空调控制系统设计1

1、空调控制系统设计（一）绪论1.建筑维护结构外墙： 240 厚砖墙，外粉刷20mm 厚水泥沙浆、贴浅色墙砖，内粉刷20mm厚石灰层。内墙： 240 厚砖墙，二侧均粉刷20mm 厚石灰层。屋面：平屋面（非上人屋面），水泥砂浆 30mm 厚，沥青油膏灌缝，防水层采用沥青防水卷材， 4mm 厚，保温层为单网阻燃聚苯板 120mm 厚。结构层（上人屋面），防水层采用 4mm 厚卷材。楼板： 100mm 厚钢筋混凝土、二侧砂浆找平。门窗：外门为单层玻璃门，内门为单层实体门，双层5mm 外窗。2.气象资料室外气象资料取采暖通风与空气调节设计规范中南通地区参数，见表7-1。表 7-1 室外气象资料夏季大气压

2、(hPa)夏季空调室外干夏季空调室外湿夏季空调日平均夏季计算日球温度 ( )球温度 ()温度 ()较差 ( )：1005.13328.630.15.6夏季室外平均风夏季空气调节温最热月相对湿度冬季大气冬季采暖室外速(m/s)度( )(%)压 (hPa)干球温度 ( )3.133861025.4-2冬季空调室外干冬季室外平均风最冷月相对湿度球温度 ( )速 (m/s)地点(%)-53.376南通（二）冷、热负荷与湿负荷计算本工程建筑主要由办公室构成，本文以一楼一个普通办公室为例，详细阐述包括建筑物负荷计算在内的整个工程设计的方法及过程。每个房间的具体负荷计算结果见表5。本工程属舒适性空调工程，为

3、节能考虑，室内设计参数确定如表7-2 所示：表7-2室内设计参数夏季参数设计温度()： 27.00相对湿度(%) ：55.0冬季参数设计温度()： 20.00相对湿度(%) ：45.0根据设计原始资料所给的建筑物的平、立剖面图，计算出两个房间各维护结构的面积，列于表7-3 中。表 7-3 房间尺寸详细尺寸（ m）计算面积 F( )房间维护结构长宽东外墙6.003.6021.6-3.78=17.82办公室2.101.803.78北外窗根据原始资料，查文献得维护结构的传热系数值，见表7-4。表 7-4 维护结构参数表围护类型 名称 传热系数 (w/传热延迟 .)传热衰减 (h)外墙 砖墙 18-2

4、40-90.720.0815.2外窗 双层铝合金窗 2.9040.9970.365内墙 加气砼砌块 11.180.754.9外门 节能外门 3.030.990.6361.夏季空调冷负荷计算空调冷负荷的计算方法很多， 如谐波反应法、反应系数法和冷负荷系数法等。本设计采用谐波反应法， 谐波反应法考虑的得热都具备两个特点。 第一：他是时变的；第二：他是含有辐射成分的。 因此不涉及潜热量计算及空气渗透等纯粹对流类得热量的计算， 也不涉及食物及物料的散热计算。 这些项目按常规方法办理即可，通过围护结构进入的非稳态传热量、 透过外窗、天窗进入的太阳辐射热量、人体散热量以及非全天使用的设备、 照明灯具的散热

5、量等形成的冷负荷， 均按照非稳态传热方法计算确定。（ 1）外墙和屋面等瞬变传热引起的冷负荷外墙和屋面传热冷负荷计算公式：(7-1)式中Q外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，K 传热系数， w/ .；A 计算面积，；tR 室内计算温度，；t c()外墙和屋面的冷负荷计算温度，。W；外墙和屋面的冷负荷计算温度t c( )又可由下式求得：（7-2）式中 t c( ) 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，根据外墙和屋面的不同类型分别在暖通空调附录2-4 和附录 2-5 中查取；td地点修正值，可由暖通空调附录2-6 查取；ka 外表面放热系数修正值；k吸收系数修正。例如，办公室的东外墙A=17.82 ，

6、 K=0.72w/ 取 =10:00 时，查暖通空调附录 2-4，附录 2-6 可得 t c( )=35.2，td=2.1，表 2-8, 表 2-9 可得 ka=1，k=0.97，t c( )=（35.2+1.0）10.97=35.11；则 Q =17.82 0.72 (35.1127)=104.05 W（ 2） 内围护结构冷负荷由于整个建筑物都进行空调， 房间邻室为空调房间， 所以这部分冷负荷可以忽略。（ 3）外窗瞬变传热和日射得热引起的冷负荷外窗的温差传热冷负荷计算公式：(7-3)式中cW玻璃窗传热系数修正值，可由暖通空调附录2-9 查取；KW外玻璃窗传热系数，w/.，可由暖通空调附录2-

7、7 和 2-8 查取；AW 窗口面积，；tc( )外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，可由暖通空调附录2-10 查取；td地点修正值，可由暖通空调附录 2-11 查取；tR室内计算温度，。例如，办公室北外窗A W =3.78 ， K=2.904w/ 取 =10:00 时， cW=1.2，K W=3.01 w/ . ，t c( )=29， td=3，则 Q= 1.2 3.013.78 (29+327)=68.3 W外窗太阳辐射冷负荷的公式视其内、 外遮阳情况不同而有所区别， 当外窗只有内遮阳设施时：(7-4)式中 窗口面积，；A 窗的有效面积系数，可由暖通空调附录2-15 查取；WC 窗玻璃的遮阳系数

8、，可由暖通空调附录2-13 查取；aCS 窗内遮阳设施的遮阳系数，可由暖通空调附录2-14 查取；Djmax日射得热因数，可由暖通空调附录2-12 查取；CLQ窗玻璃冷负荷系数，可由暖通空调附录2-16 至 2-19 查取。例如，办公室北外窗 A W =3.78 ，取 =10:00 时， Ca0.75， Cs0.78， Ci 0.50，Djmax545，CLQ0.59则 Q=0.75 3.78 0.78 0.50 5450.59=355.5 W2. 空调湿负荷空调湿负荷是指空调房间的湿源向室内的散湿量，也就是为了维持室内含湿量恒定需要从房间除去的湿量。本工程主要考虑人体散湿量所产生的湿负荷。(

9、7-5)式中 n计算时刻空调房间内的总人数；群体系数，取 0.96；g散湿量， 194g/h；例如，办公室单位面积人数取 0.125 人/，则 n=2 人则 mW =0.278 20.96 19410-6=103.55 10-6kg/s3.冬季建筑物的热负荷（ 1）维护结构热负荷的计算维护结构基本耗热量：(7-6)式中 Qj j 部分维护结构的基本耗热量，W ；2Ajj 部分维护结构的表面积，m ；Kjj 部分维护结构的传热系数，w/m2 ；tR冬季室内计算温度，；tO.W冬季室外空气计算温度，；a维护结构的温差修正系数。维护结构附加耗热量：（ 1）朝向修正率；（2）风力修正率；（3）外门开启

10、修正率；表 7-5冷负荷统计表房间名位置冷负荷（ W）房间名位置冷负荷（ W）审讯室一楼最左侧1148包房二楼2062审讯室一楼中间1006更衣室二楼549办公室一至六楼最左侧1539洗碗及消毒间二楼568办公室一至六楼中间1395烹饪间二楼1820休息大厅一楼5082休息大厅三楼8018男更衣室一楼662局长办公室三楼3040女更衣室一楼241机房三楼2609健身区一楼13942大会议室四楼13508小会议室二楼2026检察长室五楼4526副检察长室二、三、四楼3068档案室五楼3077就餐大厅二楼5786接待室六楼2375（三）空调方案选择1.空调系统概述本工程选用了 VRV 空调系统（如

11、图7-1 所示），也就是变冷媒流量多联系统，即控制冷媒流通量并通过冷媒的直接蒸发或直接凝缩来实现制冷或制热的空调系统。VRV 空调系统具有明显的的节能、舒适效果，该系统依据室内负荷，在不同转速下连续运行， 减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失；采用压缩机低频启动，降低了启动电流， 电气设备将大大节能， 同时避免了对其它用电设备和电网的冲击；具有能调节容量的特性， 改善了室内的舒适性。 但该系统对管材材质、制造工艺、现场焊接等方面要求非常高，且其初投资比较高。 其控制系统由厂家进行集成，因此无需进行后期开发。本工程为办公楼，每层各房间需根据需要灵活调节， 且各房间要求互不影响，整个建筑房间数量多

12、。所以选用 VRV 空调系统正好满足了检察院办公大楼的各种需要。室外机室内机室内机室内机室内机室内机室内机室内机图 7-1 VRV 空调系统结构图（四）空调设备的选择1.室内机选择表 7-6 风盘参数表产品型号FP-3.5FP-5.0FP-6.3FP-7.1FP-8FP-10制冷量（高速） （ w）180027003600360045005400制冷量（中速） （ w）258024403290329041204850制冷量（低速） （ w）131020102650265033203900送风量（高速） （ m h）3405106806808501020送风量（中速） （ m h）2553835

13、10510638765送风量（低速） （ m h）170255340340425510水流量（ Kg h）324482655655814936水阻力（ kPa）303030303040设备安装尺寸（长） （ mm）74084093093010401230设备安装尺寸（宽） （ mm）530630730730830960设备安装尺寸（高） （ mm）490590690690790920制热量（高速） （ w）270040505400540067508100制热量（中速） （ w）235035204530453060406850制热量（低速） （ w）16202470313031304170474

14、0根据每个房间的冷负荷和分盘参数表，选出室内机型号如表7-7 所示。表 7-7 室内机选型房间名位置风盘冷量型号台数备注审讯室一楼最左侧1148FP-3.51中速审讯室一楼中间1006FP-3.51中速办公室一至六楼最左侧1539FP-3.51中速办公室一至六楼中间1395FP-3.51中速休息大厅一楼5082FP-6.32中速男更衣室一楼662FP-3.51中速女更衣室一楼241FP-3.51中速健身区一楼13942FP-6.34中速小会议室二楼2026FP-3.51中速副检察长室二、三、四楼3068FP-6.31中速就餐大厅二楼5786FP-6.32中速包房二楼2062FP-3.51中速休

15、息大厅三楼8018FP-7.12中速局长办公室三楼3040FP-6.31中速机房三楼2609FP-6.31中速大会议室四楼13508FP-103中速检察长室五楼4526FP-3.52中速档案室五楼3077FP-3.22中速接待室六楼2375FP-3.51中速2.室外机选择室外机将全部放置在楼顶， 由于每层房间数量较多， 冷负荷较大， 所以决定将每层分成三个区域， 分别连接一组室外机， 这样可以使每台室外机功率不至于太大，一旦出现故障，不会产生大规模无法供热 / 冷的情况。一楼北侧审讯室、休息大厅及两间办公室为区域 1-1 ；一楼南侧所有办公室为区域 1-2 ；一楼东侧健身区及男女更衣室为区域

16、1-3 ；二楼北侧小会议室及办公室为区域 2-1 ；二楼南侧所有办公室为区域 2-2 ；二楼东侧就餐大厅、包房、烹饪间等为区域 2-3 ，以此类推标记本台室外机，下表为每台室外机所需供应的冷负荷量。表 7-8 室外机冷负荷量位置冷负荷（ W）位置冷负荷（ W）位置冷负荷（ W）位置冷负荷（ W）1-1123262-2156233-3214945-1117881-2125552-3128474-1103965-2156861-3148453-1103964-2156236-193502-1103963-2156234-3155706-215623（五）空调设备的控制1.概述VRV空调系统的控制器

17、整个多联机的神经系统，而其控制策略则是控制器的核心，直接关系到多联机系统的性能和运行的可靠性，事多联机技术的核心问题之一。多联机的控制不是对室外机和室内机组单独进行控制， 而必须对整个系统进行控制和管理， 但为保证系统的可扩展性、 室内机自由组合性以及系统的节能性、可靠性，应尽可能对多联机实行集散控制， 但其控制策略又与系统形成有直接关系。多联机是一个复杂的系统工程， 除对整个系统进行控制外， 对压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等执行器的控制是实现多联机系统控制的前提， 其控制效果是多联机总体控制策略实现的直接保证。2.通讯控制在这里采用网络通讯控制方式 （如图 7-2 所示），中央控制器由室外

18、机控制其担任，它是通过将各室内机容量和温度信息传输至室外机， 由室外机控制器集中控制室外机和各室内机的运行。具体方法是采用将在各种平衡条件下调节量与被控量之间的关系的实验结果以表格或拟合公式的形式存入微电脑中， 根据实际采集的被控量偏差大小， 选取各调节量的数值来控制压缩机频率、电子膨胀阀开度和室内外风扇转速。检察院办公大楼的多联机控制系统将采用上位机点名， 下位机回复信息的方式组织通讯架构。 图中上位机为室外机部分， 下位机为室内机部分和远程监控部分。上位机定时对不同的下位机发送点名信息， 下位机收到上位机点名信息后立即回复本机信息给上位机，从而实现信息交换和部件控制。室内机通讯网络 1通讯

19、模块No.1No.2No.n室内机通讯网络2通讯模块室内机显示板远程监控部分室外机部分室内机部分图 7-2通讯控制系统控制图3.压缩机转速的调节压缩机的变频调速，通常采用调压调频（VVVF ）方式进行。将供电频率为50HZ 的交流电进行整流滤波转换成直流电，再将直流电分割成矩形脉冲电源，通过一系列幅宽不同的脉冲波组合，生成不同频率的模拟正弦波， 以此驱动压缩机电机，其运转频率正比于平均电压，这种变频调速称为PWM电压控制。另一种调节矩形脉冲波高度的变频调速方法，称为PAM电压调节。它与PWM 电压控制相比， 噪声大、调节响应特性差。 目前很少单独采用 PWM 控制，而采用 PWM/PAM 混合

20、控制，高频是采用 PAM 控制，低频时转换成 PWM 控制，这样充分利用了各自的优势，实现了制冷系统的高效、低噪运行。4.电子膨胀阀（ 1）作用多联机中采用电子膨胀阀进行制冷机流量调节，具有很多传统膨胀阀没有的优点，主要有下面几个方面的体现：1）可以直接测量蒸发器出口的真实过热度，便于实现精确的控制；2）电信号传递迅速，执行动作及时准确；3）本身有很好的线性流量特性，可以取得较好的调节品质；4）调节范围宽，且在整个运行温度范围内都有相同的过热度设定值；5）流量调节不受冷凝压力变动的影响；6）可以扩展其他功能。（ 2）控制将膨胀阀应用于室内机进液管上，在制冷运行过程中调节制冷剂流量，起到节流降压的作用； 在制热运行过程中调节制冷剂流量，特别是室内机之间有落差的时候，要通过合适的调节，保证制热效果一致性。如图 7-3 所示，室内电控芯片接受来自室内传感器和室外相关传感器的信号，并进行计算处理， 发出电控指令给电子膨胀阀进行脉冲开度的调节；与此同时，室内机电控还接受来自室外机主电控信号，并优先执行室外机电控指令。电子膨胀阀室内机传感器信号室内电控控制指令输出微芯片处理控制器室外机主电控信号图 7-3 室内及电子膨胀阀的控制5.换热器的容量调节调节风速是换热器容量调节的主要方式。 制冷过程中室外