暖通空调系统自动化

第三章暖通空调系统自动化

①.智能建筑目的——舒适、高效的工作环境。暖通空调（HVAC）而：HVAC的耗电量占全楼总耗电量50%左右。HVAC的监控点占全楼监控点总数50%以上。→HVAC的最优化控制→适舒性节能性

重要意义。

②.对于智能建筑需要精心的空调系统设计估算冷热负荷和水力平衡计算，对手动控制可以，但对以计算机控制为特点的智能建筑已远远不能满足要求。③.建环专业人员应向自控工程师提供的条件为：A.冷、热水系统流程图，暖通空调平面图。B.空调子系统的自动控制原理图。标明空气处理设备，执行机构，敏感元件等在各种工况下的动作要求，量程等。C.各个空调房间的温、湿度要求，波动范围，整定值范围等。D.工况转换的边界条件或相应的控制程序。E.设备启/停程序，连锁保护要求。F.各项参数的检测要求，自动保护、自动连锁，自动报警，以及显示，记录等具体要求。§3.1冷、热源系统监控

一、制冷系统监控空调制冷系统主要有：压缩式制冷——制冷剂主要为氟立昂、氨←消耗电能为补偿

吸收式制冷——以水为制冷剂←消耗热能为补偿。溴化锂为吸收剂冰蓄冷制冷——制冷设备在电网低负荷时工作，在用电高峰时向空调系统供冷源。各种制冷系统——带有成套的自控装置，本身能够独立完成机组监控与能量调节的功能。1.压缩式制冷系统的监控1）监控的目的①冷冻机蒸发器正常工作（通过稳定的水量）。②供给足够的冷冻水量——满足使用要求③尽可能提高供水温度,实现系统的经济运行。2）监控功能①启停控制，运行状态显示②冷冻水进出口温度、压力测量③冷却水进出口温度、压力测量④过载报警⑤冷冻水旁通阀压差控制⑥台数控制⑦水流量、冷量测量

P87、图3.1压缩式制冷系统的DDC控制原理图3）监控功能描述

①制冷系统启停程序及启停顺序控制按照事先编制的时间程序控制润滑油系统启动→冷却水→冷冻水→压缩机启动顺序：冷却塔风机闸阀→冰却水闸阀→冷却水泵→冷冻水闸阀→冷冻水泵→冷水机组。停止顺序：相反DDC通过DO通道控制冷水机的启停。②冷水机组运行时间和启停次数，运行台数控制要求：各机组设备的运行累计小时数及启动次数尽可能相同←延长机组使用寿命分水器上温度传感器TT1→检测冷冻水供水温度集水器的温度传感器TT2→检测冷冻水回水温度供水总管上的流量传感器FT检测冷冻水流量送入DDC实际空调冷负数控制冷水机组台数和相应循环水泵台数③压差旁通控制压差传感器

压差→AI信号

DDC

电动调节阀开度保证供回水压差恒定。

④冷冻水温度再设定室外温度

冷冻水温度设定值

⑤水流监测水流开关S（i）→监测水流状态→如为双级泵系统P89图3.2

a.安装在冷冻机蒸发器回路中的循环泵P1、P2——提供克服蒸发器及周围管件的阻力。b.加压泵P3、

P4→用于克服用户支路及相应管道阻力。c.用户流量=蒸发器流量时，旁通管内无流量。d.用户流量>冷冻机蒸发器流量，旁通管由b→a旁通一部分流量在用户侧循环。e.冷冻机蒸发器流量>用户流量时，旁通管由a→b流动。⑥制冷系统的能量调节与控制a.在冷水用户允许的前提下，尽可能提高冷冻机出口水温以提高冷冻机的COP（能效比）。b.根据冷负荷状态→冷冻机运行台数。c.在冷冻机运行所允许条件下，尽可能降低冷却水温度，但并不增加冷却泵和冷却塔的运行电耗。

序号监控功能备注1冷冻水供、回水温度监测水管式温度传感器，感温元件应插入水管中心线。保护套管应符合耐压要求2冷冻水供水流量监测可选用电磁流量计3冷却水供、回水温度监测水管式温度传感器，感温元件应插入水管中心线。保护套管应符合耐压要求4膨胀水箱水位监测用于补水控制5冷负荷计量根据冷冻水供、回水温度差和流量自动计算和计量6冷水机组启/停台数控制根据实际负荷自动确定冷水机组运行的台数，并使冷水机组优化运行。7冷冻水供、回水压差自动调节根据集水器和分水器的供、回水压差，自动调节冷冻水旁通调节阀，以维持供回水压力为设定值，并实现优化运行。8冷却水温度监测和控制自动控制冷却塔排风机的运行，使冷却水温度低于设定值，以提高冷水机组的运行效率。9冷水机组保护控制检测冷冻水、冷却水系统的流量开关状态，如果异常，则自动停止冷水机组，并报警和自动进行故障记录。10冷水系统顺序(sequence)控制1.启动顺序：开启冷却塔蝶阀→开启冷却水蝶阀→启动冷却水泵→启动冷却塔排风机→开启冷冻水蝶阀→启动冷冻水泵→冷却水和冷冻水的水流开关同时检测到水流信号后→启动冷水机组。2.停止顺序：（基本上启动顺序相反）11自动统计与管理自动统计各设备的运行累计时间，按一定的策略使各设备得到优化启/停控制，并对定期修理的设备进行提示。12机组通信用于楼宇自动化系统集成冷水水机机组组监监控控系系统统1））热热力力系系统统的的监监控控功功能能①蒸蒸汽汽、、热热水水出出口口:压压力力、、温温度度、、流流量量显显示示②汽汽包包水水位位显显示示及及报报警警③运运行行状状态态④顺顺序序启启停停控控制制⑤设设备备故故障障信信号号、、显显示示、、安安全全保保护护信信号号显显示示⑥运运行行台台数数控控制制⑦热热交交换换器器控控制制进进汽汽（（水水））量量（（按按设设定定出出水水温温度度））⑧热热交交换换器器进进汽汽（（水水））阀阀与与热热水水循循环环泵泵连连锁锁控控制制。。2））供供暖暖热热水水锅锅炉炉的的监监控控P90图图3.3二、、热热力力系系统统的的监监控控锅炉炉房房进进行行计计算算机机监监测测与与控控制制的的目目的的：：安全全性性↑↑，，能能耗耗↓↓、、人人员员工工作作量量↓↓、、管管理理水水平平↑↑①锅锅炉炉热热水水出出口口压压力力、、温温度度、、流流量量监监测测温度度传传感感TT1-TT4———测测量量锅锅炉炉出出口口水水温温流量量计计FT1-FT4———测测量量锅锅炉炉出出口口热热水水流流量量压力力变变送送器器PT1-PT4———测测量量热热水水出出口口压压力力DDC显示示、、超超限限报报警警②锅锅炉炉补补水水泵泵的的自自控控压力力变变送送器器PT5AI→→DDC回水水压压力力<设设定定值值启启动动补补水水泵泵→→补补水水回水水压压力力>设设定定值值补补水水泵泵停停止止。。③锅锅炉炉给给水水泵泵的的顺顺序序启启停停及及状状态态显显示示启动动顺顺序序：：循循环环水水泵泵→→电电锅锅炉炉停止止：：相相反反水流流开开关关（（FS1——FS3）循循环环水水泵泵的的运运行行状状态态锅炉炉主主电电路路接接触触器器辅辅助助触触头头→→电电锅锅炉炉运运行行状状态态④汽汽包包水水位位自自动动控控制制液位位计计（（LT1-LT4）泡泡包包水水位位→→DDC水位位↑↑→→报报警警→→关关小小进进水水阀阀水位位↓↓→→报报警警→→开开大大进进水水阀阀⑤故故障障报报警警循环环水水泵泵、、补补水水泵泵发发生生过过载载故故障障报警电锅炉故故障报警锅炉水位位超限报警⑥锅炉供供水系统统的节能能控制分水器.供水温温度集水器.回水温温度流量自动启停停锅炉及及循环水水泵的台台数空调房间间所需热负荷⑦安全全保护DOC收收到水温温↑信号号⑧锅炉房成成本核算算电能变送送器锅炉用电电量3）蒸汽汽—水，，水—水水换热站站的监控控热电厂换热站小区供热热P92图图3.4为蒸汽——水换热热站的监监控原理理图①供热量②循环环水泵，，补水泵泵的控制制供热量循环水量量循环水泵泵的开启启台数回水干管管压力PT2补水泵P5、、P6、阀阀V2③蒸汽汽的计量量④加热热量控制制根据要求求的加热热量或出出口水温温进入加热热器的蒸蒸汽压力的的设定值值调整阀门门V1使出口蒸蒸汽压力力PT3达到这一一设定值值。⑤供水水温度的的设定供水温度度TT1的设定定可由循环水量量G、要要求的热量、实实测回水水温度TT2。。TT1变变化TT2变变化（缓缓慢）保证供应应的热量量与要求求的热量量设定值值一致。。P93图图3.5为水—水水换热站站监控原原理图。。①取消消二次供供水侧的的流量计计FT1仅测量高高温热水水侧的流量FT3二次供水水侧的循循环水量量。②测量量高温水水侧供回回水压力力PT3、PT4高温侧水网压力力分布状状况指导高温温侧水网网的调节节。③调整整电动阀阀门V1进入换热热器的流流量。④高温温水侧的的主要问问题水力失调调。a.各各支路干干管彼此此相连，，一个热热力站的的调整邻近热力站流流量。b.高高温水侧侧管网总总的循环环水量很很难与各各换热站站所要求的流量量变化相相匹配。。解决方法法——采采用全网网的集中中控制。。由管理整整个高温温水网的的中央控控制管理理计算机机统一指指定各热力力站调节节阀V1的阀位位。各换热站站的DDC仅是是接收通通过通信信网络送送来的关关于调整阀门门V1的的命令，，并按此此命令进进行相应应调整。。§3.2水水系统监监控一、冷冻冻水系统统的监控控1.冷冷冻水系系统监控控功能①水流流状态显显示②水泵泵过载报报警③水泵泵启停控控制及运运行状态态显示P87图图3.1为其控制制原理图图。2.冷冻水监监控功能描述述①水流监测测通过水流开关关Si监测水流状态态流量太小甚至至断流时报警、停止相相应制冷机运行。②冷冻水泵泵启停冷冻水泵与制制冷系统设备备连锁控制启启停。水泵电机主电电路上交流接接触器的辅助助触点作为开开关量输入DDC监测冷冻水泵泵的运行状态态。二、冷却水系系统的监控通过冷却塔，，冷却水泵及及管道系统向向制冷机提供供冷却水的系统统。1.监控的的主要作用①保证冷却却塔风机、冷冷却水泵安全全运行。②确保制冷冷机冷凝器侧侧有足够的冷冷却水通过。。③根据冷负负荷调整冷却水运运行工况，使使冷却水温度在要求的的设定温度范范围。2.冷却水水系统的监控控功能①水流状态态显示。②冷却水泵泵过载报警。。③冷却水泵泵启停控制及及状态显示。。④冷却塔风风机运行状态态显示。⑤进出口水水温测量及控控制。⑥水温再设设定。⑦冷却塔风风机启停控制制。⑧冷却塔风风机过载报警警。P95图图3.6为其监控原理理图3.冷却水水系统的监控控功能描述（1）冷却塔塔风机控制冷却塔风机台台数①冷却塔出出水管上设温温度测点（TT1-TT4），进出水管上安装装电动水阀（（V1~V5）。①确定冷却却塔的工作状状况。②调节电动动水阀（V1~V4）调整进入各冷冷却塔水量。②湿式冷却却塔的工作性性能取决于室外温温、湿度设室外湿球温温度测点TT8。在夜间或春秋秋季室外气温温，冷却水温度度低于冷冻机要求的最最低温度时启停冷却塔台台数、改变冷冷却塔风机转速速调节冷却水温温度、节约能能源。或：打开混水水阀V7一部分从冷凝凝器出来的水水与从冷却塔出来来的水混合调整进入冷凝凝器的水温。。③4路冷却却塔出水管温温度信号、1路湿球温度度信号实现电动水阀阀调节测量阀门的阀阀位反馈信号号。④DDC输输出控制冷却却塔风机的启启停。（2）冷却水水泵控制根据冷却机开开启台数冷冷却水泵台台数（3）水温监监测冷凝器入口水水温测点TT5最终进入冷凝凝器的冷却水温。冷凝器出口水水温测点TT6、TT7——确定定冷凝器的工作状况。。冷凝器入口处处两个电动阀阀V5、V6——通断断控制。在冷冻机停止止时关闭，以以防止冷却水水短路，减少少正在运行的冷冷凝器中的冷冷水量。§3.3空空气处理系系统检测一、空气处理理系统的监控控功能1.室内温温、湿度测量量2.送回风风温、湿度测测量3.风机状状态显示及转转速控制4.风道风风压测量5.启停、、过载报警等等6.冷热水水流量调节7.风门、、调节阀等的的连锁控制8.送回风风机与消防系系统的联动控控制9.CO2浓度控制二、新风机组组的控制1.新风机机组监控功能能描述P97图3.7新风机组控制制原理图。（1）风机启启停控制及运运行状态显示示。（2）送风温温、湿度监测测及控制。①风机出口口处：温、湿湿度变送器TT1、MT1——监测机组是是否将新风处处理到所要求求状态。②送风温度度控制TT1测值与给定值（冬冬、夏季不同同）比较PID算法调节换热器的的电动阀V1。③新风相对对湿度控制MT1湿度给定值比比较PI算法控制加湿电动调节阀V2保持送风湿度度在所需范围围内。（3）过滤器器状态显示与与报警微压差开关———监测新新风过滤器两两侧压差。若：过滤器干干净——压压差<指定值值过滤器太脏———压差>指定值———微压差开开关吸合产生“通”的的开关信号DDC（4）风机转转速控制测量风管内送送风压力调节风机转速速调节送风量（5）风门控控制焓→新回风焓焓比较控制新风、回回风的开启比比例节能（6）连锁控控制启动顺序控制制：启动新风机开启新风机风风阀开启电动调节水阀开启加湿电动动调节阀（7）最小新新风量控制测量室内CO2浓度保证最小新风风量节能新风处理机组组监控系统序号监控功能备注1新风阀控制新风阀与风机连锁，一般为两位控制方式。当室内安装CO2检测器时，可实现最小风量控制，为连续控制方式2过滤器堵塞报警压差检测器报警值可调3室外新风温度、湿度自动检测风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm4防冻保护防冻报警值一般设置为4℃5送风温度调节通过电动调节阀调节冷媒/热媒的流量6送风湿度调节通过电动调节阀调节水/蒸汽的流量。该功能只用于北方严寒干燥的地区。南方地区很少设置此功能，送风湿度一般通过控制温度控制而间接控制7送风机运行状态监控风机进出口压差装置用于检测风机运行状况通过风机配电箱中的辅助触点对电动机的运行状况和启/停进行控制8送风温度、湿度自动检测风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm三、全空气空空调系统的监监控全空气空调系系统监控功能能（1）室内温温湿度控制①被调房间间增设温度传传感器。②新增设新新风、回风温温、湿度测点点。③为调节新新回风比，对对新风、排风风、回风阀进进行调节用电动调节阀阀。新风阀、排风风阀应同向同同步调节，回回风阀则按相反方向调节节。（2）调节方式式①房间温度度与给定值比较较PID调节送风温度度②房间的湿湿度房间相对湿度度设定值PID确定送风湿度设定定值。③新回风比比的变化与送送风参数（温温、湿度）PI新、排、回风风风阀控制。。一次回风空气气处理机组序号监控功能备注1新风阀与回风阀协调控制新风阀、回风阀与风机连锁，并均为连续控制方式。根据室内CO2检测器测量值，实现最小风量控制，并使新风量与回风量之和保持不变。2过滤器堵塞报警压差检测器报警值可调3防冻保护防冻报警值一般设置为4℃5送风温度调节夏季和冬季分别控制冷水/热水电动调节阀调节冷媒/热媒的流量，以控制送风温度6送风湿度调节通过电动调节阀调节水/蒸汽的流量。该功能只用于北方严寒干燥的地区。南方地区很少设置此功能，送风湿度一般通过控制温度控制而间接控制7送风机运行状态监控风机进出口压差装置用于检测风机运行状况通过风机配电箱中的辅助触点对电动机的运行状况和启/停进行控制8送风温度、湿度自动检测风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm9室内温度、湿度自动检测壁挂式温、湿度计10室内CO2浓度测量用于控制最小新风量，实现节能目的。一次回风空气气处理机组§3.4变变风量系统统的监控一、变风量（（VAV）系系统的监控VAV因为节节能、可分区区调节，在国国内外应用较较广。近年来在智能能建筑中也得得到越来越多多的广泛应用用。P102图图3.9为为一典型的VAV系统1.主要特点点：每个房间的送送风入口处装装一个VAV末端装置（风阀阀），调整风风阀，改变送送入房间的风风量，实现对各个房房间温度的单单独控制。2.VAV空调系统的的优缺点①节能a.减少了了再热量及其其相应的冷量量。b.各房间间送风量系统总送风量量也相应变化化，这可以节省风机运运行能耗。②控制灵活活,同一空调系系统的各房间间是通过各自自的末端装置分别进进行控制的。。③提高卫生生质量，与风机盘管相相比，吊顶内内没有大量冷冻水管和凝凝结水管。④一次性投投资比较大，，控制相对复复杂，管理水水平要求较高。⑤可能产生生新风不足，，房间气流组组织不好，房房间正负压过大，，室内噪声偏偏大，运行不不稳定，节能能效果不明显等一一系列问题。。3.变风量量系统的监控控功能①系统总风量量调节②最小风量控控制③最小新风量量控制④再加热控制制P103图图3.10为VAV系统统监控功能原原理图4.变风量量系统的监控控功能描述（1）房间送送风量的控制制空调系统所带带房间的负荷荷变化情况不不同或各房间间要求的设定值值彼此不同时时:a.控制方方式：房间温度实测测值－设定值值控控制调整整末端装置中的风阀阀.某个房间温度度达到要求值值，但其它房房间或总风机风量末端装置的风风道处的空气气压力有变化化使该房间的风风量变化房间温度对风阀调整影响其它房间间风量其它房间温度度各房间风阀不断调节风量、温度系统不稳定。。b.改进方方法：采用“压力无无关”末端装装置。①在末端上上装有风量测测量装置；②房间T修正风量设定定值，（不直直接改变风阀阀）③实测风量量与设定风量量比较调整风道内压力某房间风量末端装置调整整风阀，维护原来来的风量，房房间温度不会会由此引起波波动。（2）系统送送风量的控制制①定静压法法：静压传感器安放在主风道道压力最低处处测量系统风量量的变化通过送风控制制器调节送风风机转速使该点的压力力恒定在VAV末端装置置所要求的最最小压力值∵在VAV系统中，为为保证系统中中每个VAV末端装置都能正常工作作，要求主风风道内各点的的静压都不低低于VAV末端装置所要要求的最低压压力。②最低压力点点的确定最低压力值风机出力节能∵VAV系统的动动态特性，，实际上难难以确定一一个最低压力点。。a.系统统为单区系系统：取主主风道末端端1/3处处安装静压压传感器。b.系统统为多区系系统：将每每根主干管管末端的风风道静压取出输入到到DDC进进行最小值值选择。系统最小静静压DDCPI调节变频调速器器送风机转速稳定系统静静压。③使用““压力无关关”型末端端装置末端装置风风量设定值值之和与风风机转速有有一对应关关系。如风机转速速>各风量量设定值之之和所对应应的转速。。风机转速，各变风量量末端装置置的风阀，，可能关得较小需降低转速速。④定静压压法的不足足a.系统统中静压控控制点位置置很难确定定。（尤其其在管网较复杂杂时）b.在一一定的系统统静压下，，室内的要要求风量只只能由VAV所所带风阀调调节当阀门开度度较小时，，噪声较大大。⑤变静压压法——弥补补了定静压压法的不足足之处特点：在舒适性、、节能性、、低噪声控控制、保证证新风量、降低成成本等方面面有充分优优势。控制思想：：a.尽量量使VAV风阀处于于全开（85~100%）状状态b.系统统静压降至至最低能最大限度度地降低风风机转速以以达到节能能的目的。。方法：末端装置中中设置阀门门开度传感感器。a.室内温度与与设定值比比较（差值值）要要求求送风量控制风阀开开度、系统统静压b.根据VAV风阀开度度改改变风风机电机的的供电频率率转速系系统统静压在满满足要求风风量的前提提下变至最小，达到到节能目的的。（3）回风风机的控制制调节回风机机风量保证送、回回风平衡运运行的重要要手段（保证证各房间不不会出现过过大的负压压或正压））。①不可能能直接测量量各房间的的室内压力力不能直接按照室内压压力对回风风机控制.②送风机机为维护送送风道中的的静压，其其工作点随随转速变化而变变化，送风风量不一定定与转速成成正比.回风机如果果没有调整整的风阀，，回风量与与回风机转转速成正比。不能简单地地使回风机机与送风机机同步改变变转速。方法：①同时测测量总送风风量和回风风量DDC调整回风机机转速使总回风量量总是略低低于总送风风量。②测量总总送风量和和总回风道道接近回风风机入口处处的静压（该静压压与总送风风量的平方方成正比））。测出的总送送风量回回风机入口口静压的设设定值。据此此调整回风风机转速保证各房间间内的正压压。另：①采用两个差差压传感器器，通过两两路AI通通道分别测量送、回回风前后风风道差压。。当送、回风风量出现超超差时，调调节风机转转速维持给定的的风量差。。②DD