智能空调控制电路设计

智能空调控制电路设计（共8篇）

智能空调控制电路设计 篇1

摘要：中央空调是现代建筑的一个必需的基础设施,在人们的日常生活中具有重要地位。由于没有先进的管理方法和科学的控制技术,中央空调经常处于“大马拉小车”的浪费状态。本设计使用组态王作为监控软件对中央空调进行多参数采集,对系统整体运行进行优化。

关键词：中央空调,节能,组态王

0 引言

中央空调是现代化建筑物中常具备的重要设备之一，它在给人们的生活营造舒适环境的同时，也带来巨大的能源消耗。由于缺乏先进的控制技术和管理手段，长期以来，传统中央空调的各分系统采用相对独立的控制方式，不能实现空调冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节。在末端环境发生变化时，也容易形成“大流量、小温差”现象，造成空调系统能源的极大浪费。本课题选用组态王作为监控软件，通过工控机内的数据采集板对不同环节的水温及压力状态进行采集，编写各控制模块，通过对变频器的控制实现系统的实时控制，并绘制日报表和月报表以记录系统的运行状态。

中央空调通常采用水制冷，包含三大循环系统：冷冻侧水循环、冷却侧水循环和空调主机内循环。本设计针对冷冻冷却两循环系统直接控制，并不直接控制空调主机制冷循环运行(仅通过控制冷冻冷却循环，优化其运行工况)。中央空调运行示意图如图一所示：

图一中红色箭头所示为冷冻侧,是用来向用户输送冷量。当风机(图一中未画出)吹过冷冻管时，可以降低环境温度，同时水管温度上升，这一侧在主机内为释放热量侧。蓝色箭头所示为冷却侧，是用来带走空调主机内热量，流经塔风机时将热量散发到空气中。白色为空调主机，内有冷媒、蒸发器和冷凝器。冷媒在蒸发器的蒸发过程中带走冷冻侧的热量，在冷凝器中的冷凝过程中向冷却侧释放热量，从而使空调主机达到能量的动态平衡。

1 软件功能设计

根据系统性能要求及现场工况，采用模块化的设计思想，软件整体分为系统管理、模糊控制通讯、报表等几个模块。

1.1 系统管理的设计

对于整个空调系统来说要满足以下要求：

(1)压力不低于设定值。为了保护空调主机，当压力低于设定值时要升高电机频率，增大水流量，提高压力。

(2)温度稳定在设定值。当温度低于设定值时，要降低电机频率，减少水流量，以达到在满足环境要求的前提下，节约能源;当温度高于设定值时，要升高电机频率，增大水流量，以满足环境要求。

(3)进出水温差满足设定值。当温差高于设定值时，要升高电机频率，增大水流量，以满足空调主机标准工况要求;当温差低于设定值时，要降低电机频率，减少水流量，以达到在满足空调主机标准工况要求的前提下，节约能源的目的。运行界面如图二所示：

1.2 模糊控制器设计

模糊控制的基本原理框图如图三所示。

它的核心部分为模糊控制器，即图三中的虚线框部分，其控制规律是由计算机的程序实现的。实现一步模糊控制算法的过程描述如下：微机经采样获得被控量的精确值，然后将此值与给定值相比较得到误差信号E，一般选取误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。然后对其进行模糊化变成模糊量。误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到一个模糊子集e，再由e和模糊关系R，根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u，即u=e茌R。为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量u转换为精确量，这一步在图三中称为去模糊化。

1.3 系统报表设计

为达到实时监测和以后的查询，设计了报表记录功能，根据要求需要建立系统运行日报和月报。日报的功能是记录冷冻冷却水温压力、冷冻冷却水泵运行频率、塔风机台数;月报的功能是记录系统开始运行时间及操作人员、系统停止运行时间及操作人员和系统运行时间等信息。

根据要求设计系统运行日报界面，如图四所示。

日报程序流程图如图五所示：

设计系统运行月报界面，如图六所示.月报程序流程图如图七所示：

2 结束语

通过系统仿真可以看出，所设计的中央空调系统可根据不同工况自行选择运行频率，在满足环境温度要求的前提下，降低系统功耗，节约能源。所设计的日报和月报记录系统也可以正常运行、记录，并可对当天以前的所有运行记录进行查询和打印。

参考文献

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[4]文定都,谢永芳等.基于模糊控制的水温控制系统[J].自动化与仪器仪表,2006,(3):62—64.

浅谈净化空调自动控制的设计 篇2

净化空调隶属于工艺性空调范畴，由于其控制系统可对洁净度、湿度、温度、风速进行四度控制，所以被广泛应用于病房、医院手术室、医药工业、特殊实验室及光电子厂房等房间或区域。净化空调的自动控制既可以设计成单个系统的控制与测量的系统，又可以设计成综合数字计算机管理与控制系统，如对于具有一定生产规模的车间厂房，一般情况下使用的是数字直接控制系统（DDC）。本文以西门子DDC自控系统为例，对净化空调自动控制设计的相关问题进行浅谈。

1.净化空调系统中西门子DDC自控系统结构设计

器以及变频控制器组成的，是具有多种管理与控制功能的操作系统，如图1中所示：

在网络系统中MEC与PC的通讯连接运用了同层总线共享无主从方式，这种方式可以最多连接100台控制器如MEC、MBC等。下面对净化空调自动控制系统中各组成部分的设计进行简要介绍：

1.1中央管理站

该站是由PC机、打印机及显示器所构成，直接连接于以太网，以便于与外界交流信息。整体的净化空调设备都在中央管理站进行统一管理与控制，且应设计一个易学、易懂、易操作的界面，使得操作人员可以简单地通过键盘与鼠标的操控就能控制整个空调系统，例如空调设备的启动、关闭、控制、调节、信息输出、信息显示等。

1.2DDC控制器

直接数字化控制器（DDC）实质是一种被简易化了的微电脑设备，该控制器不仅能够独立进行工作，而且还能够参与网络中执行较为复杂的监测、管理与控制活动。

1.3传感器

传感器主要包括温度传感器、压差传感器、湿度传感器、温湿度传感器、流量传感器、露点传感器，传感器的任务就是把已检测到的信息转化为模拟信号或数字信号传达到DDC控制器，再由DDC控制器将信号传送到中央控制器。

1.4变频器

该变频器的工作原理是以电力半导体的作用把工频电源转换为另一种频率的电能，使电机能够变速运行。其中控制部分要发挥对主电路的控制作用，整流电路将交流电转换为直流电，并且利用直流中间的电路平滑滤波整流电路的输出，而逆变电路也可将直流电再转换为交流电。

1.5执行器件

在净化空调的自动控制设计中，该执行器件主要由风阀执行器、电动阀、风机、调节阀、现场设备和报警装置等组成，它的工作流程是通过上位机进行计算或设定后，使DDC启动调节阀从而能够调节和控制冷水阀的开度、设备的运行与停止、蒸汽阀门的开度、风门的开度、设备故障报警等。

2.净化空调系统自动控制设计要点

2.1净化控制

在净化空调风系统中，对于空气净化的处理主要采用的是空气过滤器，在设计安装初效和中效过滤器后，空气的洁净度可以控制在10000级，可以满足一般洁净度需求的洁净厂房或区域之用。而对于要求更高级别洁净度的区域，则需要在空调系统中安置高效过滤器。为了避免过滤器在长期使用后附着灰尘影响空气净化控制效果，应设置自动控制、监测及报警程序。

2.2温度控制

温度控制是净化空调系统自动控制设计中主要参数之一，根据《洁净厂房设计规范》中的规定指出，洁净室的温度应控制在20～26℃。该系统温度控制的对象为设定温度与回风段温度之间的差值，而后通过PID算法给出结论，进行PID调节，进而控制冬天使用蒸汽调节阀或夏天使用的冷水调节阀。此外，还要通过回风温度传感器来控制表冷器或加热器的电动二通阀，以便于把温度控制在20～26℃之间。如图2所示：

2.3湿度控制

2.3.1 加湿控制 当处于冬季或干燥气候时，净化空调应通过蒸汽加湿器进行加湿控制。

2.3.2 除湿控制 当处于春季或雨季气候时，净化空调应通过表冷器进行除湿处理。

2.4正压控制

洁净室为避免不受外界环境污染应保持一定正压值，该正压的控制方法是通过净化空调系统的送风量大于排风量与回风量之和而达到的。在风管上除了应设置风量调节阀以外，也要设置正压控制装置，例如可以在回风口处安装压差式电动风量调节器、定风量阀或空气阻尼层，对于定风量阀应在设计时充分考虑其本身要求的有效安装距离。

3.净化空调自动控制设计应注意的问题

3.1选择正确的现场仪表安装位置

3.1.1 冷冻水水阀的安装 由于回水管水压小于进水管水压，加之冷水盘管内充满冷冻水而不会形成负压，所以应该将冷冻水水阀安装于回水管上，使得控制更为平稳。

3.1.2 风速传感器的安装 由于在非稳定流位所测出的数据缺乏准确性、代表性，所以在自控设计时应与通风专业相互沟通、协调，在送风总管处留出尽量长的一段直管，将风速传感器安装在空气流动较为稳定的地方。

3.1.3 压差传感器的安装 由于走廊内的检查与维修较为方便，并且房间门的开与关对于传感器的影响较小，所以应将测量房间内与走廊之间的压差传感器置于走廊内。

3.2信号匹配

设计人员应重视信号匹配问题，应将现场传感器与变送器的输入信号、执行器的输出信号与控制系统中输入输出模块的信号统一起来。在现场各种仪表中，除了温度传感器属于电阻信号以外，通常情况下，其它仪表输入输出的电压信号为0～5VDC或0～10VDC，电流为4～20mA。基于电流信号抗干扰能力与抗衰减能力均强于电压信号，且其传送的距离也比电压信号远，所以应偏重于选用4～20mA的电流信号。对需要独立供电的仪表和开关量输入输出的电压，也应设计统一的电压类型及级别。

3.3变频控制方式

在进行变频设计时需要注意，可以通过安装在送风风管上的风速传感器ESF-35-2测量送风流量（AI）；通过安装于部分室内的高精度压差传感器DPT-53对房间内外压差实行监测（AI）。根据系统设定的送风流量控制变频器频率（AO），以达到风管送风量或房间压差的要求，同时节约能源。

3.4连锁控制要求

新风阀与新风机组连锁，机组开，新风阀开，新风机组关，新风阀关闭；负压排风机与循环机组连锁，循环机组开，排风机开，以保证负压房间的压差要求，必要时设置房间差压传感器，变频控制排风机；防火阀连锁，防火阀触点熔断后，机组关闭。

4.结语

总而言之，净化空调系统与普通空调系统具有较大差异，其自动控制设计更是一项综合技术设计的体现。所需净化的空间要想优良的洁净效果，就必须在严谨的净化空调自动控制设计基础之上，确保其施工质量并进行精心的维护管理，使其整体设计通过洁净度的监测和室内温湿度的监测，以达到完成优质净化工程的目的。

参考文献

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[5] 石建华，朱蔚青. 基于DDC与变频技术的净化空调控制系统的设计[N]. 武汉职业技术学院学报，2008（3）.

智能空调控制电路设计 篇3

近年来, 中央空调设备功率及数量持续加大, 以至于其能耗也在持续提高。据相关调查统计显示, 国内建筑物能耗已经占据总能耗的30%以上, 在具备中央空调的建筑物中其能耗也已经占到了70%左右, 并且保持持续增长的态势。所以, 分析中央空调智能控制系统设计技术有着极大的现实意义, 要不断地强化其功能的完善, 注重节能因素, 科学合理地降低投资成本及运行维护费用。

1 中央空调系统构成及工作原理

系统构成, 以夏季空调制冷为例:通常中央空调的循环水系统关键是包括着两个水循环系统, 也就是使用敞开式系统冷却水循环系统以及使用封闭式系统冷冻水循环系统, 以及制冷机组和风机盘管与冷却塔。需要进行降温的房间之内会装设风机, 这里的风机关键是进行冷空气吹入至房间, 进而能够促使房间内热交换程度加快便于实现降温。

工作原理, 为了能够促使室内温度保持在一个非常舒适的范围之内, 冬季的室内温度过低时中央空调体系会把循环热水送进风机盘管中, 再将室外的低温空气进行循环经过风机盘管时, 对应低温空气同样是和风机盘管铝片实行热交换来把风机盘管铝片热量传送于低温空气中, 促使低温空气在进行加热之后送进房间之内, 促使其室内温度得以有效升高;在夏季的室温过高时, 中央空调系统就会运用水泵把经过制冷器主机所提供的冷冻水循环式送进风机盘管内, 以便于在温度降低时风机盘管之内铝片及循环进的室外高温空气进行接触时能够展开热交换, 最终将所得到的冷空气送进室内进行降温。

2 基于Lon Works的中央空调智能控制系统

该空调机组所控制的相关现场总线系统工作原理是温湿度控制器测出温度以及湿度之后, 再经过运算得到对应阀门调节输出, 此时的输出是经过Lon网络送至对应智能阀处以产生阀门开度。智能阀数量以及空调系统结构有着极大的关联。开关量控制器是用在启停机组上的, 以便于有效监测空调实时状态以及进行警报。

2.1 系统硬件设计

关于智能阀门设计, 相关智能阀门应该是直接连接于Lon网络之上的, 并经过Lon总线接收其阀门的开度指令, 此指令是以网络对应变量形式出现的。智能阀门关键硬件设计, 从某种程度上来讲智能阀门是要求对应运算量和储存容量较少的, 所以运用了神经元Neuron MC143120芯片和FTT-10A式的双绞线变压器耦合收发器, 还有其电源是运用了LM2575式的降阶电压调节器芯片, 其在进行滤波之后可以获得非常稳定的+5V电压, 串行A/D转换器是使用TCL1549芯片, 这样可以充分的满足于对应阀门开度有效控制精确度, 继电器是使用了JGX-1F型式的固态继电器, 该型号的继电器驱动能力较大且生命周期较长。

2.2 温湿度控制程序软件有效实现

温湿度控制器是最关键的主控制器, 其是要求具备较大储存空间以及处理能力, 所以是使用了3150CPU模块。关于温湿度控制程序软件的实现应该分为两大部分, 节点内部功能, 这包括着相关模拟量采集以及处理和显示, 并且具有四个PID回路, 可以充分的达到参数修改以及运算和网络变量形式输出结果至其余控制器或者是智能阀处;还有就是主控制器, 也就是温湿度控制器务必要具有及上位机可以通信的功能。依据其工艺技术的要求, 温湿度控制器之内具有专门开辟的储存区域, 这是存放上位机组态之后所形成的相关程序链, 并且控制器经过详细分析程序能够对储存区域之内各类数据展开分析, 再合理的调用子程序来充分实现各类功能及完成控制。

3 中央空调节能理论分析

中央空调系统是经由制冷主机以及冷却泵和冷冻泵, 还有冷却塔风机和风机盘管所组成的。应该说其制冷主机是经过压缩机来促使制冷剂快速冷冻循环水温度降低, 通常通过制冷主机进行制冷之后的水温度大约是7摄氏度, 这也是中央空调的冷源提供场所。冷冻水泵主要是将冷冻水进行加压至空调系统的对应末端系统, 冷却水是经过冷却水泵将对应制冷主机中热量充分带走, 通过冷却塔将这些热量有效的释放至空气中, 之后就会回到冷水机组中。冷却风机能够合理的带动空气进行快速运动, 经过空气带走冷却水热量, 同时能够有效促使蒸发以致水温迅速降低。温度降低之后相关冷却水会进行再次循环, 并进入制冷主机中, 再次带走制冷机所存在的多余热量。

中央空调系统可以说是多变量复杂且时变的系统, 相关过程要素主要是非线性以及大滞后、强耦合的关系。模糊控制是基于模糊集合论以及模糊语言变量、模糊逻辑推理的计算机智能化控制理论, 能够充分的适应于中央空调各个方面控制要求及需求。

模糊控制下的变频调速技术能够充分达到中央空调水系统极好的温差变以及压差变和流量变的运行模式, 可以促使控制系统具备极高跟随性以及应变能力, 还能够依据相对被控制的动态过程特性识别来自主调节其运行参数, 以便于得到最优化控制效果。模糊控制能够充分地适应于多变性特征, 不过也正是因为该类复杂非线性才促使模糊控制极好地控制并克服了对应被控中央空调各个方面的要求及需求, 进而实现极高的控制能力以及最佳运行状态。停机控制也就是确保空调区域完成运作后还能够具备较为舒适的环境, 并有效计算出能够提前停止空调的最长时间。并且, 在停止运用空调区域之前就有效控制区域空调关闭。

4 结束语

现今基于Lon Works的中央空调智能控制技术在该行业中的反响极大, Lon Works技术具备较高的可靠性且便于容错, 全数字化及通讯距离较长和多节点等诸多优势。空调产品以及系统也都使用了信息技术与自动化控制技术, 可以说所有的空调系统都有安装计算机控制设备, 这样能够有效的依据其负荷变化来调节冷量以及水量, 进而有效的保障节能以及最佳运作状态。随着自动化控制技术水平的持续提高, 不断涌现出各类效果极好的控制方式及技术, 这些控制方式及技术能够提供新的活力为空调系统控制管理。

摘要：随着国内社会经济水平的不断提升, 中央空调被广泛运用在商业以及民用建设中, 中央空调可以说是现代化建筑建设中最关键的能耗运行系统。中央空调系统可以充分提升人们生活及工作环境的舒适度, 但是也耗费了大量能源。文章分析了中央空调智能控制系统, 并探讨了基于Lon Works的中央空调智能控制系统设计, 并提出了实用性设计策略。

关键词：LonWorks,中央空调,智能控制,系统设计

参考文献

[1]黄文生.汽车客运站中央空调变频节能技术与控制系统设计[J].产业与科技论坛, 2014 (12) .

[2]程化一, 李君, 戴迎宏, 等.中央空调装置智能控制系统设计[J].中国水运 (学术版) , 2013 (16) .

智能空调控制电路设计 篇4

空调系统包括冷热源系统和通风系统,即通常所说的HVAC系统。对空调系统的自动控制是楼宇自控系统(BAS)的重要监控内容之一,现在的工程招标中除了考虑BAS投资外,更多的考虑BAS的网络通讯速率和直接数字控制器(DDC)的处理器位数、内存大小等问题,反而对可能关系到BAS建设成败的控制内容和控制方式关心很少,进而导致了系统建成后自控系统不能开通,甚至最终被迫拆除,浪费大量的人力、物力和财力。

2 一般空调自控系统监控内容和控制原理

智能建筑空调自动控制系统主要包括以下控制内容:冷源控制、热源控制、空调机组控制、新风机组控制、变风量控制和送排风机控制等。上述所控制的内容在楼宇自控系统的监控和管理下,不仅要使得建筑物内的温、湿度达到预期的目标,而且还要尽可能用最低的能源消耗来维持系统和设备的正常运转,从而达到运行成本最低和经济效益最高的效果。一般空调系统的监控内容和控制原理如下:

2.1 冷源系统

冷源系统的主要监控内容包括:冷冻水供水温度及流量、冷冻水回水温度、冷冻水供回水压差及旁通阀开度调节、冷冻水水流开关状态、冷冻泵运行状态及故障报警、冷冻泵手自动状态、冷冻泵启停控制、冷水机组运行状态及故障报警、冷水机组手自动状态、冷水机组启停控制及冷冻水蝶阀开关控制、冷水机组冷却水蝶阀开关控制、冷却泵手自动状态及运行状态、冷却泵故障报警及启停控制、冷却水供水温度、冷却水回水温度、冷却塔风机运行状态及故障报警、冷却塔风机手自动状态及启停控制和冷却塔进水蝶阀开关控制。其控制原理图如图1所示。

2.2 热源系统

热源系统的主要监控内容包括:换热器一次侧进、出水温度;换热器二次侧供、回水温度;总管供回水压差;总管供水温度;总管供水流量;总管回水温度;循环泵手自动状态、运行状态、故障报警;循环泵启停控制;根据供回水总管压差调节压差旁通阀开度,保证系统管路压力平衡;根据二次侧回水温度及其设定值,调节一次侧电动调节阀开度,使二次水温度保持在设定范围内;累计循环泵运行时间,当达到设定值时发出检修信号,提示进行检修维护。其控制原理图如图2所示。

2.3 空调机组

空调机组的主要监控内容包括:新风温度/湿度、送风温度/湿度、回风温度/湿度、过滤器阻塞报警、防冻报警、送风机运行状态、送风故障报警、送风机手自动状态及风压状态、送风机启停控制、回风机运行状态、回风故障报警、回风机手自动状态及启停控制、新风阀开度调节、回风阀开度调节、排风阀开度调节、水阀开度调节和加湿开关控制。其控制原理图如图3所示。

2.4 新风机组

新风机组的主要监控内容包括:送风温度/湿度、过滤器压差状态、防冻开关状态、风机压差状态及运行状态、风机故障报警、风机手自动状态及启停控制、新风阀开关控制和水阀开度调节。其控制原理图如图4所示。

2.5 变风量末端

变风量末端的主要监控内容包括:室内温度、风阀开度调节和风速检测。其控制原理图如图5所示。

3 智能建筑空调系统节能控制措施

空调系统的运行方式大体可分为三个层次:正常运行、经济运行和优化运行。其中,“正常运行”主要是创造基本的温湿度条件,达到设计的基本要求;“节能运行”要在保证正常运行的基础上,采取适当的措施,实现一定程度的节能目的;“优化运行”是指包括冷热源系统在内的实现全面节能的优化运行,它需要全面考虑并巧妙利用设备特性、管网特性、建筑特性和室内外调节。

3.1 优化空调机组控制方式使之达到合理化、经济化运行

对空调机组的节能控制策略有多种方法,例如室内外焓值比较法、CO2等污染物浓度检测法确定新风量、夜间冷却、变频控制送风机运行和通过日程表的定时开关等。以夜间冷却为例进行说明,在非工作时间的夜间室外温度较低,为了减少建筑内的蓄热量、降低室内温度,空调机组采用100%新风方式。打开新风阀和排风阀,关闭回风阀,用室外的冷空气置换室内的热空气;当室内温度冷却到设定温度时,停止空调机组的运行,并联锁新风阀和排风阀关闭、回风阀打开。

在白天空调机组正常运行时,要根据室内外温度的差值关系,在保证室内新风量的前提下,合理调整新风阀、排风阀和回风阀的开度,也将实现一定程度的节能。

3.2 通过变风量系统的应用,实现智能建筑空调系统的节能

变风量系统是指根据室内参数的设计值变化,在保持送风参数不变的条件下,自动调节变风量系统的送风量以达到保持室内参数符合要求。实际运行中,若室内热、湿负荷低于设定值时,通过对变风量系统的调节,减少送风量以达到室内温、湿要求。这不仅由于末端风量的减少,降低了风机转速,即降低了风机功率及电耗,而且同定风量空调系统相比,也相应地减少了再热量以及相应的冷量,这就是变风量系统从运行机制上比定风量系统合理的地方。同时各房间送风量的变化,使系统总风量相应变化,从而节省风机运行能耗。设计时应适当考虑此外各房间负荷与系统总负荷的关系,从而适当减少风机装机容量。

变风量系统调试,要根据建筑的特点采取不同的控制策略,灵活运用控制方式,也可以实现节能效果。例如:对于有玻璃幕墙的建筑,可以使阳光直射的区域温度设定值较低,而其他区域温度设定值提高1~2℃。通过不同的温度设定点控制不同区域的变风量系统箱体出风量,既能保证各个区域的舒适环境,又能实现建筑节能的目的。

3.3 通过排风系统能量的回收,实现智能建筑空调系统的节能

排风系统把楼内空气排到室外的同时必将带走空气中的大量冷/热量,如果不加以回收,这部分室内空气带走的能量将白白的浪费掉。为了减少由于排风系统造成的室内能量损失,可以通过转轮热交换器等方式进行能量回收利用。转轮式热交换器有三个通道——新风区、排风区和净化扇形区,气流是逆向流动的,因此有自净作用,不宜被灰尘堵塞。转轮以10r/min左右的速度缓慢转动。净化区夹角为10°,在转轮从排风区过渡到新风区时,在净化扇形区牺牲少量新风从而使排风向新风的渗透减至最小。根据空气流速和转速的不同,此渗透率约为2%~5%。冬季,转轮在排风区从排风中吸热吸湿,转到新风区时,对新风加热加湿;夏季此过程相反。

3.4 冷源系统设备的节能控制措施

1)冷水机组的节能控制:冷水机组的节能控制方式通常有两种,一是利用冷冻水回水温度控制;二是通过计量设备参数换算的冷量控制。

利用冷冻水回水温度控制:冷水机组的出水温度是一般在7℃左右,当冷冻水经循环吸收负载热量而温度上升(一般在12℃左右)。利用回水温度这一基本反映系统冷负荷的参数变化,可以增减冷水机组或冷冻水泵运行的数量,增减冷水机组或冷冻泵的运行时间,降低能源消耗,达到节能的目的。

利用冷量控制:根据分水器和集水器的供、回水温度及冷冻水流量的测量值,可以计算出空调系统实际冷负荷,从而变化冷水机组及冷冻泵开启台数。

2)冷却塔的节能控制:过低的冷却水进水温度也同样是不利于冷水机组正常运行的。因此,为保证冷水机组正常工作,必须使冷却水进水满足设计温度值。

利用冷却水进水温度可以控制冷却塔风机工作台数和冷却水泵的运行台数。从而不仅可以大幅度降低电机本身耗电,而且还可以减少电机的启停磨损,降低维护成本。同时还可以通过优化冷却水的运行工况,给冷机提供高效的运行工况。由于利用冷却进水温度来控制冷却塔风机的运行是独立控制的,所以当室外温度较低时,仅靠水从冷却塔流出后的自然冷却即可满足水温要求,因此系统可自动关闭风机,从而也达到了节能的效果。综上,对冷却塔的节能控制,实际上是对冷机和冷却塔的综合监控,节电率高达30%~50%,具有可靠性高、控制灵活、投资低及收益大的特点。

4 结论

智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有机电设备集成一个系统,实现信息共享,进行综合管理,其作用和效益是巨大的。经过多年在智能化楼宇自控方面的实践,笔者认为无论是从重视节能节水出发实施能源节约计划,还是为了保证建筑物中环境质量,智能建筑楼宇自控系统都可以起到显著的作用,智能建筑楼宇自控系统在建筑节能方面还有巨大的潜力。

摘要：本文结合多年来在楼宇自控系统现场调试、投标项目楼宇自控方案设计和中标项目楼宇自控系统深化设计等工作中的实际经验,针对典型空调系统,从自控系统监控设备类型、监控内容、不同设备的监控原理和控制方式等方面进行详细地介绍。通过对空调系统监控内容的合理配置和采取切实可行的控制方式,来保证空调系统的节能,保证建筑内的工作环境和生活环境的舒适、高效,保证空调系统设备的运行安全,并保证楼宇自控系统的运行成本的降低。

关键词：智能建筑,楼宇自控系统,空调系统,自动控制,节能

参考文献

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电梯空调智能化控制技术解析 篇5

关键词：电梯空调,智能化控制,舒适性

随着人们生活水平的提升,电梯已经取代楼梯成为人们的代步工具,而在电梯中空调的智能化控制也受到相关人员的关注,为了有效地提升电梯空调智能化控制,相关管理人员做好电梯空调智能化工作,要完善空调智能化技术,达到实现有效控制电梯空调智能化的目的。

1 电梯空调分析

近几年,电梯空调的系统是完全出自本身控制的,空调的一切配置都属于自身的控制范畴,当空调处于运行状态时,无论是电梯本身还是空调都有自己独自的控制系统。电梯空调无法按照电梯的实际运行状态进行控制,只能根据电梯内温度智能化控制电梯温度,但是蒸发机的送风情况要求长时间保持空调制冷的开启状态才能保持送风。在这样的情况下,会导致在电梯内温度符合人体适应温度时,空调还处于持续制冷的状态,使人感觉不适。

1.1 技术方案

采用电梯控制器控制蒸发风机,利用电梯本身的程序对空调送风系统进行控制,电梯的操作状态与蒸发风机成串联的关系。为了有效的避免在正常温度下开启蒸发风机,我们将蒸发风机的控制系统与空调的系统分开的技术,这样不但可以控制电梯内温度,还能利用蒸发风机的动作来帮助空调控制调节制冷效果。当电梯内不需要开空调制冷、制热时,蒸发风机系统还能对保持送风状态,是电梯内空气一直处于循环状态,这样空调系统就不会在电梯内温度适度时再继续作业。由此可见,将电梯内系统分开管理,可以有效的节约能源,是电梯温度控制在合理范围之内。

1.2 检测技术

1.2.1当电梯处于运行状态时,利用连续NS进行检测。检测到电梯为运行状态的同时,温度传感器会检测到电梯室内温度,并将电梯的室内温度传达给空调控制器。空调的控制系统根据NS和温度传感器检测到的数据,将这些数据与预设的温度值进行对比,根据比对值,来控制空调的制冷制热系统状态。当空调的工作状态属于电梯内温度大于等于预设温度加上加热温度的情况下,风门关闭,压缩机和冷凝风机启动运行,电梯内制冷 ;当预设温度与加热温度差小于等于电梯内温度的情况下,而此时的电梯温度小于等于预设温度加上加热温度时,停止压缩机和冷凝风机的运行,将新风门与蒸发风机开启 ;当电梯内温度小于等于预设温度与加热温度差时,停止压缩机与冷凝风机的运行,将保持新的风门与蒸发风门开启的状态。

1.2.2电梯运行过程中。如果蒸发风机风门未关闭状态时,空调的控制器会关闭空调的制冷系统,此时,压缩机与冷凝风机不运行,新风门保持开启状态。

2 新风机组调节技术

2.1 新风门调节

在新风机组调节技术中要注意对新风风门的调节,根据电梯内的温湿度和新风的温湿度,来达到对新风风门开度的有效控制,让系统保持在新风风量最充足的情况下运行,实现节能的目的。

2.2 湿度控制

新风机组湿度调节是指把出风口湿度感应器得到的信号传入DDC控制器并与固定的数据进行比较,空调适度调节与新风机组湿度调节道理是一样的,如果数据产生偏差,就要对加湿电动阀的开度进行调节,来实现电梯内的相对湿度。

3 节能技术

3.1一般以电梯内温度和出风口温度作为被调参数来进行对新风机组的控制。DDC控制器是根据电梯温度传感器和出风口温度之间比值的偏差,并用PID规律冷热水调节阀来对系统扰动量的控制,来保持电梯内温度。除此之外,对调节系统的扰动量是室外温度的影响,可以采取前馈补偿的手段来降低新风温度变化对系统输出带来的影响。例如 :在电梯外,新风温度降低时,就会导致新风温度测量时测量值的降低。在电梯内外温度差距小时,可以在设定值允许范围区间进行温度调节,或者停止对温度的调节,实现节约能源的目的。

3.2过滤器只要有堵塞或者冻裂的危险,因此,要对过滤器进行保护。判定过滤器是否堵塞,要采取对过滤器两端差压的测量,如果堵塞,差压会超出限额,就要对其清理。当防霜冻开关测出的温度低于5摄氏度时,要及时关闭风门、风机,杜绝换热器温度越来越低。风门一般气密性和保温性都比较好,能够有效阻止与电梯外空气的传递,但也有一些风门气密性以及保温性不是很好,没有保温隔热的效果。比较适用的方法是当机组停止工作以后,把热水调节阀依旧保持打开状态,能够使系统水流速度稳定,杜绝过滤器冻裂现象。

4 凝结水消除技术

4.1 敏感电热元件

在电梯空调中通常采用的电热元件都是PCT电热元件,运用PCT电热元件可以帮助凝结水蒸发时对水位的控制。PCT点电梯空调使用中,主要以热门PCT和高分了PTC为主要的材料。热敏PCT的电阻温度比较特殊,在温度达到一定程度时,阻温会出现特别的曲线谷值,草果谷值后,电阻率会不断上升。电阻率上升时产生的温度被统称为开关温度。此温度仅次于局里温度。当电阻温度达到最大值时,温度会持续上升,阻温曲线功率变小,当温度到达阻温特性曲线温度值时,曲线就会随着斜率变小而逐渐减少。

4.2 使用散冷气蒸发法

蒸发器与压缩机所吸收的热量都会通过转化器将热量输入到冷凝器中,再由冷凝器中的散热系统将热气排放到室外,但是,如果将这些热量完全运用到凝结水蒸发中,完全可以使凝结水得到充分的蒸发。

4.3 通常电加热蒸发

在进行电加热蒸发时,必须要知道蒸发过程中需要处理的问题,如果利用软管进行处理,就要将蒸发器中的凝结冰引入到水盘中,并在轿厢上方留有安装水盘的空间 ;因为轿厢上方面积较小,不利于维修,所以通常情况下,都是将电加热水盘放在空调内部。因为空调内的蒸发器与冷凝器是分开工作的,所以在蒸发时,空调产生的热负荷会再次循环到室内,导致室内温度不但没有达到有效的控制,反而增加了电梯内温度,所以应该将水盘设置在空调的冷凝器中。通过冷凝器蒸发情况控制气流,减少空气中的湿度。

5 结束语

中央空调计算机智能变频节能控制 篇6

我司F2厂中央空调供冷主要是生产工艺供冷和舒适性环境供冷, 总供冷面积为75530m2。目前制冷站配置美国特灵牌 (TRANE) 三级全封闭离心式冷水机组800USRT×3台, 1000USRT×3台, 冷冻水系统为二次泵系统, 24小时供冷。一次侧冷冻水泵37KW×3台, 45KW×3台;二次侧冷冻水泵90KW×3台, 132KW×2台, 90KW×2台, 22KW×3台, 30KW×3台, 18.5KW×3台, 分别供应1～3楼厂房、4～5楼厂房、5楼南侧厂房、中央餐厅、办公大楼;冷却水泵90KW×3台, 110KW×5台;冷却水塔风机11KW×18台。

中央空调系统的运行控制为传统的控制方式, 虽然冷水机组能够根据负荷的变化自动调节负载, 但冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔却风机不能根据冷水机组负荷的变化及时做出相应的自动无级调节 (只能人为根据负荷做出有限的手动调节、台数控制) , 故在冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔风机运行方面存在着较大的节电空间。另外, 冷水机组也因冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔风机无法及时无级调节, 造成冷水机组的能效比COP值 (制冷量与冷水机组马达功耗的比值) 无法始终保持在一个较高或最佳水平, 故冷水机组运行方面也存在着较大的节电空间。

为了响应国家节能减排号召, 降低公司空调运行成本, 非常有必要引进一套计算机智能变频控制节能系统对现有系统进行节能技术改造。

1 中央空调计算机智能变频控制节能系统

1.1 系统目标

实现空调系统负荷的跟随性, 突破传统中央空调系统的运行方式, 通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制, 将空调冷水机组的冷冻水和冷却水定流量运行改为变流量运行, 实现空调冷水机组冷冻水和冷却水流量跟随末端负荷需求而同步变化, 在空调系统的任何负荷条件下, 都能既确保中央空调系统的舒适性, 又实现最大的节能。

保障空调冷水机组始终保持高的热转换效率, 按照中央空调冷水机组所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行, 根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化, 通过计算机网络控制器动态调整空调系统运行参数, 确保空调冷水机组始终处于优化的最佳工作点上, 使机组始终保持具有高的热转换效率, 有效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题, 提高了系统的能源利用率。

实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行。中央空调系统是一个较复杂的系统工程, 仅从局部去解决问题 (如采用通用变频器PID控制) 难以实现中央空调系统的最佳运行和节能, 必须针对空调系统的各个环节 (包括冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统、冷却风系统、末端变风量空气调节箱等) 统一考虑, 全面控制, 使整个系统协调运行, 才能实现最佳综合节能。

有效克服控制系统过程的震荡, 采用多参量智能网络控制, 在系统出现外来扰动 (如负荷变化) 时, 能自适应地调整空调系统运行参数及过渡过程参数, 使系统能很快趋于新的优化的运行状态, 不会引起震荡, 系统运行稳定可靠。

1.2系统构成

本次系统改造是针对原有中央空调系统具体配置, 在原有控制设备基础上, 增设一套中央空调能效管理系统及其配套控制器, 实现该中央空调系统的计算机管理和节能控制。空调节能控制系统主要由计算机网络控制柜、冷冻水泵智能变频控制柜、冷却水泵智能变频控制柜、冷却水塔风机智能变频控制柜、现场计算机网络控制箱、各种传感器件以及系统软件组成。系统改造原理图, 如下图1。

1.3 系统配置

在值班室配置一套远程监控计算机和数据库等设备, 空调机房计算机智能控制器采用现场计算机网络控制柜和现场智能控制箱。现场计算机网络控制柜作为中央空调能效管理控制系统的核心设备, 内配置一体化工业控制计算机、通讯协议转换单元、数据交换机以及系统软件;现场智能控制箱内配置相应的传感器接口单元, PT100铂电阻输入单元等。

现场计算机网络控制柜于现场用通讯线缆与冷冻水泵智能变频控制柜、冷却水泵智能变频控制柜、冷却水塔风机智能变频控制柜、现场智能控制箱以及原有的空调控制柜连接。

现场智能控制箱于现场用通讯线缆与冷冻水供回水总管上安装的水温传感器、流量计、压差传感器、冷却水供回水总管上安装的水温传感器、室外温湿度传感器连接。

监控中心计算机系统通过协议解析, 可与以上各控制柜 (箱) 进行通信, 通过对空调系统全面的参数采集, 实现对空调系统运行的集中监测、节能控制和管理。

1.4 冷冻水泵智能变频控制系统改造

冷冻水智能控制系统设置冷冻水泵智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制一次侧冷冻水泵6台和二次侧冷冻水泵13台。每台水泵智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。

冷冻水系统供回水总管间安装水流压差传感器ΔP;冷冻水泵供回水总管上分别安装有水温传感器1T、2T;冷水机组冷冻水进出管上安装有水温传感器T11、T21;冷冻水回水总管上安装流量计Q1。每只流量计、水温传感器及水流压差传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

原工频电机控制柜内的主电路不变, 断开原控制柜进线断路器与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路的导线连接, 加导线改接至对应水泵智能变频控制柜的进线端, 水泵智能变频控制柜的出线再返回原电机控制柜, 与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路连接, 原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

依所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出负荷需用制冷量及最佳温度、温差、压差和流量值, 并与检测到的实际参数作比较, 根据其偏差值控制冷冻水泵的转速, 改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于智能控制器给定的最优值。

当原电机控制柜起动后, 智能控制器向对应变频器发出控制指令, 软起动冷冻水泵 (从0Hz升至设定低限频率值35Hz约10秒, 冷冻水泵的低限频率由现场调试确定为35Hz/高限频率为48Hz) , 水泵起动频率升至设定低限频率后, 按智能控制器输出的控制参数自动运行, 使系统在保证末端空调用户的舒适度需求的同时, 实现最大限度的节能。

机组运行时, 如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常时, 系统会送出报警信号并采取相应的保护措施, 保证空调主机的安全正常运行。

1.5 冷却水泵智能变频控制系统改造

冷却水智能控制系统设置冷却水泵智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制110kW冷却水泵共5台, 90kW冷却水泵共3台。每台冷却水泵智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。

依所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出负荷需用冷却水量及最佳温度、温差、压差和流量值, 并与检测到的实际参数作比较, 根据其偏差值控制冷却水泵的转速, 改变其流量使冷却水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于智能控制器给定的最优值。在冷水机组冷却水进出管上安装有T12、T22水温传感器, 每只水温传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

原电机工频控制柜内的主电路不变, 断开原控制柜进线断路器与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路的导线连接, 加导线改接至对应水泵智能变频控制柜的进线端, 水泵智能变频控制柜的出线再返回原电机工频控制柜, 与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路连接, 原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

当原电机控制柜起动后, 起动完毕信号送至智能控制器, 由智能控制器向对应的变频器发出指令, 软起动冷却水泵 (从0 Hz升至设定低限频率值35Hz约10秒) 。冷却水泵起动后, 按智能控制器输出的控制参数值, 调节各冷却水泵变频器的输出频率, 控制冷却水泵的转速, 动态调节冷却水的流量, 使冷却水的进、出口温度逼近智能控制器给定的最优值, 从而保证空调主机随时处于最佳热转换效率状态下运行, 实现系统在最佳工况下节能运行。

智能控制器设定了冷却水泵的最低运行频率35Hz (设定低限频率值为略大于中央空调冷水机组冷却水容许最低流量时对应的水泵运行频率) 和最高运行频率45Hz, 确保了中央空调冷水机组安全节能运行。

冷水机组运行时如果冷却水出口温度超过高限温度, 系统送出报警信号并采取相应的保护措施, 保证空调冷水机组的安全正常运行。

1.6 冷却水塔风机智能变频控制系统改造

冷却水塔风机智能变频控制系统设置冷却水塔风机智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制冷却水塔风机18台。冷却水塔风机智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。在冷却水进回水总管上安装有水温传感器和现场环境温湿度传感器, 每只水温传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

冷却水塔风机智能变频控制柜主电路的进线从原冷却塔风机控制柜的总进线端引来, 经多组导线与原冷却塔风机控制柜连接, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

接到启动指令后, 智能控制器向对应变频器发出控制指令, 软起动冷却水塔风机。风机起动后按设定低限频率25Hz运行约5分钟, 按智能控制器输出的控制参数值, 调节变频器的输出频率, 控制冷却水塔风机的转速, 动态调节冷却风量, 使冷却水的进口温度逼近智能控制器给定的最优值, 使冷却水入口温度保证空调冷水机组处于最佳运行工况。

倘若空调冷水机组冷却水进口水温低于智能控制器确定的优化值 (每个冷却水塔配置3台11KW风机, 水温低于24℃停1#风机、低于22℃停2#风机、低于20℃停3#风机;水温高于25℃启动3#风机、高于27℃启动2#风机、高于29℃启动1#风机) , 风机在低限频率25Hz运行10分钟后, 风机则自动停机, 直到水温升至智能控制器确定的动态优化值后再自动启动, 风机高限频率设定45Hz, 做到最佳节能运行。

1.7 中央空调计算机智能变频控制节能系统改造的安全要求:

变频器采用具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列产品, 所有水泵和风机实施智能变频控制后, 均可切换到原来传统的工频控制模式运行, 如Y-△启动。

上位主机采用优质工控一体机, 稳定可靠的网络智能控制软件, 各风机、水泵由智能控制单元与上位机通讯, 上位机若发生故障, 各风机、水泵能维持现状运行, 不影响空调系统运行安全。

计算机智能变频控制节能系统除实现中央空调的高效节能以外, 同时还可实现系统大功率泵组和风机的平滑启动, 减少启动冲击和机械磨损, 减少设备故障和延长设备使用寿命。

2 中央空调能效管理系统

中央空调能效管理系统是由系统软件和通讯网络组成, 是中央空调计算机智能变频控制节能系统的大脑神经中枢, 其网络架构原理图, 如下图2。

2.1 中央空调能效管理系统的控制对象

⑴自动跟踪空调负荷的变化, 调节系统水泵、风机转速并对运行参数进行修正, 达到节能效果。

⑵对冷冻水系统、冷却水塔风系统实现参数集中监测, 设备自动化控制。

⑶自动控制冷冻水、冷却水流量, 确保中央空调冷水机组的安全经济运行。

2.2 中央空调能效管理系统功能

中央空调能效管理系统是新一代中央空调节能控制产品, 具有强大的管理功能。传统的中央空调系统管理是依靠人工管理, 离不开操作人员到现场去进行监视和操作。中央空调能效管理系统提供了一个先进的智能化中央空调运行管理的技术平台, 可把用户丰富的运行管理经验和运行要求输入计算机, 它就会忠实地自动执行管理者的旨意, 使用和管理中央空调系统更加高效节能和省心省力。

运行管理功能:机组启、停运行选择策略;年控制策略;周控制策略;分时段服务质量控制策略;季节修正策略;系统维护预测策略等。

数据管理功能:权限管理;能耗分析;故障记录;操作记录。

系统运行参数值设置功能:冷冻水系统运行参数值设置;冷却水系统运行参数值设置;冷却风系统运行参数值设置。

系统控制功能:手动控制、自动控制两种控制方式。可实现空调冷水机组启动、停止及运行控制;冷冻水系统设备启动、停止及运行控制;冷却水系统设备启动、停止及运行控制;冷却风系统设备启动、停止及运行控制。

空调冷水机组状态监测功能:机组运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;机组运行参数 (负荷率、输入功率及热转换效率 (COP) 等状态参数) ;机组冷冻水供水稳定;机组冷却水出水稳定。

冷冻水泵系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (供水温度、回水温度、供/回水压差、总流量、旁通阀开度、水泵电机运行频率、空调服务质量级别等) 。

冷却水泵系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (进/出水温度和流量、水泵电机运行频率等) 。

冷却风系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (冷却风机运行频率等) 。

系统保护功能:系统设置了以下保护功能, 有效地保障冷冻水、冷却水和冷却风变流量工况下空调冷水机组安全节能、稳定运行。

电气保护 (过电压保护、过电流保护、过载保护等) ;冷冻水低流量保护;冷冻水供水低温保护;冷冻水供/回水低压差保护;冷冻水供/回水高压差保护;冷却水回/出水高温保护。

故障报警功能:系统运行参数越限报警;系统设备故障报警。故障报警方式分为声光提示报警 (在控制柜内设置电铃和在控制面板上设置故障指示灯) 和显示器画面报警。

2.3 系统控制模型:就地、远程;手动、自动控制模式。

冷冻水控制模型:空调冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时, 冷冻水供/回水温度、温差、压差和流量亦随之变化, 流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至现场网络智能控制器, 现场网络智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 实时计算出末端空调负荷所需的制冷量及冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值, 并与检测到的参数值进行比较, 根据其偏差值, 利用变频高速技术, 调节冷冻水泵的转速, 改变其流量使冷冻水系统的温差、供/回水温度、压差和流量运行在现场网络智能控制器给定的最佳值。

由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制, 实现空调冷水机组冷冻水跟随末端负荷的需求供应, 使空调系统在各种负荷情况下, 既保证末端用户的舒适性, 又最大限度地节省了冷冻水的输送能耗。

冷却水及冷却风控制模型:中央空调系统的运行热转换效率 (COP) 会受各种因数的影响而变化, 通过有效控制系统工质参数 (即运行环境) , 可以优化系统的运行效率, 然而, 这些参数的运行特征表现为非线性和时变性, 因而, 传统的或者简单的控制技术都难以取得满意的效果。

中央空调冷却水及冷却风系统采用最佳效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时, 中央空调冷水机组的负荷率将随之变化, 机组冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。现场网络智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出冷水机组冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳进、出口温度, 并与检测到的实际温度进行比较, 根据其偏差值, 利用变频高速技术, 调节冷却水泵和冷却水塔风机转速, 动态调节冷却水的流量和冷却水塔风机的风量, 使冷却水塔的进出口温度逼近现场网络智能控制器给定的最佳值, 保证中央空调冷水机组随时处于最佳效率状态下运行。

由于冷却水系统采用最佳效率控制, 保证了中央空调冷水机组在满负荷和部分满负荷的情况下, 均处于最佳工作状态, 始终保持最佳的能源利用率 (即COP值) , 从而降低了空调冷水机组的能量消耗, 同时因冷却水泵和冷却水塔风机经常在低于额定功率下运行, 也最大限度地降低了冷却水泵和冷却水塔风机的能量消耗。

3 结论

中央空调系统经过计算机智能变频控制节能系统改造后取得了显著的综合经济效益。

3.1 系统节电

中央空调系统进行计算机智能变频控制节能系统改造, 通过冷水机组能效比 (COP) 由1.61RT/KW提高到1.67RT/KW, 以及水系统效率的提高, 实现系统高效节能目的, 创造良好的经济效益;本系统改造投资费用RMB195万元, 节电率达20%以上, 获得福州市节能专项补助资金RMB29万元;经过一年多运行考核, 每年节省中央空调系统运行电费达RMB136万元。该节能系统已陆续在我司F1厂、F3厂推广应用, 均获得显著的节能效果。

3.2 冷却水塔节水

有效地控制了冷却水泵的流量和冷却水塔风机的风速, 减少冷却水塔飘水损失, 节省水资源浪费。

3.3 延长设备使用寿命

具备水泵电机软启动 (从0Hz升至设定低限频率约10秒) 的功能, 避免了电机、水泵因启动冲击的损害, 降低水泵启动时对电网和配电系统的冲击;系统自动根据负荷的变化降低了电机、水泵的运行转速, 减少机械磨损和发热, 延长设备使用寿命, 降低维护成本。

3.4 改善环境噪音

中央空调系统的智能化控制方法 篇7

关键词：智能化控制,中央空调系统,建筑能耗,模糊控制,PLC控制

0 前 言

随着能源和环境问题受到越来越深刻的认识, 建筑能耗已经成为城市生活的严重负担。但与此同时, 人们对于室内温湿度的要求却在不断提高, 导致空调能耗在建筑能耗中所占的比例居高不下, 始终是建筑能耗的重点和难点。这就要求我们对空调系统做出更加优化的设计和选择, 对空调系统的运行实现严格精确的控制, 才有可能在保证空调功能的前提下, 实现节约能源、保护环境的目标。

1 智能化在中央空调系统中面临的问题

由于中央空调系统受到的影响因素比较复杂, 负荷变化很大, 目前的能源形势及舒适性要求我们必须对空调承担的负荷做出及时准确的调节, 使中央空调系统始终处在最佳状态下运行, 才能兼顾使用要求和节能要求。而以往的实践经验告诉我们, 不能单独考虑从局部控制, 要综合系统特点, 采用全方位监控、多点位调节、智能化管理, 实现及时准确的控制。

2 中央空调系统智能化控制方式

目前中央空调系统智能化控制主要通过继电器控制、DDC控制以及PLC控制这三种方式实现。

2.1 继电器控制

继电器作为一种控制元件, 包括控制系统和被控制系统, 是一种用小电流控制大电流或流态物质流量的简单方法, 应用于自动控制系统中能起到自动调节、安全保护的作用。在中央空调系统中常用的继电器有电磁继电器、热敏干簧继电器、时间继电器等。由于中央空调系统负荷变化比较频繁以及对控制要求的不断提高, 造成继电器元件很容易出现故障甚至损坏。所以继电器控制虽然是开发比较早的控制方式, 但是由于其故障率高、能耗高、调节精度不够等难以解决的问题, 在较大型中央空调系统中的使用率已经逐渐降低。

2.2 DDC控制

DDC控制即直接数字化控制, 大部分场合可以通过选择合适的PID系数来调节室内温度, 以实现节能的目的。PID系数越高, 调节室温达到设定值的速度越快, 可以使控制精度提高, 但同时由于频繁驱动电磁阀等调节元件, 对系统的稳定造成很大不利影响。在选择PID系数的时候, 要考虑房间使用功能及对房间负荷影响最大的特征参数作为采样参数, 例如对人员比较固定的办公用房, 可按设定日程的定时操作实现;对于会馆、酒店等人员不确定场所, 可选取二氧化碳等污染物作为检测参数等方式来调节室内温度和新风量。对于一些特殊场合, 像电影院等人员集中的区域, 则不能直接依靠PID系数来调节室内温度。需要选用较复杂的分级分步控制来实现空调系统对室内温度变化的及时调节, 才能做到既满足空调要求, 又降低能耗。

2.3 PLC控制

PLC控制系统即为可编程控制器系统, PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行, 并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强, 能适应较宽的温度变化范围。现代的PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外, 还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块, 包括各种通讯功能选择、通讯参数设置, 以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等, 方便了各种功能的实现, 有利于缩短开发周期和节省程序容量。PLC控制系统需通过预先电脑编制程序对中央空调系统的各个设备进行控制。以组合式空调器为例:

(1) 启动时, PLC发出控制指令开启回风管及新风管上的电动密闭阀, 然后启动送风机, 同时通过控制变频器, 从而调节风机的转速。

(2) 接收盘管后的露点温度传感器信号, 与系统设定值相比较后, 发出指令, 用PID方式调节水管路电动阀, 控制水流量, 使送风温度能够达到设定值。

(3) 送风机转速的快慢是由接收回风管上的温度传感器信号后与系统设定值相比较, 用PID方式控制变频器, 调节风机的转速, 控制送风量, 从而达到调节回风温度的目的。

(4) 过滤器前后设置压差传感器, 当压差信号超出设定值时, PLC发出过滤堵塞报警信号, 提醒维护人员及时清理, 保证系统正常运行。

(5) 冬季开启加湿器时, 需对回风管上设置的湿度传感器反馈的信号进行分析, 发出指令给加湿器, 使室内湿度达到设定值。

(6) 当空气处理机停止运行后, 新风门、回风门和冷水电动阀回复到全关位置, 并关停冷水环泵。

上述为最常见的组合式空调器控制过程, 可以为各种组合空调器系统提供PLC控制思路, 对复杂的空调系统, 只需在适当位置增加传感器然后对相关设备输入控制程序即可实现控制功能。

近年来, PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护方便、抗干扰能力强、自动化程度高、可进行网络化等显著的优点在中央空调领域内得到迅速的发展。随着信息化的发展及空调节能受到的重视度越来越高, 各种新的中央空调节能控制技术不断得到应用, 比如模糊控制技术已经应用于空调领域。

2.4 模糊理论及其控制技术

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制, 是近年来发展起来的新型控制技术。尤其适合于类似中央空调系统这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。模糊控制的核心是模糊控制器及其控制软件, 利用模糊规则推理对系统进行处理, 实现对复杂系统的优化控制。在控制过程中, 把收集到的信息以计算机语言的形式表现出来, 并转化成模糊规则或模糊关系, 通过推理, 把相关知识库内容与过程状态联系起来, 构成一套自寻优的模糊控制方法。

模糊理论说起来比较令人费解, 需要具体事例才能真正掌握。在中央空调系统中, 当系统负荷变化空调主机及水系统工作状态偏离最佳状态时, 模糊控制器根据采集到的各种运行参数 (如系统供回水温度、供回水流量、供回水压差及环境温度等) , 经推理计算得到系统该时刻所需的冷量 (或热量) 。优化系统的运行参数, 并利用变频技术自动控制水泵等动力设备的功率、转速, 以调节空调系统的循环流量, 对系统运行参数进行动态调整。确保空调系统在任何负荷条件下, 都有一个优化的运行环境, 始终处于最佳运行工况, 从而保证COP一直在较高水平, 能耗最低, 实现节能目的。

常规上讲, 越简单的技术越容易在工程上实现, 而模糊理论比较复杂, 需要监控、调节的点位太多, 造成应用起来极容易产生故障及错误, 仍需不断研究加以改进。同时这种技术要求把常规的定流量系统推翻, 形成自己的变流量系统, 使水力平衡问题更加尖锐, 需要频繁调节水力平衡才能更好的满足系统要求, 不仅给暖通设计师带来困扰, 同时给技术研发人员带来挑战。

3 结束语

对智能化控制的研究和应用应坚持节能的原则。确立智能化中央空调能量管理与控制系统优化原则及技术措施对于建筑节能实现具有重要的现实意义。以节能为方向的新技术已经成为社会可持续发展的必然要求, 降低空调能耗已经成为降低建筑能耗的重中之重。随着社会经济的发展, 空调系统的舒适性和节能性对系统的控制提出了更高的要求。计算机及网络技术的发展已经逐步进入暖通行业, 对这方面内容的研究必将促进暖通行业新的发展。

在信息化发达的今天, 原有技术不断完善, 新技术的涌现又使许多落后的技术被取代。我们应该时刻关注行业内的技术动态, 才能更好的做好中央空调系统, 做出一个舒适的建筑环境, 为缓解社会面临的能源危机问题做出更好的贡献。

参考文献

[1]王学慧.微机模糊控制理论及其应用[M].北京:电子工业出版社, 1987.

[2]江亿.暖通空调系统的计算机控制管理[J].暖通空调, 1997, 3 (4) :6-7.

[3]涂逢祥.建筑节能[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.

智能空调控制电路设计 篇8

据统计, 商用大厦的能源消耗56%都用于通风空调系统上, 中央空调的水泵耗电量占大厦能源消耗的24%[1]。传统的中央空调系统设计中, 设计者为保证商用建筑的制冷、制热的最大值, 将中央空调的制冷机组、循环水系统、冷却塔、风机系统等都按建筑的最大需要选定, 而实际使用中, 因室外季节的变换, 环境温度的变换, 室内的温度、湿度等都有所变换, 对制冷、制热的需要也因气候、环境不同, 例如50人的办公室对制冷和通风的需要肯定与1人的办公室有所不同。而传统的中央空调系统中, 无论环境条件如何变换, 空调系统的各个子系统的电机都固定在额定功率下运行, 虽然能够满足楼宇建筑的最大负荷, 却不能随环境和用户需要动态调节系统功率, 这不仅造成了大量的浪费, 也使用户的舒适感降低。在我国人口众多、工业发展迅速, 能源紧缺的现状下, 如何控制中央空调系统的节能是商业建筑管理者十分关注的问题。

在市场的需求下, 变频器调速技术近年来在中央空调系统中的应用开始被人们重视, 并积极投入到生产中, 然而寻找节能效果明显、具备稳定性能的空调控制系统联合变频调速的原理节约低负荷时通风空调各子系统的电能消耗, 是解决商用中央空调智能控制系统的当务之急。目前有利用PLC技术和人机沟通的界面结合变频器技术的通讯应用, 通过将各系统与子系统集中到值班室进行综合控制, 工作人员可根据环境和各办公室、房间的需要, 定向操作系统的电流、使用功率及时监控设备的运行状况。采用变频器调速技术改造后的中央空调智能控制系统平均每年的用电量仅为改造前的70%[2]。改造后的中央空调系统不仅具有良好的节能效果, 更能够延长设备的使用寿命, 降低设备的使用故障率, 因为采用变频模式启动时, 中央空调系统中的水泵在变频器的控制下, 均能实现软启动, 多台水泵之间任意切换, 实现每台水泵都能够软启动, 降低了水泵起、停期间电流、电压的变化对设备的冲击, 缓

3.4灵活的返修流程设计

板带冷轧物流复杂, 返修概率高, 系统设计了人性化的返修功能, 在生产过程中可以方便地进行返修工序设置、追加一道或多道返修机组, 并将返修计划下达L2, 返修结束后工序指针自动返回返修前状态。

4实施效果

板带冷轧MES系统满足了冷轧产线所有生产业务需求, 解了电压不稳定对水泵、空调设备等的影响, 延长了设备的使用寿命。变频模式的软启动使空调系统根据冷却水量的需求, 自动启停水泵, 自动开关空调冷水系统, 采用温差闭环控制更能有效改善空调的舒适性。节能系统中加入过流保护、短路保护、接地保护等安全保护装置, 更有效提高了中央空调智能控制系统的安全性和可靠性。

2当前商用中央空调控制系统存在的问题

传统的中央空调控制系统, 电机通常采用恒定的转速运行, 因此很难对空调系统的温度、通风系统的通风量、供水系统的供水压力和供水量进行有效控制, 设计者们为了达到控制温度、通风量、水压的目的, 设计了一些控制中央空调的控制方式, 常用的有:为了达到控制中央空调的通风量, 设计了挡板装置用来调节风量;为了实现对压力的控制设计了调节水压的控制阀门;而温度通常利用手动控制空调制冷系统的开关机时间来达到对温度的控制, 手动控制空调开关机时间比较麻烦, 因此设计人员设计了能够定时启动和关闭中央空调的时钟装置, 以实现通过空调开关机时间来达到控制温度的目标。传统的控制方式, 虽然也能达到控制中央空调系统温度、通风量等目的, 但不能有效降低中央空调系统的节能目标, 大量的风量被挡板阻挡后, 能量也随之被浪费, 阀门能够调节水压却无法调节需要多少制冷水量, 因此也造成了很大的浪费, 据统计, 我国目前中央空调系统中能量的有效利用率不足六成。目前我国商用中央空调控制系统存在的主要问题如下:

(1) 不能根据环境负荷的不均匀变化控制中央空调系统。中央空调的设计过程中, 设计者通常需要考虑建筑环境的最大负荷进行设计, 包括空调系统的温度、通风量, 而且一般设计都会在最大负荷设计中加入30%的余量。商用建筑中日常使用的温度、通风量并不能达到满负荷, 因此存在很大的余量, 虽然现有的新型制冷主机能够根据环境负载的需要自动加载、卸载, 而水泵的流量控制却保持恒定值不变, 不能随制冷风机而调节, 因此存在很大的能源浪费, 此外, 由于季节性变化较大, 大气温湿度必然影响商用建筑环境的温度, 而中央空调控

管理和控制冷轧产线的生产过程, 实现冷轧产线信息流、物流与资金流的全过程跟踪, 为管理人员及时指挥生产和领导决策提供强有力的依据;同各机组L2系统、检化验系统等进行电文通讯, 实现数据的无缝连接, 同时引入条码管理手段提高信息化管理水平。

作者简介:邢宏杏 (1983-) , 女, 湖北襄阳人, 助理工程师, 研究方向为生产管理信息系统。

制系统并不能根据季节性变化作出相应的调整, 因而导致了能源浪费[3]。

(2) 空调系统的水压控制通常使用调节阀门或节流阀门来控制流量、压力, 不仅控制不准确, 而且浪费大量电能。水量、水压控制不准确可能导致空调系统中温度、通风量与水冷量不配套, 偏离设计数值的现象, 对中央空调系统带来不利影响。

(3) 频繁硬启动、停止水泵来控制水泵运行台数, 影响水泵电机的使用寿命。通常水泵开启瞬间, 启动电流大大超过额定电流, 瞬间的电流冲击会对电机、接触器触点、等产生电弧冲击, 可能使设备损坏, 同时启动瞬间可能产生的机械冲击也会使设备的机械传动、轴承等装置损坏。因此影响设备的使用寿命。

综上所述, 当前中央空调控制系统存在的主要问题即是能量损耗的问题, 和利用传统的控制方式对设备带来的不利影响的问题。

3 商用中央空调智能控制系统节能对策研究

针对当前商用中央空调控制系统存在的主要问题即是能量损耗的问题, 和利用传统的控制方式对设备带来的不利影响的问题, 开发出一套智能控制系统, 能够自动监测环境温度, 智能识别人的存在和需要, 并以此灵活调节水泵、通风量和制冷系统, 同时实时监测建筑环境, 有效保障环境温度和湿度的同时, 实现能源利用的最大化, 并提高人体在空调环境中的舒适度是智能控制系统的目标。

3.1 建立环境温度控制及人体监测系统

通过高精度的温度传感器或是回风监测装置实时监测建筑环境中的温度, 通过采集室温并反馈至中央控制器, 中央控制器根据用户设定的或默认的适宜办公环境温度实时调节建筑环境中的温度。通过红外线热释电红外传感器采集建筑环境中的各个房间是否有人存在, 同时将整个建筑环境中的有人房间和无人房间数据传递给中央控制器, 中央控制器在有效保证有人房间的温度、湿度、通风量的同时, 停止或控制无人房间的温湿度和通风量。中央控制器通过传感器采集的冷冻出回水温度、冷水压、回水压、水量、水洗压和实时采集的室温和有人房间和无人房间数据, 计算水泵的需要转速和冷却塔风扇启动数量等, 并将数据输入给各个系统的变频器, 以此使能量的利用达到最大化的目标, 同时实现建筑环境中的各个房间达到最适宜的温湿度和通风量[4]。

3.2 建立以温差为主的控制系统

中央空调的智能控制系统应当采用以温差为主的控制方式, 以此适应中央空调的各个系统的变频控制。以温差为主的控制系统无需在各支路增加调节阀门, 且能有效保证系统运行, 系统的水压和水流量在水泵进行调速是按预先的比例进行分配, 商用建筑环境中的各个房间出现负荷骤变的可能性较低, 基本工况是类似的, 比较适合按预先的流量分配方式, 采用以温差为主的控制系统主要有如下优点:改造费用相对较低, 原有阀门都可利用, 省去了电动二通阀的费用, 同时原有管路的特性并未改变。在经过计算冷冻系统的最省流量的基础上, 将水泵的转速设定了最小值, 无需增加二次泵。建立以温差为主的控制系统改造施工难度低, 无需对系统进行大的改造, 所有改造在机房内即可进行。以温差为主的控制系统运行管理和维修保养简便, 维修费用较低, 改造后的部分如变频器、温度压力传感器等设备维护工作量不大, 维护难度小[5]。

3.3建立水系统的变频调速控制方式

水系统中应当建立变频调速控制方案, 其控制方案主要有压差为主的控制方式和温差为主的控制方式。压差为主的控制方式根据制冷主机的出、回水压力差, 保证各楼层的冷冻水保持在恒定压力下, 压力差低于下限值时, 表明系统负荷不大, 因此提高压差, 当压差较大时, 表明系统负荷较大, 需增加水泵的转速, 压差下降, 通过这样的控制方式既能使系统压差控制稳定, 又起到了节约能耗的作用。温差为主的控制方式主要以制冷主机的回水、出水温度为依据, 制定各楼层间的压力, 当温差小时, 说明建筑环境中的负荷不大, 可以适当减小水泵的转速, 使温差上升, 当温差较大时, 说明建筑环境中的负荷较大, 在此情况下应当适当提高水泵的转速, 使温差下降。在这种精细化的控制方式下, 电能转化成的温度、风量等能源能够最大化地被利用, 能耗能够最大化地减少。

4 结语

本文分析了目前我国商用中央空调智能控制系统发展的现状和发展背景, 分析了当前中央空调智能控制系统存在的问题, 并就这些问题提出了节能控制系统的研究对策, 以期为商用中央空调智能控制系统在保证环境温度适宜的前提下取得最佳的节能效果。

参考文献

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[3]洪善祥.变频控制技术在中央空调系统中的应用[J].能源工程, 2010 (2) :42-43

[4]薛志峰.商业建筑节能技术与市场分析[J].清华3E暖通空调网, 2011 (12) :89-90