浅述中央空调系统的自动控制

沐宏亮

摘 要：智能建筑是现代高科技技术的产物，它是结合了现代建筑技术与信息技术，是信息社会发展的需要和未来建筑发展的方向。中央空调控制系统是楼宇自动化系统中最重要的组成部分之一，是一个复杂的多输入、多输出的多变量系统，有温度、湿度等多个参数。要求使被控区域的温湿度控制达到工艺或舒适性要求，要求对冷热水的水阀开度大小的控制以及送风量的控制，使系统的能耗最低。本文以山东冠世榴园酒店项目中的空调机房为例，对中央空调自动控制原理进行分析。

关键词：空调机房 露点温度 风机盘管

一、工程概况

本工程位于山东，为山东冠世榴园酒店二期工程酒店部分，属一类高层建筑。本建筑地上24层，地下4层，总建筑面积约3.5万㎡，建筑高度99.7m。地下部分包括冷冻站、锅炉房、热交换间、发电机房、水泵房等，一～四层为酒店裙房，五层为娱乐用房，六～二十三层为酒店客房，二十四层为宴会厅及厨房，屋顶为机电用房。酒店大堂、中（西）餐厅、宴会厅等大空间采用全空气单风道定风量系统，过渡季节可全新风运行。会议室、健身房、办公室、客房等小房间均采用风机盘管+独立新风系统。

二、空调系统的调节方式

一般根据空调房间的温度允许波动范围和技术经济分析来选择，对于波动范围大于1摄氏度的系统，采用手动调节可满足要求；而对于波动范围小于1摄氏度的系统可采用自动调节。从空调系统空气处理过程明显地看出，要想使空调房间内的空气参数稳定地维持在允许的波动范围内，必须对露点（或湿球温度），二次加热器后空气温度及温室进行调节。因此，空调自动调节系统是由“露点”（或湿球温度），二次加热器及室温调节等环节组成。

自动调节系统投入运行前，应对自动调节系统的联锁，信号，距离检测和控制等装置及调节器，检测仪表进行检查与试验调整，在它联动后，需要测定调节对象的基本特性，给调节系统在运行调整时创造有利的条件。

常见的中央式空调系统自动调节原理，为维持空调房间的温度恒定，自动调节系统应由“露点”，二次加热后温度和室温三个各自独立的环节组成。从整个空气处理过程来看，这些环节是相互联系的统一体，且前一环节直接影响到后一环节的工作。

三、电气仪表控制

1夏季：在室内或回风道内设温度敏感元件下，通过温度调节器比例控制空气冷却器CC的电动三通阀V1（在直接蒸发式冷却器中可以用双位控制电磁阀的方式）。室内温度降低，则三通阀关小通往冷却器的水路，开大旁通水路，于是送风温度就上升。但是这时去湿能力也降低，室内温度也会上升，当相对温度上升到允许的上限值时，设在室内的相对湿度调节器H1，就使电动三通阀开大通往冷却器的水路，冷水进入空气冷却器的量增多，去湿能力又增加，使室内温度又下降。而温度下降，T2就命令空气再加热器HC工作，比例控制电动双通阀V2关小，以防室内过冷。但一定要注意这个方案夏季需要热源。

2冬季：通过室内或回风道内设置的T2比例控制HC的电动双通阀V2通过H2比例控制喷雾加湿器AW的喷雾水加热器WH的蒸汽电动阀V3这个加湿装置的滞后较大，当室内温度上升后H2虽然会命令V3关小，但室内湿度还会继续上升的倾向，所以一般都要再设一个H3进行上限控制，只要室内相对湿度超过某个预先设定的上限值，那么就立即停止喷雾水的水泵，若加湿装置采用喷蒸汽的方法，用电磁阀进行双位控制，则不存在这个问题，可以不要H3这种方式中T2在夏季与冬季的给定值不同时，要用人工改变设定值。不能实现冬夏连续动作。

四、新风量控制调节

新风量控制调节与冬季的控制方法完全相同，所不同的是增加了新风阀及回风阀的控制，这两个阀连动但一开一关，并且与风机连锁，风机一停，新风阀就要全关，风机一开新风阀就要开，但其开度由S预先设定。为了使这个风阀控制更有效，在过渡季节里，还可以通过T1及调节器，控制风阀的电机，用新风来给室内降温，另外还在新风道内设有T4，当新风温度逐渐升高，失去冷却作用时，就命令新风阀开到最小开度，节省能量。

五、新风与旁通风的调节

新风与旁通风的调节在新风量控制调节的基础上又加了冷却器前的旁通风门的控制。主风阀与旁通阀应连动（一开一关），通过T1来控制风门开度，室内温度下降时，M4动作相反一开一关，在新风道内设置的T5就会令M3全关闭，采用夏季最小新风量，这个新风量的大小由M5决定，M5的开度由手动操作器S1设定。回风道内设了一个下限温度敏感元件T6，以便在冬季刚一开动空调器时，室内温度很低，为了尽快使室温上升要使新风阀M5全关闭，待升到要求的室温时再恢复到原定的开度。当空调系统中没有排风机时，控制与此也大体相同，但是在排风管上要加一个控制阀，控制排风量。排风阀的启闭应与新风阀相反。

六、风机盘管机组

风机盘管机组是按最大负荷选用的，但最大负荷出现的时间是很短的，负荷少时，房间内会出现过冷或过热的现象，虽然可以用人去开停风机或调速，但往往因为嫌麻烦而不去调节，结果不仅浪费了冷量，室温达不到要求，而自动控制的风机盘管比不加控制的夏季一个月可节省冷量达38%，所以最好还是加自动控制。 风机盘管机组可以采用下列两种控制方法，一是用室内温度调节器控制风机转数或开停；另一种是用室内温度调节器控制水阀。控制风机的做法较简单，因为风机盘管机组的风机就带有三种速度，改为自动控制时只是继电器的通断问题，但当风机盘管水平吊在顶棚下时，风机停止转动后，室内气流循环会变坏，冬天从门窗缝隙进来的冷风会停留在地极附近，从而使室内温度梯度变大，这时最好用窗台下放置的立式风机盘管。

若使风量保持一定，用控制水路的办法来改变送风温差，那么室内气流循环就不会变差。在舒适性空调系统中，水路采用双位控制已经足够，水路若采用双通电磁阀时，当一个系统中有许多风机盘管的水路都关闭时，总水流需要量减少，管内的压力会升高，甚至产生振动和破坏，这时应设水压调节器相应改变系统内的循环水量，若采用前面讲的三通阀，当关闭通向盘管的水路时，水由旁路直接回到回水管，这样可以保持总水量没有太大变化。这种定流量的方法系统稳定，但因水泵流量不变，耗电更大。因为风机盘管机组的风机是三速电机，可以用手动调节一定范围，所以也不一定每台机组都设水路调节装置，因为在一座大的建筑物中，风机盘管的水路最好是分区成为系统，比如南向的一个系统，北向的又一个系统，顶层一个系统，中向标准层一个系统，地下室又一个系统等等。这样每个区负荷变化比较一致，只要每区设一个水温调节装置即可。

当负荷减少，每个区要的冷水量少时，会使总供水管中压力升高，然而管道中流量小，阻力损失又变小，于是大部分的阻力消耗都要加到每区的调节阀上，这样可以使控制性能变坏，解决的办法可以在蒸发器出口处加一恒压阀，把水泵出水口与吸水口用带恒压阀的管道连接，当蒸发器出口处由于流量减少，水压升高达到一定值时，恒压阀自动打开，使一部分水旁路，但流经水泵及蒸发器的水量变化不大，同时管中水压也不致升高。

七、制冷机的自动控制

在空调系统中，空调负荷一般都是随着时间而不断变化的，所以也要求冷冻机能随着负荷的变化而进行范围较广泛的制冷量调节。对制冷量调节的要求应该是调节范围广，对负荷的变化反应迅速，在低负荷时所要的动力要小，而且装置要简单可靠。一般空调的场合，最终都是为了保持室内温度或湿度为一定值。所以简单的空调装置中也有直接用室内湿度调节器或室内温度调节器进行冷冻机能量控制的，但是，在大型装置中或系统滞后很大，空调房间很多的时候或温度要求精度较高时，用上述直接控制的方法就很困难了，这时一般是用压缩机的吸气压力或蒸发器的冷冻水出水温度作为制冷机组的待调参数。

八、结语

虽然一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里也借鉴了一些节能改造的经验和实际效果，进一步验证了利用变频器、PLC、数模模数转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。