中央空调智能温湿度控制系统研究报告.docx

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中央空调智能温湿度控制系统研究报告

PLC中央空调智能温湿度控制系统

可行性研究报告

编写日期：

2014年4月

一、技术领域及研发必要性分析

1.1技术相关

技术名称：

PLC中央空调智能温湿度控制系统

持有人：

1.2PLC中央空调智能温湿度控制系统的发展现状

随着科学技术的不断发展和进步以及人们生活水平的提高，人们在日常的生活和劳动生产中对空气环境的要求也不断提高，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求，使空调系统的应用越来越广泛。

空调控制系统涉及面广，要实现的任务复杂，它通过空调系统为建筑物的不同区域提供满足不同使用要求的环境。

其次，空调控制系统需要有冷热源的支持，空调机组内有大功率的风机，它的能耗很大。

在满足用户对空气环境要求的前提下，采用先进的控制策略对空调系统进行控制，达到节约能漂和降低运行费用成为空调控制系统的最终目标。

特别是近几年来，“绿色建筑”、“环保建筑”的提出，使得对空调控制系统的控制模式的研究显得尤为重要。

现阶段的中央空调系统的控制几乎仍采用传统的控制模式。

传统的控制模式主要存在以下几方面的问题。

1）传统的控制理论都是建立在以微分和积分为工具的数学模型之上的，迄今为止，还未见直接使用自然语言知识描述系统和解决问题的方法。

不能灵活配置联动控制功能；

2）在实际工程中，尤其在工业过程控制中，被控对象的严重非线性，数学模型的不确定性，系统工作点变化剧烈等因素都是传统控制理论无法解决的；

3）传统的控制系统输入信息比较单一，而现代的复杂系统要以各种形式一视觉的、听觉的、触觉的以及直接操作的方式，将周围的环境信息作为系统输入，并将各种信息进行融合、分析和推理，相应地采取对策或行动。

对这样的控制系统就要求有自适应、自学习和自组织的功能，因而需要新一代的控制理论和技术支持。

随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。

智能化也往往是从设备自动化系统开始。

本系统在空调自控中应用PLC控制技术。

不但用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，既可编程序控制器。

可编程控制器（PLC）具有编程方便，维修简单，体积小，可靠性高等一系列的优点，它在工业控制方面的作用越来越大，是一个理想的控制装置。

在空调技术中应用PLC控制适应空调技术的发展趋势。

由国内PLC在中央空调中的应用研究开发情况及国外PLC的发展情况看，中央空调开发的重点是PLC。

新材料、新器件、新技术的应用，会促使中央空调向操作简单化、功能丰富、运行可靠等方面发展。

1.3技术必要性分析

由于智能建筑的迅猛发展，并且已成为21世纪建筑行业的发展主流而空调系统则是此类建筑中自动化方面的一个重要组成部分，因此在各个行业、部门中得到了广泛的应用，PLC以其体积小、成本低和功能专一等特点在工业控制方面的应用已日趋明显，并在发电、化工、电子等行业的电气控制方面得到了广泛的应用。

利用PLC实现对中央空调系统的控制，可以确保大厦内中央空调系统处于高效、节能、最佳运行状态。

采用PLC来控制中央空调系统，可以完成以下功能。

（1）检测用户房间的温度。

（2）控制功能。

例如，控制中央空调系统的手动/自动工作方式、启动与停止、控制冷水机组的启动与停止、控制冷却风机、冷却水泵的启动和停止、控制冷冻水泵的启动和停止、控制冷却水和冷冻水循环系统、控制用户房间的温度。

在确定采用PLC控制后，应对被控对象（机械设备、生产线或生产过程）工艺流程的特点和要求作深入了解、详细分析、认真研究，明确控制的任务、范围和要求，根据工业指标，合理地制定和选取控制参数，使PLC控制系统最大限度地满足被控对象的工艺要求。

控制要求，主要指控制的基本方式、必须完成的动作时序和动作条件、具备的操作方式（手动、自动、间断和连续等）、必要的保护和联锁等，系统采用控制流程图或系统框图的形式来描述。

在明确了控制任务和要求后，选择电气传动方式和电动机、电磁阀等执行机构的类型和数量，拟定电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求，确定输入、输出设备的种类和数量，分析控制过程中输入、输出设备之间的关系，了解对输入信号的响应速度等。

二、内容与可行性分析

2.1技术基本原理

2.1.1系统概述

中央空调是提供新鲜空气的一种空气调节设备。

功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气。

工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，在进入室内空间时替换室内原有的空气。

当然以上所提到的功能得根据使用环境的需求来定，功能越齐全造价越高。

中央空调系统由主机、风道、排风口、窗进器及其它附件组成。

主机运转时，污浊空气通过排风口、排风道至室外，室外新鲜空气从窗进器引入，在主机形成的压力场作用下，至室内活动区域，满足人员活动的需要；气流组织方式科学合理，持续低风量设计，运行时低噪音低能耗，并保证最佳的空气品质。

双向流热回收新风系统由热回收主机、送风管道、排风管道、送风口、排风口及其它附件组成。

主机运转时，新鲜空气从室外引入，通过送风风道送至各房间；污浊空气通过排风风道从排风主机排出室外。

排风经过主机时与新风进行热回收交换，回收大部分能量通过新风送回室内。

中央空调的传输方式采用置制换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新鲜空气会自动吸入室内，通过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。

同时，再由对应的室内管路与数个功能房间内的排风口相连，形成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环使用，新旧风形良好的循环。

而且，考虑到能源的节约和再利用，排走的空气都会被做热回收，而回收率达到80%以上，作为新的能源。

中央空调系统在现代社会中，是对高品质生活的一种追求，是最有效的空气污染解决方案，相信在不久的将来，新风换气机将步入千家万户。

中央空调系统是根据在密闭的室内一侧用专用设备向室内送新风，再从另一侧由专用设备向室外排出，则在室内会形成“新风流动场”的原理，从而满足室内新风换气的需要。

实施方案是：

采用高压头、大流量小功率直流高速无刷电机带动离心风机、依靠机械强力由一侧向室内送风，由另一侧用专门设计的排风新风机向室外排出的方式强迫在系统内形成新风流动场。

在送风的同时对进入室内的空气进新风过滤、灭毒、杀菌、增氧、预热（冬天）。

借用大范围形成洁净空间的方案，保证进入室内的空气是洁净的。

以此达到室内空气净化环境的目的。

新风换气效果图如图2-1

图2-1中央空调换气效果图

中央空调系统特点

1、排出室内每一个角落的浑浊空气；

2、将室外新鲜空气经过滤后输入室内各处；

3、通过能量交换，节约能源；

4、低噪音设计。

中央空调系统的作用：

1.可持续、高效地为室内提供人体所必需的新鲜空气，对人体健康和儿童成长发育有利；

2.不用开窗即可实现室内通风换气，缓解了开窗通风换气与室外噪音影响的矛盾，解决了在大风、雨雪天气里，或无人在家，或室内开启空调或取暖设施等不宜开窗时室内通风换气的难题；

3.可减少或消除厨房和卫生间的异味；

4.可减少或消除室内装修后长期缓释的有害气体；

5.可减少或消除社会上广泛议论的“装修病”和“空调病”的发生；

6.可减少或消除由于长时间通风不畅而导致的室内墙壁、家具、衣物的发霉现象。

中央空调换气机的设计原则

原则一：

确定新风路径，新风从空气较洁净区域进入，由污浊处排出。

一般污浊空气从浴室、卫生间及厨房排出，而新鲜空气则从起居室、卧室等区域送入。

条件许可尽量遵循下进上出的空气流动原理。

及新鲜空气从较低的位置送入室内（离地不低于800mm），室内废气从较高位置排出。

新风进出风口尽量不在一个平面，对立面为最佳。

原则二：

确定住房内最小排风量以满足人们日常工作、休息时所需的新鲜空气量。

按国家通风规范，每人每小时必须保证30立方米。

或每小时换气一次。

两者取大值。

中央空调换气机的功效

新风换气机是一种新型的通风排气设备，新风换气机把室内污浊的空气排放出去的同事也将室外的新鲜空气输入室内，新风换气机与其他空气净化设备不同，新风换气机属于开放式的循环系统，可以为室内提供新鲜的经过过滤的室外空气，有了足够的新风量，人们在室内也可以呼机到高品质的，新鲜的，干净的空气，这些空气富含新鲜氧气，有利于人体健康。

2.1.2中央空调新风机组的控制

新风机组控制包括：

送风温度控制、送风相对湿度控制、防冻控制、CO2浓度控制以及各种联锁内容。

如果新风机组要考虑承担室内负荷（如直流式机组），则还要控制室内温度（或室内相对湿度）。

图2-2新风组成图

2.1.3送风温度控制

送风温度控制即是指定出风温度控制，其适用条件通常是该新风机组是以满足室内卫生要求而不是负担室内负荷来使用的。

因此，在整个控制时间内，其送风温度以保持恒定值为原则。

由于冬、夏季对室内要求不同，因此冬、夏季送风温度应有不同的要求。

也即是说，新风机组定送风温度控制时，全年有两个控制值——冬季控制值和夏季控制值，因此必须考虑控制器冬、夏工况的转换问题。

送风温度控制时，通常是夏季控制冷盘管水量，冬季控制热盘管水量或蒸汽盘管的蒸汽流量。

为了管理方便，温度传感器一般设于该机组所在机房内的送风管上。

2.1.4室内温度控制

对于一些直流式系统，新风不仅能使环境满足卫生标准，而且还可承担全部室内负荷。

由于室内负荷是变化的，这时采用控制送风温度的方式必然不能满足室内要求（有可能过热或过冷）。

因此必须对使用地点的温度进行控制。

由此可知，这时必须把温感器设于被控房间的典型区域。

由于直流系统通常设有排风系统，温感器设于排风管道并考虑一定的修正也是一种可行的办法。

除直流式系统外，新风机组通常是与风机盘管一起使用的。

在一些工程中，由于考虑种种原因（如风机盘管的除湿能力限制等），新风机组在设计时承担了部分室内负荷，这种做法对于设计状态时，新风机组按送风温度控制是不存在问题的。

但当室外气候变化而使得室内达到热平衡时（如过渡季的某些时间），如果继续控制送风温度，必然造成房间过冷（供冷水工况时）或过热（供热水工况时），这时应采用室内温度控制。

因此，这种情况下，从全年运行而言，应采用送风温度与室内温度的联合控制方式。

2.1.5相对湿度控制

新风机组相对湿度控制的主要一点是选择湿度传感器的设置位置或者控制参数，这与其加湿源和控制方式有关。

（1）蒸汽加湿

对于要求比较高的场所，应根据被控湿度的要求，自动调整蒸汽加湿量。

这一方式要求蒸汽加湿器用间应采用调节式阀门（直线特性），调节器应采用PI型控制器。

由于这种方式的稳定性较好，湿度传感器可设于机房内送风管道上。

对于一般要求的高层民用建筑物而言，也可以采用位式控制方式。

这样可采用位式加湿器（配快开型阀门）和位式调节器，对于降低投资是有利的。

采用双位控制时，由于位式加湿器只有全开全关的功能，湿度传感器如果还是设在送风管上，一旦加湿器全开，传感器立即就会检测出湿度高于设定值而要求关阀（因为通常选择的加湿器的最大加湿量必然高于设计要求值）；而一旦关闭，又会使传感器立即检测出湿度低于设定值而要求打开加湿器，这样必然造成加湿器阀的振荡运行，动作频繁，使用寿命缩短。

显然，这种现象是由于从加湿器至出风管的范围内湿容量过小造成的。

因此，蒸汽加湿器采用位式控制时，湿度传感器应设于典型房间（区域）或相对湿度变化较为平缓的位置，以增大湿容量，防止加湿器阀开关动作过于频繁而损坏。

（2）高压喷雾、超声波加湿及电加湿

这三种都属于位式加湿方式。

因此，其控制手段和传感器的设置情况应与采用位式方式控制蒸汽加湿的情况相类似。

即：

控制器采用位式，控制加湿器启停（或开关），湿度传感器应设于典型房间区域。

（