PDF《自动控制 设计 和节 能思 路探 讨》

研 究与探 讨 中央空调系统 的 自动控制设计和节能思路探讨 翁史俊 宁波市建工集 团建秦 建筑智能工程有 限公 司【摘要 】本文就建筑中央空调系统自动化控制设计 原理 、 方法和系统功能特点做 了较为详尽的分析和介绍, 提 出了空调 自控系统节能设计 的基本思路及控制策略 .

【 关键词 】空调自控节 能 设计 思路 冷热源 能量输送系统 自控节 能发展趋势 建筑 中央空调系统的 自 动化控制不但能为大 厦 用户 创造一个高效 、 便利 、 合理和安全的工作环境, 同时可最大 限度地减 少和 降低能量消耗 , 降低运 行 管理成本, 从而获得提高经济效益的 目的.本文 简 单阐述了中央空调系统自动化控制和节能设计的一 些基本思路和方法,谨以供 业内人士借 鉴参考.

1 中央空调 自控 系统的基本构成及中央控制 系统配 置原则 目前, 国内建筑 空调 自 动化控制系统基本上都 采用集散控制模式和模块化结构 , 一般 由中央控制 器(主控制 器和工作站 ) 、现场控制器和末端设备 等装置所构 成.中央控 制器设在大 厦监 控操作 中心, 集 中统一对 空调系统进行管理 . 中心一 般由计 算机及打印机组成, 它既能对主要设备及系统的运 行状态和参数进行监测 、显示、记录和远程设定、 启停远程控制, 又能通过系统下面连接着的直接数 字控制器来控制现场设备、 接收空调设备上 的各种 传感器和检测器发 出的数据 , 按控制器 内部预先设 置的参数和控制程序进行响应运算 . 中央控制站 系 统设计 思路一般 为: L 中央站计算机可使用 I n t e

1 8

0 3

8 6 及 以上 处 理器的个人 电脑 , 有条件建议采用奔腾I I 微 处理机 的或相同类 型及以上机型,3

2 M内存,2

5 G 硬盘,

1 0

4 增强型键盘 ,l

5 英寸高 分辩 率显示器 ,两个串 行口,一个并行口,一台彩色打印机 .

2 操作站可使用通 常的 M i c r o s o f t W i n d o w s

1 8 软件或与之兼容 的程序为基础平 台, 采用 实时图形 监控操作 软件 , 可图形化 显示或打印各种信息 来观 察当前或 前所监控 的各种空调设备运行状态及数 据,并采 用标准 的TCP/IP协议 ,具有开放性数据 库, 能满足集 中监控的需要并 同时与系统规模相适 应.3.系统构成必须 能保证建筑空调 自控系统的正 常安 全使用 ,能 处理异常事 故并提供各种报 警信 号 ,灵活便于使用和维护方便.

4 . 配 置宜尽量减少故障波及面 , 实现 " 危险分 散",当中央操作 站发生 问题 时, 控制器不受影响, 能继 续进行运行 ,完成原有 的全部控制功能 .

5 . 追 求最大 限度地减少初期投资和易于实现 系 统未来扩 展为 目标. 2中央空调 系统 自动化控制设计的构造特点和节 能 技术要求 空调系统的 自动控制设计可 以从 下4 个方面 考虑: L冷熟源及水管路系统的调节控制和设备的启 停控制 :

2 . 系统设备机组、管路基本参数的测量 ;

3 .基本 的能量调节控制:

4 节能控制 , 节省电能永远是空调 自控设计 的一个课题.目前大 厦 中央空调系统 基本上 由冷热源 ( 主机)、能量输送、新风机组 、 风机盘管等设备 、 阀门维普资讯 http://www.cqvip.com 及相应的管路组成, 自控设计时应分别予以考虑 . 一 般而言 , 集 中空调控制系统管理 的机 电设备 所耗能源约 占大厦耗能的5

0 ~

6 0 % , 而其设备所耗 能量又主要用在冷熟源及输送系统上 , 因而 ,空调 冷热源 和输送部分 是空调 自 控节 能设计 的关键 .

2 .

1 空调冷热 源系统 空调冷热源系统一般以冷冻机、熟泵、热水机 组为主.并配 以多种水泵、冷却塔 、 熟 交换机 、膨 胀水箱、阀门等 . 冷热源系统既是暖通空调系统的 心脏 , 也是耗能大户,因此也是系统监控的重点和 要点.冷热源主机 系统 ( 冷冻机、 熟泵、 热 水机 组) 生 产厂家大多数均 自带有 以微处理器 为核心的单元控 制器, 该单元控 制能提供有关蒸 发器及冷凝器 的进 出口温度和 水流 开关压 缩机的进出气压力和温度, 并可根据冷冻机 出E l 设定值调整压缩机入 口阀门、 设定冷冻机出 口温度和启停机等. 但 由于 目前在控 制领域还投有统一的标准通讯协议, 不同品牌的产 品不能通讯 . 因此设计 中一般另外须考虑安装水管 温度传感器、 流量传感器等用 以监视主机 的工作状 况.在空调系统中, 主机设备需要 与其他设备连锁 运行 , 或是根据逻辑关系进行运行, 故需要 自带C P U 的设备能 同时参 与到整个系统 中, 受到 自控系统 的 控制 ,从而 获得最佳运行节 能效 果. 故此 .在制冷 机房 的控制器应 能控制主机 ( 冷、熟)的启停 ,监 测机组 的运 行状 态、 故障状 态及供回水温度和 流量 值,并能通过系统主机计算 出大厦的实际冷负荷 , 由此决 定冷水机组 开启的台数 , 达到节 能的 目的,就 目前而言, 空调冷水机组节能逻辑控制流程 可采用 以下两种方式:

1 . 按冷冻水回水温度 控制 台数 ,见图l;

2.利用主机运行信号和故障报警信号构成 反馈 检 测冷 冻水 回水温度 温度> = T d

2 研究与探 讨 控制 , 自动停止水泵和冷却塔风机 的运行 , 见图2 . 图l、图2 节能控制 的构想是:在过渡季节,日 温度变化较大时 , 冷负荷变化也较大,因此主机和 水泵 的台数控制有着 明显的节能意义 . 用冷冻水回 水温度控制台数和冷冻水供回总管的压差 自动调节 控 制主机 的台数方法 相比较 ,前者 有更直接 的效 果.在 以往的设计中,只注意控制主机的台数, 而 主机停止运行后, 水泵和冷却塔风机却仍然在作无 意义的运行.在冷水机组 带负荷 的运行过程中 , 由 本机控制按冷冻水 出水温度 ( 一般可设定在7 .

2 ℃) 调节 负荷, 当冷冻水温度达到设定值后 , 主机会有 一个间歇停机时 间, 如果冷负荷 较小 , 其 中一 台主 机无 须再起动运行 , 这时可利用主机停机信号 向停 机切换 的电脉冲起动延 时器发 出指令 , 经 过一定 时 间的延迟 , 停止相应水泵和冷却塔风机的运行 , 同 时关闭相应的电动碟阀. 这一控制节省 了电能 , 而 且当有一台主机发生故障停机 时, 水泵和冷却塔风 机亦停止运行 . 如 果故障类型 为超低温停机 . 为了 保护蒸发器 .水泵将继续运转作保护性运行 . 此外 , 因冷冻机全负荷运行时能耗约 占全部设 备的6

0 % ,所以设计控制 改进冷冻机 的运行性能也 对节 能影响较大 , 根据国外最新资料显示, 常规冷 冻机 的热动 力学模型 可近似表述为:

1 / c o p = 一l+Tc/Te+Tc( S T / Q e 其中,c o p = Q e / w ,而re(ST/Qe表示 非等熵过 程熵 的改变 , 冷冻机效率直接由 ( s T决定,嵌入 式 导向叶片运行有 二种状态 : ①冷冻 负荷大 , 叶片张 开大, ( S T 、m 较小,损 失小 .②致冷容量减小到低 值时 ,叶片张开小, ( S T ,t 较大 ,能量损失大 .冷 冻机启停运行设计控制策略是 主冷冻机运行到额 定功率的

9 0 %时启动辅冷冻机 ,当负荷下降到

8 0 % 以下时关 闭辅机, 现场 由供水盘管水温与设定温度 开1台冷水机组 温度1 I 温度――]!皇查皇