空调控制技术讲义Word文档格式.docx
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集中空调不论从初投资上，还是运行上，都具有分体式空调器无法比拟的良好经济技术指标。
因此，智能建筑的空调系统目前均选择集中式空调。
集中式空调有定风量CAV（ConstantAirVolume）和变风量VAV（VariableAirVolume）两种方式，其中前者大约占40%，后者占57%左右，还有一些则采取另辅之以新风空调机组的方式。
此外，为了提高建筑内空气环境的舒适度，降低运行噪音，舒适度等各方面指标相对最好的全空气空调系统在智能建筑中得到最广泛的使用。
（二）智能建筑的空气环境
智能建筑应具有良好的室内工作环境，这是提高工作效率，保证业务处理正确无差错的重要条件.它综合了室内设计、室内空气品质、舒适环境〔声光热）这三方面的因素，是当前国内外建筑界研究的热点。
因为智能建筑是智力劳动场所，所以其环境设计的原则就是“以人为本”，一切围绕着为用户创造舒适环境、提高用户的工作效率进行。
一般来说，室内空气质量主要包括四个方面，温度、湿度、风速、新鲜度，根据国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》中规定，舒适性空调室内各参数标准如表1.1
表1.1我国室内空气标准指标
项目
夏季
冬季
温度
24-28℃
18-22℃
湿度
40-65%
40-60%
风速
<
_0.3m/s
_0.2m/s
新鲜度
吸入尘（mg/m3）
150
二氧化碳（ppm）
1000
一氧化碳（ppm）
10
二氧化氮（ppb）
50
二氧化硫（ppb）
25
甲醛（ppb）
100
菌落（CFLJ/9cm.5min）
30
为了达到以上标准，空调系统需要在夏季对空气进行降温、减湿、再热的处理，在冬季则需经过预热、加湿、再热的过程。
空调系统除了对回风处理后给各房间送风外，同时为保证空气的清新度，还需要对污浊的空气进行排风，并补充新风，以改善空气品质，新风亦需要温湿度的预处理。
智能建筑的空调系统设计须按照下面的四条原则：
1.必须针对智能建筑的负荷特点。
2.智能建筑空调系统的主要服务对象是人，要“以人为本”，确保室内环境，并力求达到“众口能调”，满足不同人的多种需求。
3.智能建筑空调系统是建筑自动化系统的主要控制对象，因此，空调系统应有节能措施。
4.智能建筑空调系统还应具有经济性和高效性。
（三）.智能建筑空调系统的特点
1.智能建筑中普遍采用OA设备和通讯设备，使设备发热量大大增加;
2.人员密度减小，人体发热负荷减少，内部负荷中潜热成分减少;
3.为防止OA机器的屏幕反光和眩光，智能建筑中普遍采用间接照明，而为了保证照度，又必须增加照明灯具的数量，使照明负荷增加;
4.尽管人体发热负荷减少，但其减少的程度远比不上设备发热负荷增加的程度;
5.OA机器一般安置在地板面以上0.6－1.5m处，就是说主要发热源在房间的中部，由于对流，使热量流向房间上方;
6.OA机器的发热量中，辐射比例较大，必须考虑辐射引起的热负荷;
7.OA机器频繁启停，使发热负荷不连续;
8.智能建筑中的OA机器经常更新或增加，因此内部有增加的趋势。
（四）．智能建筑的空调设备
根据空气处理设备的集中程度不同，空调系统分为集中式、半集中式、分散式。
集中式空调的各种空气处理设备以及冷、热源通常都集中在空调机房中，由于其设备利用率高、总投资省、节能效果显著，因此在大型建筑中，广泛地采用了分层和分区式的集中空调系统。
根据空气处理介质的不同，空调系统分为全空气系统、全水系统、空气－水系统、冷剂系统。
全水系统存在结露凝水渗漏和无法实现换气等方面的不足，空气－水系统同样具有凝水渗漏这一污染工作环境的缺点，而冷剂系统在结构上属分散式系统，设备投资大、利用率低，因此近年来，这三种系统很少在智能建筑中使用。
全空气方式则由于其舒适度高、噪音小、无凝水渗漏等优点，因此广泛得到智能建筑设计者的青睐。
智能建筑在空调设计时，常采用平面分区的手法来达到最大的节能效果。
例如，将标准层平面划分为5个空调区域，由东南西北各朝向的4个受室外负荷影响的区域、内部区构成。
一般地讲，各区分开设置空调系统，根据不同朝向，不同时刻，进行控制调节。
各分区空调多采用集中式定风量CAV或变风量VAV系统。
对于室内发热负荷大，而且变化频繁的建筑，以采用VAV空调系统为主；
对于室内负荷稳定的建筑，则多采用CAV空调系统。
另外，也有很多智能建筑内区采用了新风空调机加终端空调机方式和分散式的热泵机组方式。
定风量系统是通过间歇循环启停控制来调节室内温、湿度的。
为了维持室内空气环境的舒适，其停歇时间不能过长，同时为了不损坏设备，其停歇时间也不能过短。
通常，其送风量是按空调房间负荷最大时设计的。
变风量系统通过变频调速的电动机对制冷机组和风机进行驱动，其送风量可以随着负荷的变化而调节。
通常其最大送风量为各房间设计风量和的70－80%，其最小送风量定为最大风量的40－50%。
变风量系统与定风量系统相比，二者各有所长，存在着不同的优缺点。
但从总体上看，变风量系统在控制和节能方面的综合效果要优于定风量系统，其应用日益广泛。
但定风量系统由于其价格低、结构简单等优点，仍然占据着一定的市场。
两种系统的优缺点基本上是互补的，以变风量系统相对于定风量系统的优缺点来分析，其优点为：
1.用改变房间送风量的方法，补偿房间负荷的变化，由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低和末端设备里再加热器能耗的降低，避免了因再加热造成的冷热抵消，节省了能耗。
空调工程中，空气输送系统的能耗占有相当大的比例，因此进行空调自控设计时，应考虑空气输送的节能，尤其是在变风量调节风机转速的控制系统中，风机的理想状况应是风量适应于负荷的变化。
2.选用合适的变风量末端设备，根据负荷的变化或个人的舒适要求自动调节自己的工作环境，可实现局部区域的灵活控制。
3.系统的灵活性很高，易于改、扩建，特别适用于用途多变的建筑物，例如办公室和实验室等，当室内参数改变或房间重新隔断时，无需重大变动，甚至只需重调室内恒温器的设定值即可。
4.系统是自平衡的（self-balancing），风量平衡方便，节省了风量平衡中浩繁的测定和调整工作量。
5.有与定风量相同的舒适感，由于开发成功多种送风方式，当在小风量下运行时，仍能保持良好的风速与温度的综合效果，不会产生“吹风”感。
6.空调的总装机容量可减少10%－30%，中央系统的初始成本低。
其缺点为：
1.室内相对湿度控制质量不如定风量再热系统那样精确；
2.由于增加了系统风量控制环节，每一房间又都需增设变风量末端设备，因此，设备投资有所提高，但可从节能的收益中很快收回。
二：
暖通空调能耗与节能技术
能源为经济的发展提供了动力,但是由于各种原因,能源的发展往往滞后于经济的发展。
近几年,中国的国民生产总值的增长率维持在约10%,但是能源的增长率只有3%～4%,这样的形势要求我们必须节能。
建筑能耗在社会总能耗中的比例较大,发达国家的建筑用能一般占到全国总能耗的30%～40%;
中国采暖区的城镇人口虽然只占全国人口的13.6%,但是采暖用能却占全国总能耗的9.6%。
建筑节能是建筑发展的基本趋势,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。
现代建筑的必要组成部分暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响,暖通空调系统中的节能正在引起暖通空调工作者的注意,并且针对不同的国家、地区的能源特点和不同建筑的采暖、通风、空调要求发展着相关的节能技术。
研究建筑环境,了解暖通空调负荷产生的原因及影响因素,可以更加合理地提出解决问题的方法。
（一）暖通空调能耗的组成
为了创造舒适的室内空调环境,必须消耗大量的能量。
暖通空调能耗是建筑能耗中的大户,据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%。
以建筑能耗占总能耗的35%计算,暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75%,由此可见建筑节能工作的重点应该是暖通空调的节能。
从暖通空调的能耗组成可以看出:
暖通空调系统的能耗主要决定于空调冷、热负荷的确定和空调系统的合理配置,空调系统的布置和空调设备的选择是以空调负荷为依据的。
所以暖通空调节能的关键是空调外界负荷和内部负荷的确定,而暖通空调节能工作也应该从这方面着手,合理布置建筑物的位置,正确选择外墙、门、窗、屋顶等的形状及材料等,尽量减少空调负荷。
1、室内环境的影响
暖通空调的目标是为人们提供舒适的生活和生产室内热环境,主要包括:
室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境（包括四壁、地面、顶棚等）之间的辐射换热（简称环境热辐射）等。
在一般的舒适性空调中,以能够使人体保持热平衡而满足人们的舒适感觉为目的;
在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中,一切以满足生产工艺为目标。
而房屋的建筑热工设计是恰当地利用房屋围护结构的热特性,抵抗室外气候的变化,使房间内产生舒适的微气候。
2、围护结构暖通空调负荷的影响
围护结构包括外围护结构和内围护结构。
外围护结构主要包括屋面、外墙和窗户（包括阳台门等）;
内围护结构主要包括地面、顶棚、内隔墙等。
在采暖建筑中,围护结构的传热热损失占总的热损失的比例是较大的,以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例在北京地区,通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的77%（其中外墙25%,窗户24%,楼梯间隔墙11%,屋面9%,阳台门下部3%,户门3%,地面2%）;
通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占23%;
在哈尔滨地区,通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的71%（其中外墙28%,窗户28%,屋面9%,阳台门下部1%,外门1%,地面4%）;
通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占29%。
由此可见改善围护结构的热工性能对于暖通空调节能具有重要意义。
（二）建筑规划设计对暖通空调节能的影响
规划设计是建筑节能设计的重要方面,规划节能设计应从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行研究。
以优化建筑的微气候环境,有利于节能,充分重视和利用太阳能、冬季主导风向、地形和地貌,利用自然因素。
节能规划设计就是分析构成气候的决定因素:
辐射因素、大气环流因素和地理因素的有利、不利影响,通过建筑的规划布局对上述因素进行充分利用、改造,形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。
建筑旁边的绿化不但有防风、隔声、防尘和美化环境的作用,而且对于建筑节能也有重要作用。
因为首先树木可以从根部吸收水分,通过叶面蒸发,从而降低空气温度,其次树木有很好的遮阳作用,从而使建筑物直接受到的太阳辐射及从地面得到的辐射热减少,三是树木有引导风及挡风的作用。
此外,地面不但会反射太阳辐射,而且其本身温度升高后又会成为新的热辐射源。
所以尽量种草、植树,避免地面土壤裸露,并减少不必要的大面积混凝土地坪对于减少空调负荷,达到节能的目的是非常重要的手段。
而且清洁的室外环境对于洁净空调系统的有效运行和空调箱过滤器的寿命也是有利的。
总之，建筑环境是影响暖通空调能耗的重要因素,从建筑环境着手考虑是解决暖通空调节能问题的关键,也是一种积极的节能工作,作者认为应着重以下方面的工作:
（1）制定相应的政策法规制定政策法规对建筑节能工作具有指导意义,而且以法规的形式出现,一则表示政府重视和鼓励,二则可以为节能工作的开展提供法律依据。
近年来国务院和有关部委也颁布了相关的建筑节能法规;
此外各地方政府也根据气候条件和能源特点,制定了各自的建筑节能标准和规定;
但是总的来说法规和政策还有待进一步的完善。
（2）推动科技的进步暖通空调节能工作的顺利开展离不开技术的进步。
国家在制定节能政策时,既指明了发展方向,同时也鼓励了技术进步。
只有依靠科技的发展,不断优化能源结构和用能方式,才能够真正做到节能,创造巨大的社会效益和经济效益。
（3）加强专业间的协调建筑是各工种配合的产物,建筑专业在考虑建筑环境时,不但要从建筑功能、建筑美学等方面考虑,还要与设备工种进行配合,充分重视建筑环境、建筑材料等对暖通空调乃至建筑能耗的影响,各工种协调工作,共同完成节能设计。
总之从建筑内外环境着手,不断优化建筑热功能,充分利用有利的建筑环境,必然会创造出适宜的室内热环境,同时也必将有利于暖通空调节能的发展。
三、空调和冷热源系统监控要求
（一）.系统概况
随着计算机技术、控制技术、通信技术及信息技术的飞速发展，人们对生活、办公环境安全性、舒适性的要求日渐增长，智能建筑应运而生。
智能建筑通常包含三大基本要素，即楼宇自动化系统（BAS）、通信三者的有机结合，使建筑物能够提供一个合理、高效、舒适、安全、方便的生活和工作环境。
其中，楼宇自动化控制系统是智能建筑的一个重要组成部分。
楼宇自动化控制系统就是对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、消防、安全防范系统等；
通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。
1.1设计标准
《智能建筑设计规范》（GB/T20314-2000）
《智能建筑设计标准》（DBJ08-47-95）
《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
《中国采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）
《中国室内给排水热水供应设计规范》（15-74）
《中国电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-90-92）
《中国高层民用建筑设计规范》（GBJ45-90-92）
（二）系统设计
2.1空调系统监控功能
2.1.1冷热源及其水系统的监控
智能化大厦中的冷热源主要包括冷却水、冷冻水及热水制备系统，其监控特点如下：
·
冷却水系统的监控
冷却水系统的作用是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷水，监控的目的主要是保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行；
确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；
根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求的设定范围内。
冷冻水系统的监控
冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户各种冷水设备（如空调机和风机盘管）组成。
对其进行监控的目的主要是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作；
向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；
在满足使用要求的前提下尽可能减少水泵耗电，实现节能运行。
热水制备系统的监控
热水制备系统以热交换器为主要设备，其作用是产生生活、空调及供暖用热水。
对这一系统进行监控的主要目的是监测水力工况以保证热水系统的正常循环，控制热交换过程以保证要求的供热水参数
冷热源系统当中，热水部分我们只作检测，所以冷源的监控效果将直接决定整个智能大厦楼控品质，是方案设计的重点。
⑴主要监控设备
冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统
⑵监控内容
检测制冷站冷水机组冷却水及冷冻水的出水温度及流量。
检测制冷站冷冻水供水管的温度及流量，回水管的温度及流量、集水器及分水器温度。
检测制冷站冷却水供水管的温度，回水管的温度。
监控冷却水泵的开关指令、开关状态、故障状态。
监控冷冻水泵的开关指令、开关状态、故障状态。
冷却塔风机的开关指令、开关状态、故障状态。
系统供回水压差及旁通调节阀调节指令。
冷水系统电动碟阀的开头指令。
机组启动后通过彩色图形显示各设备运行状态、故障状态、参数值及运行参数越限报警，通过鼠标可任意个性设定值，以达到最佳运行状态。
机组的每一点都列表汇报，参数值有趋势显示图，报警显示及汇总。
可对各设备的运行时间进行累计。
⑶冷水机组的投入顺序依下列原则进行：
（系统自动判断各设备的就绪情况，比如是否自动，是否无故障等，只有处于自动状态并且无故障的设备才会被轮值调度。
）
①冷机请求启动，系统开启相应冷冻水阀和冷却水阀。
②冷却回路上，当冷却水阀返回全开信号时，统计冷却水阀的打开数量，调度冷却塔系统的启动。
③冷却塔系统首先要打开出水阀，收到回水阀全开信号后打开进水阀，当进、出水阀返回都为全开状态时，该台冷却塔准备就绪。
接下来可以根据冷却水的总供回水温差决定冷却塔风机的启停。
④冷却水阀、冷却塔进出水阀打开以后，根据冷却水阀的全开数量轮值调度冷却水泵的启停。
⑤冷冻回路上，根据冷冻水阀的打开数量统计，轮值调度冷冻水泵的启停数量。
⑥冷却水泵、冷冻水泵都运行之后，系统检测到冷却回路、冷冻回路的水流状态为“有水流”。
此时再次确认冷机请求信号不变后，即可启动冷机。
⑸冷机的停机顺序则依以下原则进行：
①系统收到冷机停机信号后即时停止冷机运行。
②收到冷机停机状态信号后，为了更好的利用资源，延时300秒再停止冷冻水泵的运行，尽量使冷冻水得到充分利用。
冷冻水泵停机之后关闭冷机相应的冷冻水阀。
③冷却回路在冷机停止运行之后按以下顺序动作
停止冷却水泵的运行à
停止冷却塔风机运行à
关闭进水阀à
关闭出水阀关闭冷机相应的冷却水阀。
④完成上述步骤则系统关机完成。
说明：
以上部分功能由冷冻机供应厂商提供，BA提供接口。
2.1.2空调通风系统设备监控
空调机组的调节对象是相应区域的温、湿度，因此送入装置的输入信号还包括被调区域内的温湿度信号。
当被调区域较大时，应安装几组温、湿度测点，以各点测量信号的平均值或重要位置的测量值作为反馈信号；
若被调区域与空调机组DDC装置安装现场距离较远时，可专设一台智能化的数据采集装置，装于被调区域，将测量信息处理后通过现场总线将测量信号送至空调DDC装置。
在控制方式上一般采用串级调节形式,以防室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀门的非线形等因素的影响。
对于带有回风的空调机组而言，除了保证经过处理的空气参数满足舒适性要求外，还要考虑节能问题。
由于存在回风，需增加新、回风空气参数测点。
但回风道存在较大的惯性，使得回风空气状态不完全等同于室内空气状态，因此室内空气参数信号必须由设在空调区域的传感器取得。
另外，新风、回风混合后，空气流通混乱，温度也很不均匀，很难得到混合后的平均空气参数。
因此，不测量混合空气的状态，也不用该状态作为DDC控制的任何依据。
本大楼的空调通风系统主要包括有空调机组、新风机组、送/排风机等。
空调通风系统一方面用作空气冷热交换的工具，确保大楼室内温度满足用户使用要求；
另一方面用来平衡整栋大楼的进出风量，新风机组补充室内空气，空调机组调控室内空气品质，而各类排风机则排出较污浊的空气。
楼宇自动化系统（BAS）设计的目的即是要按一定的逻辑关系去启停风机设备，监测相关参数，调控冷冻水阀门和各种风阀开度等。
⑴空调机组的监控
主要监控设备：
空调机组
⑵监控内容
监控空调机的设备启停、设备启停状态、故障状态
检测空调机的新风/回风的混风温湿度、送风温湿度
空调机的冷冻水阀门调节
空调机的风门调节
室外温度/湿度检测
过滤网阻塞时发出报警
2.1.3新风机组监控
新风机组的监控新风机组中空气——水换热器，夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热，干蒸汽加湿器用于冬季对新风加湿。
对新风机组进行监控的要求如下：
检测功能：
监视风机电机的运行/停止状态；
监测风机出口空气温、湿度参数；
监测新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换；
监视新风阀打开/关闭状态；
控制功能：
控制风机启动/停止；
控制空气——热水换热器水侧调节阀，使风机出口温度达到设定值；
控制干蒸汽加湿器阀门，使冬季风机出口空气湿度达到设定值。
保护功能：
冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停供时，应停止风机，并关闭新风阀门，以防机组内温度过低冻裂空气——水换热器；
当热水恢复正常供热时，应能启动风机，打开新风阀，恢复机组正常工作。
集中管理功能：
智能大楼各机组附近的DDC控制装置通过现场总线与相应的中央管理机相连，于是可以显示各机组启/停状态，送风温、湿度、各阀门状态值；
发出任一机组的启/停控制信号，修改送风参数设定值；
任一新风机组工作出现异常时，发出报警信号。
⑴主要监控设备：
新风机组
监控新风机的设备启停、设备启停状态、故障状态
检测新风机的送风温湿度
新风机的冷冻水阀门调节
过滤网堵塞报警
2.1.4送风机、排风机监控
送排风系统根据各区域新风、室内二氧化碳含量来设定送排风的定时启停，以达到保证新风量同时又节能的目的。
送、排风机
⑵监控内容：
监控送、排风机的设备启停、设备启停状态、故障状态
检测送、排风机的运行状态
设备过载报警
⑶监控方案
根据风机服务的楼层特点及使用功能的不同，分别设定独立的时间程序。
用这个时间程序去关联启停风机，系统同时监测设备的运行状态及故障状态。
2.1.5变风量末端装置（VAVBOX）监控
变风量系统（VAV）是一处新型的空调方式，在智能化大楼的空调中被越来越多的地采用。
带有VAV装置的空调系统各环节需要协调控制，其内容主要体现在以下几个方面：
由于送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之变化，因此应采用调速装置对送风机转速进行调节，使之与变化风量相适应。
送风机速度调节时，需引入送风压力检测信号参与控制，从而不使
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