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1、 饭店空调系统的直接数字控制技术与实例 0 前言随着我国经济建设的发展，国内饭店建筑的空调系统更趋庞大和复杂，目前某些星级饭店空调系统能耗已占建筑总能耗的 50以上。为了对空调设备的运行进行有效的控制和管理，充分利用节能技术，实现空调系统的节能运行，空调系统必须设置相应的自动控制系统。据调查，在同类型饭店建筑中采用自动控制的空调系统运行费用可下降 1020左右。在楼宇自动控制管理系统(BAS)中，空调系统的控制只是其中的一部分。目前空调自控系统已引入微机控制，一般采用直接数字控制(DDC)技术。1 DDC 控制技术DDC 是英文 Direct Digital Control(直接数字控制)的缩
2、写。DDC 系统的最大特点是，从参数收集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。它采用数字控制器代替常规的仪表控制器，并且一个数字控制器可同时完成多个常规仪表控制器的功能，可以有多个不同对象的控制环路。DDC 系统代表高层民用建筑空调控制系统的发展方向，它适用于临近参数点多、控制功能复杂、使用和管理要求高的建筑。DDC 控制器(现场控制器)是整个控制系统的核心部分，是完成控制功能的关键。其构成如图 1 所示。DDC 控制器实际上是一个具有输入、输出、通讯功能的微型计算机控制器。空调系统的各种信号(如温湿度参数及设备工作状态等)通过输入装置后，变成了计算机可接受的数字信号(A/D 转换)
3、。在微处理器中按事先编好的程序运算，而后将运算结果以数字方式输出。通过 D/A 转换及输出装置后去控制各种设备或元器件。DDC 控制器的控制点通常有以下几种组合： DI数字量(开关量)输入，如风机、水泵等设备运行状态及压差开关状态等。DO数字量输出，如控制设备开和停的信号、双位阀的控制信号等。AI模拟量输入，如温度、湿度、压力、流量等信号。AO模拟量输出，如风阀、电机变速等控制信号。控制点多少是评价一个 DDC 控制器的重要指标，控制点越多，表明其控制功能越强，可控制和管理的范围越大。DDC 控制器的点数和台数选择是一个很重要问题，它直接与经济性、管理的可靠方便有关。各种型号的 DDC 控制器
4、都有一定规格，其各种点数是按一定比例搭配的。在实际工程中应根据被控对象的要求去选择 DDC 控制器的点数。 2 系统的网络结构BAS 控制系统主要采用总线集散型网络控制系统。集散型控制系统的基本思路是分散控制、集中操作、分级管理。分散是指工艺设备地理位置分散，被控设备相应分散。集散型控制系统一般分为三级。第一级为现场控制级，它承担分散控制任务，并与过程及操作站联系。第二级为监控级，包括信息的集中管理。第三级为企业管理级，它把建筑物自动控制系统与企业管理信息系统有机结合起来，其结构如图 2 所示。由图 2 可知，它将复杂的对象分解为若干子对象，由现场控制级(器)进行局部控制。中央站实施最优控制策
5、略，对整个工作过程进行集中监视、操作、管理。通过现场控制器对工作过程各部分进行分散控制，使系统整体运行最佳。应当指出，并不是所有控制系统都具有三层功能，大多数中小规模系统只有一二层，只有大规模系统才有第三层。 3 DDC 系统典型控制实例3.1 压缩式制冷系统3.1.1 制冷系统的监控目标(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COP，实现系统的经济运行。3.1.2 制冷系统的监控功能制冷系统具有以下监控功能：(1)启停控制和运行状态
6、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)水流量测量和冷量纪录；(6)冷冻水旁通阀压差控制； (7)台数控制。图 3 是制冷系统 DDC 控制原理图。3.1.3 制冷系统监控功能描述(1)制冷系统启停程序为了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，压缩机才能最后启动。 制冷系统启动顺序为：冷却塔风机冷却水阀门冷却水泵冷冻水阀门冷冻水泵冷水机组。停止顺序则相反。(2)运行台数控制为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(T1、T2)检测冷冻水供回水温度(AI 信号)，通过回
7、水总管的流量传感器 F 检测冷冻水流量，再送入 DDC 后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)压差旁通控制为了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。测出的压差值由 1 路 AI 信号送入 DDC，与设定值比较。当实际的压差大于设定值时，DDC 送出 1 路 AO 控制信号，旁通电动调节阀开度加大，旁通流量增加，从而保持蒸发器水流量稳定。当实际的压差值小于设定值时，旁通阀动作相反。3.1.4 制冷系统能量调节与控制(1)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
8、 COP。(2)根据空调系统冷负荷的大小，控制冷水机组运行台数。(3)尽可能降低冷却水水温，以提高冷水机组的 COP。3.2 新风空调机组3.2.1 新风机组的监控功能新风机组有以下监控功能：(1)风机运行控制及运行状态显示；(2)室外新风及送风温湿度测量及显示；(3)过滤器状态显示及报警；(4)冷热水流量调节；(5)加湿控制；(6)风机、风阀和水阀的连锁控制；(7)寒冷地区换热器防冻报警及控制。 图 4 是新风机组的控制原理图。3.2.2 新风机组监控功能描述(1)连锁控制新风机组启动控制顺序为：启动新风风机开启新风机组风阀开启水系统电动调节阀开启加湿器。停机控制顺序为：关闭新风风机关闭加湿
9、器关闭水系统电动调节阀。(2)冬夏季自控系统工况转换(3)送风温湿度监测及控制在风机出口处设温湿度传感器(T、H)接至 DDC 的 2 路 AI 输入通道，分别对空气温度和相对湿度进行检测。在夏季，当送风温度高于设定值，应开大冷水阀；低于设定值时则关小冷水阀。在冬季，当送风温度低于设定值，应开大热水阀；高于设定值则关小热水阀。(4)加湿控制在民用建筑中一般采用高压喷雾、超声波加湿和电加湿，这三种加湿方式属位式加湿方式。其控制器采用位式控制加湿器的启停。送风的相对湿度低于设定值时，开启加湿器； 送风相对湿度高于设定值时，则关闭加湿器。(5)过滤器状态显示和报警风机启动后用微压差开关即可监测过滤器
10、两侧压差。过滤器前后压差增大，超过设定值，微压差开关吸合，从而产生“通”的开关信号。通过 1 路 DI 输入通道接入DDC。这种压差开关的造价大大低于直接测出微压差的微压差传感器，而且可靠耐用。(6)防冻保护控制在寒冷地区为防止换热盘管冻结，在换热盘管下方安装防霜冻保护器 FT。当风机处于停止状态，通过 DDC 把热水阀稍稍打开，保证盘管出口处温度不低于 5，防止盘管冻结。3.2.3 最小新风量控制民用建筑空调房间的最小新风量通常是按室内的人数确定的。在实际使用过程中人员是经常变动的，如娱乐场所、餐厅、会议室等。室内人数减少时，在冬、夏季可以减少新风量的供应，以节约空调运行能耗。室内空气品质可
11、以以室内空气中 CO2 浓度作为标志。如图 5 所示，在各房间均设有 CO2 浓度控制器，根据室内 CO2 浓度的变化控制新风去管上电动阀开度。如果风机采用变速控制，则不但可以减少新风的冷、热负荷，而且可以降低风机的 运行能耗。根据室内 CO2 浓度进行最小新风量控制，不但可以用于新风机组，也可用于组合式空调机组控制新回风的比例。3.3 风机盘管的监控3.3.1 风机盘管的监控功能风机盘管有以下监控功能：(1)室内温度的测量及控制；(2)冷热水阀开关控制；(3)风机变速和启停控制。图 6 是风机盘管控制原理示意图。3.3.2 风机盘管系统监控功能描述(1)风机变速和启停控制目前风机盘管配用的电
12、机均采用中间抽头方式，通过接线可实现对风机高中低三档转速控制。风机盘管的启停控制和风量调节通常由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温控系统，它由室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。风机盘管温控器有位式控制和比例控制两种。前者设备简单、投资少、控制方便可靠，缺点是控制精度不高。后者控制精度较高，它要求温控器必须具有比例式(P)或比例积分式(PI)调节功能。电动阀采用调节式不是双位式，因此投资相对较大。目前大多数工程采用位式控制方式，只有少数要求高的用户或风机盘管型号较大时，才考虑比例控制。在饭店建筑中为节省能源，通常设有节能钥匙系统，风机盘管与钥匙开关连锁。风机盘管大多冬夏共用。因此在温控器上有冬夏转换的设置。冬夏转换有手动和自动两种方式，应根据系统形式和使用要求决定。 4 结论楼宇自动化系统(BAS)由建筑设备自动化、消防报警和安全防范系统三大部分组成。随着楼宇自动化的发展，过去原始的继电器等元件控制方式由微机控制所取代。由于空调系统的复杂性，从某种意义说，楼宇自动化程度的高低主要取决于对空调整个系统的控制。采用 DDC 系统对饭店空调设备进行控制管理，可以有效改善系统的运行品质，节省运行能耗，提高管理水平，并减少运行管理劳动强度。本文摘自
