高层建筑中央空调电气自动化的调控技术研究

摘要：空气调节在国民经济的许多工业部门得到极为广泛的应用，随着科学技术的发展，空调技术也得到了不断改进和提高。空调系统是由若干空气处理设备组成的，这些设备的工作能力是按负荷计算确定的。在实际运行中，负荷的变化就会引起被控变量的变化，为了自动将被控变量保持在一定范围内，必须采用自动化系统。本文主要探讨高层建筑中央空调电气自动化的调控技术。

关键词：高层建筑；中央空调；电气自动化；调控

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

0引言

空气调节(简称空调)是使室内的空气温度、相对湿度、空气流动速度和洁净度等参数保持在一定范围内，以满足生产工艺和生活条件要求的技术。空调自动控制的任务是当被控变量偏离设定值时，依据偏差自动地控制设备的实际输出量，使被控变量保持在一定范围内，以满足空调的要求。空气调节自动化是现代自动控制的一部分，只有实现空调自动化，才能更好地满足生产和生活的需要，更好地节省能源，因此，根据各种气候条件，工艺要求和空气处理过程，采用不同的空调方案与自动控制系统就具有重要的意义。在设计空调自动控制系统时，必须认真研究空调处理过程的特性、规律及要求，配置相应的自动化装置，使自动控制系统经济实用，运行可靠和操作简便[1]。

1中央空调系统概述

中央空调系统主要采用集中式和半集中式系统。按照所处理空气的来源，集中式空调系统可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统。(1)封闭式系统。新风量为零，全部使用回风，其冷、热消耗量最省，但空气质量差。(2)直流式系统。回风量为零，全部采用新风，其冷、热消耗量大，但空气质量好。(3)混合式系统。由于封闭式系统和直流式系统的上述特点，两者都只在特定情况下使用。对于绝大多数场合，采用适当比例的新风和回风相混合，这种混合系统既能满足空气质量要求，经济上又比较合理，因此是应用最广的一类集中式空调系统。

VRV系统向传统的中央空调器系统提出了挑战，VRV系统用制冷剂作为热传递介质，加上采用先进的变频技术，以其模块式的结构形式灵活组合，在100～1000m2的房屋空间具有极大的生命力。VRV空调系统是由一台变频压缩机和多台室内机相连的制冷剂式制冷系统，由于各室内机的运行模式、风速、房间大小等均有所不同，对空调进行控制，使其达到最优运行，存在很大的难度，只有采用智能控制才能达到目的[2]。

2高层建筑中央空调系统制冷系统的运行与控制

2.1冷水机组的连锁控制

为了保证冷水机组的安全，冷水机组的起、停必须与辅助系统的起、停实行连锁控制。起动顺序控制：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组。可以通过设备之间的电气连锁，对冷水机组的非正常起动进行保护。此外，冷水机组本身也具有自锁保护功能，比较常见的是冷水机组通过自身配备的水流开关监测冷却水回路和冷冻水回路的水流状态，只有当冷却水流量和冷冻水水流状态满足要求时，才会解除自锁，允许冷水机组起动。停机顺序控制：冷水机组_冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机。为了保证系统的正常运行和设备安全，在编制控制程序时，要严格按照起、停顺序的工艺要求设计起、停控制程序[3]。

2.2设备相互备用切换与均衡运行控制

冷冻水系统的各种设备基本上都是多台(套)配备，同类之间互为备用。如果正在运行的设备发生故障需要停机，或由于其他原因而退出正常的工作状态时，其他同类设备应能替生故障的设备投入运行，使整个系统的正常工作不受影响。发生故障的设备修复或更换后恢复正常，可重新进入系统并使系统恢复最初的工作状态。为了延长各设备的使用寿命，并使设备和系统处在高效率的工作状态，通常要求同类设备均衡运行。因此，每次启动系统时，都应优先起动累计运行小时数最少的设备，并在合适的时候进行设备切换，尽可能保持设备的均衡运行。因此，控制系统应具有自动统计设备运行时间和均衡运行调度功能[4]。

2.3差压旁路调节控制

在二管制的空调系统中，空调末端设备采用两通调节阀的空调水系统，在两通阀的调节进程中，系统末端负荷侧的水量常发生变化，这些变化势必引起冷冻水流量的改变。而对于冷水机组来说，是不宜进行变水量运行的。大多数冷水机组内部都设有自动保护元件，当水量过小时(通过测量机组进、出水流量判断)自动停止运行，保护冷水机组。通过在冷冻水供、回水总管之间设置旁路，并根据末端流量的变化来调节旁通流量以抵消末端流量的改变对冷水机组一侧冷冻水流量的影响。旁路通常由旁通电动两通阀及压差控制器组成。通过测量冷冻水供水、回水之间压力差来控制冷冻水供水、回水之间旁通电动两通阀的开度，使冷冻水供、回水之间的压力差维持恒定，也就达到了使冷水机组一侧工作在恒水流状态的目的[5]。由于旁路控制用于差压恒定，所以被称为差压旁路控制。为提高控制的精度，压差传感器的两端接管应尽可能靠近旁通阀，并安装在水系统中压力较稳定的位置。如果建筑没有配备楼宇自动化系统时，空调水系统差压旁路调节可通过传统的单回路调节系统实现。

2.4两级冷冻水泵协调控制

在冷冻水回路采用一级循环泵的系统中，为了协调空调冷冻水回路冷水机组一侧要求恒流量与末端一侧变流量之间的矛盾，差压旁路调节控制是最常用的方案，但当空调系统负荷很大、设备分布分散、冷冻水管路长、空调末端设备数量特别多和管路阻力大的情况下，冷冻水回路必须采用二级泵才能满足空调末端对冷冻水的压力要求。由于冷冻水回路是二级水泵串联运行的，简单的差压旁路无法适应系统及管路变化所带来的问题。

2.5膨胀水箱与补水箱监控

膨胀水箱与补水箱属于辅助设备。膨胀水箱与冷冻水管路连通。当管路中的水随温度改变，体积发生热胀冷缩的变化时，增加体积可排人膨胀水箱，减少体积可由膨胀水箱中的存水予以补充。补水箱存放经过除盐、除氧处理的冷冻用水，当需要时通过补水泵向管路补水。通过水箱的高低液位开关对水箱水位进行监视，水位低于下限时补充，高于上限时停止，以免溢流。

2.6冷水机组的节能群控运行

制冷系统由多台冷水机组及其辅助设备组成。一般都是按照满足最大负荷需求设计冷水机组总冷量和冷水机组台数。系统满负荷运行的时间有限，大部分时间系统不是满负荷工作，这就为系统在满足要求的情况下，选择合适的负荷实现节能运行提供了条件。冷水机组常用的节能群控有两种基本方式。一种是冷冻水回水温度控制法，一种是冷量控制法。由于冷水机组输出冷水的冻水温度是一定的，通常为7℃左右，冷冻水在空调末端负载进行能量交换后，水温上升，回水温度的高低，基本上反映了系统的冷负荷大小。在冷冻水回水温度控制法中，监控系统可以用回水温度来调节冷水机组和冷冻水泵的运行台数，以达到节能的目的。在冷量控制法中，监控系统根据冷冻水供回水温度与流量求出空调系统的实际冷负荷，根据所得结果重新计算，选择匹配的制冷机台数投入运行。同时按照工艺规定启动配套的辅助设备与系统。根据冷负荷情况自动控制冷水机组、冷冻水泵的运行台数，从而达到节能的目的。冷水机组节能的群控要与设备的均衡运行控制相协调，以达到系统运行费用与设备维护费用总体降低的目标。

3高层建筑中央空调系统的微机控制

1)空调系统采用的DDC(直接数字控制器)控制系统由一个中央处理器MPU通过总线与各个区域的DDC构成，被控参数的传感器、执行器是通过DDC与系统连接的，既进行数据采集，又进行闭环控制，在MPU的控制下操纵系统协调工作，同时可与中央计算机连接。DDC之间可以进行点对点的通信并交换数据，共用区域信息，在无中央处理器时可单独工作。DDC功能单一，组合形式多样，易于组合和扩展，同时有丰富的软件及汉语编程。DDC既识别数字信号，又识别模拟信号，在控制系统用途很广[6]。DDC采用后，空调系统的工艺设置及电气系统变化不大，只是用DDC代替了原系统的调节控制装置，往往对前述内容掌握不够或将前述内容舍去直接去读微机控制系统的图样是困难的，是不能完全掌握系统的内容和原理的，对图样的识读是不利的，就是说知识的积累必须循序渐进。2)DDC(直接数字控制器)台数、监控点数及监控位置、安装位置、电源及管线设置、系统要求、接线方式、接地方式及要求。3)识别运行信号[7]。在微机监控系统中，我们常把信号分为两种：以数值表达的量叫做模拟量，如温度、湿度、CO2浓度、电动阀门的开度、压力及差压、电压、电流等；以开关状态表达的量叫做数字量，如电动机的起停、电动机的过载信号、各种参量的限位开关信号、蝶式阀门的开或关等。同时用英文字头A表示模拟量，用D表示数字量，用IN(英语：进入)的字头I表示输入、用OUT(英语：引出)的字头O表示输出。图中按上述的规定将信号接到DDC的输入、输出端。4)多变传感器、变送器、执行器、风流检测限位开关、低水位报警开关、泵及设备电动机的起停等信号与DDC的接线方式、线缆设置等[8]。

3 结论

目前，全球正在进入网络化时代，住宅也在进入智能化，人们正在研究将家庭中所有家电产品进行联网，以作为智能化住宅的一部分。为此世界各国都在研究信息化家电，从概念的定义到标准的定义，从产品功能设定到产品研制。因此，在制冷领域，我们认为其未来的发展应走向智能化和网络化。

参考文献：

[1] 朱志梅，马德毅. 破拆空调换热器的研究及破拆机的设计[J]. 机械制造与自动化，2011(01)

[2] 刘永强.浅谈我国电气自动化的现状及发展前景[J]. 黑龙江科技信息，2011(02)

[3] 王刚，王悦. 发电厂电气自动化监控系统功能分析[J]. 知识经济，2011(09)

[4] 赵影，赵钢，黄孙伟. 应用型电气工程及其自动化学生专业设计的探讨[J]. 实验室科学，2011(05)

[5] 薛双苓，王磊. 试论电气自动化中无功补偿技术的应用[J]. 科技资讯，2011(29)

[6] 赵晓明. 试论电气自动化设备可靠性测试的有效方法[J]. 中国石油和化工标准与质量，2011(10)

[7] 蔡蔚. 试论电力系统中电气自动化技术[J]. 农家科技，2011(S1)

[8] 石慧利，袁美瓷，王春霞. 浅谈电气自动化下二次设备状态调试、检修[J]. 信息系统工程，2011(10)