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第三章暖通空调系统自动化 智能建筑目的 舒适 高效的工作环境 暖通空调 HVAC 而 HVAC的耗电量占全楼总耗电量50 左右 HVAC的监控点占全楼监控点总数50 以上 HVAC的最优化控制 适舒性节能性重要意义 对于智能建筑需要精心的空调系统设计估算冷热负荷和水力平衡计算 对手动控制可以 但对以计算机控制为特点的智能建筑已远远不能满足要求 建环专业人员应向自控工程师提供的条件为 A 冷 热水系统流程图 暖通空调平面图 B 空调子系统的自动控制原理图 标明空气处理设备 执行机构 敏感元件等在各种工况下的动作要求 量程等 C 各个空调房间的温 湿度要求 波动范围 整定值范围等 D 工况转换的边界条件或相应的控制程序 E 设备启 停程序 连锁保护要求 F 各项参数的检测要求 自动保护 自动连锁 自动报警 以及显示 记录等具体要求 3 1冷 热源系统监控 一 制冷系统监控空调制冷系统主要有 压缩式制冷 制冷剂主要为氟立昂 氨 消耗电能为补偿吸收式制冷 以水为制冷剂 消耗热能为补偿 溴化锂为吸收剂冰蓄冷制冷 制冷设备在电网低负荷时工作 在用电高峰时向空调系统供冷源 各种制冷系统 带有成套的自控装置 本身能够独立完成机组监控与能量调节的功能 1 压缩式制冷系统的监控1 监控的目的 冷冻机蒸发器正常工作 通过稳定的水量 供给足够的冷冻水量 满足使用要求 尽可能提高供水温度 实现系统的经济运行 2 监控功能 启停控制 运行状态显示 冷冻水进出口温度 压力测量 冷却水进出口温度 压力测量 过载报警 冷冻水旁通阀压差控制 台数控制 水流量 冷量测量P87 图3 1压缩式制冷系统的DDC控制原理图 3 监控功能描述 制冷系统启停程序及启停顺序控制按照事先编制的时间程序控制润滑油系统启动 冷却水 冷冻水 压缩机启动顺序 冷却塔风机闸阀 冰却水闸阀 冷却水泵 冷冻水闸阀 冷冻水泵 冷水机组 停止顺序 相反DDC通过DO通道控制冷水机的启停 冷水机组运行时间和启停次数 运行台数控制要求 各机组设备的运行累计小时数及启动次数尽可能相同 延长机组使用寿命分水器上温度传感器TT1 检测冷冻水供水温度集水器的温度传感器TT2 检测冷冻水回水温度 供水总管上的流量传感器FT检测冷冻水流量送入DDC实际空调冷负数控制冷水机组台数和相应循环水泵台数 压差旁通控制压差传感器 压差 AI信号DDC 电动调节阀开度保证供回水压差恒定 冷冻水温度再设定室外温度 冷冻水温度设定值 水流监测水流开关S i 监测水流状态 如为双级泵系统P89图3 2 a 安装在冷冻机蒸发器回路中的循环泵P1 P2 提供克服蒸发器及周围管件的阻力 b 加压泵P3 P4 用于克服用户支路及相应管道阻力 c 用户流量 蒸发器流量时 旁通管内无流量 d 用户流量 冷冻机蒸发器流量 旁通管由b a旁通一部分流量在用户侧循环 e 冷冻机蒸发器流量 用户流量时 旁通管由a b流动 制冷系统的能量调节与控制a 在冷水用户允许的前提下 尽可能提高冷冻机出口水温以提高冷冻机的COP 能效比 b 根据冷负荷状态 冷冻机运行台数 c 在冷冻机运行所允许条件下 尽可能降低冷却水温度 但并不增加冷却泵和冷却塔的运行电耗 冷水机组监控系统 1 热力系统的监控功能 蒸汽 热水出口 压力 温度 流量显示 汽包水位显示及报警 运行状态 顺序启停控制 设备故障信号 显示 安全保护信号显示 运行台数控制 热交换器控制进汽 水 量 按设定出水温度 热交换器进汽 水 阀与热水循环泵连锁控制 2 供暖热水锅炉的监控P90图3 3 二 热力系统的监控 锅炉房进行计算机监测与控制的目的 安全性 能耗 人员工作量 管理水平 锅炉热水出口压力 温度 流量监测温度传感TT1 TT4 测量锅炉出口水温流量计FT1 FT4 测量锅炉出口热水流量压力变送器PT1 PT4 测量热水出口压力DDC显示 超限报警 锅炉补水泵的自控压力变送器PT5AI DDC回水压力设定值补水泵停止 锅炉给水泵的顺序启停及状态显示启动顺序 循环水泵 电锅炉停止 相反水流开关 FS1 FS3 循环水泵的运行状态锅炉主电路接触器辅助触头 电锅炉运行状态 汽包水位自动控制液位计 LT1 LT4 泡包水位 DDC水位 报警 关小进水阀水位 报警 开大进水阀 故障报警循环水泵 补水泵发生过载故障 报警电锅炉故障 报警锅炉水位超限 报警 锅炉供水系统的节能控制分水器 供水温度集水器 回水温度流量自动启停锅炉及循环水泵的台数 空调房间所需热负荷 安全保护 DOC收到水温 信号 锅炉房成本核算电能变送器 锅炉用电量 3 蒸汽 水 水 水换热站的监控热电厂 换热站 小区供热P92图3 4为蒸汽 水换热站的监控原理图 供热量 循环水泵 补水泵的控制供热量 循环水量 循环水泵的开启台数回水干管压力PT2 补水泵P5 P6 阀V2 蒸汽的计量 加热量控制根据要求的加热量或出口水温 进入加热器的蒸汽压力的设定值 调整阀门V1 使出口蒸汽压力PT3达到这一设定值 供水温度的设定供水温度TT1的设定可由 循环水量G 要求的热量 实测回水温度TT2 TT1变化 TT2变化 缓慢 保证供应的热量与要求的热量设定值一致 P93图3 5为水 水换热站监控原理图 取消二次供水侧的流量计FT1 仅测量高温热水侧的流量FT3 二次供水侧的循环水量 测量高温水侧供回水压力PT3 PT4 高温侧水网压力分布状况 指导高温侧水网的调节 调整电动阀门V1 进入换热器的流量 高温水侧的主要问题 水力失调 a 各支路干管彼此相连 一个热力站的调整 邻近热力站流量 b 高温水侧管网总的循环水量很难与各换热站所要求的流量变化相匹配 解决方法 采用全网的集中控制 由管理整个高温水网的中央控制管理计算机统一指定各热力站调节阀V1的阀位 各换热站的DDC仅是接收通过通信网络送来的关于调整阀门V1的命令 并按此命令进行相应调整 3 2水系统监控 一 冷冻水系统的监控1 冷冻水系统监控功能 水流状态显示 水泵过载报警 水泵启停控制及运行状态显示P87图3 1为其控制原理图 2 冷冻水监控功能描述 水流监测通过水流开关Si 监测水流状态流量太小甚至断流时 报警 停止相应制冷机运行 冷冻水泵启停冷冻水泵与制冷系统设备连锁控制启停 水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入DDC 监测冷冻水泵的运行状态 二 冷却水系统的监控通过冷却塔 冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水的系统 1 监控的主要作用 保证冷却塔风机 冷却水泵安全运行 确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过 根据冷负荷 调整冷却水运行工况 使冷却水温度在要求的设定温度范围 2 冷却水系统的监控功能 水流状态显示 冷却水泵过载报警 冷却水泵启停控制及状态显示 冷却塔风机运行状态显示 进出口水温测量及控制 水温再设定 冷却塔风机启停控制 冷却塔风机过载报警 P95图3 6为其监控原理图 3 冷却水系统的监控功能描述 1 冷却塔风机控制 冷却塔风机台数 冷却塔出水管上设温度测点 TT1 TT4 进出水管上安装电动水阀 V1 V5 确定冷却塔的工作状况 调节电动水阀 V1 V4 调整进入各冷却塔水量 湿式冷却塔的工作性能 取决于室外温 湿度 设室外湿球温度测点TT8 在夜间或春秋季室外气温 冷却水温度低于冷冻机要求的最低温度时 启停冷却塔台数 改变冷却塔风机转速 调节冷却水温度 节约能源 或 打开混水阀V7 一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔出来的水混合 调整进入冷凝器的水温 4路冷却塔出水管温度信号 1路湿球温度信号 实现电动水阀调节 测量阀门的阀位反馈信号 DDC输出控制冷却塔风机的启停 2 冷却水泵控制根据冷却机开启台数冷却水泵台数 3 水温监测冷凝器入口水温测点TT5 最终进入冷凝器的冷却水温 冷凝器出口水温测点TT6 TT7 确定冷凝器的工作状况 冷凝器入口处两个电动阀V5 V6 通断控制 在冷冻机停止时关闭 以防止冷却水短路 减少正在运行的冷凝器中的冷水量 3 3空气处理系统检测 一 空气处理系统的监控功能 1 室内温 湿度测量2 送回风温 湿度测量3 风机状态显示及转速控制4 风道风压测量5 启停 过载报警等6 冷热水流量调节7 风门 调节阀等的连锁控制8 送回风机与消防系统的联动控制9 CO2浓度控制 二 新风机组的控制 1 新风机组监控功能描述P97图3 7新风机组控制原理图 1 风机启停控制及运行状态显示 2 送风温 湿度监测及控制 风机出口处 温 湿度变送器TT1 MT1 监测机组是否将新风处理到所要求状态 送风温度控制TT1测值 与给定值 冬 夏季不同 比较 PID算法 调节换热器的电动阀V1 新风相对湿度控制MT1 湿度给定值比较 PI算法 控制加湿电动调节阀V2 保持送风湿度在所需范围内 3 过滤器状态显示与报警微压差开关 监测新风过滤器两侧压差 若 过滤器干净 压差指定值 微压差开关吸合 产生 通 的开关信号DDC 4 风机转速控制测量风管内送风压力 调节风机转速 调节送风量 5 风门控制 焓 新回风焓比较 控制新风 回风的开启比例 节能 6 连锁控制启动顺序控制 启动新风机 开启新风机风阀 开启电动调节水阀 开启加湿电动调节阀 7 最小新风量控制测量室内CO2浓度 保证最小新风量 节能 新风处理机组监控系统 三 全空气空调系统的监控 全空气空调系统监控功能 1 室内温湿度控制 被调房间增设温度传感器 新增设新风 回风温 湿度测点 为调节新回风比 对新风 排风 回风阀进行调节 用电动调节阀 新风阀 排风阀应同向同步调节 回风阀则按相反方向调节 2 调节方式 房间温度 与给定值比较 PID 调节送风温度 房间的湿度 房间相对湿度设定值PID 确定送风湿度设定值 新回风比的变化与送风参数 温 湿度 PI 新 排 回风风阀控制 一次回风空气处理机组 一次回风空气处理机组 3 4变风量系统的监控 一 变风量 VAV 系统的监控VAV因为节能 可分区调节 在国内外应用较广 近年来在智能建筑中也得到越来越多的广泛应用 P102图3 9为一典型的VAV系统 1 主要特点 每个房间的送风入口处装一个VAV末端装置 风阀 调整风阀 改变送入房间的风量 实现对各个房间温度的单独控制 2 VAV空调系统的优缺点 节能a 减少了再热量及其相应的冷量 b 各房间送风量 系统总送风量也相应变化 这可以节省风机运行能耗 控制灵活 同一空调系统的各房间是通过各自的末端装置分别进行控制的 提高卫生质量 与风机盘管相比 吊顶内没有大量冷冻水管和凝结水管 一次性投资比较大 控制相对复杂 管理水平要求较高 可能产生新风不足 房间气流组织不好 房间正负压过大 室内噪声偏大 运行不稳定 节能效果不明显等一系列问题 3 变风量系统的监控功能 系统总风量调节 最小风量控制 最小新风量控制 再加热控制P103图3 10为VAV系统监控功能原理图 4 变风量系统的监控功能描述 1 房间送风量的控制空调系统所带房间的负荷变化情况不同或各房间要求的设定值彼此不同时 a 控制方式 房间温度实测值 设定值控制调整末端装置中的风阀 某个房间温度达到要求值 但其它房间或总风机风量 末端装置的风道处的空气压力有变化 使该房间的风量变化 房间温度 对风阀调整 影响其它房间风量 其它房间温度 各房间风阀不断调节 风量 温度 系统不稳定 b 改进方法 采用 压力无关 末端装置 在末端上装有风量测量装置 房间T 修正风量设定值 不直接改变风阀 实测风量与设定风量比较 调整 风道内压力 某房间风量 末端装置调整风阀 维护原来的风量 房间温度不会由此引起波动 2 系统送风量的控制 定静压法 静压传感器 安放在主风道压力最低处测量系统风量的变化通过送风控制器调节送风机转速使该点的压力恒定在VAV末端装置所要求的最小压力值 在VAV系统中 为保证系统中每个VAV末端装置都能正常工作 要求主风道内各点的静压都不低于VAV末端装置所要求的最低压力 最低压力点的确定最低压力值 风机出力 节能 VAV系统的动态特性 实际上难以确定一个最低压力点 a 系统为单区系统 取主风道末端1 3处安装静压传感器 b 系统为多区系统 将每根主干管末端的风道静压取出输入到DDC进行最小值选择 系统最小静压 DDC PI调节 变频调速器 送风机转速 稳定系统静压 使用 压力无关 型末端装置末端装置风量设定值之和与风机转速有一对应关系 如风机转速 各风量设定值之和所对应的转速 风机转速 各变风量末端装置的风阀 可能关得较小 需降低转速 定静压法的不足a 系统中静压控制点位置很难确定 尤其在管网较复杂时 b 在一定的系统静压下 室内的要求风量只能由VAV所带风阀调节 当阀门开度较小时 噪声较大 变静压法 弥补了定静压法的不足之处特点 在舒适性 节能性 低噪声控制 保证新风量 降低成本等方面有充分优势 控制思想 a 尽量使VAV风阀处于全开 85 100 状态b 系统静压降至最低 能最大限度地降低风机转速以达到节能的目的 方法 末端装置中设置阀门开度传感器 a 室内温度与设定值比较 差值 要求送风量控制风阀开度 系统静压b 根据VAV风阀开度改变风机电机的供电频率转速系统静压在满足要求风量的前提下变至最小 达到节能目的 3 回风机的控制调节回风机风量 保证送 回风平衡运行的重要手段 保证各房间不会出现过大的负压或正压 不可能直接测量各房间的室内压力 不能直接按照室内压力对回风机控制 送风机为维护送风道中的静压 其工作点随转速变化而变化 送风量不一定与转速成正比 回风机如果没有调整的风阀 回风量与回风机转速成正比 不能简单地使回风机与送风机同步改变转速 方法 同时测量总送风量和回风量 DDC 调整回风机转速 使总回风量总是略低于总送风量 测量总送风量和总回风道接近回风机入口处的静压 该静压与总送风量的平方成正比 测出的总送风量回风机入口静压的设定值 据此调整回风机转速 保证各房间内的正压 另 采用两个差压传感器 通过两路AI通道分别测量送 回风前后风道差压 当送 回风量出现超差时 调节风机转速 维持给定的风量差 DDC 回风机的启停 过载停机 报警等 4 新风 回风及排风阀的比例控制 DDC 新 回风焓差 控制回风阀的比例开度排风阀开度 新风阀开度 保证最小新风量a 在新风管道上安装风速传感器 流量开关