淺談中央空調(diào)自動(dòng)控制的發(fā)展

劉輝

摘 要：隨著近幾年我國經(jīng)濟(jì)飛速蓬勃的發(fā)展，能源問題成為了當(dāng)今最受矚目的問題?？紤]到城市中央空調(diào)的使用很容易導(dǎo)致能源浪費(fèi)的問題，所以在中央空調(diào)的自動(dòng)控制上更加要開發(fā)出新的技術(shù)，文章就中央空調(diào)自動(dòng)控制的應(yīng)用背景、發(fā)展現(xiàn)狀、中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的內(nèi)容等幾個(gè)方面論述了中央空調(diào)自動(dòng)控制的發(fā)展過程。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；自動(dòng)控制；發(fā)展現(xiàn)狀

1 中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景

“十二五”期間已經(jīng)將節(jié)能減排作為非常重要的一環(huán)?，F(xiàn)如今，空調(diào)系統(tǒng)在我們現(xiàn)代建筑中得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一年中的大部分時(shí)間空調(diào)都不是在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下運(yùn)行的，這樣必然會(huì)導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)。一般情況下，一棟大樓50%-60%的能量消耗都是來自中央空調(diào)的使用。因此，如果能夠足夠重視中央空調(diào)系統(tǒng)的選擇，并且增加節(jié)能的措施，一定能夠取得顯著的節(jié)能成效。一般從下面兩個(gè)方面來加強(qiáng)節(jié)能的效果：第一，改善中央空調(diào)的自動(dòng)化控制發(fā)面；第二，改善中央空調(diào)的設(shè)備方面?，F(xiàn)在一般采用與電氣自動(dòng)化結(jié)合的技術(shù)發(fā)展中央空調(diào)的自動(dòng)化控制。

2 中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分

2.1 空氣狀態(tài)參數(shù)的檢測

傳感器、變送器和顯示器這三個(gè)部分組成了檢測系統(tǒng)。其中，檢測空氣狀態(tài)參數(shù)的主要環(huán)節(jié)是傳感器。常用的傳感器有濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器。對(duì)于空調(diào)控制系統(tǒng)精度影響最大的是傳感器的精度和慣性。在中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，只有傳感器所處的地方的空氣參數(shù)能夠得到較好的控制，要想使整個(gè)空調(diào)區(qū)內(nèi)的空調(diào)效果得到良好的控制，就必須綜合考慮傳感器的位置設(shè)置，使其達(dá)到最佳效果。

2.2 空氣狀態(tài)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)

中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分是自動(dòng)調(diào)節(jié)。一般情況下將濕度和溫度作為被調(diào)參數(shù)。調(diào)節(jié)器一般采用PID調(diào)節(jié)器或者位式調(diào)節(jié)器，有些特殊情況，也會(huì)采用分程、串接和反饋加前反饋等調(diào)節(jié)方式。在這些常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，是通過分別控制兩個(gè)被調(diào)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)中有時(shí)候要考慮到干擾，即它們之間的耦合關(guān)系。一般通過加熱器、冷卻器還有加濕器等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)被調(diào)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。其中可以采用模擬量或者數(shù)字式儀表作為調(diào)節(jié)裝置。

2.3 空調(diào)工況的判斷及自動(dòng)切換空調(diào)最優(yōu)工況

一般情況下首先要先繪制出建筑物中央空調(diào)的全年工況分區(qū)圖，這個(gè)可以需要依據(jù)季節(jié)負(fù)荷。但是由于測量精度的影響，工況分區(qū)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)邊界重疊現(xiàn)象。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，使邊界重疊現(xiàn)象不出現(xiàn)，必須將工況轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔控制在小于制冷機(jī)等設(shè)備允許的最短開、停時(shí)間內(nèi)。

2.4 建筑物和設(shè)備的安全保護(hù)

必須將所有設(shè)備都設(shè)置安全保護(hù)控制線路才能夠保證空調(diào)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。例如，接通加熱器必須在有風(fēng)的時(shí)候。當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，防護(hù)裝置則會(huì)起到自動(dòng)調(diào)節(jié)保護(hù)的作用。

3 中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

基于控制理論的發(fā)展，中央空調(diào)控制系統(tǒng)也得到了較好的發(fā)展?？刂萍夹g(shù)理論的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)30年代，一般將其發(fā)展分為三個(gè)階段：第一，經(jīng)典控制理論階段。第二，現(xiàn)代控制理論階段。第三，大系統(tǒng)理論階段和智能控制理論階段?？刂萍夹g(shù)理論的發(fā)展歷程由初級(jí)到高級(jí)，由簡單到復(fù)雜。

20世紀(jì)50年代，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了空調(diào)系統(tǒng)的控制應(yīng)運(yùn)而生，通過使用氣動(dòng)儀表來控制系統(tǒng)化。

60年代，通過改進(jìn)，將使用氣動(dòng)儀表改為使用電動(dòng)單元組合儀表來控制空調(diào)系統(tǒng)。

70年代，控制中央空調(diào)系統(tǒng)開始采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)開始采用PID調(diào)節(jié)控制，以此來提高空調(diào)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。由于PID控制具有穩(wěn)定性高、可靠性高、簡單易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于中央控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中。

80年代以前，控制系統(tǒng)的作用主要是控制中央空調(diào)的開始和停止，因?yàn)闆]有溫度的控制，所以實(shí)際運(yùn)行中由于負(fù)荷變化劇烈，導(dǎo)致房間溫度也是忽高忽低的，不易穩(wěn)定，造成了很大的能源浪費(fèi)。80年代初期，美國建設(shè)了第一棟利用集散式控制系統(tǒng)的大樓，這就標(biāo)志了智能建筑的開始。

90年代，基于信息通訊技術(shù)、圖形顯示技術(shù)等的發(fā)展，開始采用溫度控制器對(duì)房間溫度進(jìn)行控制，達(dá)到了舒適、高效、節(jié)能的效果。

現(xiàn)如今，隨著智能建筑的迅猛發(fā)展，中國的樓宇中央空調(diào)自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了非常迅速的發(fā)展。中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制最最重要的任務(wù)就是滿足節(jié)能和安全生產(chǎn)的要求下，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)中央空調(diào)設(shè)備的實(shí)際輸出量，使其適應(yīng)實(shí)際負(fù)荷，滿足人們?cè)谏詈凸ぷ髦袑?duì)各空氣參數(shù)的要求。下面就基于PLC控制系統(tǒng)的中央空調(diào)做一個(gè)簡單的介紹。

如今，中央空調(diào)多采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)化去取代比較傳統(tǒng)的電氣電路控制系統(tǒng)。首先我們了解下智能化交流變頻中央空調(diào)系統(tǒng)化的基本構(gòu)成，它是由制冷系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)這幾部分組成?；赑LC自動(dòng)控制系統(tǒng)的中央空調(diào)的核心就是PLC控制。當(dāng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)輸出制冷參數(shù)制冷指令的時(shí)候就能夠控制冷卻水泵，并且調(diào)節(jié)冷卻水泵和冷卻塔的閥門調(diào)節(jié)，控制其啟停。當(dāng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)頻信號(hào)的時(shí)候，就能夠監(jiān)督并控制中央空調(diào)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。

基于PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的中央空調(diào)是如何控制室內(nèi)的溫度在合適范圍內(nèi)呢？當(dāng)室內(nèi)溫度越高時(shí)，那么室內(nèi)外溫差就會(huì)越大，那么溫差就會(huì)通過傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)與PLC設(shè)定的額定參數(shù)比較得出的差值也會(huì)越大，因此PLC控制調(diào)節(jié)變頻器的速率就會(huì)越快，系統(tǒng)的工作負(fù)荷就會(huì)越大，冷卻水泵的循環(huán)水流速和流量都會(huì)相應(yīng)增大，這樣就導(dǎo)致熱交換的速度增快，也就使得室內(nèi)溫度相應(yīng)降低到合適范圍內(nèi)。反之，當(dāng)室內(nèi)溫度越低時(shí)，反饋的溫差就越小，那么與PLC設(shè)定的額定值的差值也越小，PLC控制就會(huì)調(diào)節(jié)變頻器的速率變小，系統(tǒng)的工作負(fù)荷就會(huì)變小，冷卻水的循環(huán)流速和流量就會(huì)減小，那么就會(huì)減慢熱交換的速率，那么室內(nèi)的溫度就會(huì)升高到合適范圍內(nèi)。以上就是PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的簡單工作原理。

PLC控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它編程比較簡單，并且指令多樣化、功能性強(qiáng)，具有較高的性價(jià)比。除此之外，PLC控制系統(tǒng)的硬件配套實(shí)施也比較齊全，安裝使用起來都比較方便，并且出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)試維護(hù)也比較簡單。最重要的是，它的體積較小，能耗很低。所以PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在中央空調(diào)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

綜上所述，中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)通過不斷的發(fā)展，已經(jīng)越來越完善。并且根據(jù)當(dāng)今對(duì)節(jié)能減排的要求，中央空調(diào)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)將節(jié)能作為一項(xiàng)主要的指標(biāo)。隨著人們對(duì)于空氣質(zhì)量的要求和節(jié)能的重視程度越來越高，一項(xiàng)專門研究中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)將會(huì)迅速發(fā)展，造福人類。

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