集中式空調系統的自動控制技術的分析

趙玉濤

（河南中鼎安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

實現空調系統調節的自動化，不僅可以提高調節質量、降低冷、熱量損耗、節約能量，同時還可以減輕勞動強度，減少運動人員、提高勞動生產率和技術管理水平。

從集中式空調系統運行工況可以看出，要使空調房間內的空氣參數穩定的維持在允許的波動范圍內，必須對機器露點、加熱后的空氣溫度、加濕后的空氣濕度、室溫或室內相對濕度進行調節。為達到這些調節目的，需要設置不同的調節環節所組成的自動調節系統。

1 空調自動控制系統的基本組成

自動控制就是根據調節參數（也叫被調量，如室溫、相對濕度等）的實際值與給定值（如設計要求的室內基準參數）的偏差（偏差的產生是由于干擾所引起的），用自動控制系統來控制各參數的偏差值，使之處于允許的波動范圍內。

自動控制系統，一般由以下幾個主要部件組成：

1.1 敏感元件（傳感器）

在生產過程中需要進行調節的一些參數稱為被調參數。敏感元件就是感受被調參數的大小，并及時發出信號給調節器。如敏感元件發出的信號與調節器所要求的信號不符時，則需要利用變送器將敏感元件所發出的信號轉換成調節器所要求的標準信號。因此，敏感元件的輸入是被調參數，輸出是檢測信號。如鉑電阻溫度計、氯化鋰濕度計等。

1.2 調節器

它接受敏感元件輸出的信號并與給定值進行比較，然后將測出的偏差經過放大變為調節器的輸出信號，指揮執行機構，對調節對象起調節作用。按被調參數的不同，有溫度調節器、濕度調節器、壓力調節器等；按調節規律不同，有位式調節器、比例調節器和比例積分微分調節器等。

1.3 執行機構

執行機構接受調節器的輸出信號，驅動調節機構，如接觸器、電動閥門的電動機等都屬于執行機構。

1.4 調節機構

調節機構與執行機構緊密相聯，有時與執行機構合成一個整體，它隨執行機構動作而動作。如調節風量的閥門、冷熱媒管上的閥門、電加熱器等。當執行機構和調節機構組裝在一起并成為一個整體時，則稱之為執行調節機構。如電磁閥，電動二、三通閥和電動調節風閥等。

總上所述，空調自動控制系統可用下圖表示：

當執行機構和調節機構組裝在一起并成為一個整體時，則稱之為執行調節機構。如電磁閥，電動二、三通閥和電動調節風閥等。

由于擾量的作用，調節對象的調節參數發生變化，經敏感元件測量并傳送給調節器，調節器根據調節參數與給定值的偏差，指令執行機構使調節機構動作，使調節對象的調節參數保持在給定值的規定偏差范圍內。

2 空調自動控制系統的品質指標

在自動控制系統中，當由于擾量破壞了調節對象的平衡時，經調節作用使調節對象過渡到新的平衡狀態。從一個舊的平衡狀態轉入一個新的平衡狀態所經歷的過程，叫做過渡過程。對自動控制系統的基本要求是能在較短的時間內，使調節參數達到新的平衡。此外，還有以下調節質量的指標：

2.1 靜差：自動調節系統消除擾量后，從原來的平衡狀態過渡到新的平衡狀態時，調節參數的新穩定值對原來給定值之偏差。

2.2 動態偏差：在過渡過程中，調節參數對新的穩定值的最大偏差值。

2.3 調節時間：自動調節系統從原來的平衡狀態過渡到新的平衡狀態時所經歷的時間。

3 室溫控制

室溫控制是空調自控系統中的一個重要環節。它是用室內干球溫度敏感元件來控制相應的調節機構，使送風溫度隨擾量的變化而變化。改變送風溫度的方法有：調節加熱器的加熱量和調節新、回風混合比或一、二次回風比等。調節熱媒為熱水或蒸汽的空氣加熱器的加熱量來控制室溫，主要用于一般工藝性空調系統；而對溫度精度要求高的系統，則須采用電加熱器對室溫進行微調。室溫控制方式可以有雙位、恒速、比例及比例積分微分控制方式等幾種。應根據室內參數的精度要求以及房間圍護結構和擾量的情況，選用合理的室溫控制方式。

室溫控制時，室溫敏感元件的放置位置對控制效果會產生很大的影響。室溫敏感元件的放置地點不要受太陽輻射熱及其他局部熱源的干擾，還要注意墻壁溫度的影響，因為墻壁溫度較空氣溫度變化滯后得多，最好自有懸掛，也可以掛在內墻上（注意支架與墻的隔熱）

在一些工業與民用建筑中，空調房間不要求全年固定室溫，因此可以采用室外空氣溫度補償控制和送風溫度補償控制。它與全年固定室溫的情況比較起來，不僅能使人體適應室內外氣溫的差別，感到更為舒適，而且可以大為減少空調全年運行費用，夏季可以節省冷量，冬季可以節省熱量。

另外，為了提高室溫控制精度，克服因室外氣溫、新風量的變化以及冷、熱水溫度波動等對送風參數產生的影響，在送風管上可增加一個送風溫度敏感元件，根據室內溫度敏感元件和送風溫度敏感元件的共同作用，通過調節器對室溫進行調節，組成室溫復合控制環節。

4 室內相對濕度的控制

室內相對濕度的控制可以采用兩種方法:

4.1 間接控制法（定露點）

對于室內產濕量一定或產濕量波動不大的情況，只要控制機器露點溫度就可以控制室內相對濕度。這種方法叫做間接控制法，例如：

4.1.1 由機器露點溫度控制新風和回風混合閥門，此法用于冬季和過度季。如果噴水室用循環水噴淋，隨著室外空氣參數的變化，需保持機器露點溫度一定，則可在噴水室擋水板后，設置干球溫度敏感元件。根據所需露點溫度給定值，通過執行機構比例控制新風，回風和排風聯動閥門。

4.1.2 由機器露點溫度控制噴水室噴水溫度，此法用于夏季和使用冷凍水的過渡季。在噴水室擋水板后，設置干球溫度敏感元件，根據所需露點溫度給定值，比例地控制冷水管路中三通混合閥調節噴水溫度，以保持機器露點溫度一定。

有時為了提高調節質量，根據室內產濕量的變化情況，應及時修正機器露點溫度的給定值，可以在室內增加一個適度敏感元件。當室內濕度增加時，濕度敏感元件調低干球溫度敏感元件的給定值，反之則調高干球溫度敏感元件的給定值。

4.2 直接控制法（變露點）

對于室內產濕量變化較大或室內相對濕度要求較嚴格的情況，可以在室內直接設置濕球溫度或相對濕度敏感元件，控制相應的調節機構，直接根據室內相對濕度偏差進行調節，以補償室內濕熱負荷的變化。這種控制室內相對濕度的方法稱為“直接控制法”。它與“間接控制法”相比，調節質量更好，目前在國內外已廣泛應用。

空調系統的自動控制技術隨著電子技術和控制元件的發展，將得到進一步的改進，一方面將從減少人工操作出發，實現全自動的季節轉換；另一方面從更精確地考慮室內熱濕負荷和室外氣象條件等因素的變化出發，利用電子計算機進行控制，使每個季節都能在最佳工況下工作，以達到最大限度地節約能源的目的。

空調系統自動化程度也是反映空調技術先進性的一個重要方面。因此，隨著自動調節技術和電子技術的發展，空調系統的自動調節必將得到更廣泛的應用。

[1]裴秀英，林立.廈門某大廈空調新風系統的自動化改進設計[C].第三屆海峽兩岸土木建筑學術研討會論文集，2007.

[2]薛亞斌,賈巖.上海浦東某辦公樓變風量空調系統設計[J].暖通空調，2003，06.