1、第一节空调系统自动控制概述,一、空调系统自动控制的目的 ：（1）创造适宜的生活与工作环境 舒适性空调：通过空调自动控制系统，对室内空气的温度、相对湿度、 空气流速及清洁度等加以控制，为人们创造良好舒适的 生活与工作环境，从而大大提高人们的生活质量和工作效率工艺性空调：可提供生产工艺所需要的空气的温度、湿度、清洁度的条件 ，从而保证产品的质量。 如电子厂房、纺织厂、洁净手术室,（2）节约能源 一幢设有中央空调系统的建筑，空调系统能耗通常占整个建筑能耗的45%，甚至，高达60%以上，因此对空调系统进行节能控制具有极大的潜力和巨大的经济效益，一个进行了综合节能的空调系统可节能30%以上。空调系统的节
2、能控制包括空气、水输送系统节能控制、空调处理过程的节能控制及运行时间控制等多个方面。（3）保证空调系统安全、可靠运行 通过自动控制系统对空调系统各设备的运行进行监测，可以及时发现系统故障，自动关闭相关设备，并报警通知人们进行事故处理。从而保证了系统的安全、可靠运行。,二、空调系统方案的确定： 空调系统的空气处理方案和处理设备的容量是在室外空气处于冬、夏设计参数以及室内负荷为最不利时确定的。 从全年来看，绝大多数时间内，室外空气参数是处于冬、夏设计参数之间的；而且，室内热 (冷)湿负荷也是经常变化的。三、空调自动控制的任务： 自动控制上述各种装置的实际输出量与实际负荷相适应，满足生产、生活要求，
3、经济节能。,二、 空调系统的控制特点,空调系统的被控对象如空调房间等属于热工对象，从控制角度分析，具有以下持点：1干扰因素众多 热干扰：（1）通过窗进入室内的太阳辐射是时间的函数，它随季节变化，同时受气象条件影响；（2）室外空气温度通过围护结构对室内空气温度的影响；（3）通过门、窗、建筑缝隙侵入室内的室外空气；引入室内的新风（正压和换气）对房间空气状态的影响；,（4）由于室内人员的变动，照明、电器设备、工艺设备的开停所产生的余热变化；热水加热器热水压力与温度的 波动。湿干扰：（1）各种原因引起的空调系统机械露点温度的变化；（2）室内散湿量的波动、新风含湿量的变化,2温、湿度相关性（耦合）空气的
4、温度和湿度参数，不完全独立。（1）相对湿度发生变化时，若通过开启加湿器或表冷器进行加湿或减湿，则将引起室温波动；（2）温度变化时，使室内空气的饱和水蒸气分压力变化，在绝对含湿量不变的情况下，室内空气的相对湿度就会发生变化。 这种参数之间相互关联的性质称为耦合。显然，在温、湿度都要求的空调系统中，进行自动控制时应充分注意这一特性。,3运行的多工况性空调系统对空气的处理过程具有很强的季节性。年中，至少要分为冬季、过渡季和夏季。同时由于空调运行的多样性，使运行管理和自动控制设备趋于复杂。,舒适性空调自动控制的任务就是当室内温湿度偏离设定值时，根据偏差自动地控制各种空调设备的实际输出量，使室内温湿度保
5、持在一定范围内，以满足空调的要求。 在设计空调自动控制系统时，首先应对空气处理过程的特性、规律进行认真的研究，并根据各种气候条件、工艺要求和空气处理过程来选用不同的空调控制方案，配置相应的自动化装置，只有这样才能实现自动控制系统的经济效益与价值。,三、空调系统自动控制的内容,1空气处理过程控制 依据室内温、湿度、静压等实测值与设定值偏差，用P、PI或PID算法控制空调系统，自动调节加热、冷却、加湿、除湿、空调系统风量等调节装置，2新风干湿球温度的检测与报警；3焓差控制（一、二次混合风的检测、调节与报警）按新、回风焓值比较，充分、合理地利用新风能量及回收回风能量，控制新风量，调节新风阀门、回风阀
6、门和排风阀门的开度。4、回风温度、湿度的检测与控制（空调机组）5、送风风温度、湿度的检测与控制（新风机组）,6表面冷却器（喷水室）后空气温度、湿度的检测与控制7、冷却水泵出口水温、水压的检测，转速的控制。8工况切换控制把室外空气状态分成若干空调工况区，自动控制空调系统在各工况区的转换。9、变风量空调系统送风管路静压、风机风量的检测和连锁控制，送回风机风量的平衡自动控制。10、冷冻水泵出口水温、水压的检测，转速的控制。11、空气过滤器进出口，风机的静压差的检测与报警。12、设备运行台数的控制,13、冷源（热源）系统中温度、压力、流量的检测控制报警和连锁保护。14、与火灾报警和消防联动控制的联系。
7、15最优控制方式 最佳开关机时间控制；通风预冷、净化；夜间（值班）运行上述控制功能，并不一定全部采用，必须对空调系统的运行进行调节，才能在全年内，即满足室内温湿度要求，又达到经济运行的目的。首先就要对空调系统的运行调节进行分析研究。,四、空调系统的全年运行调节,室外空气状态的变化可以引起送风状态的变化和建筑外围护结构传热量的变化。这两种变化均会影响空调房间的空气状态。那么当室外空气状态变化时，为保证室内温湿度要求如何对空调系统进行调节呢？下面就以采用蒸汽加湿的及冷水表面冷却器的一次回风空调系统为例说明空调系统的全年运行调节方法 。,五、新风机组监控系统,1、新风机组是半集中式（风机盘管）集中处
8、理新风的空气处理装置。2、新风机组由新风阀、过滤器、空气冷却器（加热器）、加湿器、送风机等组成。3、新风在机组内进行过滤、热湿处理。然后利用风机通过管道送到各房间。4、新风机的控制方法： 送风温度的控制空气冷却器（加热器）； 送风相对湿度的控制加湿器； 防冻控制通过防冻开关控制新风阀； 室内温度控制（若承担室内负荷；如支流式风机）,对于新风系统，其功能是： 为室内人员提供符合健康要求的新风；将室内空气中各种污染物控制在规定浓度以下。因此控制系统的目标就是控制新风机组将一定量的新风处理到符合要求的送风状态。对于一般的舒适性空调来说，新风机组以温度控制为主，送风湿度可以允许在较大范围内波动（307
9、0）一般只是在冬季进行加湿量的控制。,新风系统的功能要求与控制方案,图是一典型的新风处理机组 掌握 AI DI DO AO 等参数的意义。,通常新风机组的现场控制器需要完成如下功能： （1） 监测功能 检查风机电机的工作状态，确定是处于“开”还是“关”； 测量新风温湿度，了解室外气候状况，进行室外温度补偿及工况转换； 测风机出口空气温湿度参数，了解机组是否将新风处理到要求的状态； 测量新风过滤器两侧压差，以及时检测过滤器是否需要清洗或更换； 检测手/自动转换状态。,(2) 控制功能 启/停风机； 调节表冷/加热器水阀开度，进行送风温度控制； 调节加湿阀，进行送风湿度控制； 季节自动切换；(3)
10、 防冻保护功能 冬季运行时，若换热盘管温度过低，为防止冻裂换热盘管，能自动停止风机，关闭新风阀门，同时发出声光报警。 (4) 设备启/停联锁 为保护机组，各设备启动顺序为：开水阀开风阀开风机；各设备停止顺序为：关风机关风阀开水阀（开度100，有利于盘管内存水与水系统间的对流）。各设备启停的时间间隔以设备平稳运行或关闭完全为准。,（二）新风系统的控制点表与硬件配置,1监控点表控制方案确定后，便可以定义系统各设备的监控点。根据上述控制方案，各控制监测点定义见表 2硬件配置根据监控点表选择合适的传感器、阀门及执行器，并配置具有相应输入输出通道的现场控制机（控制器的输入输出通道应留有一定的裕度）。各种
11、传感器、阀门及执行器的选择已在前述章节中详细说明，这里仅就各类硬件的使用作出补充说明。,（ 1）温、湿度传感器：为准确地了解新风机组工作状况，温度传感器的测温精度应0.5，湿度传感器测量相对湿度的精度应5%。、湿度的信号可以是420mA电流信号或010V电压信号，具体应依据控制器AI输入通道的信号要求选择。 （2）风阀及执行器：由于新风阀不用来调节风量，仅在冬季停机时为防止盘管冻结关闭用，因此可选择通断式风阀及执行器；为了解风阀实际的状态，此时还可以将风阀执行器中的全开限位开关和全关限位开关通过2个DI输入通道接入控制器。,3)水阀及执行器：水阀应为连续可调的电动调节阀，以控制盘管水流量.图a
12、是使用直通调节阀调节进入盘管的水量（供水温度不变）；图b是改变流入盘管的水流量，而保持进水水温不变；图c是通过调节与回水混合的比例改变进水水温，由于出口装有水泵，则能保持流入盘管水流量恒定，这种方法调节性能好，但每台盘管要增加一台水泵，投资较大，一般用于需要精确控制的场合。,4、加湿阀：根据加湿器选择适当的加湿阀，有调节型和通断型两种。5压差开关：压差开关可监视新风过滤器两侧压差和风机运行状态。当过滤器阻力增大到设定值时或风机正常运转时，压差开关吸合，从而产生“通”的开关信号。过滤器压差开关要根据机组中所采用的过滤器类型来选用。根据国家标准对各类过滤器初阻力的规定，可以确定各类过滤器的终阻力（
13、一般为初阻力的两倍），见表，根据表选择合适量程的压差开关。,6风机故障报警是通过风机压差开关与风机运行状态两个反馈信号共同完成的，即当两者的反馈信号不一致时则由控制器发出报警信号。7低温防冻报警：冬季水盘管冻裂有三种情况：1、热水循环泵停，热水不流动，继续开风机，使盘管冻结；2、热源停止（如使用蒸汽-水换热器产生热水，蒸汽停供）水温降低，继续开风机使盘管冻结；3、无热水供应，新风机停止，但新风阀未关闭，使盘管冻结。,对于第一、二两种情况，可在紧靠加热盘管的下风向一侧安装低温防冻开关，并设定当检测送风温度低于5时，全开热水阀，停止风机，关闭风阀，同时发出报警信号； 而对于第三种情况，则不能通过温
14、度来判断，只能设定为关风机时必须关风阀。,8风机运行状态：信号采自风机配电箱中控制风机电机启停的交流接触器的辅助触点（开关逻辑与主触点相同）。三、新风系统的控制算法1送风参数的控制上面控制方案中提到通过水阀、加湿阀来控制送风温、湿度参数。系统实际上可以分为两个控制过程，即送风的温度控制和送风的湿度控制。对于这两个参数的控制可以采用两套控制器（即温度控制器和湿度控制器）分别进行控制。,2、送风温度的控制： 是依据安装在送风道上的温度传感器信号，并通过一定的控制算法来控制加热器水阀或表冷器水阀的动作。可采用PI控制算法。3、送风湿度的控制： 是依据送风湿度与设定值的偏差，来控制加湿阀的动作，夏季一
15、般不进行湿度控制。可以采用式PI的调节算法，但要特别注意的是湿度控制与温度控制所采用的控制参数是不同的。,4工况切换控制若系统设有温度控制和湿度控制两套控制器，可以在恒温控制器上安装供冷/供热运行模式的转换开关，手动进行季节切换。这里讲述的是依据室外新风温度进行自动切换。,通风换气,风机控制方案,三、风机盘管系统的控制,风机盘管系统是空气水空调系统的一种形式，通常与新风系统联合使用构成所谓的风机盘管加新风系统，是目前应用广泛的一种空调方式。1T为电源开关，2T为温控开关，三速开关（4T） ，供热/冷的转换开关3T,一、 风机盘管有以下监控功能： 1、风机变速和启停控制： 风机盘管配用的电机采用
16、中间抽头方式，通过接线可实现对风机高中低三挡转速控制。风机盘管的启停控制和风量调节通常内使用者通过手动三速开关就地控制。 2、室温控制： 室温控制是一个完全负反馈系统，由空温控制器和电动水阀组成。通过调节冷热水量改变盘管的供冷或供热量，控制室内温度。,五、 水泵的变频控制,水泵的流量、扬程、轴功率和转速的关系为：,七、冷冻水系统的控制,定流量一级泵冷冻水系统的控制定流量二级泵冷冻水系统的控制,七、冷冻水系统的控制,变流量一级泵冷冻水系统的控制变流量二级泵冷冻水系统的控制,八、供暖系统调节与控制,（1）量调节建筑物的耗热量变化引起室内温度波动，保持系统的供水温度不变，自动调节系统循环水量的大小。
17、优点是循环水量减小时，不仅节省加热源的能耗，而且还节省循环水泵的输送能耗。其缺点是供暖系统的流量减少，容易导致系统的竖向水力失调，因此，量调节宜用于单管系统。,八、供暖系统调节与控制,（1） 水-水换热站的监测与控制 测量高温热水侧的流量F3 ，供回水压力p3、p4 ，调整电动阀门V1改变高温水进入换热器的流量 即可改变换热量 。高温水网侧的主要问题是水力失调，解决这种问题的方法就是采用全网的集中控制。当压差传感器安装在总供回水干管之间时，水泵都要提供固定的扬程,九、 制冷压缩机控制,液态制冷剂从冷凝器l出来经过滤器2、电磁阀3流入热力膨胀阀4被节流降压为低压液体而进入蒸发器5，吸收管外空气的
18、热量而蒸发成低压蒸气，同时使空气得到冷却。然后低压蒸气被吸入压缩机6并被压缩成高压蒸气，经分油器7后进入冷凝器，放热后冷凝成高压液体，从而完成一个循环。,对制冷压缩机的控制方法有三种： 控制制冷压缩机的启、停；控制蒸发器的蒸发面积；控制压缩机的工作缸数。 1、制冷压缩机的启、停控制适合于小容量压缩机，使用位式调节器控制，这种方法简单，但控制精度不高。 2、 控制蒸发器的蒸发面积：（a）利用两位或三位调节器，通过高、低压压力继电器8，实现高低压保护，当高压过高或过低时，立即动作，切断压缩机电源；（b）通过水流继电器9实现断水保护；通过油压差继电器10实现油压保护，当油泵ll出口压力与曲轴箱油压之
19、差减小到某一给定值时，使压缩机停止工作。此外，还有冷冻水低温保护等。,九、压缩式制冷系统控制,制冷系统的监控目标为：1、保证冷水机组蒸发器通过一定水量，冷水机组正常安全运行。2、在节能运行前提下，向空调末端装置提供足够水量，满足用户使用要求。3、在满足使用要求的前提下，适当提高冷冻水供水温度，从而提高冷水机组性能系数COP （Coefficient of Performance），实现系统的经济运行。,制冷系统具有以下监控功能： (1)启停控制和运行状态显示； (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)水流量测量和冷量记录； 6)冷冻水旁通
20、阀压差控制 7)台数控制。,1、制冷系统启停顺序。 保证制冷系统安全运行，只有当润滑系统启动，冷却水、冷冻水流动后，压缩机才能启动。 制冷系统启动顺序为：冷却塔风机一冷却水阀门一冷却水泵一冷冻水阀门一冷冻水泵-冷水机组。停止顺序则相反。2、运行台数控制。 使设备容量与负荷相匹配，节省运行能耗，通过供水管网分水缸和集水缸上设置的温度传感器检测冷冻水供回水温度，通过回水总管的流量传感器检测冷冻水流量，计算出实际的空调冷负荷，然后根据实际冷负荷的大小控制冷水组运行台数及各台机组的运行工况。,3、压差旁通控制 保证冷水机组蒸发器有稳定的水流量通过，在供回水干管间设置压差传感器测出的压差值与设定值比较控
21、制旁通电动调节阀的开度，从而保持蒸发器水流量稳定。 4、制冷系统能量调节与控制包括： 在保证空调末端装置冷量和室内温湿度控制的前提下，尽可能提高冷冻水供水温度，以提高冷水机组COP；根据空调系统冷负荷的大小，控制冷水机组运行台数；尽可能降低冷却水水温，以提高冷水机组的COP。,一、露点送风（舒适性）空调系统控制,本节讨论的是新回风混合的定风量空调系统的控制调节，主要讲述夏季采用露点送风的空调系统；与上一节的新风系统控制相比，带回风的空调系统的控制有如下不同点： (1) 控制调节对象是房间内的温度、湿度，而不是送风参数； (2) 被控房间温湿度要求全年处于舒适区范围内，在夏季也要考虑湿度控制；
22、(3) 要控制新回风混合的比例，尽量利用新风进行调节，实现系统节能运行。,露点送风空调系统是指将空气冷却处理到接近饱和的状态点（机器露点），不经再加热而直接送入室内的空调系统，这种系统只能保证室内的温度在一定范围，而难于同时保证室内的相对湿度，因此仅用于对温湿度要求不高的舒适性空调系统，而对于室内温湿度有严格要求的场所，则不能采用。1系统的控制方案下图即为露点送风空调系统，与上一节的新风系统相比，由于有回风回到空调机组，系统控制更加复杂 。,其主要的控制目标为： 保证空调房间的温度、湿度全年处于舒适区范围内；保证空调房间的空气品质（满足人员健康要求及房间的新风需求）；实现系统节能运行。 依据上
23、述的控制调节目标，确定系统的控制方案如下： (1) 监测功能 检查风机电机的工作状态，确定是处于“开”还是“关”； 测量新风温湿度，以了解室外气候状况，进行室外温度补偿； 测量送风温湿度参数，以了解机组处理空气的终（送风）状态； 测量过滤器两侧压差，以及时检测过滤器是否需要清洗或更换； 检测手/自动转换状态。,(2) 控制功能 启/停风机； 依据温湿度偏差，调节预热器、表冷器、加热器水阀开度； 调节加湿阀，控制加湿量； 室外温度补偿控制； 季节自动切换。(3) 防冻保护功能 冬季运行时，检测预热器盘管出口空气温度，当温度过低时，能自动停止风机，关闭新风及排风阀门，同时发出声光报警。当故障排除后
24、，重新启动风机，打开新风和排风阀，恢复机组的正常工作。,(4) 设备启/停联锁 为保护机组，各设备启动顺序为：开水阀开送风机开回风机开风阀；各设备停止顺序为：关回风机关送风机关风阀开水阀（开度100，有利于盘管内存水与水系统间的对流）。各设备启停的时间间隔以设备平稳运行或关闭完全为准。(5) 节能运行 控制新回风比例，充分利用新风调节室内温湿度，使系统节能运行； 节假日设定或按时间表控制。,2系统的监控点表与硬件配置 (1) 监控点表：,(2) 硬件配置根据上表选择的传感器、阀门及执行器等硬件如下：a、温湿度传感器：与新风系统相比，需要增加被控房间或被控区域内温湿度传感器。如果被控房间较大，或
25、是由几个房间构成一个区域作为调控对象，则可安装几组温湿度测点，以这些测点温湿度的平均值或其中重要位置的温湿度作为控制调节参照值。回风的温、湿度参数是供确定空气处理方案时参考的。不宜直接用回风参数作为被控房间的空气参数（除非系统直接从室内引回风至机组）。其它温湿度测点位置可按图所示就近安装在机组内。,b、调节风阀及角执行器： 为了调节新回风比，对新风、排风、混风三个风阀都要进行单独的连续调节，因此要选择调节式风阀及风阀执行器（角执行器）。c、水阀及执行器： 水阀应为连续可调的电动调节阀，一般采用图b的安装形式。d、加湿阀：根据加湿器选择适当的加湿阀。e、压差开关：压差开关监视过滤器两侧压差和风机
26、运行状态。f、低温防冻报警：在紧靠预热盘管的下风向一侧（即图中所示位置）安装低温防冻开关，并设定当检测风温度低于5时，停止风机，关闭风阀,同时发出报警信号。,g、风机运行状态：同新风系统。h、风速开关：在风机出口风道上安装风速开关，可以确认风机是否工作正常。当风机电机由于某种故障停止、而风机开启的反馈信号仍指示风机开通时，如果风速开关指示出风速过低，则可以判断风机出现故障。i、压差传感器：压差传感器可直接测出压差，并输出连续信号（AI），可用于测量风量，但价格昂贵。j、CO/CO2/VOC传感器：监测室内一氧化碳、二氧化碳及挥发性有机化合物浓度，为新风量控制提供依据。一氧化碳和二氧化碳含量传感
27、器，应谨慎采用。一氧化碳传感器应用于地下车库的排风系统，用于驱动通风机动作。,3系统的控制策略与算法(1) 室内温、湿度设定值的确定 对于舒适性空调，并非要求室内空气状态恒定于一点，而是允许在较大范围内浮动，例如温度为2028，相对湿度在40%70%内，均满足舒适性要求。这样，当室外状态偏低时，室内可以相应靠近区域的下限；室外状态偏高时，室内则可以靠近区域的上限。当室外处于区域附近时，则尽可能多用新风，使室内状态随外界空气状态变化。这样既可最大限度地节能，又可提高室内空气品质和舒适程度。但若室内温湿度要求全年固定设定值，则显然要消耗更多的能量。,对于露点送风系统，在冷却去湿工况下无法同时对温度和湿度进行严格控制，因此采用的控制方案是优先对温度进行控制，适当兼顾对湿度的控制。这里以表冷器采用变水量调节（进表冷器的冷冻水温度保持不变），加湿器为干蒸汽加湿器（等温加湿）的露点送风系统为例讲述各设备的控制方法。1、温、湿度控制： 通常各设备是根据房间温湿度与设定值之间的偏差按照比例积分微分（PID）算法来控制的。首先采集房间温、湿度测量值，并与温湿度设定值进行比较判断。,其控制图：,
