气象站实时监测调控空调水温、水量智能化控制应用技术

邓耀全，黄建麟

（广东省工业设备安装有限公司，广东 广州 510080）

1 智能化控制空调系统概述

某宾馆智能化控制空调群控及能源管理系统由冷冻机房系统、热水机房系统、冷却塔系统3个部分组成。空调群控及能源管理系统是一个集冷冻控制技术、水泵变频控制技术、PLC集散控制、计算机技术、网络控制技术等多学科综合高度智能化系统，已实现无人值守、自动报警、报表打印、能源分析功能。

（1）智能化控制的空调冷热源主机房系统主要设备组成。空调冷热源主机房系统设备由主楼东区空调主机房内的冷水机组，高效水、水高温热泵全热回收机组，冷冻泵，冷却泵，采暖热水泵，冷热水循环泵，汽水板式热交换器、旁流智能多功能水处理器，立式承压热水灌，冷凝器自动清洗装置，冷却塔，等等组成。

（2）智能化控制的空调冷热源主机房系统供应及安装要求。智能化控制的空调冷热源主机房系统供应及安装属于交锁匙工程。

（3）智能化控制的空调冷热源主机房系统节能验收目标。空调主机房冷热源主机房系统全年实测制冷综合能效比EER≥5.4。

（4）设备监控及能源管理（BA）系统所提供的空调冷热源主机房群控系统必须能与空调冷热源主机房设备管道系统、自动控制系统与管理系统、能耗监测、计量与管理系统有机结合，可实现空调冷热源主机房系统的群控与能源管理功能，并集成空调末端设备群控子系统及四个空调热回收热水子机房群控系统成为一个大系统，方便宾馆方日后使用及管理。

（5）设备监控及能源管理（BA）系统所提供的空调冷热源主机房群控系统各耗能环节，如各台冷、热源设备、水水热泵、附属用电设备、冷冻、冷却水泵、水水热泵的冷冻水泵、空调冷水、空调热水、生活热水和整个空调冷热源主机房能耗等，应能独立分项计量。对不同类型能源分类、分项、定时计量，按需要自动生成打印报表。

（6）智能化控制空调系统进行监控、测量设备基本要求。空调冷热源主机房系统的各项性能均应在系统实际运行状态下进行检测，应符合《采暖通风与空气调节工程检测技术规程》（JGJ/T 260—2011）中相关条文的规定。

（7）智能化控制空调系统应确保设计合理，性能优越，技术先进，高效节能，安全可靠，设备经久耐用、维修方便，各种设备及管道、线路美观一致。智能化控制空调系统设备整体结构紧凑、表面清洁、漆面光滑、外表平整美观；部件、阀门装配方便操作、拆除和检修；噪音低，符合环保要求。

2 冷却塔系统气象站实时监测调控空调水温、水量

2.1 冷却塔系统气象站控制原理

某宾馆智能化控制空调群控及能源管理系统中冷却塔系统通过气象站内共安装3个温度传感器，分别为1个干球温度传感器、湿球温度传感器A及湿球温度传感器B，通过温度传感器将测得室外的瞬时温度实时传输到现场PLC控制。PLC控制器处理后，实时温度接近逼近度作为重要参数自动调控冷却塔的冷却水管电动阀开关度，从而调整冷却塔冷却水供水水温、回水水温、水流量、冷却塔风机频率；再通过4芯多模光纤把数据传输到首层空调主机房监控室的冷却塔系统子站处理；冷却塔系统子站根据气象站实时测量温度数据自动调控冷水机组进出水水温、水量。

2.2 冷却塔自控系统气象站安装注意事项

（1）气象站安装位置按国家气象站QXT74-2007标准要求选择南边方向，安装位置合理；安装位置周围环境要空旷，测得的外界温度数值与周围环境的实际温度值一致。

（2）为了减小测量误差，提高测量室外温度准确值，3层气象站安置位置选择了靠花园公寓裙楼3层屋面南端，该处远离蒸汽管和冷却塔热源；确保测量的温度数据与外界温度一致。同样，29层气象站现场选择了29层屋面南端方向，周围没有热源选址位置合理；确保测量的温度数据与外界温度一致。

2.3 冷却塔自控系统气象站安装要求和标准

（1）气象站专用百叶箱四壁由2层薄的木板条组成，外层百叶条向内倾斜，内层百叶条向外倾斜，百叶条与水平的交角45°。箱底由3块木板组成，每块宽110mm，中间一块比边上2块稍高一些。箱盖有2层。

（2）气象站专用百叶箱内外都是白色，可以将投射在百叶箱上的阳光基本上都反射掉。百叶箱的门朝北开，是为了防止观测时阳光直接照射箱内的仪器。百叶箱内具有防雨、防热辐射以及很好的通风性能，同时又使箱内仪器不受太阳直接照射和风雨的影响，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化，从而保障了空气温度的湿度观测数据的代表性。

（3）气象站底座不锈钢支架是由4根50mm不锈钢方钢钢管焊接而成，不锈钢支架高度1.25m，底部打膨胀螺栓固定。百叶箱安装在不锈钢支架上，百叶箱里安装了3个温度传感器、1个水银温度计。水银温度是干、湿球温度传感器每年用来校正对比的。

（4）气象站百叶箱内部高615mm、宽470mm、深465mm。温度传感器安装在百叶箱内的固定棒上，位于百叶箱内水平中心线上；传感器的感应部分需朝向地面，距离地面的高度为1.5m。其中，2个湿温度传感器感应部分用棉布包扎好伸入百叶箱内存水器内测量湿度，1个干温度传感器感应部分直接裸露在百叶箱内。

（5）百叶箱的日常维护。百叶箱要保持洁白，木质百叶箱视具体情况每1～3年重新刷1次油漆；内外箱壁每月至少定期擦洗1次，寒冷季节可用干毛刷刷拭干净。清洗百叶箱的时间以晴天上午为宜。在进行箱内清洗之前，应将仪器全部放入备用百叶箱内。清洗完毕，待百叶箱干燥之后再将仪器放回。清洗百叶箱时不能影响观测和记录。

2.4 温度传感器原理和技术参数选择

某宾馆气象站湿球温度传感器选用高精度的PT500系列温度传感器。

（1）PT500温度传感器的工作原理。PT500温度传感器内的热电阻在温度的作用下，电阻丝的电阻随之变化而变化，可用于测量-200℃～+850℃范围内的温度。其优点是偏差极小。由于它的良好电输出性能，热电阻可为电脑提供精确的输入值。

（2）PT500温度传感器内的热电阻元件具体参数。分度号：PT500；测温范围：（-200～+850）℃；A级±（0.15+0.02）t。

（3）PT500温度传感器内的热电阻元件热响应时间。在温度出现阶跃变化时，热电阻的电阻值变化至相当于该阶跃变化的50%，所需要的时间称为热响应时间。PT500温度传感器内的热电阻元件热响应时间快，热响应时间＜0.5s。

（4）PT500温度传感器内的热电阻元件自热影响。铂电阻允许通过电流1mA，最大测量电流为5mA，由此产生的升温不大于0.3℃。温度系数（α）与标称值的偏差等级AA铂电阻A0.003851±0.000006。

2.5 冷却塔系统气象站调试和日常运行

（1）气象站调试。安装好气象站后，用手摇干、湿球温度计对干、湿球温度传感器进行校正。校正方法：将手摇干、湿球温度计的水槽注满清水，用手水平摇动干湿球温度计2min，快速读出读数，并与PLC测得的气象站干湿球的读数比较，两者差值作为补偿值输入PLC控制器。

（2）干湿球温度传感器定期每年校正1次，减少测量误差。由于每年都要对3层和29层气象站内的干湿球温度传感器进行校正。当校正3层气象站干、湿球温度传感器时，3层气象站数据会暂时丢失，冷却塔系统控制主机自动会采用29层气象站温度数据作为参数自动调控系统运行。3层气象站干湿球温度传感器校正后，数据自动恢复，冷却塔系统控制主机自动重新采用3层气象站数据。29层气象站干湿球温度传感器以防3层气象站干、湿球温度传感器定期每年校正时数据丢失，作为备用数据使用，确保系统正常检测运行。气象站日常运行正常，安装简单、方便快捷、便于维护管理。

（3）比较冷却塔PLC系统通过气象站检测到的周围空气的湿球温度与当前冷却塔出水温度，调整冷却塔风扇的转速，使冷却塔出水温度符合当前冷却塔出水温差设定，冷冻站系统通过干、球温度传感器检测当前大气的温度及宾馆冷量需求，按季节调整冷冻机组的运行数量和冷却塔的运行数量。2019年1—12月，每月12日，全年3层气象站1#冷却塔运行的随机监测数据统计如图1所示。由此可以清楚得出2019年全年气象站冷却塔系统根据气象站传输回来的大气温度，自动调整冷却塔进水流量和冷却塔出水温度。

图1 2019年冷却塔出水温度、进水流量随外界温度变化曲线图

3 结束语

综上所述，针对空调系统智能化控制系统的气象站应用技术，某宾馆改造工程设计和实施过程中充分发挥智能技术的优势，提高电气工程自动化的智能化水平。通过技术应用，监控中心可实现无人值守，智能化控制的空调冷热源主机房系统供应可达到交锁匙工程。空调主机房冷热源主机房系统全年实测制冷综合能效比EER为5.8≥5.4，达到设计要求。