中央空调控制系统策略

王文刚

摘要：随着社会的进步和发展以及人们物质和精神文明的提高，特别是对密闭大楼内空调温度、舒适度、新风量的要求也越来越高，过去以室内回风温度为参考依据方法（室内空调面板设定温度值）显得过于简单，且灵敏度也不高。此空调控制策略以设备能耗特性为基础，充分考虑不同设备效率间的互相影响，集重点大能耗设备的优化控制、故障诊断、统计分析、运行管理为一体，并根据大楼内空调管道系统的负荷具有起伏变化和不确定的特点，为用户提供整体节能和控制系统的解决方案。实现了系统整体能耗的动态最小化，并且大大提高了系统的可靠性。此论文对是对某个大楼内的2台冷机智能控制系统设计作了详细的介绍。

关键词：中央空调控制系统;集中智能化管理;自动控制;舒适度

一、中央空调系统设备情况

（一）如夏季中央空调采用2台开利螺杆式机组制冷，辅助设备配置3台冷却塔、3台冷却水泵、3台冷冻水泵（都是2用1备）、末端设备（空调箱及风机盘管）;如冬季采用2台热水锅炉供暖，辅助设备有2台换热器、3台热水循环泵（2用1备）、末端设备（空调箱及风机盘管）。

（二） 共用设备：计算机、打印机、数据采集器、转换器、以太网接入等模块、监控软件、模拟量温度传感器、模拟量压力传感器、数字控制器（DDC）、电动阀门、比例式阀门、压差信号（模拟量）、室外温/湿度传感器（需安装在室外阴凉处）、二氧化碳浓度探测器（需分布在室内）等。

二、控制策略

（一）控制策略

1、制冷剂经过压缩机工作，将高温、高压的制冷剂热量在冷凝器内与冷却水进行热交换后，被冷却水带至冷却塔自然冷却或冷却塔自带排风机强制排出热量，因此加大冷却塔的吨位、排风机功率，冷却水流量，把降低温度的冷却水经过循环再进入冷机，所以降低冷凝温度是关键。2、制冷剂在蒸发器中与冷冻水进行冷热交换，由于低温、低压的液态制冷剂在蒸发器中进行热交换，并吸收冷冻水的热量，所以蒸发器中制冷剂温度越低，吸收冷冻水的热量越高，实际就是冷冻水的出水温度就越低。因此控制冷冻泵通过蒸发器的时间和进/出水压差是关键。

（二）针对以上结论有如下的控制原则：

1、正常情况下，先开启一台冷冻机。如判断是否需要增开另一台冷冻机时，应根据冷冻水总管的出水/回水温度是否有提高的趋势来判断。

（1）当冷冻机出水或总回水管的温度传感器检测到出水或总回水温度接近或等于设定温度时（其中有±1.5℃的余量），不应该增开一台冷冻机。（2）当冷冻机出水温度或总回水管温度高于设定温度+1.5℃时，逻辑控制应判断另增开一台冷冻机。当然还有可能有外部因素如：加载判断时间的延时，冷冻水管的流量和冷冻机的进出水压差是否符合，是否有备用的冷冻机等。

2、判断是否需要卸载一台冷机时，应根据冷冻水总管回水温度低于设定温度-1.5℃。进水管和回水管的旁通比例阀已开启，压差已接近一台冷冻水泵的数值。

（1）当冷冻机出水温度低于或接近于设定温度±1.5℃时，并无再下降的趋势，进水管和回水管的旁通比例阀未开启或不满足开启一台冷冻水泵的数值，表明目前运行冷机的数量已满足了负荷的需求。

三、设计原则

（一）用户至上原则

本策略以满足业主需求为目标，满足了业主在大楼内对环境温度的需求，并针对大楼中央空调的特点，确保实用性。

（二）先进性

在满足业主现有需求的前提下，充分考虑现代社会的信息化、网络化、集成化的迅猛发展趋势，在技术和设计上有超前的理念。

（三）集成性和可扩展性

实现对大楼中央空调系统的集中智能化管理和监控，在硬件设备上增加插件端口，便于后续硬件的增加。软件中增加升级逻辑程序，可方便后续的升级和开发。

（四）开放性与兼容性

操作终端与各系统之间均有RS485接口和通用标准协议，实现软件与硬件之间有无障碍通信。软件能兼容各个产品的特性，可以使整个系统得到提高。

（五）节能性和实用性

能明显的降低节能，减少维护和人员的管理工作量，优化设备运行;

（六）安全性、可靠性、服务性

人机界面良好，内容丰富，运行管理便捷，形象生动，数据精确，反应灵敏，操作简便易学，便于开发，含有历史数据纪录、计划运行管理和运行状态趋势图分析功能。

四、系统设计

（一） 自动控制系统控制方式及网络形式

本系统是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统，系统由计算机、系统软件、数据采集器、控制器、传感器、执行器等构成。采用分层分布开放式控制结构，即第一层智能控制器。第二层通讯控制器，第三层为数据采集。控制器通过检测本地设置的传感器传来的信号控制执行机构的动作，同时控制器通过通讯端口将数据传给上位机，并接受上位机传来的控制指令进行动作，进而实现系统控制。

（二）中央空调智能化节能控制系统控制内容：

1、制冷机房节能控制内容

（1）通过程序设定空调系统各設备的自动启/停次序，当设备故障时开启备用设备，保证系统安全可靠运行。（2）控制系统通过监测冷冻水（热水）供/回水温度，自动控制冷水机组/热水锅炉的开启台数。并控制供/回水管道之间比例阀的开启度数。（3）冷冻机组停机时，系统将自动关闭相应机组的冷冻水/冷却水管路上的电动阀，可以减少水泵开启的台数。（4）热水锅炉停机时，系统将自动关闭板式换热器管路上的电动阀，并相应调整热水循环泵转速，可以降低用电能耗。（5）实时监测热水锅炉、热水循环泵、冷冻机组、冷却水泵、冷冻水泵及冷却塔风机的工作状态，详细显示空调每个系统的运行状态信息（冷水机组的运行状态、冷冻机的进/出水温度、冷却水进/出水温度、热水进/出水温度、冷冻水泵/冷却水泵运行频率等）。

注：接入中央空调控制系统需其具有RS-485通信接口。

（三）末端节能控制内容：

1、对空调箱、新风机组进行控制：可实现实时新风、回风阀位调节、送风量控制。2、设置CO2浓度探测器，对室内空气品质进行实时监视，增加/减少新风量，保证室内空气优良。3、对排风机进行远程控制。4、空调箱、新风机组设置电动蝶阀，当机组停止使用时，电动蝶阀关闭机组进水。

（四） 中央空调智能化节能控制系统的主要技术特点：

1、图形软件：动态图形，每图15秒～1分种自动刷新一次，操作员亦可自行选择刷新时间。2、趋势记录：记录每个设备的运行状态信息，可分为历史和当前运行状态模式两种，当前图形的趋势和历史趋势都可以按设定的比例显示多个点，采样速率分别为5秒～3分钟和10秒～60分钟。3、报警管理：当冷机控制中心监控到设备发生故障时，计算机硬件设备会发出警报声，并在屏幕上弹出对话框，以图形界面的形式告知故障设备的位置和故障原因。4、监测功能完善：可以监控室外温度、实时设定空调各辅助设备（包括冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵/冷却塔风机管等）的参数、冷冻水和冷却水的进/出水温度。5、反应灵敏：所有设备监控点数据在数秒钟之内全部传输至监控中心并在显示屏上体现。系统设置有定时开关机程序。 6、留有标准通讯接口和通讯协议。7、如自动控制系统发生故障，可实现手/自动切换功能。

五、结语：

目前5A级写字楼或大型商场装有中央空调自控系统以后，可节约能耗 25%-30%左右，节省人力约 40%-50%之间。出现故障，能够及时知道何时何地，哪种设备出现何种故障。而且大楼中央空调系统的设备众多且分散，若采用现场巡检和操作将浪费大量人工。如采用智能化自控系统，可以减少人员成本，确保了维修的及时性和设备的安全性，同时提高工程人员工作效率和办公人员的舒适感。

参考文献：

[1]叶国栋. 舒适空调中的热舒适指标控制研究. 湖南大学硕士论文，2002.

[2]叶汝裕.水泵风机的节电及技术改造（第一版）. 重庆：重庆大学出版社，1996，1—46.