建筑设备自动化

智能建筑设备控制技术第5章集中空调系统中冷热源

与空调水系统的监控5.1冷水机组的自动控制5.2冷冻站系统的监测与控制5.3锅炉的监控5.1冷水机组的自动控制冷水机组的控制、保护和冷量调节冷水机组的监控内容制冷方式：在集中空调系统中，目前常用的制冷方式主要有两种方式：压缩式制冷和吸收式制冷。5.1冷水机组的自动控制自动控制的任务：

实时控制基本设备的输出量，使其与负荷变化相匹配，以保证被控制参数（如温度、湿度、压力、流量等）达到给定值；同时也应保证制冷装置安全运行、参数超限保护及报警、参数记录、故障显示诊断等。冷水机组的监控1.监控内容1）对制冷工艺参数（压力、温度、流量等）的自动检测。参数检测是实现控制的依据。2）自动控制某些工艺参数，使之恒定或者按一定规律变化。3）根据编制的工艺流程和规定的操作程序，对机器、设备执行一定的顺序控制或程序控制。4）实现自动保护，保证制冷设备的安全运行。2.控制规律：（1）一般小型制冷装置系统双位控制比例控制（2）复杂的大型空调用制冷装置PID智能控制3.BAS对冷水机组（自身已具有控制系统）监控的方式有三种：1）不与冷水机组的控制器通信，而是另外在冷冻水、冷却水管路安装水温传感器、流量传感器。2）采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。3）设法使主机的控制单元与BAS通信。有三种途径：①控制系统厂商提供专门的异型机接口装置，使控制单元与系统连接，通过修改其中的软件，就可以实现两种通讯协议间的转换。通过通信变换接口实现异型机连接②DCU现场控制机带有下挂的接口（如RS232或RS485），可以外接控制单元。根据控制单元的通讯协议装入相应的通讯处理及数据变换，实现与冷源主机通信。由现场控制机实现异型机间通信③采用控制系统与冷水机组统一的通信标准，如BACnet，实现互连BAS与冷源主机之间的通信。这样可以实现整体的优化控制与调节。BAS通过通信协议取得必要信息后，仍然要完成冷站内相应设备的联动控制。冷水水机机组组的的自自动动控控制制与与安安全全保保护护主要要包包括括：：能量量控控制制系系统统蒸发发器器温温度度的的自自动动控控制制冷凝凝器器压压力力（（或或冷冷凝凝温温度度））的的自自动动控控制制安全保保护系系统。。5.2冷冻站站系统统的监监测与与控制制机电设设备的的顺序序控制制空调闭闭式冷冷冻水水系统统的控控制冷冻站站监控控系统统作用用:通过对对冷水水机组组、冷冷却水水泵、、冷却却水塔塔、冷冷水循循环泵泵台数数的控控制，，在满满足室室内舒舒适度度或工工艺温温湿度度等参参数的的条件件下，，有效效地、、大幅幅度地地降低低冷源源设备备的能能量消消耗，，并且且保护护设备备安全全运行行。机电设设备的的顺序序控制制空调冷冷冻水水系统统，在在起动动或停停止的的过程程，冷冷水机机组应应与相相应的的冷冻冻水泵泵、冷冷却水水泵和和冷却却塔等等进行行电气气联锁锁。只有当当所有有的附附属设设备及及附件件都正正常运运行工工作之之后，，冷水水机组组才能能起动动；停车时时的顺顺序则则相反反，应应是冷冷水机机组优优先停停车。。1.单台冷冷水机机组的的顺序序控制制冷水机机组与与辅助助设备备的联联锁示示意图图单台冷冷水机机组顺顺序控控制步步骤如果仅仅用时时间继继电器器延时时来构构成控控制程程序，，一旦旦冷却却塔风风机误误启动动，会会引起起直接接启动动制冷冷机的的误动动作．．因此此，在在冷冻冻水、、冷却却水出出水口口总管管上装装设水水流开开关，，当水水泵启启动后后水流流速度度达到到一定定值后后，输输出节节点闭闭合，，并将将其接接入制制冷机机的控控制电电路中中，作作为制制冷机机启动动控制制的一一个外外部保保护联联锁条条件。。水流开开关作作用：：2.多台冷冷水机机组的的顺序序控制制冷水机机组起起动：：冷却塔塔碟阀阀→冷冷却塔塔风机机→冷冷却水水碟阀阀→冷冷却水水泵→→冷冻冻水碟碟阀→→冷冻冻水泵泵→冷冷水机机组起起动停机过过程与与开机机相反反。各动作作之间间仍需需要考考虑延延时。。如果设设置了了水流流开关关，其其控制制作用用同上上。空调闭闭式冷冷冻水水系统统的控控制空调冷冷冻水水监测测与控控制系系统的的核心心任务务是:1）保证证冷冻冻机蒸蒸发器器通过过足够够的水水量以以使蒸蒸发器器正常常工作作，防防止冻冻坏；；2）向冷冷冻水水用户户提供供足够够的水水量以以满足足使用用要求求；3）在满满足使使用要要求的的前提提下尽尽可能能减少少循环环水泵泵电耗耗。空调水水系统统分类类：（1）按水水系统统的循循环水水量是是否变变化分分：定定流量量和变变流量量定流量量系统统的末末端采采用三三通阀阀调节节，依依据室室内温温度信信号或或送风风温度度信号号，控控制三三通调调节阀阀旁通通流量量，以以维持持室内内温度度或送送风温温度恒恒定。。水泵泵大部部分时时间在在满负负荷下下工作作，耗耗能严严重。。变流量量系统统中，，用户户末端端盘管管采用用二通通阀调调节，，依据据室内内温度度信号号或送送风温温度信信号，，控制制二通通阀门门的开开度，，改变变用户户（负负荷侧侧）的的水流流量，，以维维持是是室内内温度度或送送风温温度恒恒定。。（2）根据循环环泵的设置置分单级泵复式泵一级泵冷冻冻水系统的的控制（1）压差控制制的基本原原理当空调机组组、风机盘盘管都采用用电动两通通阀的空调调水系统时时，负荷侧侧属变流量系统，冷源源侧需要定流量运行。因此此，在供、、回水管之之间需加一一旁通阀。。当负荷流流量发生变变化时，供供、回水干干管间压差差将发生变变化，通过过压差信号号调节旁通通阀开度，，改变旁通通水量，一一方面恒定定压差，同同时也保证证了冷源侧侧是定水量量。一级泵压差差控制控制系统组成：控制元件件由压差传传感器、压压差控制器器和旁通电电动两通阀阀V组成。一级泵压差差控制原理理图控制系统工工作原理：：在系统处于于设计状况况下，所有有的设备满满负荷运行行，压差旁旁通阀开度度为零，压压差传感器器两端接口口处的压差差为控制器器的设定值值；当末端负荷荷变小时后后，末端的的两通阀关关小，供、、回水压差差将会提提高而超过过设定值，，在压差控控制器的作作用下，旁旁通阀将自自动打开，，它的开度度加大将使使总供、回回水压差减减小直至达达到设定值值时，才停停止继续开开大。若冷水的旁旁通量超过过了单台冷冷水循环泵泵流量时，，则自动关关闭一台冷冷水循环泵泵。注意事项：压差传感器器的两端接接管应尽可可能的靠近近旁通阀两两端并应设设于水系统统中压力较较稳定的地地点，以减减少水流量量的波动，，提高控制制的精确性性。压力传感器器精度一般般以不超过过控制压差差的5%～10%为宜。目前前常用的产产品中，此此精度大多多在10～14Pa之间。（2）制冷机的的台数控制制操作指导控控制压差控制恒定供回水水压差的流流量旁通控控制法回水温度控控制冷量控制1）操作指导导控制控制过程：：根据实测冷冷负荷，一一方面显示示、记录实实际冷负荷荷；另一方面由由操作人员对数据进行行分析、判判断，实施施冷冻机运运行台数控控制及相应应联动设备备的控制。。特点：开环控制结构，，优点是结构构简单、控控制灵活，，特别适合合对于冷负负荷变化规规律尚不清清楚和对大大型冷机的的起、停要要求严格的的场合。缺点是人工工操作，控控制过程慢慢、实时性性差，节能能效果受到到限制。2）压差旁通通阀位置控控制一级泵旁通通流量控制制旁通阀的流流量为一台台冷水机组组的流量，，其限位开开关用于指指示10%－90%的开度。低负荷时启启动一台冷冷水机组，，其相应的的水泵同时时运行，旁旁通阀在某某一调节位位置。负荷荷增加时，，调节旁通通阀趋向关关的位置。。当达到一定定负荷时，，限位开关关闭合，自自动启动第第二台水泵泵和相应的的冷水机组组（或发出出警报信号号，提示操操作人员启启动冷水机机组和水泵泵）；负荷继续增增加，则进进一步启动动第三台冷冷水机组。。当负荷减减小时，以以相反的方方向进行。。3）恒定供回回水压差的的流量旁通通控制法。。控制原理：：在旁通管上上再增设流流量计，以以旁通流量量控制冷水水机组和水水泵的启停停。例如：某冷冷冻站安装装有三台机机组，当由由满负荷降降至66.6%负荷时（旁旁通阀全开开），停掉掉一组冷水水机组和水水泵；当由由满负荷降降至33.3%（旁通阀全全开），停停掉两组冷冷水机组和和水泵负荷荷。一级泵泵旁通流量量控制如下下图所示。。图中ΔF为流量传感感器，C为控制器。。4）回水温度度控制。冷水机组的的制冷量可以由下式式计算：控制原理：：将回水温度度传感器信信号，送至至温度控制制器，控制制器根据回回水温度信信号控制冷冷水机组及及冷冻水泵泵的起停。。式中：——回水流量，㎏/s；——水的比热容，4.1868kJ/㎏；——冷冻水供、回水温度，℃。（5-1）一级泵温度度控制法注意：尽管从理论论上来说回回水温度可可反映空调调需冷量，，但由于目目前较好的的水温传感感器的精度度大约在0.4℃，而冷冻水水设计的回回水温度大大多为12℃，因此，回回水温度控控制的方式式在控制精精度上受到到了温度传传感器的约约束，不可可能很高。。特别是只只利用了回回水温度，，而没有考考虑回水流流量，故该该方法没有有跟踪实际际空调负荷荷，但造价价低。为了了防止冷水水机组起停停过于频繁繁，采用此此方式时，，一般不能能用自动起起停机组而而应采用自自动监测与与人工手动动起停的方方式。5）冷量控制制冷量控制的的原理是通通过测量用用户侧的供供回水温度度及冷冻水水流量，按按式（5-1）计算实际际所需冷量量，由此决决定冷水机机组的运行行台数。采用这种控控制方式要采用计算算机控制系系统；回水流量传传感器测量量的是负荷荷侧来的总总回水流量量，不包括括旁通流量量；回水温度传传感器应该该是测量负负荷侧来的的总回水温温度，不应应是回水与与旁通水的的混合温度度。该方法是工工程中常用用的一种方方法。注意：当空调系统统负荷侧水水系统为变变流量系统统，而冷源源侧是定流流量系统时时：冷量测量系系统的组建建方案a)方案一一b)方方案二c)方案三三d)方方案四1）方案1：在分水器与与集水器之间连接压差旁旁通管，由由分水器引引出一条供供水管（到到楼上再行行分支）。。由负荷回来来一条回水水管接到集集水器上，，这种连接接方法可以以用一个流量变送器器测量负荷回水水流量，且较较容易满足流流量变送器直直管段的要求求，可从安装装条件保证测测量精度和稳稳定性，可测测性好。同时时由于旁通管管连接到集水水器与分水器器之间，对稳稳定地调节供供回水压差有有利。2）方案2：方案2与方案1不同的是在集集水器安装两两根回水管，，故需采用两两个回水流量量变送器和两两个回水温度度传感器，按按下式计算冷冷负荷。（5-2）式中——总回水流量，，——回水当量温度度，——分别为回水管管1、2对应的流量,分别由流量变变送器FT1、FT2测量；——分别为回水管管的1、2对应的回水温温度，分别由由温度变送器器TE2-1、TE2-2测量。3）方案3：方案3的特点是压差差旁通管连接接在供、回水水干管上，按这种连连接方法，无无论集水器连连接多少个回回水管，均可可采用一台流流量变送器和和一支回水温温度传感器测测量，减少了了硬件投资。。但其压差调调节的稳定性性不如方案1和方案2好。4）方案4：方案4的回水流量计计和回水温度度传感器安装错误，TE2、FT测量的是混水水温度和混水水流量，而不不是用户的回回水温度和回回水流量。在设计、施工工中：传感器的准确确性与温度传传感器的安装装位置保证流量变送送器的安装条条件。例如，流量变变送器FT要求在其安装装位置的前、、后（按水流流方向）有一一定长度的直直管段要求，，一般要求前前10DN、后5DN（DN——安装管直径），这是为了了消除管道中中流动的涡流流，改善流速速场的分布，，提高测量精精度和测量的的稳定性。为为了延长流量量变送器的使使用寿命，要要求流量变送送器安装在回回水管路上，，而避免安装装在供水管上上。在各种流流量变送器中中，电磁流量系无阻流元件件，阻力损失失小、流场影影响小，精度度高，直管段段要求低，是是常用的一种种流量变送器器。例如：IFM408O（F）电磁流量计计，当精度为为0.3级时，要求前前10DN，后2DN；如果要求测测量精度低于于0.3级，则可放宽宽到前5DN，后2DN的要求。当测测量系统不满满足测量条件件时，轻者测测量误差大，，重者读数无无意义。二级泵冷冻水水系统的监控控（1）二级泵系统统监控的内容容包括：设备备联锁、冷水水机组台数控控制和次级泵泵控制等。（2）二级泵系统统中，冷水机机组、初级冷冷冻水泵、冷冷却泵、冷却却塔及有关电电动阀的电气气联琐起停程程序与一次泵泵系统完全相相同。1.冷水机组台数数控制（1）一般基于冷冷量控制原理理控制冷冻机机台数，传感感器的设置原原则同一级泵泵。二级泵冷冻冻水系统（1）初级泵克克服蒸发器器及周围管管件的阻力力，至旁通通管A、B间的压差就就应几乎为为0，这样即使使有旁通管管，当用户户流量与通通过蒸发器器的流量一一致时,旁通管内亦亦无流量。。（2）次级泵用用于克服用用户支路及及相应管道道阻力。初初级泵随冷冷水机组联联锁起停，，次级泵则则根据用户户侧需水量量进行台数数启停控制制。（3）当次级泵泵组总供水水量与初级级泵组总供供水量有差差异时，相相差的部分分从平衡管管AB中流过（可可以从A流到B，也可以B流向A）这样就就可解决冷冷水机组与与用户侧水水量控制不不同步的问问题，用户户侧供水量量的调节通通过二次泵泵的运行台台数及压差差旁通阀V1来控制（压压差旁通阀阀控制方式式与一次泵泵系统相同同）（2）同样，也也可以根据据供、回水水温度控制制冷水机组组台数。2.次级泵控制制（1）次级泵台台数控制采用这种方方式时，次次级泵全部部为定速泵泵，同时还还应对压差差进行控制制，因此设设有压差旁旁通电动阀阀。注意：压差旁通通阀旁通的的水量是次次级泵组总总供水量与与用户侧需需水量的差差值；而连连通管AB的水量是初初级泵组与与次级泵组组供水量的的差值。这这两者是不不一样的。。1）压差控制制当系统需水水量小于次次级泵组运运行的总水水量时，为为了保证次次级泵的工工作点基本本不变，稳稳定用户环环路，应在在次级泵环环路中设旁旁通电动阀阀，通过压压差控制旁旁通水量。。当旁通阀全全开而供、、回水压差差继续升高高时，则应应停止一台台次级泵运运行。当系系统需水量量大于运行行的次级泵泵组总水量量时，反映映出的结果果是旁通阀阀全关且压压差继续下下降，这时时应增加一一台次级来来投入运行行。压差控制次次级系台数数时，转换换边界条件如下：停泵过程：：压差旁通通阀全开，，压差仍超超过设定值值时，则停停一台泵；；起泵过程：：压基旁通通阀全关，，压差仍低低于设定时时，则起动动一台泵。。由于压差的的波动较大大，测量精精度有限（（5%～10%），很显然然，采用这这种方式控控制次级泵泵时，精度度受到一定定的限制，，且由于必必须了解两两个以上的的条件参数数（旁通阀阀的开、闭闭情况及压压差值），，因而使控控制变得较较为复杂。。2）流量控制制根据此流量量测定值并并与每台次次级泵设计计流量进行行比较．即即可方便地地得出需要要运行的次次级泵台数数。由于流流量测量的的精度较高高，因此这这一控制是是更为精确确的方法。。此时旁通通阀仍然需需要，但它它只是作为为输水量旁旁通用而并并不参与次次级泵台数数控制。（2）变变速速控控制制变速速控控制制是是针针对对次次级级泵泵为为全全变变速速泵泵而而设设置置的的，，其其被被控控参参数数既既可可是是次次级级泵泵出出口口压压力力又又可可是是供供、、回回水水管管的的压压差差。。通通过过测测量量被被控控参参数数并并与与给给定定值值相相比比较较，，改改变变水水泵泵电电机机频频率率，，控控制制水水泵泵转转速速。。（3）联联合合控控制制联合合控控制制是是针针对对定定-变速速泵泵系系统统而而设设的的，，通通常常，，这这时时空空调调水水系系统统中中是是采采用用一一台台变变速速泵泵与与多多台台定定速速泵泵组组合合，，其其被被控控参参数数既既可可是是压压差差也也可可以以是是压压力力。。这这种种控控制制方方式式，，既既要要控控制制变变速速泵泵转转速速，，又又要要控控制制定定速速泵泵的的运运行行台台数数，，因因此此相相对对来来说说，，此此方方式式比比上上述述两两种种更更为为复复杂杂。。同同时时，，从从控控制制和和节节能能要要求求来来看看，，任任何何时时候候变变速速泵泵都都应应保保持持运运行行状状态态，，且且其其参参数数会会随随着着定定速速泵泵台台数数起起停停时时发发生生较较大大的的变变化化。。注意意：：在变变速速过过程程中中，，如如果果无无控控制制手手段段，，在在用用户户侧侧，，供供、、回回水水压压差差的的变变化化将将破破坏坏水水路路系系统统的的水水力力平平衡衡，，甚甚至至使使得得用用户户的的电电动动阀阀不不能能正正常常工工作作，，因因此此，，变变速速泵泵控控制制时时，，不不能能采采用用流流量量为为被被控控参参数数而而必必须须用用压压力力或或压压力力差差。。冷却水系系统的监监测控制制1.监控系统统的作用用:1）保证冷冷却塔风风机、冷冷却水泵泵安全运运行；2）确保制制冷机冷冷凝器侧侧有足够够的冷却却水通过过；3）根据室室外气候候情况及及冷负荷荷，调整整冷却水水运行工工况，使使冷却水水温度在在要求的的设定温温度范围围内。冷却水系系统的测测控点2.联锁与控控制：（1）冷却塔塔与冷水水机组通通常是电电气联锁锁，但这这一联锁锁并非要要求冷却却塔风机机必须随随冷水机机组同时时进行，，而只是是要求冷冷却塔的的控制系系统投入入工作。。（2）冷却塔塔风机的的启停台台数根据据冷冻机机开启台台数、室室外温湿湿度、冷冷却水温温度、冷冷却水泵泵开启台台数来确确定。一一旦进入入冷凝器器的冷却却进水温温度T5不能保证证时，则则自动起起动冷却却塔风机机。因此此，冷却却回水温温度是整整个冷却却水系统统最主要要的测量量参数。。（3）冷却塔塔的控制制：利用用冷却回回水温度度来控制制相应的的风机（（风机作作台数控控制或变变速控制制），不不受冷水水机组运运行状态态限制（（如室外外湿球温温度较低低时，虽虽然冷水水机组运运行，但但也可能能仅靠水水从塔流流出后的的自然冷冷却即可可满足水水温要求求）它是是一个独独立回路路。3.故障诊断断：（1）冷凝器器出口水水温：根根据测点点T6、T7测得的温温度可确确定这两两台冷凝凝器的工工作状况况。当某某台冷凝凝器由于于内部堵堵塞或管管道系统统误操作作造成冷冷却水流流量过小小时，会会使相应应的冷凝凝器出口口水温异异常升高高，从而而及时发发现故障障。（2）水流开开关：根根据F5、F6可以指示示无水状状态，但但当水量量仅是偏偏小，并并没有完完全关断断时,不能给出出指示。。（3）冷却水水流量计测量：在在冷却水水系统中中安装流流量计测测量冷却却水的瞬瞬时流量量，用它它测量冷冷却水循循环量尽尽管能及及时发现现由于某某种原因因使冷却却水循环环突然减减少的现现象，便便于分析析系统故故障，但但所付出出的代价价可能太太高。（4）冷冻水水侧流量量：如果果测出冷冷冻水侧侧流量及及温差，，得到瞬瞬时制冷冷量，再再测出冷冷凝器侧侧供回水水温差，，也能估估算出通通过冷凝凝器的冷冷却水量量，其精精度足以以用来判判断各种种故障。。接于各冷冷却塔进进水管上上的电动动蝶阀V1～V4用于当冷冷却塔停停止运行行时切断断水路，，以防短短路，同同时可适适当调整整进入各各冷却塔塔的水量量,使其分配配均匀,以保证各各冷却塔塔都能达达到最大大出力。。由于此此阀门主主要功能能是开通通和关断断，对调调节要求求并不很很高，因因此选用用一般的的电动蝶蝶阀可以以减小体体积，降降低成本本。为避避免部分分冷却塔塔工作时时，接水水盘溢水水，应在在冷却塔塔进、出水管上同同时安装装电动蝶蝶阀V1～V8。混水电动动阀是另另一种对对冷却水水温度进进行调节节的装置置。当夜夜间或春春秋季室室外气温温低，冷冷却水温温度低于于冷冻机机要求的的最低温温度时，，为了防防止冷凝凝压力过过低，适适当打开开混水阀阀，使一一部分从从冷凝器器出来的的水与从从冷却塔塔回来的的水混合合，以调调整进入入冷凝器器的水温温。当能能够通过过启停冷冷却塔台台数、改改变冷却却塔风机机转速等等措施调调整冷却却水温度度时，应应尽量优优先采用用这些措措施。用用混水阀阀调整只只能是最最终的补补救措施施。冷冻站监监控系统统原理图图冷冻站监监控系统统（1）监测内内容：冷冷却水供供、回温温度；冷冷冻水、、冷却水水供回水水管水流流开关信信号；冷冷冻水供供、回水水压差信信号及回回水流量量信号；；冷水机机组正常常运行、、故障及及远程/本地转换换状态；；冷却水水泵、冷冷冻水泵泵、冷却却塔风机机工作、、故障及及手/自动状态态；以上上内容能能在DDC上显示。。（1）DDC将冷却水水泵、冷冷冻水泵泵、冷却却塔风机机电机主主电路上上交流接接触器的的辅助触触点作为为开关量量输入（（DI信号）），输输入DDC监控冷冷冻水水泵的的运行行状态态；（2）主电电路上上热继继电器器的辅辅助触触点信信号（（1路DI信号））作为为冷冻冻水泵泵过载载停机机报警警信号号。（2）联锁锁及保保护：