我國(guó)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

【摘 要】本文針對(duì)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的四個(gè)發(fā)展階段和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，本文的研究具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；現(xiàn)狀

引言

近年來(lái)，在國(guó)家節(jié)能減碳、綠色環(huán)保政策推動(dòng)的大背景下，空調(diào)技術(shù)日益發(fā)展，空調(diào)自動(dòng)控制也日顯重要。變風(fēng)量、變水量、全新風(fēng)、熱回收、能源系統(tǒng)等形形色色的空調(diào)系統(tǒng)無(wú)一不依賴(lài)自動(dòng)控制。空調(diào)系統(tǒng)和自控系統(tǒng)早已無(wú)法分離，缺一不可。可以說(shuō)，不了解控制技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能是靜態(tài)的、單工況的，當(dāng)然更無(wú)法滿(mǎn)足全年節(jié)能運(yùn)行的要求。本文針對(duì)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，本文的研究具有一定的理論意義。

1、暖通空調(diào)

暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)至少包含以下內(nèi)涵：

1）為了完成自動(dòng)控制功能而形成的各環(huán)節(jié)（或裝置），本身具有相互的邏輯關(guān)系或聯(lián)系，由此形成了系統(tǒng)的概念；

2）自動(dòng)控制系統(tǒng)針對(duì)的對(duì)象為暖通空調(diào)設(shè)備、系統(tǒng)、過(guò)程和環(huán)境；

3）自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是使被控對(duì)象按照預(yù)定的方式運(yùn)行，或者保持規(guī)定的參數(shù)；

4）自動(dòng)本身有兩個(gè)含義，一是無(wú)人參與，二是保證時(shí)效（又稱(chēng)“實(shí)時(shí)控制”）。

暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，對(duì)于保證空調(diào)系統(tǒng)本身的合理運(yùn)行、減少人力、實(shí)現(xiàn)安全操作起到了非常關(guān)鍵的作用；它也對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。同時(shí)，作為暖通空調(diào)系統(tǒng)工程的一部分，自動(dòng)控制系統(tǒng)也隨著空調(diào)系統(tǒng)的要求和空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，不斷取得新的突破，真正呈現(xiàn)出了“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”的局面。

2、暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展

在中國(guó)，暖通空調(diào)自動(dòng)控制的發(fā)展大體上經(jīng)歷了四個(gè)階段或四種系統(tǒng)形態(tài)。

2.1設(shè)備集中啟停控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：通過(guò)電力系統(tǒng)（強(qiáng)電系統(tǒng)）的開(kāi)關(guān)、接觸器、繼電器及強(qiáng)電線(xiàn)路等，使得暖通空調(diào)設(shè)備能遠(yuǎn)距離啟停，同時(shí)通過(guò)設(shè)置某些指示標(biāo)志（如信號(hào)指示燈等），顯示設(shè)備目前的運(yùn)行狀態(tài)（啟或停）。

2.2模擬儀表控制系統(tǒng)

模擬儀表控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵的是控制器（又稱(chēng)調(diào)節(jié)器）的功能特性。常見(jiàn)的模擬控制器有：雙位控制器（On/Off控制）、比例控制器（P控制）、比例積分控制器（PI控制）和比例積分微分控制器（PID控制）。早期的模擬控制器的特性參數(shù)（比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間等）是固化的，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求來(lái)變更。隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸更新的產(chǎn)品基本上能根據(jù)控制內(nèi)容的要求，對(duì)特性參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定。由于模擬儀表具有可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格低等特點(diǎn)，因此，模擬控制目前仍然在很多場(chǎng)所（尤其是工業(yè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)）廣泛使用。

模擬控制系統(tǒng)的一些儀表（傳感器等）與強(qiáng)電系統(tǒng)組合，可以對(duì)一些控制參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和顯示（采用單點(diǎn)或多點(diǎn)巡回檢測(cè)儀方式）；同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離集中啟停設(shè)備的功能。

2.3 集散式監(jiān)控系統(tǒng)

集散式控制系統(tǒng)是數(shù)字技術(shù)在暖通空調(diào)控制系統(tǒng)中的雛形，于20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)的 暖 通 空 調(diào) 系 統(tǒng) 控 制 領(lǐng) 域 （代 表 性 產(chǎn) 品 是Honeywell公司當(dāng)時(shí)在中國(guó)推出的DGP系統(tǒng)），其中的參數(shù)控制依然采用了模擬控制儀表。但在參數(shù)與設(shè)備監(jiān)控方面，則采用了數(shù)字傳輸技術(shù)-備的運(yùn)行狀態(tài)和被控參數(shù)信號(hào)由相應(yīng)的傳感器檢測(cè)后送至數(shù)據(jù)采集儀；數(shù)據(jù)采集儀對(duì)輸入的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，以數(shù)字信號(hào)的方式傳送到集中監(jiān)測(cè)用計(jì)算機(jī)中，從而完成對(duì)設(shè)備和參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、顯示。由于具備了一定的數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)字通訊功能，后期產(chǎn)品中也有一些能通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)部分控制參數(shù)進(jìn)行再設(shè)定。

顯然，數(shù)字技術(shù)的引入，替代了設(shè)備集中啟停系統(tǒng)的功能和多臺(tái)模擬顯示儀表同時(shí)工作才能完成的顯示功能，并使得人機(jī)界面更為友好。對(duì)于民用建筑要求監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多、控制環(huán)節(jié)分布廣的暖通空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有著更好的適用性。因此，20世紀(jì)80年代中期之前建造的許多大中型民用建筑，廣泛采用了這種系統(tǒng)。

2.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，模擬控制逐漸被數(shù)字控制方式替代。北美從20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始，在空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中引入了數(shù)字控制方式。與集散式系統(tǒng)相比，其核心是：控制器采用了直接數(shù)字控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)DDC控制器）來(lái)替代模擬儀表。因此實(shí)現(xiàn)了從被控參數(shù)到控制信號(hào)的傳輸、運(yùn)算等全部數(shù)字化。20世紀(jì)80年代中后期，直接數(shù)字控制系統(tǒng)開(kāi)始逐漸引入我國(guó)。至今，在大型民用建筑中，這仍然是一個(gè)主流的系統(tǒng)，得到了廣泛的應(yīng)用。

3、暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1暖通空調(diào)系統(tǒng)需求的提升促使自控系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展

暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置，是以滿(mǎn)足工藝要求（工業(yè)建筑或有特定工藝要求的建筑）或舒適性要求（民用建筑）為主要目的。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑能耗的比例相當(dāng)大，在當(dāng)今能源形勢(shì)緊迫、環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高的情況下，暖通空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)承擔(dān)“節(jié)能減排”的相應(yīng)責(zé)任。系統(tǒng)形式的多樣化、能源形式的多樣化、可再生能源的有效利用等等，為暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。但是，僅僅有這些基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，多樣化及復(fù)合能源系統(tǒng)形式的優(yōu)化，需要自動(dòng)控制系統(tǒng)給予多方面的支持與配合。例如：可再生能源和低品位能源的利用，從原理上說(shuō)并不是全年都能夠使用的，設(shè)計(jì)的目標(biāo)也只是全年最大程度地應(yīng)用，因此這一“最大程度”主要取決于系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的邏輯和運(yùn)行控制的實(shí)時(shí)保障措施。

因此，如果能夠很好地解決目前出現(xiàn)的一些問(wèn)題，暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)將隨著建筑節(jié)能減排的深入而出現(xiàn)新的發(fā)展局面。

3.2自控系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)化分工與協(xié)同

暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的發(fā)展方向是大系統(tǒng)（樓宇控制系統(tǒng)）還是小系統(tǒng)（機(jī)電一體化）？大系統(tǒng)具有通用性好、管理能力強(qiáng)、系統(tǒng)整體優(yōu)化功能強(qiáng)等特點(diǎn)；小系統(tǒng)具有針對(duì)性強(qiáng)、使用靈活等特點(diǎn)。因此這也成為多年來(lái)行業(yè)一直有爭(zhēng)議的問(wèn)題。從市場(chǎng)和產(chǎn)品提供方的特點(diǎn)來(lái)看，一些有實(shí)力的大系統(tǒng)承包商積極研發(fā)暖通空調(diào)設(shè)備，或者結(jié)合暖通空調(diào)設(shè)備有針對(duì)性地研發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)（國(guó)際知名的Johnson和York公司合并就是一個(gè)例子）。同時(shí)，更多的暖通空調(diào)設(shè)備制造商針對(duì)自身產(chǎn)品研發(fā)了專(zhuān)門(mén)的控制器及系統(tǒng)（例如Carrier公司、Trane公司冷水機(jī)組的單機(jī)控制技術(shù)與機(jī)房群控系統(tǒng)），并不斷致力于系統(tǒng)全面解決方案的研發(fā)。顯然，大系統(tǒng)與小系統(tǒng)并沒(méi)有明確的優(yōu)劣劃分標(biāo)準(zhǔn)，而是各自適合于不同的情況。因此筆者認(rèn)為，大系統(tǒng)與小系統(tǒng)相結(jié)合，在充分發(fā)揮小系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)這一特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，由大系統(tǒng)來(lái)完成更多的管理與優(yōu)化職能，將是未來(lái)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在中國(guó)這個(gè)全世界最大的建設(shè)市場(chǎng)上，通過(guò)各行業(yè)的共同努力研究與實(shí)踐，我國(guó)的暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用將更為合理、技術(shù)更為提高，為節(jié)能減排做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉.我國(guó)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)研發(fā)分析[J].空調(diào)制冷信息，2011（9）.

[2]王嘉瑩.關(guān)于暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革的探討[J].職業(yè)教育資訊，2010（6）.

[3]吳元煒.我們專(zhuān)業(yè)面臨的發(fā)展問(wèn)題[J].暖通空調(diào)，2008，28（1）.

[4]彥啟森.空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].全國(guó)暖通空調(diào)制冷，2008年學(xué)術(shù)文集.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]龍惟定.試論建筑節(jié)能的新觀念[J].暖通空調(diào)，2009，29（1）：31.