第3章 空调系统自动控制

1、 第三章第三章 空调系统自动控制空调系统自动控制前言前言 空调系统是现代建筑的重要组成部分,是楼宇自动化系统主要的监控对象. 空调控制的必要性空调控制的必要性: 空调系统能够为人们提供一个舒适的生活与工作环境,其次空调系统的耗能已占到了智能建筑耗能的40%左右.中央空调系统示意图中央空调系统示意图第三章第三章 空调系统自动控制空调系统自动控制重点知识介绍重点知识介绍本章重点本章重点（1）冷源系统的监控原理图）冷源系统的监控原理图（2）新风量、定风量、）新风量、定风量、变风量空调机组的节变风量空调机组的节能运行及系统的监控原理图能运行及系统的监控原理图 3.1 空调系统构成空调系统构成 3.1.

2、1 概述概述 空气调节简称空调，目的是为了创造一个舒适的室内大气环境，使人在环境中感到比较舒服 空气调节就是将加工和处理的一定质量的空气空气调节就是将加工和处理的一定质量的空气送入室内，使室内大气满足要求。送入室内，使室内大气满足要求。 空气调节的过程：空气调节的过程： 空气的净化 温度处理 湿度处理 空气调节的内容空气调节的内容 1 1、 温度的调节温度的调节 (1)夏季的室温保持在25-27,25-27,冬季保持在16-20.16-20.2 2、 湿度的调节湿度的调节 (1)相对湿度在冬季保持在40%-50%,40%-50%,夏季保持在50%-60%.50%-60%.3 3 、空气气流速度

3、调节空气气流速度调节 (1) 人在低流速流动的空气中,比在静止的空气中感到舒适 (2) 特殊场合对空气流速要求4 4 、空气质量调节空气质量调节 (1) 氧含量、悬浮污物含量的调节 (2) 空气含氧量和空气清洁度的调节属于空气质量调节5 5 、空气压力调节空气压力调节 一些特殊场合使用6 6 、空气的特殊控制工艺空气的特殊控制工艺 要求具备一些特殊的定时、逻辑控制功能等 3.1.2 中央空调系统的基本构成中央空调系统的基本构成 楼宇自动化系统对空调系统的监控主要是针对集中式中央空调。一般的窗式空调机、柜式空调机、专用的恒温恒湿机都自带冷、热源和控制系统。这些空调机本身的运行控制由自身的配备的控

4、制系统完成。一般不纳入楼宇自动化系统。 中央空调系统的构成：中央空调系统的构成：3.1.2.1 中央空调的冷、热源系统中央空调的冷、热源系统3.1.2.2 前端设备前端设备(1)新风机组新风机组(2)空调机组空调机组(3)风机盘管风机盘管(4)变风量系统变风量系统3.1.2.1 中央空调的冷源系统中央空调的冷源系统中央空调的冷源系统组成中央空调的冷源系统组成冷水机组（制冷机组）冷水机组（制冷机组）冷却塔冷却塔冷冻水循环泵冷冻水循环泵冷却水循环泵冷却水循环泵（）制冷机原理（）制冷机原理压缩式制冷机的工作原理压缩式制冷机的工作原理吸收式制冷机吸收式制冷机风冷热泵式机组风冷热泵式机组压缩式制冷机的工

5、作原理：压缩式制冷机的工作原理：液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器，在冷凝器中向冷却介质高温的蒸汽后排入冷凝器，在冷凝器中向冷却介质(水或空气水或空气)放热，放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过

6、程完成一个制冷循环。蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。压缩式制冷机的工作原理示意图压缩式制冷机的工作原理示意图（）冷却塔（）冷却塔（冷却水循环系统）（冷却水循环系统） 冷却水进入制冷机（进水水温（进水水温32）,与制冷剂进行热交换,吸收制冷剂释放的热量后水温升高（出水水温（出水水温37）,然后通过冷却水循环系统进入冷却塔,释放热量、降温后在循环进入制冷机进行热交换。（）冷冻水与冷冻水循环泵（）冷冻水与冷冻水循环泵（冷冻水循冷冻水循环系统）环系统）冷冻水循环泵将从前端设备返回的冷冻水（通常是（通常是12 ）加压送入制冷机组，在其中进行热交换、释放热量、降低温度后离开冷冻机（出水

7、水温为（出水水温为7 ）到达空调末端进行水/气热交换空气降温调节，再返回制冷机，实现冷冻水的循环制冷。冷源系统原理图冷源系统原理图中央空调热源系统中央空调热源系统1.热源系统热源系统热源城市热网（热电厂）城市热网（热电厂）自备锅炉自备锅炉热交换器（将高温热水或蒸气转化（将高温热水或蒸气转化成空调热水）成空调热水）热水泵3.1.2.2空调系统的前端设备空调系统的前端设备 当室内空气参数偏离设定值时，采用相应的空气当室内空气参数偏离设定值时，采用相应的空气调节技术使其恢复到设定值。调节技术使其恢复到设定值。 完成空气调节的设备称为空气处理设备或空调机完成空气调节的设备称为空气处理设备或空调机组。组

8、。 空气处理设备与冷热源一起构成中央空调系统。空气处理设备与冷热源一起构成中央空调系统。（1）新风机组）新风机组（2）空调机组）空调机组（3）风机盘管）风机盘管（4）变风量末端装置）变风量末端装置3.2 空调系统冷、热源自动控制空调系统冷、热源自动控制 3.2.1制冷站自动控制制冷站自动控制（）空调冷源系统的构成（制冷机、循环水泵、集水器、分水器、补水箱），通常这些设备以及水处理装置等辅助设备通常安装在专用的设备间-制冷站制冷站。通常制冷站在地下室。（）制冷系统的监控原理冷水机组的监控原理图制冷站水系统的运行控制制冷站水系统的运行控制（）冷水机组的连锁控制（重点）（）冷水机组的连锁控制（重点）

9、（）设备的相互切换与均衡使用（）设备的相互切换与均衡使用（）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调（）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末段设备变流量运行（了解）末段设备变流量运行（了解）启动顺序启动顺序：冷却水塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组停止顺序停止顺序：冷水机组（延时5分钟）冷冻水泵冷却水泵冷却水塔风机。（）膨胀水箱与补水箱监控（）膨胀水箱与补水箱监控（）冷水机组的节能群控运行（）冷水机组的节能群控运行（1）冷冻水回水温度法）冷冻水回水温度法用冷冻水回水温度来调节冷水机组和冷冻水泵的开启台数（2）冷量控制法）冷量控制法根据测量分、集水器供回水温度及冷冻水回水流量，计算空调实际所需冷负荷。根据冷负

10、荷决定冷水机开启台数。（）冷却塔的节能运行控制（）冷却塔的节能运行控制冷却塔的控制实际上是利用冷却进水温度来控制冷却塔的控制实际上是利用冷却进水温度来控制相应的风机（风机作台数控制或变速控制），不相应的风机（风机作台数控制或变速控制），不受冷水机组运行状态的限制（如室外温度较低时，受冷水机组运行状态的限制（如室外温度较低时，虽然冷水机组运行，但也可能仅靠水从塔流出后虽然冷水机组运行，但也可能仅靠水从塔流出后的自然冷却而不是风机强制冷却即可满足水温要的自然冷却而不是风机强制冷却即可满足水温要求）关闭冷却塔风机，而达到节能的目的。求）关闭冷却塔风机，而达到节能的目的。制冷系统设备监控制冷系统设备监

11、控设备/系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器。（了解）详见教科书85页作业1、中央空调系统的构成？2、冷水机组的启停控制？3、冷却水、冷冻水系统的循环过程？ 3.2.2热源系统自动控制热源系统自动控制（1）电热锅炉的监控（了解）（2）锅炉的连锁控制（重点）锅炉的连锁控制（重点）（3）锅炉系统的运行与节能（了解） 锅炉的启停控制：锅炉的启停控制：启动热水泵启动热水泵启动电锅炉启动电锅炉停止电锅炉停止电锅炉停止热水泵停止热水泵锅炉系统的运行与节能（了解）锅炉系统的运行与节能（了解）（1）互换设备与均衡运行（2）节能控制回水温度法热负荷控制法3.2.2.2热交换器热交换器 对于两管制的空调末端设

12、备，一般要求热对于两管制的空调末端设备，一般要求热水的供水温度为水的供水温度为65 -70，热网和自备锅，热网和自备锅炉提供的蒸汽或热水都高于这个温度，因炉提供的蒸汽或热水都高于这个温度，因此需要进行高温热水或高温蒸汽到空调热此需要进行高温热水或高温蒸汽到空调热水的转换，这种装置称为热交换器水的转换，这种装置称为热交换器 热源系统的监控原理图热源系统的监控原理图(1)空调热交换系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器（了解）(2)热交换系统的启停控制（重点）热交换系统的启停控制（重点）启动顺序：启动二次热水泵启动顺序：启动二次热水泵 开启一次侧热开启一次侧热水水/蒸汽阀门蒸汽阀门停止顺序：关闭

13、一次侧停止顺序：关闭一次侧/蒸汽阀门蒸汽阀门 停止二停止二次热水循环泵次热水循环泵(3)热交换系统运行与节能控制热交换系统运行与节能控制（1）热交换系统的自动控制（2）节能控制 回水温度法 热负荷交换法3.3空调系统自动化空调系统自动化3.3.1概述（1）空气调节内容（前面已经讲述）空气调节内容（前面已经讲述）（2）新风机组自动控制）新风机组自动控制（3）空调机组自动控制）空调机组自动控制（4）变风量系统）变风量系统（5）风机盘管控制）风机盘管控制3.3.2新风机组自动控制新风机组自动控制 新风机组通常与风机盘管配合使用 1 1 新风机组控制原理新风机组控制原理(1) 运行参数与状态监控点运行

14、参数与状态监控点/位位(2) 常用传感器常用传感器新风机组控制原理图新风机组控制原理图 2 2 新风机组连锁控制新风机组连锁控制 新风机组启动顺序控制新风机组启动顺序控制: 新风风门开启新风风门开启送风机启动送风机启动冷热水调节阀冷热水调节阀开启开启加湿阀开启。加湿阀开启。 新风机组停机顺序控制新风机组停机顺序控制: : 关加湿阀关加湿阀关冷热水阀关冷热水阀送风机停机送风机停机新风新风阀门全关。阀门全关。 3 3 新风机组运行与节能控制新风机组运行与节能控制 (1) (1) 新风机组的温度调节与节能策略（重点）新风机组的温度调节与节能策略（重点） （2）湿度调节 （3）新风风门的调节（4）过滤

15、器堵塞、防冻保护（5）空气质量控制 （6）设备定时启停与远程/关操作 新风机组的温度调节与节能策略新风机组的温度调节与节能策略 1.新风机组的节能控制新风机组的节能控制 新风机组的节能控制通常以新风机组的节能控制通常以出风口温度或房间温度出风口温度或房间温度为为调节参数调节参数.把出风口把出风口 或房间温度传感器测量的温度送或房间温度传感器测量的温度送入入DDC控制器与给定值比较，产生偏差，有控制器与给定值比较，产生偏差，有DDC按按PID规律调节表冷器回水调节阀开度规律调节表冷器回水调节阀开度以达到控制冷冻以达到控制冷冻（加热）水量，使夏天房间温度保持在（加热）水量，使夏天房间温度保持在28

16、，冬季则，冬季则高于高于16。 同样室外温度在这里也是个变量，这个变量对上述调同样室外温度在这里也是个变量，这个变量对上述调节系统也是一个扰动量，为了提高系统的控制性能，节系统也是一个扰动量，为了提高系统的控制性能，把新风温度作为被调信号加入调节系统中。把新风温度作为被调信号加入调节系统中。 如室外新风温度提高，新风测量值增大，这个温如室外新风温度提高，新风测量值增大，这个温度增量经度增量经DDC运算后输出一个相应的控制电信号，运算后输出一个相应的控制电信号，使回水阀开度增大即冷量增大，补偿了新风温度使回水阀开度增大即冷量增大，补偿了新风温度增高对室温的影响。如室外新风温度降低，新风增高对室温

17、的影响。如室外新风温度降低，新风温度测量减少，这个温度负增量经温度测量减少，这个温度负增量经DDC运算后输运算后输出一个相应的控制电信号，使回水阀开度减小即出一个相应的控制电信号，使回水阀开度减小即冷量减小。空调机的回水阀始终保持在最佳开度，冷量减小。空调机的回水阀始终保持在最佳开度，最好地满足了冷负荷的要求，达到了系统节能的最好地满足了冷负荷的要求，达到了系统节能的目的。目的。3.3.33.3.3 空调机组自动控制空调机组自动控制 （重点）（重点）(1) 处理的空气除有新风外, 还有室内回风室内回风 (2) 形式多样, 使用场合较多 1 1 定风量空调机组定风量空调机组控制原理控制原理(1)

18、 运行参数与状态监控点/位（详见教科书）(2) 常用传感器空调机组空调机组定风量空调机组定风量空调机组 所谓定风量空调机组就是指：保持风机转所谓定风量空调机组就是指：保持风机转速不变，依靠回水管冷速不变，依靠回水管冷/热水调节阀来调节热水调节阀来调节水阀的开度，进而调节室内的温度使其遵水阀的开度，进而调节室内的温度使其遵循设定值。循设定值。定风量空调机组控制原理图定风量空调机组控制原理图2 2 定风量空调机组连锁控制定风量空调机组连锁控制 （重点） (1) 启动顺序控制：启动顺序控制： 新风风门、回风风门、排风风门开启送风机启动回风机启动冷热水调节阀开启加湿阀开启。 (2) 停机顺序控制：停机

19、顺序控制： 关加湿阀关冷热水调节阀送风机停机新风风门、回风风门、排风风门关闭。 3 3 定风量空调机组运行与节能控制定风量空调机组运行与节能控制 (1) (1) 定风量空调机组的温度调节与节能策略定风量空调机组的温度调节与节能策略（重点）（重点） (2) 空调机组回风湿度调节 (3) 新风风门、回风风门及排风风门调节 (4) 过滤器差压报警、机组防冻保护(5) 空气质量控制 (6) 空调机组的定时运行与设备的远程控制 定风量空调机组的温度调节与节能策略定风量空调机组的温度调节与节能策略回风温度回风温度扰动量扰动量1.定风量机组的节能控制定风量机组的节能控制 定风量空调机组的节能控制通常以定风量

20、空调机组的节能控制通常以出风口温度或房间出风口温度或房间温度温度为调节参数，全年使用的定风量组常以出风口温度为调节参数，全年使用的定风量组常以出风口温度和房间温度同为调节参数的控制系统。把出风口和房间温度同为调节参数的控制系统。把出风口 或房或房间温度传感器测量的温度送入间温度传感器测量的温度送入DDC控制器与给定值比控制器与给定值比较，产生偏差，有较，产生偏差，有DDC按按PID规律调节表冷器回水调节规律调节表冷器回水调节阀开度阀开度以达到控制冷冻（加热）水量，使夏天房间温度以达到控制冷冻（加热）水量，使夏天房间温度保持在保持在28，冬季则高于，冬季则高于16。 同样同样室外温度在这里也是个

21、变量室外温度在这里也是个变量，这个变量对上，这个变量对上述调节系统也是一个扰动量，为了提高系统的控述调节系统也是一个扰动量，为了提高系统的控制性能，把新风温度作为被调信号加入调节系统制性能，把新风温度作为被调信号加入调节系统中。如室外新风温度提高，新风测量值增大，这中。如室外新风温度提高，新风测量值增大，这个温度增量经个温度增量经DDC运算后输出一个相应的控制电运算后输出一个相应的控制电信号，使回水阀开度增大即冷量增大，补偿了新信号，使回水阀开度增大即冷量增大，补偿了新风温度增高对室温的影响。如室外新风温度降低，风温度增高对室温的影响。如室外新风温度降低，新风温度测量减少，这个温度负增量经新风

22、温度测量减少，这个温度负增量经DDC运算运算后输出一个相应的控制电信号，使回水阀开度减后输出一个相应的控制电信号，使回水阀开度减小即冷量减小。空调机的回水阀始终保持在最佳小即冷量减小。空调机的回水阀始终保持在最佳开度，最好地满足了冷负荷的要求，达到了系统开度，最好地满足了冷负荷的要求，达到了系统节能的目的。节能的目的。4 4 定风量空调机组的使用定风量空调机组的使用 (1)上图定风量空调机组常用在空调机房距空调区域比较远的场合。 (2)在一些工业建筑中，由于空调机房不能布置在需要空调环境的控制中心、特种设备间、生产间的附近，上图的定风量空调机组是常用的方案。 (3)建筑面积和空调空间比较大的会

23、展中心、大型购物中心、博物馆等现代建筑中，上图的所示的定风量空调机用得也比较多。 无回风机的定风量空调机组控制原理(简化)图 用于空调区域面积较小，风道较短，不需要回风机的场合兼作补风与排烟的兼作补风与排烟的定风量空调机组定风量空调机组( (简化简化) ) 3.3.4 3.3.4 变风量空调系统变风量空调系统 （重点）（重点） 变风量空调系统(VAV)是通过空调送风量的送风量的调节调节实现空调区域温湿环境的控制。 变风量空调系统的特点变风量空调系统的特点：送风温度不变，送风温度不变，而改变送风量来满足房间对热负荷的要求，而改变送风量来满足房间对热负荷的要求，就是说表冷器回水调节阀开度恒定不变，

24、就是说表冷器回水调节阀开度恒定不变，用改变送风机的转速来改变送风量。通常用改变送风机的转速来改变送风量。通常采用变频调速来调节电机的转速采用变频调速来调节电机的转速 变风量空调系统(VAV)是通过空调送风量的调节实现空调区域温湿环境的控制。 自动调节送入房间的风量，将空调环境的温湿参数调整到设定值，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产的要求。 送风量的自动调节可以最大限度地减少风机的动力消耗，节约空调系统运行能耗。 变风量系统组成与工作原理变风量系统组成与工作原理（1）变风量系统由变风量空调机组和变风量末端装置（VAV BOX）两大部分组成。VAV BOXVAV BOX实质上是一个风阀，但是在选

25、型和控制时并不能简单以风阀控制来处理。监控内容：室内温度测量(AI)、室内温度设定(AI)、风量测量(AI)、风阀控制(AO)、再热盘管控制(AO/DO)变风量系统工作原理示意图变风量系统工作原理示意图 变风量系统监控原理变风量系统监控原理 变风量系统的分类变风量系统的分类（1）单风管单风管VAVVAV系统系统 （2）单风管再加热单风管再加热VAVVAV系统系统 （3）单风管送回风机联动单风管送回风机联动VAVVAV系统系统 （4）单风管旁通式单风管旁通式VAVVAV系统系统 （5 5） VAVVAV系统变风量末端装置及控制系统变风量末端装置及控制 1. 1. 单风管单风管VAVVAV系统系统

26、 这种变风量系统设计简单，应用范围最广。当总负荷降低时，这种变风量系统设计简单，应用范围最广。当总负荷降低时，过低的送风量会使室内的气流特性、室内温度场、速度场分布过低的送风量会使室内的气流特性、室内温度场、速度场分布边差。边差。 2.2.单风管再加热单风管再加热VAVVAV系统系统 该系统在达到最小风量时，通过再热盘管的调节，该系统在达到最小风量时，通过再热盘管的调节，能保证室内的温度不过冷过热，保证室内舒适度能保证室内的温度不过冷过热，保证室内舒适度3.3.单风管送回风机联动单风管送回风机联动VAVVAV系统系统 该系统适用与对环境洁净要求、环保要求的场合。该系统适用与对环境洁净要求、环保

27、要求的场合。 4.4.单风管旁通式单风管旁通式VAVVAV系统系统 5.VAV5.VAV系统变风量末端装置及控制系统变风量末端装置及控制 VAV装置的分类：装置的分类：（1）普通型）普通型VAV末端装置末端装置（2）再热型）再热型VAV末端装置末端装置（3）风机型）风机型VAV末端装置末端装置5.VAV5.VAV系统变风量末端装置及控制系统变风量末端装置及控制3.3.4.2 3.3.4.2 变风量系统自动控制变风量系统自动控制 1.1.变风量空调系统运行参数与状态监控点位及常变风量空调系统运行参数与状态监控点位及常用传感器用传感器 （了解）（了解）2.2.变风量系统的连锁控制（重点）变风量系统

28、的连锁控制（重点） 电气连锁：开新风风门、回风风门、排风风门与送风风机、电气连锁：开新风风门、回风风门、排风风门与送风风机、排风风机连锁；风机停机连锁切断加湿器电源。排风风机连锁；风机停机连锁切断加湿器电源。 空调机组启动顺序控制：新风风门开启空调机组启动顺序控制：新风风门开启回风风门启动回风风门启动送送风机启动风机启动排风风门开启排风风门开启回风机启动回风机启动空调冷冻水热水空调冷冻水热水调节阀开启调节阀开启(加湿器启动加湿器启动) )加湿阀开启。加湿阀开启。 空调机组停机顺序控制：空调机组停机顺序控制：( (加湿器停机加湿器停机) )加湿阀关闭加湿阀关闭空调冷空调冷冻水热水调节阀关闭冻水热水调节阀关闭停回风机停回风机排风风门关闭排风风门关闭送风机送风机停机停机新风门、排风门关闭、回风门停机。新风门、排风门关闭、回风门停机。 3. 3. 变风量系统运行与节能控制变风量系统运行与节能控制(1)(1)变风量空调机组的送风量、送风温度调节与节能策略变风量空调机组的送风量、送风温度调节与节能策略 （重点） 定静压定温度法定静压定温度法(CPT)(CPT)（重点）（