章节.1空调自动化原理

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1、1,建筑设备自动化系统工程,第4章 空调系统自动化原理,第4章 空调系统自动化原理,2,第4章 空调系统自动化原理,空调系统是现代建筑的重要组成部分，是楼宇自动化系统的主要监控对象，也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。 重要性体现在: (1)通过空调及其控制系统为人们提供一个舒适的生活和工作环境是智能建筑的主要功能之一； (2)空调系统是整个建筑最主要的耗能系统之一，有数据表明，空调系统的耗能已占到建筑总耗能的60%左右，通过楼宇自动化系统的节能运行，对降低费用、提高效益是非常重要的； (3)由于空调控制系统必须进行实时调节控制，所以空调控制系统的自动化水平在整个楼宇自动化系统中要求比较高。

2、,第4章 空调系统自动化原理,3,第4章 空调系统自动化原理,课程重点涉及集中式和半集中式的中央空调系统以及局部空调机（如变制冷剂空调系统）的控制原理和控制方法以及控制系统的一般设计方法等内容 中央空调系统由三部分组成 冷源/热源系统 水系统 空调末端设备 （新风、定风量、风机盘管等）,第4章 空调系统自动化原理,4,第4章 空调系统自动化原理,4.1 空调系统的组成与分类 4.2 空调的冷源系统监控 4.3 空调冷源水系统的自动控制 4.4 空调热源系统及集中供热系统自动控制 4.5 空调末端自动化 4.6 风机盘管的控制 4.7 通风系统自动控制,第4章 空调系统自动化原理,5,4.1 空

3、调系统的基本知识,空气调节简称空调。用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的技术。 目的：创造一个合适的室内大气环境，使人在该环境中感到舒适；或者是保证室内大气环境满足生产工艺过程或科学研究、试验过程的需要。 技术手段：通风换气。 空气调节主要包括:温度调节和湿度调节。 4.1.1 空气的状态参数 4.1.2 空气参数调节,4.1.1 空气的状态参数,通常是用: 压力、温度、相对湿度、含湿量及焓 等参数来描述和度量空气状态。 这些参数称为湿空气的状态参数,第4章 空调系统自动化原理,6,1.湿度,表示空气中水蒸气含量的多少 （1）绝对湿度 （2）含湿量 （3）饱和湿度 （4）相

4、对湿度,第4章 空调系统自动化原理,7,第4章 空调系统自动化原理,8,（1）绝对湿度,单位容积湿空气中含有水蒸气的质量。单位g/m3或kg/m3。 ： 空气中水蒸汽分压力，单位是Pa； ：水的气体常数=461.52J/(kgK) ； T ： 温度，单位K； m：在空气中溶解的水的质量，单位g； V：空气的体积，单位m3。,绝对湿度只表明单位体积湿空气中含有多少水蒸气，而不能表示湿空气吸收水蒸气的能力，即不能表示湿空气的潮湿程度。,第4章 空调系统自动化原理,9,（2）含湿量,每千克干空气所含有水蒸气量 d 如果1kg湿空气中水蒸气含量为d，则其中干空气的含量则应为( 1-d )kg。,水蒸气

5、分压力,干空气分压力,B 大气压力,第4章 空调系统自动化原理,10,饱和湿度和相对湿度,（3）饱和湿度： 空气在一定的条件下只能容纳一定的水蒸气量，到最大值时的空气称为饱和空气，此时的湿度称为饱和湿度。反之，当所容纳的水蒸气含量未达到最大值时，称为未饱和空气。,（4）相对湿度： 在同温度条件下，空气中所含水蒸气分压力与饱和水蒸气分压力的比值，用表示。空气的相对湿度表示空气中水蒸气含量接近饱和时的含量。,第4章 空调系统自动化原理,11,2. 焓,单位质量的空气所含有的总热量(kcal或kJ)，对含湿量为d克的湿空气，其焓等于1kg此干空气的焓和d克水蒸气的焓之总和，用h表示， 空气的热焓值由

6、空气的温度和含湿量所决定的。 空气的显热量 由空气的温度所决定。 空气的潜热 空气中水蒸气本身所具有的热量，仅随空气的含湿量的变化而变化，而与其温度无关。,第4章 空调系统自动化原理,12,3. 露点温度,在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。 温度降低、相对湿度增加，当温度降至适当温度时，其相对湿度达到100，空气中的水气便凝结成水,以结露的形式从空气中分离出来。 露点温度随空气湿度变化。湿度愈大，露点温度与实际温度之差就愈小。 根据空气的含湿量，便可确定露点温度。 在一些冷表面上会发生结露现象，能否产生结露，视冷表面的温度与露点温度相比较而决定，当tt1时不会结露，反之会结露。,第

7、4章 空调系统自动化原理,13,4机器露点温度,在空气调节技术中，当空气通过冷却器或喷淋室时，有一部分直接与管壁或冷冻水接触而达到饱和，产生冷凝水，但还有相当大的部分空气未直接接触冷源，虽然也经过热交换而降温，但他们的相对湿度处在9095%左右，这时的状态温度称为机器露点温度。,第4章 空调系统自动化原理,14,5. 湿球温度,指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度。 湿球上水分蒸发吸热，湿球表面的空气层温度下降，湿球温度一般总是低于同空气状态条件下的干球温度。,干球温度与湿球温度之差称为干湿球温度差，它的大小取决于空气的相对湿度，空气越干燥，即相对湿度越小，其干湿球温度差也越

8、大；相对湿度越大，干湿球温度差也越小，干、湿球温度值相等，说明空气已处于饱和状态，即相对湿度=100。,第4章 空调系统自动化原理,15,4.1.2 空气参数调节,1. 空气温度调节 2. 空气湿度调节 3. 空气其他参数调节 4. 换气控制 5. 湿空气焓湿图 6. h-d图在空调工程设计中的应用 7. 不同控制方式中空气状态变化趋势的分析 8. h-d图在空调系统控制中的应用,第4章 空调系统自动化原理,16,1. 空气温度调节,由于Q的进入，导致室温的变化，因此Q是调节量，室温ts为被调节对象。,第4章 空调系统自动化原理,17,3.1.1 空气温度调节,送风状态是通过调节AHU中的处理

9、过程而改变的。 当需要降温时 调节通过表冷器的冷水水量； 当需要升温时 调节通过加热器的热水水量； 当采用室外新风降温时 调节回风与新风的比例 由于AHU中的各个设备的时间常数都远小于房间的时间常数，因此AHU处理空气的调节特性与房间温度的调节特性有很大不同。这样就需要把这两个调节过程分开，形成串级调节程。,2. 空气湿度调节,相对湿度冬季在40%50%之间，夏季在50%60%之间，人们感觉比较舒适。 假如温度适宜，相对湿度即便在40%70%的范围内变化，人们也不会有不舒适的感觉。 生产和科研试验要求的大气环境则各有不同 如档案工作室相对湿度控制范围35%45% 印刷车间为保证印刷质量也要求相

10、对湿度在55%65%电子生产车间对相对湿度的要求在45%55%。,第4章 空调系统自动化原理,18,湿度控制有以下特点：,（1）相对湿度与温度并非相互独立的物理参数 温度升高导致相对湿度降低，反之，温度降低又导致相对湿度增加。 如果能准确地控制空气温度t 和含湿量d，也就控制了空气的相对湿度。 （2）如果房间相对湿度低于设定值，可向空气中加入水蒸气进行调节；如果相对湿度高于设定值，采用降温去湿等方法。 （3）房间空气的相对湿度调节的时间常数与温度调节的时间常数处于同一数量级，与空气处理装置的处理过程相比，都属于缓慢过程。,第4章 空调系统自动化原理,19,第4章 空调系统自动化原理,20,2.

11、 空气湿度调节,室内空气的绝对湿度的变化可以描述为：,当送风量G不变时，送风空气的绝对湿度Cs可以看作是对房间湿度的调节手段。 可以设计一个PID调节器或其他调节器，根据房间的绝对湿度与湿度设定值之差确定送风的绝对湿度Cs。只要AHU能够根据这一设定值把送风湿度迅速地处理到Cs，就可以实现室内空气的湿度控制。,V房间空气的体积；空气的密度；C空气的绝对湿度； Cs送风的绝对湿度； W人体或其他房间产湿源产生的水蒸气量。,第4章 空调系统自动化原理,21,2. 空气湿度调节,考虑房间湿度调节时的时间常数 湿度调节的时间常数Th： Th=V/G，即房间换气次数的倒数.当换气次数为5次/h，时间常数

12、为720s。这与房间空气温度调节的时间常数处于同一数量级，与AHU的处理过程相比，都属于缓慢过程，因此，与房间温度调节一样，可以通过串级调节来进行湿度控制。 根据房间的温度和湿度与温湿度设定值的偏差，确定送风的温湿度设定值；再根据送风的温湿度设定值调节空气处理装置，实现要求的送风温湿度参数，最终实现房间的温湿度环境控制。,3. 热湿联合处理的调节方式,排热排湿都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，再将冷却干燥的空气送入室内。由于采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，以16C左右的露点温度为例，考虑传热温差与介质输送温差，需要约7C的冷源温度，这就是现有空调系

13、统采用57C的冷冻水的原因。系统统一把空气温度降低，通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿，经过冷凝除湿后的空气虽然湿度（含湿量）满足要求，但温度过低，有时还需要再热，造成了能源的浪费与损失。,第4章 空调系统自动化原理,22,4. 温湿度独立控制方式,系统由处理显热系统与处理潜热系统组成，即采用温度与湿度两套独立的空调控制系统。 湿度控制：把室外的新鲜空气除湿或加湿，使其变为湿度合适的新风，通过末端的装置送到室内。 温度控制：由于不承担除湿，显热系统的冷水供水温度不再是7C，而可以提高到18C左右，从而为天然冷源的使用提供了条件，由于供水的温度高于室内空气的露点温度，不存在结露的因素。只要水温低于

14、25 就能够把屋子里的热量排走，大大地提高了冷源温度，有效的降低能源消耗。,第4章 空调系统自动化原理,23,第4章 空调系统自动化原理,24,5. 空气压力调节,除了常规的空气温度、湿度调节以外，在特殊的场合，空调系统还实现控制空气质量、空气压力等调节。 正压调节：室内和大楼内一般需维持较小的正压，这可避免外界空气进入。一般控制正压为10Pa。 送风量排风量(送风量=排风量+气体渗漏量) 负压调节,第4章 空调系统自动化原理,25,6. 换气控制,确定新风量的方法一般有： 1根据送风区域内所需换气的次数送风区域的面积，即为所需的新风量； 2根据每个人每小时所需的新风量人数。 如舒适性空调系统

15、，新风系统所需的新风量为31.4立方米/小时.人。若有回风系统，则新风量一般要维持33%左右。,第4章 空调系统自动化原理,26,4.1.3 湿空气焓湿图,焓湿图是一种既能联系空气状态参数，又能表达空气状态的各种变化过程的线算图，焓湿图以焓( )值为纵坐标，以含湿量( )为横坐标，因此称湿空气的焓湿图，简称 图。包括了5种线群：等焓线( )、温度线( )、等相对湿度线( )、水蒸气分压力线( )和热湿比线（）。 焓湿图以下两个方面的作用： 确定湿空气的状态参数； 表示湿空气的状态变化过程。,第4章 空调系统自动化原理,27,4.1.3 湿空气焓湿图,1. 等焓线(h) 等焓(h)线是一组与纵轴

16、夹角为135的平行线，在纵坐标“0”点以上，h0；在“0”点以下，h0。 2. 等含湿量线(d) 等含湿量线是一组与纵轴平行且垂直于横轴的平行线。 3. 等温线(t) 空气的温度t与焓值h成线性关系，因此，在h-d图上等温线为接近相互平行的直线。 4. 水蒸气分压力线(pq) 当大气压力P为定值时，水蒸气分压力pq仅取决于含湿量d。在横坐标含湿量线上方标出水蒸气分压力值和该值相对应的且平行纵轴的一组平行线，即为水蒸气分压力线。,第4章 空调系统自动化原理,28,4.1.3 湿空气焓湿图,5. 等相对湿度线 在h-d图上，等相对湿度线为一组曲线，相对湿度值自左向右逐渐增大，=100%的相对湿度线称为饱和曲线，该线的各点均表示饱和空气所对应的状态点。 等湿线与饱和湿度线的交点即为空气状态的露点 等焓线与饱和湿度线的交点则为空气的湿球温度点。 h-d图上的饱和曲线将图划成两个区域，其上部为空气未饱和区，其下部为空气的过饱和区。 处于过饱和区内空气中的水蒸气