量调节空调系统,是一种通过改变送风量来调节室内温/湿度的空调系统。于20世纪60年代诞生在美国,根据室内负荷变化或室内要求参数的变化,保持恒定送风温度,自动调节空调系统送风量,从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。以满足室内人员的舒适要求或其它工艺要求。同时空调系统大部分时间在部分负荷下运行时风量的减少也带来了风机能耗的降低确实达到节约能量。因此VAV系统无论是在技术、经济、节能、无凝结水害、低噪音,还是在系统灵活性好、能灵活实现分区控制温度、维护量小等方面都具有无可比拟的优越性,现已经得到相当的推广。

空调自控系统是智能建筑集成系统的重要组成部分,空调自控设备是智能建筑物中重要的自控设备,而空调设备本身是建筑的耗能耗电大户,而且由于智能建筑中大量电子设备的应用使得智能建筑的空调负荷远远大于传统建筑物,变风量空调系统用改变送风量的方法,维持室温恒定,以适应不同的室内负荷,VAV系统(变风量空调)有突出的优点:节能潜力大,控制灵活,可避免冷冻水、冷凝水上顶棚的麻烦等;近几年特别是计算机工业的发展,使变风量空调设备具有智能能力,因此,应用范围不断扩展,在国内外特别是美国、日本、香港等地的实际工程中得到了普遍广泛的应用。

该工程为上海对外贸易学院行政楼,建筑面积1万平方米,共4层。空调通风系统基本采用风机盘管加新风的空调方式,新风机组分别设于每层的空调机房里,风机盘管为暗装卧式,计130台,新风机4台。风管系统为低压系统,整个系统包括:管道式轴流式风机、空气处理机、风机盘管、消声百叶、防火阀和排烟阀、空气分布器、各类侧送风口和回风口、散流器等。中央空调系统的自控主要分为以下三个方面:

VAV系统属于全空气系统,它具有全空气系统的一些优点,例如:过渡季和冬季可以利用新风消除室内冷负荷,能够对负荷变化迅速响应,室内也没有风机盘管凝水问题和霉菌滋生问题。其中这些应用方面的主要的特点就是每个房间的送风入口处装一个VAV末端装置,该末端装置实际上是一个风阀。调整此风阀以增大/减少送入房间的风量,从而实现对各个房间温度的单独调节。当一套全空气空调系统所在各房间安装的温度传感器检测到当前环境温度与设定值不符时,便通过控制器打开或关闭蒸汽阀,以对送风的温度进行调节。当室内温度高于设定值时,蒸汽阀将关闭;温度低于设定值时,蒸汽阀将开启。同时,变风系统控制器会根据室内的负荷通过空气流量传感器对送风量加以控制。当室内负荷增大时,风机转速加快,空气流量传感器检测到变化值,通过控制器加大风阀的开度,增加室内的通风量;反之,则减小风阀的开度;以提供足够的空气量,使得环境空气自然、畅通、舒适。可见VAV是一种解决问题的有效方式。虽然VAV系统有很多优点,但是随着VAV系统的广泛应用,系统或多或少存在如下问题。

二、空调自控功能介绍

一、冷热源及水管系统的全面调节与控制

1、以用户的角度来看室内因缺少新风人员感到憋闷其次房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入,房门开启困难,室内噪声偏大。

智能建筑空调自控主要包括建筑物内的空调机组控制、新风机组控制、变风量末端(VAV)控制等。它们在楼宇自动化系统的监控和管理下,使建筑物内的温、湿度达到预期的目标,同时以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常工作,以求取得最低的运行成本和最高的经济效益:

目前,主机系统带有以微处理器为核心的单元控制器,该单元控制提供有关蒸发器及冷凝器的进出口温度、水流开关压缩机的进出气压力及温度等。

2、以运行管理方面来看因系统运行不稳定,尤其是带“经济循环”的系统造成节能效果不明显。

2.1、空调机组控制空调机组系统包括新/回风阀门驱动器、风管式温/湿度传感器、过滤网压差报警开关、防冻报警开关、恒速风机、电动调节阀、配电装置和空调机组控制等硬件,该系统包括新风、回风和送风三部分:

1.机组采用群控方案,完成对热泵自动连锁控制,完成对目标的监视、查询和报警。在机组正常运行时,系统积累运行时间,机组发生故障时,可及时在主控制器显示、报警。

3、以VAV系统本身存在的问题来看因系统的初投资比较大对于室内湿负荷变化较大的场合,如果采用室温控制而又没有末端再热装置,往往很难保证室内湿度要求。然而对一个系统来说,问题并不一定时时刻刻都存在,可能在某个工况发生,在另一个工况又消失了。

机组启/停:机组可控制定时启/停,也可强制启/停;

2.系统通过RS232接口获得冷水供回水温度、压力、流量值,计算全楼的总冷负荷及冷冻水循环量,根据冷冻水总供应量、回水压差,自动调节冷冻水旁通阀以保证管内压力的稳定。

综上所述一般的空调系统的送风口都是定截面的,导叶角度也很少改变,所以当风量减少时,势必影响室内气流组织。为了解决VAV系统运作时存在的不足工釆网小编推荐质量流量防堵塞传感器FS7002.该传感器是采用MEMS流量传感芯片来制作,适用于各类一般用途的清洁、干燥气体。其独特的封装技术使之在相同的管径下可测量不同范围的流量,大批量生产以确保高可靠性,高性能和低成本。同时也是专为快速测量流速变化而设计,适用于多种设备,如LCD投影仪的散热系统、空气清新机、各种仪器、通风管道或风扇马达等,可及时反馈散热系统过滤器的运行情况并防止因为堵塞而引起的异常情况。

风机控制:风机随机组启/停而自动启/停,也可强制启/停或机旁手动启/停,运行时间和启/停次数累计,有风机故障报警输出网络变量;

3.根据工作时间的安排,改变系统的设定数值。如在白天办公时间段设定值与夜间无人时间段不同。

温度控制:夏季送冷风,冬季送热风,过渡季节送新风以节能,根据回风温度与设定值的偏差,控制电动水阀,调节冷/热水阀门的开度,使回风温度维持在设定的范围内,可进行冷/热水阀门的强制开度控制和机旁手动开度控制(0~100%);

4.可根据命令启停压缩机,根据冷冻机房出口设定值调整压缩机入口导叶阀等,并可设定冷冻水出口温度等。安装水温传感器,流量传感器等以监视这些主机的工作状态。

湿度控制:在冬季模式下才进行湿度的控制。当回风湿度下降到下限时,控制加湿阀开启,增加空气中的湿度含量;当回风湿度上升到上限时,停止加湿阀的工作。可进行加湿阀的强制启/停控制和机旁手动启/停控制;

监控点信息的采集和控制由一台微处理器系统(DDC控制器)来实现。该系统是由微处理器、RAM、ROM等构成的系统,可采集被监控点的各种信息,完成控制任务。

新/回风阀门控制:在冬/夏季新风阀门开至最小开度,回风阀门开至最大开度;在过渡季调节新/回风阀门的开度来调节温度,亦可进行新/回风阀门的强制开度控制和机旁手动开度控制(0~100%);

5.冷冻水系统是由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户各种冷水设备(空调和风机盘管)而组成的。其自控系统的监控任务是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作,防止冻坏;向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求,以及在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗等。

联锁控制:防冻报警开关和风机、水阀、新/回风阀门联锁控制;

二、新风、空调机组基本参数的测量,设备的启停控制

报警:过滤网堵塞报警、风机故障报警及防冻开关报警。

1.在中央空调系统中,为了提高室内舒适度及空气新鲜度、洁净度等,需补充适量新风,并且新风量在空调冷热负荷中所占比重很大。本建筑有4台新风机组,每台新风机组须保证这一层面的新风要求。

2.2、新风机组控制新风机组系统主要由新风阀门驱动器、风管式温/湿度传感器、过滤网压差报警开关、防冻报警开关、电动调节阀、恒速风机、配电装置和新风机组控制等硬件组成,该系统包括新风、送风两部分:

1)在新风空调机组的风道及典型区域的送风道上安装温湿度传感器,通过调节机组盘管水流量和加湿法进行流量控制,使温度符合要求,每台新风、空调机组的表冷器盘管上和加湿蒸汽管上的电动调节阀及执行机构接受附近配置的控制器控制,实现一对一集散式控制;

机组启/停:机组可控制定时启/停;

2)系统根据室内温湿度值,计算温湿度负荷,自动决定风机转速的档位,进行风量控制,满足室内外舒适的要求。机组工作时,根据室内外温湿度及设定的温湿度,决定新风阀的开度,联动控制排风阀、旁通阀的开启,实现节能运行,机组停止工作时,新风阀、排风阀保持关闭状态,回风阀保持全开状态;

风机控制:风机随机组启/停而自动启/停,也可强制启/停或机旁手动启/停,运行时间和启/停次数累计,有风机故障报警输出网络变量;

3)监视风机运行状态,记录风机运行时间,具有就地、远动、自动控制风机启停的功能。

温度控制:夏季送冷风,冬季送热风,过渡季节送新风以节能,根据送风温度与设定值的偏差,控制电动水阀,调节冷/热水阀门的开度,使送风温度维持在设定的范围内,可进行冷/热水阀门的强制开度控制和机旁手动开度控制(0~100%);

2.空气水换热器夏季通入冷水对新风降温除湿,冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季对新风加湿。因此,现场DDC控制器要完成如下几项功能:

湿度控制:在冬季模式下才进行湿度的控制,当回风湿度下降到下限时,控制加湿阀开启,增加空气中的湿度含量;当回风湿度上升到上限时,停止加湿阀的工作,亦可进行加湿阀的强制启/停控制和机旁手动启/停控制;

1)根据要求启停新风机。根据新风温度,PID调节水阀,保持送风温度为设定值,控制干蒸汽加湿阀,使冬季风机出口空气相对温度达到设定值;

新风阀门控制:在机组运行时,新风阀门全开,可进行新风阀门的强制开/关控制和机旁手动开/关控制;

2)监测新风机的工作状态和故障状态。测量风机出口空气温湿度参数并使之达到控制要求。测量新风过滤器两侧压差,当其达到一定值时,产生过滤网堵塞报警,并有报警显示;

联锁控制:防冻报警开关和风机、水阀、新风阀门联锁控制;

3)
在冬季,当热盘管后的温度低于某个设定值时,防冻保护器动作,控制器将停止风机运行并将新风风门关闭,并将热水阀开至100%,以防止盘管冻裂,同时报警。

报警:过滤网堵塞报警、风机故障报警和防冻开关报警。

三、风机盘管的监测与控制

2.3、变风量(VAV)末端控制功能

1.在中央空调系统中,冷暖设备除新风机组和空调机组外,还大量使用风机盘管。它的作用类似于空调机组,只是简单了许多。

风机控制:由手动开关控制风机的启/停,有风机状态的输出网络变量;

2.目前,市场上有两种控制器,一种是盘管控制器为DDC控制,并具备与主机通讯功能。这种控制器可通过中心控制,并可调节冷水及冷机,但价格较贵,使用不多。另一种是不具备通讯功能的盘管控制器,可按照水系统的连接情况,将风机盘管分为若干组。每组的支路入口处安装流量计、供回水压差变送器及供回水温度传感器。本楼采用后一种控制。

温度控制:根据室内温度测量值,调节风阀的开度值勤,使室内温度保持恒定;

当然,现在中央空调系统的自控还不能做到完全靠DDC来控制,最终系统调试风量、制冷效果时,自控无法通过完成各风阀大小的自动调节来使风量均匀达到设计要求。我们一般采用“基准风口法”,手动进行风量调整。在系统风量调整前先对全部风口的风量初测一遍,并计算出各个风口后初测风量与设计风量的比值,将其进行比较后找出比值最小的风口,将这个比值最小的风口作为基准风口,由此风口进行调整。

湿度控制:根据室内湿度测量值,控制水阀的开/关,使室内湿度保持恒定。

现今,不少建筑物的中央空调一年中只有几十天时间处于最大负荷,中央空调冷负荷也始终处于动态变化之中。而大多数中央空调,因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样,造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾,造成巨大能源浪费,给使用者造成巨额电费支出,增加经营者的成本。所以,节能、控制性能好、控制速率快、便于集中管理的中央空调自控系统定将在今后的工程中拥有更大的发展空间。

三、VAV-TRAV空调系统

VAV空调系统的原理:变风量空调系统(VRV)用改变送风量的方法,维持室温恒定,以适应不同的室内负荷,关键需要实现变风量原理的末端送风装置,特别地有关末端装置以及整个VAV系统的自动控制设备,在最近二十年左右的时间里,不仅VAV末端装置,而且相应的控制系统,甚至变风量空调系统的型式都发生了很大变化,有关的新产品和新技术不断涌现,由于VAV技术的快速发展,特别是有关的DDC和网络技术的发展,美国学者提出了TRAV的新概念,TRAV(Terminal
Regulated Air
Volume,末端调节的变风量系统)和VAV一样,也是一种变风量系统,通过调节风量来创造舒适环境,但TRAV不采用VAV中的静压调节,而由末端装置直接控制送风机,TRAV基于末端装置实时的风量需求,采用先进的控制软件,实施对送风机的控制,在传统的VAV系统里,当负荷下降并导致流量减少时,末端风阀关小以节流,管道内静压保持不变;而在TRAV系统中,在相同的情况下,末端风阀保持打开,而管道静压降低,于是在相同的流量下,TRAV系统所要求的风机功率要低得多,TRAV是建筑在“集成控制”、和“动态控制”等概念的基础上的:所谓“动态控制”,是指有预测的、随时间而变化的控制,就房间的热状态来说,它不要求时时热平衡从而保持房间状态于某一“点”,而是充分考虑各种热因素的相互作用从而保持房间在某一个舒适范围;所谓“集成控制”,是指:设定点的计算和控制决定被安排在控制级以上进行,控制器只是简单地用于保持当前的设定值,在高性能控制中不使用控制器的重新设定(controller
resets)和串级控制器,这样做的目的,是可以集中、统一地考虑与HVAC系统有关的各种因素,避免传统方法中各分立模块独立运行可能导致的相互冲突,而且有可能最大限度地利用自由冷源和建筑物本身的蓄热放热作用,因此,集成控制将使系统更稳定,而且更舒适、更节能。

智能建筑是信息技术与建筑技术结合的产物,概括地说,它是以建筑为平面,具有通信自动化、建筑设备自动化和办公自动化三者的智能化集成系统,它为人们提供舒适、安全、高效、方便的环境,空调自控系统是组成智能建筑很重要的一部分,特别是近年来控制技术的发展特别是微电子和计算机技术的发展,使空调仪表走向智能化,功能大量增加,为变风量空调技术的发展和实际应用提供了可靠的保证,从而为智能建筑提供高舒适低能耗的系统。

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