户式毛细管辐射空调自动控制系统

杨 燕， 林 然

（1.南京工业职业技术学院 江苏 南京 210023；2.南京悦然建筑科技有限公司 江苏 南京 210007）

毛细管辐射空调系统中的毛细管辐射末端作为第三代辐射末端 （前二代分别是混凝土结构预埋管和金属辐射板）起源于上世纪80年代德国，并迅速普及整个欧洲市场，由于其具备舒适、节能、健康的环境品质，将来能部分甚至完全替代常规对流式空调末端，本世纪初毛细管技术引入中国。目前部分房地产企业和政府也积极投资开发该项领域，同时国内一些高端、远瞻业主在其房屋项目中也开始使用该健康、舒适、节能的环境系统。

但由于此系统组成较常规对流空调复杂，特有的施工方法以及与建筑外围护结构之间的匹配性要求很高，大多数设计商和工程商并未能完全掌握系统自身的安全性、平衡性、自控控制关系，尤其在户式毛细管辐射系统的实际自动控制技术应用中仅满足了现场新风辅助带防结露功能的温度控制这一最低要求。对节能、维护便利关键的综合性自动控制重视还显不足。因此，除在项目实施中避免其技术缺陷和错误施工外，针对户式系统得综合性实施自动控制技术，将能全面发挥此辐射系统高舒适度、低能耗的技术特征，也为小业主在使用中及后期的维护方面带来了一定的便利性，对辐射系统市场的推广起到了积极的示范效应。

1 工作原理

毛细管辐射空调自动控制实现了温、湿度的分别控制，就是向室内送入经过处理的新风，承担室内湿负荷，根据气候差异，一般夏季对新风进行降温除湿处理，冬季对新风进行加热加湿处理（视地区差异，例如南方新风大多数都需要降温除湿）。通过风输送系统，新风不仅承担控制室内二氧化碳浓度和排除VOC等卫生方面的要求，还要起到调节室内湿度甚至辅助承担室内温度的作用；采用另外独立的水输送系统，夏季产生17～19℃冷水、冬季产生32～35℃的热水送入室内毛细管辐射末端，承担室内温度。

温、湿度独立控制系统，可以有效避免常规系统中由于对流末端对温、湿度进行联合处理所带来的能源浪费（备注3）、不舒适性和空气品质的降低（备注4）；由新风来调节湿度，毛细管辐射末端调节温度，可满足房间热湿比不断变化的要求，避免了室内湿度过高或过低的现象。

2 系统组成

一般空调系统针对使用范围分为户式和小区集中式，小区集中式仅是将部分室内温度控制交由小区业主控制，自身小区物业管理承担输送系统和机房的控制。不同于小区集中式毛细管辐射空调系统，户式毛细管辐射空调自动控制系统采用的是独立式冷热源、设备机房、输送系统、室内水和风末端，因而综合性的自动控制系统将涵盖于整个系统子部分，其意义重大。系统组成如下：

图1 户式毛细管辐射空调自动控制系统的组成Fig.1 Constitution of automatic control system of capillary radiation air conditioning

可见，综合性的毛细管自动控制系统已不仅仅局限于室内末端控制，还包括对机房设备的开闭优先级、运行模式；输送系统的能量分配、节能控制等。

3 系统设计

户式毛细管辐射空调自动控制系统设计包括机房、输送系统、末端、现场HMI、远程管理，也可根据业主不同需求定制。

3.1 机房

机房设计应能满足如下要求：

1）系统设备正常启动顺序和关闭。

2）对新风机组的风速控制、送风口温湿度、CO2浓度控制、风阀控制、加除湿、空气品质和其他内带逻辑控制。

3）对热泵主机的冷、热模式远程切换、冷、热模式回水温度设定等其他内带逻辑控制。

4）对水箱内温度控制。

5）设备故障报警信息采集和相应系统保护。

3.2 输送系统

输送系统设计应能满足如下要求：

1）当前泵和备用泵的智能切换和值班。

2）饱和状态下的水泵节能控制。

3）热水循环和增压启停。

4）板换侧和新风侧能量配比控制。

5）板换侧、冷冻侧、冷却侧的压力平衡控制。

3.3 末端控制

末端控制设计应能满足如下要求：

1）现场湿度采集与防结露控制。

2）现场温度采集与毛细管顶、地分级控制。

3.4 现场HMI及远程管理

现场HMI及远程管理设计应能满足如下要求：

1）机房、输送系统、末端控制部分数据采集与控制，控制后的结果能实时更新现场控制界面数据和及时校对。末端温控器的通讯线连接方式是使用RVVP2＊1的屏蔽线并联后再通到中心机房的采集器。末端温控器使用MODBUS通讯协议，经XY－CN总线连接到自控中心采集器。

2）即使远程中控出现操作故障，不影响现场自控中心系统运行；即使现场自控中心系统出现故障，不影响室内温度及温湿度逻辑控制。采集器有2个RS232通讯接口，对应的寄存器表，可以分别联到不同的计算机或网络系统，支持MODBUS RTU协议或MODBUS TCP/IP协议。远程网络部分可以另行买一个以太网转换器，把RS232接口转成以太网接口，提供给第三方的远程控制和远程CRM管理系统使用。

4 案 例

以一套600平米别墅采用毛细管辐射自动控制系统为例，系统采用的冷热源为地下土壤源，机房设置热泵主机、新风主机和水力模块，末端采用顶、墙、地毛细管辐射系统，热水通过独立燃气制取。辐射系统及控制点位图如图2所示。

控制要求有3个方面。

1）机房、输送部分

地源热泵主机采用硬接点控制，主机给PLC提供手自动、故障、运行信号，PLC控制主机启停，季节切换。

吊顶式除湿机、新风机按照自带逻辑控制程序控制，PLC只对其进行状态监视和启停控制，季节切换。

板换一次侧调节阀根据二次出水（毛细管供水）温度进行调节开度大小，实现冬季工况（供水37℃，回水32℃）；夏季工况（供水17℃，回水22℃）。

板换一次侧循环水泵与主机联动进行启停控制，主机开启前必须开启，并检测地源侧泵运行中才能运行，主机关闭时延时20分钟关闭。

板换二次侧循环水泵根据二次侧供回水温差值进行启停控制，当回水温度-供水温度≥5℃启动，当回水温度-供水温度≤3℃停机（夏季工况），当供水温度-回水温度≥5℃启动，当供水温度-回水温度≤3℃停机（冬季工况）。

板换二次侧压差旁通由现场压差控制器控制，系统根据板换二次侧的供回水压差值进行调节，当供回水压差大于设定值，阀门调节至开大；当供回水压差小于设定值，阀门调节至关闭。

主机地源侧循环水泵与主机联动启停控制，主机启动前地源循环泵必须启动，主机停机后延时25分钟关闭。

2）控制点位表

3）末端部分

以夏季模式为主（冬季反之）：

当温控器设定温度高于室内实际温度，顶面毛细管、地面毛细管的电动阀全部停止。

图2 辐射系统及控制点位图Fig.2 Radiation system and control point bitmap

图3 远程管理机房、输送控制部分Fig.3 Part of remote computer room managing and transport controlling

设备名称 PLC DI DO AI AO 通讯热泵主机 3 1新风主机1冷却水泵 3 1冷冻水泵 3 1板换水泵 3 1冷冻侧温探 1板换侧温探 2冷却侧三通 1合计 12 4 3 1 1

顶面毛细管电动阀运行，由湿度探测器开关，当湿度探测器探测湿度给出关闭信号，关闭顶面毛细管电动阀，湿度探测器给出开启信号，开启顶面毛细管电动阀。

当温控器设定温度低于室内实际温度差值2℃＞T＞0℃之间时（室内实际温度大于温控器设定温度），顶面毛细管电动阀启动，地面毛细管电动阀关闭。

当温控器设定温度低于室内实际温度差值T＞2℃之间时（室内实际温度大于温控器设定温度），顶面、地面毛细管电动阀启动。

5 结束语

图4 远程管理末端控制Fig.4 Terminal control of remote management

户式毛细管辐射空调自动控制系统是在小区集中式自控系统上衍生出来的新兴系统。为便于业主日常使用与维护便利，自控模块可拆解，也可根据业主具体需求定制个性化产品。通过对输送系统的节能控制，减少日常水泵运行负载和控制用电输出；也可使用离家值班模式，回家后迅速保证室内舒适效果，维持系统较低的电费支出。通过户式毛细管辐射空调自动控制系统的配套，将大大减少业主日常误操作和维持系统稳定运转。

户式毛细管辐射空调自动控制系统有效地促进了毛细管辐射领域的快速发展，大大提高了居民的生活品质。

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