浅谈暖通空调专业自控原理图的编制

袁 泉， 周晓东

浅谈暖通空调专业自控原理图的编制

袁 泉， 周晓东

（启迪设计集团股份有限公司，江苏 苏州 215021）

自控原理图是设计院暖通空调专业设计图纸的重要组成部分。根据现行设计规范的要求，结合建筑节能要求和工程设计实践，针对主要的空调设备和系统提出了编制可用于设计院暖通专业出图或给自控专业（自控工程公司）提资的自控原理图的编制思路和具体例子。

自控原理图； 设计； 暖通空调

0 引言

自控原理图是民用和工业建筑暖通专业设计图纸的重要组成部分，是暖通工程师对空调设备和系统节能运行设计思路的重要体现，也是暖通专业给自控专业或自控工程公司提供资料的主要依据。《空调系统控制》[1]是建筑行业内广泛参考的一本国标图集，但是这本图集实行于2002年，早于《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）[2]，也早于《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]，因此其适用性必然有很大局限性。《实用供热空调设计手册》（第二版）[5]第33章对暖通空调系统的常用传感器、执行器以及主要设备和机房的控制做了阐述，对设计人员有很好的参考价值。但是它的出版时间在《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）[2]和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]之前，后两本规范的相关条文尚无法完全体现在这本设计手册中。因此，目前尚未有根据上述三本国家规范编制的可供行业内工程设计人员广泛参考的设计资料或设计图集。

1 编制依据

如引言所述，暖通专业自控原理图的编制依据主要是《建筑工程设计文件编制深度规定》[2]、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）[3]、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]以及各种相关的地方规范。《空调系统控制》[1[5]是图纸编制的重要参考资料。《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）[2]第4.7.7.5条规定：空调、制冷系统有自动监控时，宜绘制控制原理图，图中以图例绘出设备、传感器及执行器位置；说明控制要求和必要的控制参数。与《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）[2]相比，《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）[3]、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]分别用一节和一章的篇幅对暖通空调设备及系统的监测和控制做了具体规定，内容不仅包括监控系统的元器件—传感器和执行器的限制性规定，还包括风系统和水系统的监测要求。《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]重点突出了节能运行和用能计量的要求。据建筑体量及使用功能确定空调末端及系统的监控方式和内容，在与业主确认后进行自控原理图的设计。为阐述方便，下文中只讨论按DDC系统编制原理图的方法，对于中小型建筑内设备选用仪表控制的方式，以往论文讨论很多，这里不再述及。

2.1.1 风机盘管的监控

根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]第5.5.9条和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]第9.4.6条的规定，对于通常的末端变水量系统，风机盘管的控制采用常闭式电动两通阀和三档风速温控器结合的控制方式。对于设置楼宇自控系统的大中型建筑，可采用具有与BA系统实现通信功能的温控器。对于不设置楼宇自控系统的中小型建筑，采用实现就地控制的温控器即可。图1为四管制风机盘管的控制原理图。当温控器只需实现就地控制时，取消与BA系统的通信示意即可。

2 图纸内容

根据《空调系统控制》[1]的内容，自控原理图应包括空调末端，风机，水泵，机房群控的控制内容。同样按这四大项内容来组织整套自控原理图的设计，只是在设计过程中结合现行规范的要求，并力争体现空调控制技术的进步和发展。

2.1 空调末端的监控

通常所说的空调末端包括风机盘管，吊装式空调器和新风空调器，组合式空气处理机组和组合式新风机组，VAV BOX等。空调末端的监控运行是楼宇控制系统的一部分，因此其方式和内容与整个建筑物的楼宇控制要求有关。所以在确定空调末端及系统的监控方式前必须了解业主对整个楼宇控制的要求。《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]第5.5.3规定：对建筑面积20000m2以上的全空气调节建筑，在条件许可的情况下，空气调节系统、通风系统，以及冷、热源系统宜采用直接数字控制系统（DDC）。根据该条文及相应的条文解释，可以根

图1 四管制风机盘管的控制原理图

用于办公或酒店客房的风机盘管，可通过增加人体感应器，窗磁感应器功能和时间运行模式控制的方法实现运行节能。温控器能接受无线窗磁感应器、无线移动感应器的信号，判断窗是否打开，室内是否有人。当窗打开或室内无人时，温控器温度设置到28℃（夏季）或16℃（冬季）或把风速设到最小风速。当窗关闭或室内有人时，温控器恢复到正常设置。风机盘管的时间运行模式控制方法：BA系统可以根据各区域的工作需要为该区域的风机盘管设置独立的定时时间表，设置每周7天（或其他天数）的工作模式，每天允许有若干个开关机时间点和相应的工作模式。当风机盘管需要增加上述功能时，在原理图的说明中增加即可。

表1 空调末端常用监控参数的信号类型

2.1.2 吊装式空调末端和组合式空调末端的监控

吊装式空调末端和组合式空调末端的监控可以根据建筑是否设楼宇控制系统来确定采用独立的还是联网的DDC控制器。对于每个末端，首先根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]第5.5节和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]第9.4节的要求确定监测和控制的参数，确定输入输出的数字量和模拟量。

根据设计要求，明确对每个空调末端的监控参数以后，便可以根据表1编制监控点位表。图2是某工程中一台两管制变风量热回收新风机组的控制原理图和点位表。该机组采用的换热元件是热管或板翅式，也未设旁通。如采用转轮，则监控点位还需要增加转轮的启停控制和旁通电动阀的控制。

图2 两管制变风量热回收新风机组的控制原理图

点位表编制完成以后，需要描述监控原理说明。监控原理说明要明确哪些输入参数要显示，哪些不要显示；哪些输出参数是由哪些输入参数控制的以及其他要求。图2的这台热回收新风机组的监控原理说明如下：1）监测送风温度、压力，风机启停及其手/自动状态、故障状态,变频器状态，过滤器压差，以上内容应能在DDC上显示。2）控制对象：风机启停及转速、电动水阀开度、新排风阀的开关。控制方法：送风温度是通过调节电动水阀的开度来保证其设定值。根据房间CO2浓度和送风压力通过变频器控制风机转速，CO2浓度控制优先。根据室外温度，选择是否进入全新风模式。在全新风模式下，关闭水阀。在非全新风模式下，根据室外温度，选择冷/热水电动两通水阀的开闭。3）联锁及保护:风机启停相应新、排风电动阀联动开闭。过滤器压差超过设定值报警，提醒更换过滤器。图2和相应的监控原理说明就组成了这台热回收新风机组完整的自控原理图。

2.1.3 VAV BOX的监控

变风量空调系统的送风末端VAV BOX有单风道型，串联风机动力型，并联风机动力型等多种类型。VAV BOX控制器是与VAV BOX配套的定型产品，它包括安装在室内墙上的温度设定器和安装在VAV BOX上的DDC控制器两部分组成。温度设定器内有室内温度传感器。温度实测值和设定值的差值被送到控制器中去控制风阀开度，进而实现风系统的变风量。所以对于DDC控制器来说，其输入信号包括：室内温度实测值（AI），室温设定值（AI），VAV BOX的一次风量实测值（AI），电动风阀开度（AI），串并联风机型VAV BOX还有风机运行状态和故障信号（2DI），对于带热水再热盘管的VAV BOX还有电动两通阀的状态信号（DI）；输出信号包括：电动风阀开度调节（AO），串并联风机型VAV BOX还有风机启停控制（DO），热水再热盘管的电动两通阀的通断控制信号（DO）。其控制逻辑包括：根据室内温度实测值和室温设定值的差值控制电动风阀开度；根据室内温度控制热水再热盘管的电动两通阀的通断，根据一次风量控制风机启停。需要说明的是，电动两通阀的通断控制有时还和室外温度或季节转换信号有关，风机的启停和最小新风量的设定有关，需要设计人员详细了解设计选用的VAV BOX的性能。其控制原理图如图3所示。

2.2 风机和水泵的监控

水泵通常设在制冷机房和锅炉房（换热间）内，其监控可纳入机房群控部分，在机房群控部分再详细述及。通风机分布在整个建筑物的各个楼层，按是否用于消防可分为非消防风机和消防风机。消防风机配消防电源，一般有就地启停、火灾报警信号联动启停和由消控中心强制启停三种启停方式。楼宇自控系统一般只监测其启停状态，因此只要把消防风机的运行状态信号（DI）接入楼层的DDC控制器即可。

图3 某变风量空调系统控制原理图

图4 风机水泵控制系统示意图

非消防风机接入DDC控制器的信号也比较少，一般有风机运行状态信号和风机故障报警（2DI）、风机进出口压差（AI）、风机启停控制（DO）。如果是变频风机，一般还有控制变频的信号输入，如用于地下车库的通风机常根据车库内CO浓度进行风机频率的控制，那就在上述4个信号的基础上多一个CO浓度信号（AI）和变频器的控制和频率反馈信号（AI+AO）。当通风机用于事故通风时，还有事故信号输入，如燃气探测传感器信号（DI），同时输出声、光等报警信号（DO）。监控原理说明中同时也要说明输入信号和输出信号的逻辑关系，作为DDC控制器编程的依据。风机水泵的控制示意图如图4所示。

2.3 机房群控

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）[3]第5.5节，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[4]第9.5节对空调冷热源及其水系统的检测和监控做了规定。归纳起来是三个内容：一是设备进出口的介质参数检测；二是运行的管理（设备的运行台数控制，水泵等的变速控制等）；三是用能的计量要求。

图5是某工程的冷冻机房的群控原理图。图中送入DDC控制器的介质参数有冷冻水和冷却水供回水温度，冷冻水供回水压差，共五个。（对于冷水机组进出口的温度、压力参数，BA系统可通过冷水机组单元控制器读取）。对于设备进出口的介质参数的检测，可以通过温度计、压力表、压差计、流量计等现场读取读数，需要远程读取的参数才需要设置相应的传感器和变送器，把信号送入DDC控制器，在控制机房显示或作为电动阀门等动作的输入信号。由于传感器、变送器比现场设置的温度计、压力表等造价高，故暖通工程师要根据必要性选取输入DDC控制器的介质参数数量，以免引起造价的无谓增加。

图5 某机房冷冻机房的群控原理图

设备运行管理由自控原理图的控制逻辑说明部分来表达。图3的说明内容包括：1）参数监测：冷冻水、冷却水供回水温度，冷冻水供回水压差。2）设备状态监测和故障报警：冷水机组、冷水循环泵、冷却塔、冷却泵、水处理器的运行状态进行监测及故障报警。3）连锁启停：冷水机组、冷水循环泵、冷却塔、冷却泵进行连锁启停，即启动:先开启冷却系统：冷却塔电动蝶阀开启,冷却水管路电动蝶阀开启,开启冷却泵和冷却塔风机。再开启冷冻水系统：冷冻水管路电动蝶阀开启,冷冻泵开启,两条管路的水流开关信号开启冷水机组。停止:先停止冷水机组,停止冷冻泵,关闭冷冻水电动蝶阀,停止冷却泵,冷却塔风机，冷却水管路电动蝶阀。4）运行台数优化控制：根据冷冻水供回水温度和流量，计算空调实际冷负荷，并根据冷负荷确定冷水机组启停台数，达到最佳节能效果。5）冷却塔运行控制：根据冷却水回水温度，决定冷却塔风机运行台数并自动启停冷却塔风机；通过控制旁通电动调节阀的开度，调节流入冷却塔的水量。当冷却水出水温度低于20℃时，自动关闭一台冷却塔风机。DDC控制器应能实现冷却塔的排污控制（定时）。6）根据室外温度，通过主机的单元控制器可以实现供水温度的设定。对照规范要求，可以看到，该图的信号选取和控制逻辑基本符合规范要求。

本例的用能计量包括：膨胀水箱和冷却塔的补水量，各主干管的用冷量计量。以上计量信号均需要远传计量，故其信号输入DDC控制器。

从上述可以看到，机房群控的原理图设计和暖通系统的形式关系不大。无论是一次泵系统还是二次泵系统，也无论是冰蓄冷系统还是地源热泵系统，只要确定输入输出的信号种类和数量，明确控制逻辑，就可以给自控专业提供暖通专业想要的控制要求。

2.4 其他要说明的问题

2.4.1 传感器

空气和水的温度、压力等物理量需要通过相应的传感器变成电流、电压信号后才能传输至控制器，所以，设计过程中选用合适的传感器至关重要。由于暖通专业涉及的介质种类单一，其温度、压力范围相对固定，故一般只要在传感器的材料表中注明温度、压力范围即可。需要注意的是传感器的安装位置和特殊场合传感器的选用，如壁挂式空气温度传感器应避免阳光直射和送风气流干扰；室外温度传感器应设置在防日光直射和无风速影响处；风道内空气含有易燃易爆物质时应采用本安型温度传感器；测压点位置应选在直管段上不形成漩涡的地方等。

2.4.2 执行器

暖通专业采用的执行器包括电动风阀，电动水阀，电磁阀等。要注意电动阀门的电压等级，是开关型阀门还是调节型阀门。调节型阀门要注明调节特性。

2.4.3 成套设备自带的控制器与BA系统的协议

冷水机组、锅炉等配备自动控制器的成套设备，其与BA系统的通信有一个协议的问题。设计说明中要注明成套设备的供应商应注意设备与BA系统的通信协议，保证BA系统能监控该成套设备。

3 结语

（1）暖通专业自控原理图编制的目的是为自控专业或自控工程公司提供本专业需要的参数监测和设备运行管理效果。原理图的编制依据是国家规范以及各地方规范。

（2）在确定介质参数监测时，需要考虑必要性和造价两方面因素，避免远传多余的参数。

（3）制定控制逻辑时，要简单有效，避免复杂，繁琐而达不到效果。

[1]02X201-1，空调系统控制[S].

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程设计文件编制深度规定[Z].北京：中国计划出版社，2008.

[3]GB50189-2015，公共建筑节能设计标准[S].

[4]GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[5]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京.中国建筑工业出版社，2008.

Study on the Design of HVAC Automation Schematic Drawings

YUAN Quan，ZHOU Xiao-dong

（Tus-Design Group Co.，Ltd，Suzhou 215021，China）

Automation schematic drawing is the important component to HVAC in design institutes.According to the nowadays design codes，the author gives some design thinking route and detail examples which based on the energy-saving requirement and project practice.

automation schematic drawing； design； HVAC

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.016

TP273

B

2095-3429（2017）04-0073-07

袁 泉（1980-），女，黑龙江人，硕士研究生，高级工程师，副主任工程师。

2017-06-23

修回日期：2017-07-28