暖通空调系统自动化控制原理简析

①.智能建筑目的— —舒适、高效的工作环境。
暖通空调（HVAC）,而：HVAC的耗电量占全楼总耗电量50%左右。
HVAC的监控点占全楼监控点总数50%以上。→HVAC的最优化控制→适舒性、节能性具有重要意义。
②.对于智能建筑需要精心的空调系统设计
估算冷热负荷和水力平衡计算，对手动控制可以，但对以计算机控制为特点的智能建筑已远远不能满足要求。
③. 建环专业人员应向自控工程师提供的条件为：
A.冷、热水系统流程图，暖通空调平面图。
B.空调子系统的自动控制原理图。
标明空气处理设备，执行机构，敏感元件等在各种工况下的动作要求，量程等。
C.各个空调房间的温、湿度要求，波动范围，整定值范围等。
D.工况转换的边界条件或相应的控制程序。
E.设备启/停程序，连锁保护要求。
F.各项参数的检测要求，自动保护、自动连锁，自动报警，以及显示，记录等具体要求。

制冷系统监控

空调制冷系统主要有：
压缩式制冷-制冷剂主要为氟立昂、氨←消耗电能为补偿。
吸收式制冷-以水为制冷剂、溴化锂为吸收剂←消耗热能为补偿。
冰蓄冷制冷-制冷设备在电网低负荷时工作，在用电高峰时向空调系统供冷源。
各种制冷系统-带有成套的自控装置，本身能够独立完成机组监控与能量调节的功能。
1.压缩式制冷系统的监控
1）监控的目的
①冷冻机蒸发器正常工作（通过稳定的水量）。
②供给足够的冷冻水量-满足使用要求。
③尽可能提高供水温度，实现系统的经济运行。
2）监控功能
①启停控制，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冷冻水旁通阀压差控制
⑥台数控制
⑦水流量、冷量测量

供水总管上的流量传感器FT检测冷冻水流量，送入→DDC→实际空调冷负数→控制冷水机组台数和相应循环水泵台数。
3）压差旁通控制

4）冷冻水温度再设定

5）水流监测
水流开关S（i）→监测水流状态→

如为双级泵系统

a.安装在冷冻机蒸发器回路中的循环泵P1、P2 — 提供克服蒸发器及周围管件的阻力。
b. 加压泵P3 、 P4→用于克服用户支路及相应管道阻力。
c. 用户流量=蒸发器流量时，旁通管内无流量。
d. 用户流量>冷冻机蒸发器流量，旁通管由b→a旁通，一部分流量在用户侧循环。
e. 冷冻机蒸发器流量>用户流量时，旁通管由a→b流动。
冷水机组监控系统

序号	监控功能	备注
1	冷冻水供、回水温度监测	1.水管式温度传感器，感温元件应插入水管中心线。2.保护套管应符合耐压要求
2	冷冻水供水流量监测	可选用电磁流量计
3	冷却水供、回水温度监测	1.水管式温度传感器，感温元件应插入水管中心线。2.保护套管应符合耐压要求
4	膨胀水箱水位监测	用于补水控制
5	冷负荷计量	根据冷冻水供、回水温度差和流量自动计算和计量
6	冷水机组启/停台数控制	根据实际负荷自动确定冷水机组运行的台数，并使冷水机组优化运行。
7	冷冻水供、回水压差自动调节	根据集水器和分水器的供、回水压差，自动调节冷冻水旁通调节阀，以维持供回水压力为设定值，并实现优化运行。
8	冷却水温度监测和控制	自动控制冷却塔排风机的运行，使冷却水温度低于设定值，以提高冷水机组的运行效率。
9	冷水机组保护控制	检测冷冻水、冷却水系统的流量开关状态，如果异常，则自动停止冷水机组，并报警和自动进行故障记录。
10	冷水系统顺序(sequence)控制	1. 启动顺序：开启冷却塔蝶阀→开启冷却水蝶阀→启动冷却水泵→启动冷却塔排风机→开启冷冻水蝶阀→启动冷冻水泵→冷却水和冷冻水的水流开关同时检测到水流信号后→启动冷水机组。2. 停止顺序：（基本上启动顺序相反）
11	自动统计与管理	自动统计各设备的运行累计时间，按一定的策略使各设备得到优化启/停控制，并对定期修理的设备进行提示。

热力系统的监控

锅炉房进行计算机监测与控制的目的：安全性↑，能耗↓、人员工作量↓、管理水平↑。
1）热力系统的监控功能
①蒸汽、热水出口:压力、温度、流量显示
②汽包水位显示及报警
③运行状态
④顺序启停控制
⑤设备故障信号、显示、安全保护信号显示
⑥运行台数控制
⑦热交换器控制进汽（水）量（按设定出水温度）
⑧热交换器进汽（水）阀与热水循环泵连锁控制。
2）供暖热水锅炉的监控

①锅炉热水出口压力、温度、流量监测
温度传感 TT1-TT4 — 测量锅炉出口水温
流量计 FT1-FT4 — 测量锅炉出口热水流量
压力变送器PT1-PT4 — 测量热水出口压力（AI）→DDC→显示、超限报警
②锅炉补水泵的自控
压力变送器PT5

AI→DDC
回水压力设定值→补水泵停止。
③锅炉给水泵的顺序启停及状态显示
启动顺序：循环水泵→电锅炉
停止：相反
水流开关（FS1—FS3）→循环水泵的运行状态
锅炉主电路接触器辅助触头→电锅炉运行状态
④ 汽包水位自动控制
液位计（LT1-LT4）

泡包水位→DDC
水位↑→报警→关小进水阀
水位↓→报警→开大进水阀
⑤ 故障报警
循环水泵、补水泵发生过载故障?报警
电锅炉故障?报警
锅炉水位超限?报警
⑥锅炉供水系统的节能控制
分水器.供水温度
集水器.回水温度

空调房间所需热负荷
流量
→自动启停锅炉及循环水泵的台数
⑦ 安全保护

⑧锅炉房成本核算：电能变送器→锅炉用电量
3）蒸汽—水，水—水换热站的监控
热电厂→?换热站→?小区供热
蒸汽—水换热站的监控原理图

①
④ 加热量控制
根据要求的加热量或出口水温图→进入加热器的蒸汽压力的设定值→调整阀门V1→使出口蒸汽压力PT3达到这一设定值。
⑤ 供水温度的设定
供水温度TT1的设定可由→循环水量G、要求的热量、实测回水温度TT2。
TT1变化→TT2变化（缓慢）→保证供应的热量与要求的热量设定值一致。
水—水换热站监控原理图

① 取消二次供水侧的流量计FT1→仅测量高温热水侧的流量FT3→二次供水侧的循环水量。② 测量高温水侧供回水压力PT3、PT4→高温侧水网压力分布状况?指导高温侧水网的调节。
③ 调整电动阀门V1→进入换热器的流量。
④ 高温水侧的主要问题→水力失调。
a. 各支路干管彼此相连，一个热力站的调整→邻近热力站流量。
b. 高温水侧管网总的循环水量很难与各换热站所要求的流量变化相匹配。
解决方法——采用全网的集中控制。
由管理整个高温水网的中央控制管理计算机统一指定各热力站调节阀V1的阀位。各换热站的DDC仅是接收通过通信网络送来的关于调整阀门V1的命令，并按此命令进行相应调整。

水系统监控

一、冷冻水系统的监控
1. 冷冻水系统监控功能
① 水流状态显示
② 水泵过载报警
③ 水泵启停控制及运行状态显示
压缩式制冷系统的DDC控制原理图为其控制原理图 。
2.冷冻水监控功能描述
① 水流监测
通过水流开关Si→监测水流状态
流量太小甚至断流时→报警、停止相应制冷机运行。
② 冷冻水泵启停
冷冻水泵与制冷系统设备连锁控制启停。
水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入DDC→监测冷冻水泵的运行状态。
二、冷却水系统的监控
通过冷却塔，冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水的系统。
1. 监控的主要作用
① 保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行。
② 确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过。
③ 根据冷负荷→调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求的设定温度范围。
2. 冷却水系统的监控功能
① 水流状态显示。
② 冷却水泵过载报警。
③ 冷却水泵启停控制及状态显示。
④ 冷却塔风机运行状态显示。
⑤ 进出口水温测量及控制。
⑥ 水温再设定。
⑦ 冷却塔风机启停控制。
⑧ 冷却塔风机过载报警。
冷却水系统监控原理图

3. 冷却水系统的监控功能描述（1）冷却塔风机控制①冷却塔出水管上设温度测点（TT1-TT4），进出水管上安装电动水阀（V1~V5）。
? a 确定冷却塔的工作状况。
b 调节电动水阀（V1~V4）→调整进入各冷却塔水量。
②湿式冷却塔的工作性能→取决于室外温、湿度设室外湿球温度测点TT8。
在夜间或春秋季室外气温↓?，冷却水温度低于冷冻机要求的最低温度时→启停冷却塔台数、改变冷却塔风机转速?调节冷却水温度、节约能源。
或：打开混水阀V7→一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔出来的水混合→调整进入冷凝器的水温。
③ 4路冷却塔出水管温度信号、1路湿球温度信号→实现电动水阀调节→测量阀门的阀位反馈信号。
④ DDC输出控制冷却塔风机的启停。
（2）冷却水泵控制
根据冷却机开启台数

冷却水泵台数

（3）水温监测冷凝器入口水温测点TT5→最终进入冷凝器的冷却水温。
冷凝器出口水温测点TT6、TT7— —确定冷凝器的工作状况。
冷凝器入口处两个电动阀V5、V6— —通断控制。
在冷冻机停止时关闭，以防止冷却水短路，减少正在运行的冷凝器中的冷水量。

空气处理系统检测

一、空气处理系统的监控功能
1. 室内温、湿度测量
2. 送回风温、湿度测量
3. 风机状态显示及转速控制
4. 风道风压测量
5. 启停、过载报警等
6. 冷热水流量调节
7. 风门、调节阀等的连锁控制
8. 送回风机与消防系统的联动控制
9. CO2浓度控制
二、新风机组的控制
1. 新风机组监控功能描述
新风机组控制原理图

（1）风机启停控制及运行状态显示。（2）送风温、湿度监测及控制。
① 风机出口处：温、湿度变送器TT1、MT1——监测机组是否将新风处理到所要求状态。
② 送风温度控制
TT1测值→与给定值（冬、夏季不同）比较→PID算法→调节换热器的电动阀V1。
③ 新风相对湿度控制
MT1→湿度给定值比较→PI算法→控制加湿电动调节阀V2→保持送风湿度在所需范围内。
6）连锁控制
启动顺序控制：
启动新风机→开启新风机风阀→开启电动
调节水阀→开启加湿电动调节阀
（7）最小新风量控制
测量室内CO2浓度→保证最小新风量←节能。
新风处理机组监控系统

序号	监控功能	备 注
1	新风阀控制	1.新风阀与风机连锁，一般为两位控制方式。2.当室内安装CO2检测器时，可实现最小风量控制，为连续控制方式
2	过滤器堵塞报警	压差检测器报警值可调
3	室外新风温度、湿度自动检测	风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm
4	防冻保护	防冻报警值一般设置为4℃
5	送风温度调节	通过电动调节阀调节冷媒/热媒的流量
6	送风湿度调节	通过电动调节阀调节水/蒸汽的流量。该功能只用于北方严寒干燥的地区。南方地区很少设置此功能，送风湿度一般通过控制温度控制而间接控制
7	送风机运行状态监控	1.风机进出口压差装置用于检测风机运行状况2.通过风机配电箱中的辅助触点对电动机的运行状况和启/停进行控制
8	送风温度、湿度自动检测	风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm

三、全空气空调系统的监控
全空气空调系统监控功能
（1）室内温湿度控制
① 被调房间增设温度传感器。
② 新增设新风、回风温、湿度测点。
③ 为调节新回风比，对新风、排风、回风阀进行调节→用电动调节阀。
新风阀、排风阀应同向同步调节，回风阀则按相反方向调节。
（2）调节方式
① 房间温度→与给定值比较→PID→调节送风温度
② 房间的湿度→房间相对湿度设定值PID→确定送风湿度设定值。
③ 新回风比的变化与送风参数（温、湿度）→PI→新、排、回风风阀控制。
一次回风空气处理机组

一次回风空气处理机组

序号	监控功能	备 注
1	新风阀与回风阀协调控制	1.新风阀、回风阀与风机连锁，并均为连续控制方式。2.根据室内CO2检测器测量值，实现最小风量控制，并使新风量与回风量之和保持不变。
2	过滤器堵塞报警	压差检测器报警值可调
3	防冻保护	防冻报警值一般设置为4℃
5	送风温度调节	夏季和冬季分别控制冷水/热水电动调节阀调节冷媒/热媒的流量，以控制送风温度
6	送风湿度调节	通过电动调节阀调节水/蒸汽的流量。该功能只用于北方严寒干燥的地区。南方地区很少设置此功能，送风湿度一般通过控制温度控制而间接控制
7	送风机运行状态监控	1.风机进出口压差装置用于检测风机运行状况2.通过风机配电箱中的辅助触点对电动机的运行状况和启/停进行控制
8	送风温度、湿度自动检测	风管式温、湿度计，风管内插入长度≥25mm
9	室内温度、湿度自动检测	壁挂式温、湿度计
10	室内CO2浓度测量	用于控制最小新风量，实现节能目的。

变风量系统的监控
一、变风量系统的监控
1.主要特点：每个房间的送风入口处装一个VAV末端装置（风阀），调整风阀，改变送入房间的风量，实现对各个房间温度的单独控制。
2.VAV空调系统的优缺点
① 节能
a. 减少了再热量及其相应的冷量。
b. 各房间送风量?系统总送风量也相应变化，这可以节省风机运行能耗。
② 控制灵活,同一空调系统的各房间是通过各自的末端装置分别进行控制的。
③ 提高卫生质量，与风机盘管相比，吊顶内没有大量冷冻水管和凝结水管。
④ 一次性投资比较大，控制相对复杂，管理水平要求较高。
⑤ 可能产生新风不足，房间气流组织不好，房间正负压过大，室内噪声偏大，运行不稳定，节能效果不明显等一系列问题。
3. 变风量系统的监控功能
①系统总风量调节
②最小风量控制
③最小新风量控制
④再加热控制
VAV系统监控功能原理图

4. 变风量系统的监控功能描述
（1）房间送风量的控制
空调系统所带房间的负荷变化情况不同或各房间要求的设定值彼此不同时：
a. 控制方式：
房间温度实测值－设定值→计算控制调整末端装置中的风阀。
→某个房间温度达到要求值，但其它房间或总风机风量?→末端装置的风道处的空气压力有变化→使该房间的风量变化→房间温度?→对风阀调整→影响其它房间风量→其它房间温度→各房间风阀不断调节→风量、温度?→系统不稳定。
b. 改进方法：
采用“压力无关”末端装置。
②在末端上装有风量测量装置；
② 房间T?→修正风量设定值，（不直接改变风阀）
③ 实测风量与设定风量比较→调整
→风道内压力?→某房间风量?→末端装置调整风阀，维护原来的风量，房间温度不会由此引起波动。
2）系统送风量的控制
① 定静压法：
静压传感器→安放在主风道压力最低处→测量系统风量的变化→通过送风控制器调节送风机转速→使该点的压力恒定在VAV末端装置所要求的最小压力值：
∵ 在VAV系统中，为保证系统中每个VAV末端装置都能正常工作，要求主风道内各点的静压都不低于VAV末端装置所要求的最低压力。
∵ VAV系统的动态特性，实际上难以确定一个最低压力点。
a. 系统为单区系统：取主风道末端1/3处安装静压传感器。
b. 系统为多区系统：将每根主干管末端的风道静压取出输入到DDC进行最小值选择。
系统最小静压→DDC→PI调节→变频调速器→送风机转速?→稳定系统静压。
③ 使用“压力无关”型末端装置
末端装置风量设定值之和与风机转速有一对应关系。
如风机转速>各风量设定值之和所对应的转速。
→风机转速↑，各变风量末端装置的风阀，可能关得较小→需降低转速。
④ 定静压法的不足
a. 系统中静压控制点位置很难确定。（尤其在管网较复杂时）
b. 在一定的系统静压下，室内的要求风量只能由VAV所带风阀调节，当阀门开度较小时，噪声较大。
⑤ 变静压法— —弥补了定静压法的不足之处
特点：在舒适性、节能性、低噪声控制、保证新风量、降低成本等方面有充分优势。
控制思想：
a. 尽量使VAV风阀处于全开（85~100%）状态
b. 系统静压降至最低，能最大限度地降低风机转速以达到节能的目的。
方法：末端装置中设置阀门开度传感器。
a.室内温度与设定值比较（差值）→要求送风量→控制风阀开度、系统静压
b.根据VAV风阀开度→改变风机电机的供电频率→转速?→系统静压在满足要求风量的前提下变至最小，达到节能目的。
（3）回风机的控制
调节回风机风量?保证送、回风平衡运行的重要手段（保证各房间不会出现过大的负压或正压）。
① 不可能直接测量各房间的室内压力?不能直接按照室内压力对回风机控制.
② 送风机为维护送风道中的静压，其工作点随转速变化而变化，送风量不一定与转速成正比.
回风机如果没有调整的风阀，回风量与回风机转速成正比。不能简单地使回风机与送风机同步改变转速。
方法：①同时测量总送风量和回风量→DDC→调整回风机转速→使总回风量总是略低于总送风量。
② 测量总送风量和总回风道接近回风机入口处的静压（该静压与总送风量的平方成正比）。
测出的总送风量→计算回风机入口静压的设定值。据此调整回风机转速→保证各房间内的正压。
另：① 采用两个差压传感器，通过两路AI通道分别测量送、回风前后风道差压。
当送、回风量出现超差时，调节风机转速→维持给定的风量差。
② DDC→回风机的启停，过载停机，报警等。
（4）新风、回风及排风阀的比例控制

控制回风阀的比例开度，排风阀开度＝新风阀开度
② 保证最小新风量
a. 在新风管道上安装风速传感器（流量开关），
当转速变化影响新风量时，调节新风、排风阀，使新风量最低值。
b. 采用CO2浓度指标法，控制新风阀开度。
(5）送风温、湿度控制
通过表冷器、加湿器、新回风比调节→控制送风温、湿度。
（6）VAV系统的联锁控制
① 新、排风阀与风机联锁风机开→阀开, 风机关→阀关
② 发生火灾时，消防联动控制系统关停空调机
③ 系统起、停顺序控制：与定风量系统相同
二、排风系统的监控
分机械、自然排风
排出室内被污染空气，改善空气的条件
排风系统的监控功能
① 风机状态
② 启停控制
③ 过载报警
排风机监控功能相对来说较简单。
① 根据程序启动或停止风机
② 排风机状态→DDC→显示，过载报警。

风机盘管系统的监控

一、风机盘管系统的监控功能
1. 室内温度测量
2. 冷、热水阀开关控制
3. 风机变速及启停控制
风机盘管监控原理图

二、监控功能描述1. 风机变速及启停控制
风机盘管的风机→（采用）高、中、低→（实现）转速控制。
2. 室温控制— —负反馈
① T→室温传感器→控制器→电动阀→冷热水量
② 温控器手动转换
位式控制器冬季手动转换开关、夏季手动转换开关

b. 冬季、开关→w动作过程类似，但动作方向与夏季相反。
③ 统一区域手动转换
同一朝向、或相同使用功能→统一设置转换开关
④ 自动转换
在风机盘管供水管上设置一个位式温度开关。
供冷水时（如12℃）→冬季工况
供热水时（30~40℃）→夏季工况
3. 连锁控制
风机启动→电动水阀连锁
当房间有钥匙开关时，从节能考虑风机盘管应与钥匙开关连锁。