自动控制与节能措施

自动控制空气调节自动化是现代自动控制的一部分，只有实现空调的自动控制，才能更好的满足生产和生活的需要，更好的节省能源。因此，根据各种气候条件，工艺要求和空气处理过程，采用不同的空调方案与自动控制系统就具有重要的意义。好的控制设计再加上合理的控制策略取得的效益是巨大的。自控系统虽然投资比较大，但是他的经济与节能回报也是非常可观的。另外，自控技术的推广和使用，对于城市现代化管理体系，促进建筑技术学科发展，具有重要的推动作用，同时其节能效益可直接减少能耗，从而对减少环境污染做出贡献。此次设计中，我们将自动控制技术应用到了机房中的海水源热泵与机组的控制，VRV空调系统的控制以及全热交换机组的控制中。由于本科生知识的有限性，下面章节只对自控技术在设计中的应用以及其节能效益做了简要的介绍。 机房控制策略 中央空调系统耗电量大，约占整个建筑的 50%以上，很有节能潜力。在本工程中，由于采用了海水源热泵系统，所以对海水源热泵运行情况的精确的控制就显得尤为重要。海水源热泵的控制海水源热泵利用海水作为冷热源，夏季水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，冬季水体温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；而且不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。但海水源热泵对于所选用的海水必须满足水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定等要求。所以必须对海水的水质进行严格的监控，以保证海水源热泵的正常良好的运行。空调机组系统控制方案：1、机组自控系统:采用定送风量，变新风量系统。送入各房间的送风量不变，通过控制送风温度来实现对房间的温度控制。同时根据回风处的二氧化碳检测装置，调节房间的新风量，空调机组的回风量将随之变化。2、水阀的调节：在定风量系统中，由回风温度控制安装在冷热水回水管上的电动二通比例式调节阀。通过采集空调机组回风温度值,经过与控制器的设定值比较,调节冷冻水的供应量,从而达到控制温度的目的。当室温高于恒温器设定温度T,水阀驱动器运行,水阀开大,冷冻水流过盘管进行热交换处理,经风机送风,向室内送冷气。当室内温度低于控制器设定温度时,水阀关小。如此循环,室内温度保持在T为1范围内。3、风阀的调节：（1）夏季空调运行时根据回风处的二氧化碳检测装置，检测室内所需的新风量。当需要增大新风量时，新风电动风阀的开启度增大，回风电动风阀的开启度减小。（2）对于空调器内的加湿器，根据室内的相对温度，控制一次风的加湿量。(3) 在新风入口设置电动风阀，与新风送风机连锁开关，以防冬季非运行时盘管冻裂。4 过渡季节的控制 在我国，过渡季节的昼夜温差一般都波动较大，室外温度很多时候低于室内温度，这样为节能考虑，就有必要对系统的送风温度进行实时优化并重设定。送风温度重设定是指在一定工况下，提高系统送风的送风温度，从而达到节能目的的一种控制策略。提高送风温度可以使得系统引入更多的新风甚至采用全新风，这样就可以减少 AHU 的能耗。送风温度的提高是有限的，首先当然不能高于室内设定的温度值；其次，送风温度提高，送风量也必然加大，而送风量不能超过送风管道的设计容量；最后送风温度的提高还要受到末端风阀开度的影响，如果某时刻末端的风阀开度已经达到最大，此时再提高送风温度，将导致该区域的温度失去控制。所以在过度季节，一旦室外空气温度低于室内空气温度，我们就采用全新风。在作控制策略之前，我们做节能计算，证明送风温度重设定是节能的。由风系统水力计算我们知道，平均最不利环路的阻力是 300Pa，则为利用不做处理的全新风，每提高 1温度，每 m3 风量 AHU 节能量为： Q1=1005*1.22*1*1=1226.1J 而因为提高温度而使得风机增加的功率为： Q2=PV=300*1=300J 所以总的来说，在风管容量及末端风阀允许的情况下，我们可以提高送风温度来减少能耗。 我们在提高送风温度时，控制其最大值为 21。VRV空调系统的控制VRV空调系统是一种冷剂式空调系统，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量，才可以适时地满足室内冷、热负荷要求。所以这些部件之间必须互相匹配，互相适应。一个稳定运行的空调系统，当其中任一设备或系统的某一参数改变时，必然会影响其他设备和整个空调系统的工作。同时，空调系统是根据室内和室外设计参数进行设计的，但在实际运行中室内和室外的条件是不断变化的，空调系统经常要处于部分负荷下运行，不进行调节，就不能保证室内空气参数处于要求的状态。因此，在空调系统运行中，必须对空调系统进行调节与控制，使其按照要求运行，同时尽可能减少能耗，以达到节能目的。系统特点使系统最佳运行：对受监控网络内空调系统设备进行优化控制，使其以最合理方式运行，同时可以实时有效的对设备进行监控，大大降低了设备的故障率，延长了设备的使用寿命，并最终降低了设备维护费用。提高效率：利用现代化智能控制技术对系统内各空调设备进行集中监控，节省了设备管理人员，提高了故障响应速度，同时，可避免因人为错误操作而造成的设备损坏。系统功能集中监控：对大量分散的设备进行集中监控，在无人值守的环境下保证设备的正常运行。实时监控：通过区域式集中控制器的网络功能，实时监控空调的运行状态参数。通过电脑端的监控软件，对各区域设备的各类参数进行远程监视和调整，如制冷/制热模式更改；温度偏差速率、温控周期等参数设定等等。远程启/停设备：系统可以根据用户需要启动或停止任何在线设备。分时段定时运行、远程设置与开关空调。实时显示各区域状态，例如：运行、停止、故障、制热、除霜、防冻等。走势曲线：根据实时监控数据，可以自动生成各参数的实时或历史运行曲线，并可打印输出。历史存储：各类参数可作为历史记录存储在数据库中，以供后期查询，分析，统计。存储时间，状态，可根据用户需要自定义设置。数据输出：所有表格数据，查询结果均为可输出文件。实时警报：当监控点设备发生故障时，监控界面上的颜色（绿条）会变成红、黄两色互换显示，点击此条，会弹出“故障”对话框，通知工作人员故障设备地址及故障内容。历史查询：用户可设置在某时间段内的所用报警记录信息。图片自选：背景图片及LOGO图片等可根据需要改变。多用户管理：可自行设定用户，其管理权限可自行设定。密码保护：多个操作人员安全管理密码功能。计算机串口使用可自行设定。标准MODBUS的相关工作参数（串口波特率、通信消息帧格式、每字节数据位、每字节停止位、每字节奇偶校验位、超时定义、工作模式）可自行设定。VRV系统室内机的自控方案VRV 系统是一种基于现场总线技术的分散式控制系统。室内机、室外机均有自动控制系统，内、外机之间通过制冷循环参数的变化进行协调工作。室内机的控制, 主要是对风扇电机和制冷剂管路电子膨胀阀的控制。由于风速由用户设定， 所以室内机的容量调节和室内温度控制主要是通过电子膨胀阀的控制实现。这种调节以室内机的回风温度作为输入量， 回风温度采集点一般设置在室内机回风口附近。此外, 考虑到室内环境的舒适度以及人员的感受,室内机还具备了夏季制冷/除湿运转下的防冻结保护,冬季制热、 除霜运转下的防吹冷风、 防送风温度过热保护等功能具体控制方案如下：(1)监测内容 数字量(DI): 过滤器阻塞报警（压差开关）、防冻报警（防冻开关）、送风机运行状态、送风机故障状态、送风机手/自动状态、回风机运行状态、回风机故障状态、回风机手/自动状态。 模拟量(AI): 送风温湿度检测、回风温湿度检测、室内温湿度检测（CO浓度检测）。 (2)控制内容数字量(DO):送风机启/停控制、回风机启/停控制。模拟量(AO): 1)表冷器电动调节阀开度，即根据送风实测温度与设定温度的偏差按PID规律调节阀门开度；2)加湿器电动调节阀开度，即根据送风实测湿度与设定湿度的偏差按PID规律调节阀门开度。新风与排风的自控方案为保证房间空气质量，一些特殊空间（会议室等）采用CO浓度传感器。当CO浓度升高时，控制器检测到其变化后计算输出控制信号控制新风阀开度以增加新风量，新风量控制系统方框图如图12.2所示。图13.2 新风量(CO浓度)控制系统方框图具体控制方案如下：(1)监测内容数字量(DI)：风机手/自动转换状态、风机运行状态、风机故障报警、过滤器阻塞报警（压差开关）、防冻报警（防冻开关