HVAC系统知识

1、HVAC系统知识设备管理部2016年4月28日目 录1.暖通空调系统概述11.1温度11.2湿度11.3压力21.4换气22.暖通空调中常见的设备32.1分类32.1.1冷冻机房32.1.2空调机房32.1.3室内32.2示例32.2.1锅炉32.2.2热交换器32.2.3冷水机组42.2.4空调机分类53.2点的类型73.2.1 DI73.2.2 DO73.2.3 AI73.2.4 AO73.3常用术语83.3.1设定点83.3.3偏移量83.3.4控制范围83.3.5偏差83.3.6正向作用83.3.7反向作用93.3.8常开型和常闭型93.3.9重新设定94. 节能管理9节能管理在智能化

2、大楼内的管理中极其重要。94.1可编程时间控制模式94.2最佳启停(SSTO Start/Stop Time Optimization )104.3焓值控制（Enthalpy optimization）104.4全新风运行114.5夜间净化114.6间歇工作115.空调系统的类型和控制115.1定风量系统115.1.1典型的空调机组控制原理115.1.2典型的新风机控制原理125.2变风量(VAV)系统135.2.1 VAV的基本控制方式135.2.2压力有关型VAV末端145.2.3简单的单冷型与压力无关的VAV末端145.2.4带再加热设备的VAV末端145.2.5并行风机145.2.6串

3、联风机145.2.7不带风机的诱导式155.2.8传统的VAV和最新的TRAV156.其他自控系统简介156.1水系统156.1.1定流量系统156.1.2变流量系统156.1.3一次泵和二次泵166.2给排水系统176.3照明系统176.4变配电系统176.5电梯系统17HVAC系统知识1.暖通空调系统概述 HVAC (heating, ventilation, Air condition)控制系统的目的是通过控制锅炉、冷冻机、水泵、风机、空调机组等等来维护环境的舒适。 空调的概念根据美国暖通制冷工程师协会ASHRAE(American Society of Heating, Refrige

4、ration and Air Conditioning Engineer)：空调就是同时控制温度、湿度、洁净度和气流分布以满足空间环境要求的空气处理过程。 空调通常用于满足工业工艺需要或满足人体舒适。 由于人体每时每刻都通过对流，辐射和蒸发这三种热传递的方式来排出多余的热量来保持体温为37°C。而温度、湿度和空气流动是三个影响人体排热能力的因素。所以为使人体感觉舒适，一般对室内环境有以下要求：1.1温度 人体感觉舒适的温度一般在20°C-26°C之间。热量总是从高温度的地方流向低温度的地方。温差越大，则热量流失的速度越快。若周围温度低于20°C，人体失去

5、热量的速度过快，就会感到寒冷，周围温度高于26°C，则人体通过对流散热的速度会减馒，若人体的热量无法及时排出，则人体变会感到热。这个值可能会因为地区和人种的不同而有些差异。 在世界的大部分地区，冬天加热一般维持室温在24.5±1.5°C，夏季制冷一般维持室温在22±2°C。在具体设计中，设计院会提出不同季节内室内环境具体的温度要求。1.2湿度 空气是由干空气和湿空气组成。相对湿度就是空气中湿空气的含量。100%相对湿度就是说空气中都为水蒸汽，称为饱和空气。 湿气或汗通过皮肤排出。人体通过汗气的蒸发把人体的热量传送到周围的空气。我们说，湿度为50

6、%，即是指空气还可吸收50%体积的湿空气。若外界的相对湿度较低时，空气吸收湿气的能力就越强。人体可以通过蒸发来排出热量。若外界湿度较高时，人体很难通过蒸发来排除热量。(夏天，相对湿度较高，人会觉得闷热难受)。 较为舒适的相对湿度范围为20%RH-60%RH，若室内相对湿度低于20%，则房间就显得相当干燥(容易产生静电，尤其在计算机上)，如室内湿度超过60%，则过湿。1.3压力 在室内和大楼内一般需维持较小的正压，这可避免外界脏空气进入，维持室内洁净。在洁净厂房中，正压的控制尤其重要。一般控制正压为10Pa。有些场合则需要维持室内负压，如有毒气体室等。保持正压的方法是：送风量>排风量 (

7、送风量排风量/- 气体渗漏量) 我们用于测量室内正压的变送器有T30系列。正压端应放在室内，负压端安装在室外。1.4换气 室内空气的质量已变得越来越重要。“空调病”的出现就是因为室内没有足够的新鲜空气造成空气质量差。提高室内空气品质的最直接的方法就是增加新风量。室内要有足够的换气量来确保室内空气的新鲜。一般来说，这就需控制送风中的新风量。 确定新风量的方法一般有： 根据送风区域内所需换气的次数*送风区域的体积即为所需的新风量； 根据每个人每小时所需的新风量*人数。 如舒适性空调系统，新风系统所需的新风量为31.4m3/小时.人。若有回风系统，则新风量一般要维持33%左右。 风量是这样测量的，风

8、速*截面积。在每个截面上，风速的分布是不均匀的，可通过加权平均的方法，获得平均风速，也可测出中心点的风速，乘以一定比率来获得。 控制新风量的方法见空调控制系统。 2.暖通空调中常见的设备2.1分类 一般在暖通系统中可在三个场合看见暖通空调的机电设备。 2.1.1冷冻机房 在冷冻机房一般有锅炉，冷冻机，(热泵机组)，水泵，热交换器或其他相关设备。2.1.2空调机房 有些空调机组可能在吊顶上，也可能在空调机房内。一般的空调机组由冷、热盘管，风机、过滤网、风门等设备组成。其作用是将处理过的新风送入指定的区域。2.1.3室内 你也可以发现一些相关的暖通控制设备。(温控器，风机盘管，VAV末端箱等)。它

9、们在把空调机组送出的风进行调整。2.2示例2.2.1锅炉 锅炉通常作为整个楼宇系统的供热系统。锅炉常见有蒸汽锅炉和电锅炉两种。锅炉产生的热水进入空调机组内的热水盘管，从而加热空气。2.2.2热交换器 热交换器的作用和锅炉的类似。蒸汽式的热交换器为常见的一种。水通过蒸汽交换热量，提高水温。除此之外，还有水水交换器等。2.2.3冷水机组冷水机组一般是利用制冷剂的不同组态（低温低压，高温高压，气体，液态等）来冷却水。冷水机组一般由压缩机(Compressor)，蒸发器(Evaporator or cooler)，冷凝器(Condenser),膨胀阀(Expansion Valve)，制冷剂(Refr

10、igerant)和接收器(Receive)组成。 压缩机：把低压的气态制冷剂压缩成高压状态。 冷凝器：冷却从压缩机方送来的高压高温气态制冷剂直至其转换为液态。 膨胀阀：调整从接收器送到蒸发器的制冷剂流量。 接收器：存储液态制冷剂的容器。 制冷剂：在蒸发器中，其有液态变成气态来吸收热量，在冷凝器中又由气态转换为液态来释放热量。 在蒸发器内，低温低压的液态制冷剂通过吸收冷冻水回水的热量而转换为气态制冷剂。气态的制冷剂通过抽气管进入压缩机，压缩机把低温低压的制冷剂压缩成高温高压状态后送入冷凝器。在冷凝器中，气态制冷剂将热量传递给流经冷凝器管道的冷却水后又转换为中温中压的液态。 冷冻水是在冷水机组和大

11、楼内的空调制冷盘管内不断循环的。 一般冷冻机的冷冻水出水温度为5°C，（电动式7/12°C, 吸收式8/13°C, 冷却水入口温度32°C)。 冷冻水送入空调机组的冷水盘管。冷却水经过冷却塔冷却后，送回冷水机组。 冷水机组根据压缩机的类型不同来进行分类。一般有活塞式，螺杆式，离心式,往复式(电动式)和吸收式(直燃式)等。离心式: 是通过叶轮离心力作用吸入气体并对气体进行压缩，具有体积小容量大 的特点，适用于大容量的空调制冷系统。通过改变压缩机的入口导叶片 的角度来调节冷量.常见于大型空调系统。螺杆式：通过螺旋转子相互啮合来吸入和压缩气体的。适用于大，中型

12、空调制冷 系统和空气热源的热泵系统。通过移动和转子轴平行设置的活塞滑动阀 而进行的。适用于75KW的大型热源热泵。活塞式：是通过往复运动吸入和压缩气体，适用于中小容量的空调制冷和热泵系 统。通过改变汽缸工作数和电机极数实现冷量调节。适用于50KW以下 的系统。吸收式：有燃气直燃式，单效，双效等形式。较常见的有溴化锂直燃式冷热水机 组(燃煤)。直燃式机组可集冷温水机组为一体，节约机房面积。 就能耗而言，离心式<螺杆式<活塞式<吸收式。视具体情况而定。 SIEMENS 和York, Carrier, Mcquary, Trane的某些型号的冷水机组或热泵机组都可以通过专门的接口通

13、讯。因为较先进的冷水机组自身带有很先进的控制程序和各类传感器，通过接口，我们可接收和监控其自身传感器测得的数值，这样无需再增加其他传感设备。较为先进。除这些品牌外，其他冷水机组只要提供其完整的通讯协议，经过开发后，也可与我们的系统实现通讯。2.2.4空调机分类 a)空气处理设备根据设备的安装位置来看，可分为： 集中系统：即所有的空气处理设备（风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等）均在一个集中的空调机房内。 半集中系统：除上述设备外，另有两次设备（末端设备）。如新风风机盘管系统，诱导机组，变风量机组等。 全分散系统：组合式空调机组。 b)按空调负荷所采用的输送介质不同分类： 集中式： 全空气空

14、调系统：单风道、双风道、多区机组、变风量方式、全空气诱导机组方式、双导管方式、各层机组方式 空气水空调系统：风机盘管新风系统、诱导机组方式 全水系统：风机盘管机组方式 辐射板空调方式： 辐射板采暖或供冷 辐射板采暖新风系统2.2.5加湿器 有干蒸汽加湿，超声波加湿，电加湿。干蒸汽加湿的效果较好。2.2.6室内温控器 1.风机盘管式的温控器 带风机的三速开关，可调节高、中、低三档风机输出。 有开关，可由用户自由开启或关闭整个风机盘管。风机盘管关闭状态为：风机全关，电磁水阀全关。 有温度设定，可由用户按需要自由设定室内的温度。 温控器可感知当前室内温度，并自动地与用户的设定值相比较，控制电磁阀的动

15、作。如夏季，室内温度高于设定值，电磁水阀打开，冷水盘管工作降温，直至室内温度满足要求。有冬、夏季工况转换开关。 独立工作，无法与自控系统联网。 2.VAV式温控器可联网工作，可将用户设定值、当前房间参数、风机工作模式等信息传到监控中心。监控中心也可强制改变控制VAV的工作状态。 与VAV控制器配合使用。 可控制三速风机的输出。 可改变运行模式（加热、制冷或自动）等有通讯插口，可就地编程。3. 楼宇自控系统3.1组成智能楼宇内的机电设备较为分散，为了合理利用设备，节约能源和人力，BA系统一般采用先进的集散控制系统，即采用分散式的直接控制（DDC）与中央集中控制相结合的方式。主要的控制部分有分散在

16、现场的DDC控制器完成，而大量的数据信息由中央计算机集中管理。中央计算机的故障不会影响整个系统的运行。 BA系统一般由中央监控软件、网络控制器、DDC控制器、各类传感器和变送器、阀门和驱动器等组成。3.2点的类型3.2.1 DI Digital Input 表示ON, OFF。 如压差开关，液位开关，设备的运行状态点等。需为无源干触点。其最大连接距离应不超过305米。3.2.2 DO Digital Output。即从控制器送出的点。如风机启停。触点容量为250VAC 5A3.2.3 AI Analogy Input。模拟量输入点，即连续点，而不是二位制的。如温度传感器，湿度变送器等。 温度传

17、感器距离控制器最好不要超过105米，否则，会增加测量误差。 420mA的输入信号，需在外端接入250欧姆的电阻。3.2.4 AO Analogy Output。即连续输出点。如风门，水阀等。 模拟量输出的可外接500欧姆电阻来把电流信号转换为电压信号。3.3常用术语3.3.1设定点希望维持的某个工作状态。如希望室内温度维持在24°C。则24°C为系统的设定点。3.3.2控制点 一般被控的变量（如温度）不会正好在设定点上，但在设定点附近，或上或下。则实际测得的参量值就是控制点。3.3.3偏移量 设定点与控制点之间的差异值，就是偏移量。3.3.4控制范围 系统的控制（节流）范围

18、就是使控制设备从行程的一端运动到另一端所设定的参量差值。如冷水盘管水阀，如果其回风温度的控制范围为4°C，设定点为22°C，则当温度为24°C时，冷水阀门应全关，当温度为20°C时，冷水阀门全开。 这个词也可用灵敏度来表示。一般TR范围可设在4°C5°C，如风门的调节，控制热水等。但在室内控制，则一般在1.5°C-2°C。 如果控制范围过小，执行机构的动作可能会出现振荡(hunting)，即一会全关，一会全开，无法稳定。 这个术语在模拟量调节控制中用到。在2位On-OFF控制中，则这个术语称为偏差（Differen

19、tial）。3.3.5偏差3.3.6正向作用 当输入的传感器信号增加时，控制器的输出也增加。如室内温度传感器的输入从设定点22°C变化到23°C，则控制器的输出也从7.3V到8.1V，则常开型的热水阀关小，从而减少加热量。3.3.7反向作用 当输入的传感器信号增加时，控制器的输出减小。如室内温度传感器的输入从设定点22°C变化到23°C，则控制器的输出从8.1V下降到7.3V，则常闭型的热水阀打开，从而减少加热量。3.3.8常开型和常闭型 常开型阀门是指阀门阀杆在上时，阀门全开。 常闭型阀门是指阀门阀杆在上时，阀门全关。 当阀门驱动器接收的信号为0时，常

20、开型阀门全开，常闭型阀门全关。 当阀门驱动器接收的信号为100%时，常开型阀门全关，常闭型阀门全开。3.3.9重新设定 重新设定主要是自动重新设定设定点。重新设定设定点的原因一般是为了舒适或节能的目的。如热水温度可根据室外温度的重新设定，当室外温度升高时，热水温度的设定值可以适当降低。在RESET这种应用中，至少需要两个传感器，一个为主传感器（Primary Sensor），一个为副传感器(Secondary Sensor)。副传感器变化会改变主传感器的设定值。 正向设定(Direct Reset)副传感器值增大，主传感器设定值也增大 反向设定(Reverse Reset) 副传感器值增大，主

21、传感器设定值减小4. 节能管理 节能管理在智能化大楼内的管理中极其重要。4.1可编程时间控制模式 这个方法一般是节能效果较为显著的一种控制方法。可用于办公楼和工厂办公区的空调。 一般在周一-周五的上午8:00-下午7:00之间为办公楼的人员的工作时间 即(occupied time)。其余为无人工作时间(Unoccupied time)。我们可通过对这两个时段进行区别控制来达到节能的效果。 在工作时间内，夏季温度可设定为24°C，冬季可设定在21°C，照明，水泵，冷冻机都可以开启。在非工作时间内，则在夏季可设定温度值为32°C，冬季设定在13°C，照明，

22、风机，冷冻机都可关闭来节能。 一般我们可在非工作时间完全关闭空调系统。4.2最佳启停(SSTO Start/Stop Time Optimization ) 是通过室外气温、室内气温等参量来计算出确保空调区域开始有人使用时的舒适感而需提前开启空调机组的最短时间。对于非连续使用的空调设备具有显著的节能效果。 在一些大楼内若可分为工作或非工作时间，可用SSTO来节约能源。这个模式是可精确计算加热或制冷设备最佳开启的时间。通过比较室外温度，室内温度和温度设定值来控制制冷和加热设备的最佳启停时间。 如果在极端情况下，室外温度为35°C，室内温度为32°C，则制冷设备在凌晨4:00启

23、动。若室外温度为20°C，室内温度为27°C，若按照常规的时间控制模式，在凌晨4:00启动空调设备，则会发现在5:00左右，室内已达到了设定值24°C，则余下的能源自然就浪费了。 若选用SSTO控制模式，它会自动比较各个参数，调整设备启动的时间。在上述情况下，SSTO模式会在凌晨5:15分左右启动设备，则在8:00，室内温度正好达到所设定的温度范围。自然大大节约能源。 同样，在冬季，通过SSTO模块的计算，在较为温暖的冬季清晨，也可延迟设备的启动时间，同样达到暖通效果。最佳停止的情况不太常见。4.3焓值控制（Enthalpy optimization） 在夏季工况

24、下，根据室外新风的温湿度和回风温湿度来确定新风和回风的比例，以确保使用总热量（显热和潜热）较低的风量，即焓值较低的风量。这样可降低冷水盘管负荷，从而降低整个冷水机组的负荷。 该节能方案的关键是使用可靠性较高的室外温湿度变送器，以确保焓值计算的准确性。4.4全新风运行 在过渡季，对于舒适性空调来说，可以减少甚至不进行加热、制冷，仅利用新风即可使室温保持在舒适范围内，不但节能，而且可提高室内的空气品质。4.5夜间净化 在夏季工况，在夜间当室外气温低于室内气温，且接近（或低于）日间空调的设定值时，可开启空调机组，以进行夜间全新风换气，净化工作。这样即可改善大楼内的空气品质，也可减少次日空调机组再开启

25、前的预冷的能耗。4.6间歇工作 可间歇启停一些固定负荷的设备如排风机等来节省能源。在确保空调区域舒适度的前提下，可允许风机停止运行一定的时间。这样可减少设备全运行时间，节约能量。该间歇启停的周期，时间间隔可以是固定的，也可根据实际负荷的情况来修正设备停机的时间，以达到最佳的节能效果。5.空调系统的类型和控制5.1定风量系统5.1.1典型的空调机组控制原理 常规的新风风门的控制方法为：在过渡季，新风风门开度为85%(即充分利用室外新风)，在冬夏季，新风风门的开度为15%。这也是一种节能控制的方法。且控制方式简单，风门动作不频繁，易于控制。 较为复杂的风门控制为根据焓值控制，即根据不同季节，充分利

26、用不同焓值室外新风和回风。如在夏季，应利用焓值较低的新风或回风。冬季则利用焓值较高的风，这样可减少盘管的负载，节约能量。l 根据回风温度，自动控制电动二通阀的开度，维持回风温度在设定的范围内。l 根据回风相对湿度，自动控制加湿阀的开关，维持送风湿度在设定范围内，确保在秋冬等气候较为干燥的季节内，大楼的湿度不低于设计要求。l 根据室外温度，回风温度，在不同季节里自动联锁控制新风门，排风门和回风门开度，调节新，回，排风门比例。也可根据室内外焓值控制新回风门开度。这样可充分利用室外新风，到达节能目的。l 根据初效滤网两端的压差开关信号，监测滤网的使用情况，滤网两端压差大于设定值时说明滤网的过滤效果降

27、低，物业管理人员可根据压差开关的报警信息及时更换滤网。l 风管内设有防冻温度探头，当冬季室外温度过低时，系统报警，自控系统将自动开启加热循环系统装置（加热循环泵），联锁打开风机，同时开启热水阀，防止盘管冻裂。l 空调系统的关闭状态为新风风门全关，回风风门全开，排风门全关、水阀全关，风机全关。l 自动监视送、回风机工作状态，故障报警。l 中央监控系统可在监控软件上动态、彩色、实时显示各监测点(送回风温度、预加热温度、回风湿度、送回风风机状态报警、送风静压、水阀位置、新回排风风阀位置等)，记录并打印各类(风机故障，防冻开关报警)的信息，及参数趋势等资料。5.1.2典型的新风机控制原理l 根据送风温

28、度，自动调节预加热水阀的开度，维持送风温度恒定。l 自动监视风机运行状态，故障报警。l 自动监视滤网两端压差开关，堵塞报警。l 若新风温度过低，则预加热器后的防冻温度开关报警，自动联锁打开预加热水阀，防止盘管冻裂。l 新风机全关状态为新风阀全关，水阀全关，风机全关。5.2变风量(VAV)系统VAV系统是一种全风的空调控制系统，其根据室内负荷变化的情况下，采用改变送风量的方式来维持室内温湿度平衡的方法。其特点是节能，可维修，可联网操作。因为各个朝向房间的高峰值之和和建筑物的瞬时最大负荷是有区别的。后者比前者减少20-30%。由于VAV空调系统根据瞬时各房间所需风量的和确定，考虑系统同时负荷率，所

29、以总设计风量、能耗和风道尺寸均小于定风量系统。故可减少设备容量。 采用VAV空调系统可显著节约风机耗能。因在全年空调的建筑物里，大部分时间，系统都在部分负荷下工作，如采用末端变风量系统，控制系统静压调节风机总风量，则风机耗能将大大减少。即可减少一半风机耗能。 为维持最小换气量的要求，一般控制最小风量。 除此之外，VAV末端都有隔离噪音的作用。5.2.1 VAV的基本控制方式l 风机变风量目的是，a）VAV末端风门改变开度后，会影响整个风道的静压，风机通过改变风量以满足风道系统的静压要求。b）风机的风量和功率成三次方关系，在部分负荷下改变风量可节能。l 风机变风量的三种方式：a)出口风阀的节流控

30、制 b)入口导叶控制 c)变转速控制。以变转速控制最为常见。l 风道静压的控制点可放在：a）主风道距风机出口的2/3处，相当于总风量的50%-75%处。b）风道总摩擦阻力的1/2和2/3处。 c)主风道末端。 d)风压变化最大的支管处。前两种方式的系统压力波动最小，后两种方式可获得最大的节能效果。l 除调节送风量外，还可用静压控制回风机的风量，以保持房间的正压。l 最小新风量的控制。 5.2.2压力有关型VAV末端 这种VAV末端没有压差变送器，只根据室内温度和温度的设定值的比较来确定风门的输出。室内热负荷较低时，风门关闭，室内温度较高时，风门开大。与实际的送风量无关。若由于其他末端的风门变化

31、造成的实际风量下降，则风门不会因此而变化。5.2.3简单的单冷型与压力无关的VAV末端 有两个传感器设备(sensor)，压差变送器和房间温度传感器。一定的压差如(1”w.c)代表300CFM。通过风门调节送风量。室内温度传感器的作用是起到RESET的作用。根据不同的室内温度重新调节风量的设定点。如室内较冷时，即室内的热负荷较低时，风量的设定点为75CFM，室内热负荷较大时，则风量的设定值为250CFM。 与压力无关是指，如果，某个VAV末端需150CFM风量来制冷，当其他VAV末端的风门开大时，该VAV末端实际的风量可能只为125CFM，则此时风门就会开大，以满足室内有足够的风量。CFM =

32、 0.00047m3/s5.2.4带再加热设备的VAV末端 当室内负荷最大时，VAV末端的风门开到最大的位置，如500CFM，当室内的温度降低时，风门可能维持最小开度，送风量仅为150CFM。如果房间的负荷继续下降时，再加热水阀就可能打开，风门的位置也可打开，维持200CFM。5.2.5并行风机 当送风量达到最大为500CFM时，并列风机关闭。当送风量减小到300CFM时，并列风机打开，送入回风来满足室内温度的需要。在夜间无人时，若室内温度过低时，风机打开，使回风循环，达到一定的温度。 仅回风通过风机，风机功率较小，噪声和耗能均小于串行风机。5.2.6串联风机在VAV末端下的风机将一次风和回风

33、的混合风吹入室内。VAV末端的风门根据室内的负荷来调整。送风量不变，仅改变一次风和回风的混合比来适应负荷的变化。噪声和维护费用较高。5.2.7不带风机的诱导式 当室内温度较高时，风门全开，达到最大风量如500CFM，诱导式风门全关。当室内负荷降低时，VAV末端风门开度减小，诱导式风门开大，调整房间负荷为设定点。其特点是节能，噪声低，制造成本低，但混合箱的体积较大。5.2.8传统的VAV和最新的TRAV 传统的VAV系统的送风机根据风道静压来维持送风静压的恒定。l TRAV(Terminal Regulation Air Volume)末端调节变风量系统是充分利用智能联网的优势，根据末端风量的实时变化来控制风机。其综合了各个VAV box或温度传感器的信息，可最大效率地减低风机耗能.6.其他自控系统简介6.1水系统6.1.1定流量系统 水泵的容量按照建筑物最大设计负荷选定。节能效果差，系统长期在低温差,大流量的情况下工作。水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的1520。6.1.2变流量系统 用户侧采用二通阀调节水量，达到变流量的目的。通常采用多台冷冻机、多台冷冻水泵（一对一）的方式。水泵的流量不变，水泵和相应的冷