簡述中央空調系統中自動控制技術的應用

黃榮濤

摘 要：在暖通空調系統管控過程中，如果能有效應用自動控制技術，則可改善系統的運行品質，對降低運行能耗、管控勞動強度具有非常重要的作用。對中央空調系統及其機理進行了概述，并在此基礎上，對中央空調系統中的自動控制技術應用進行了分析，以供參考。

關鍵詞：中央空調；自動控制技術；節能機理；冷凍水循環系統

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.134

1 中央空調系統

1.1 基本構成

圖1為最典型的中央空調系統之一，主要包括冷凍水循環系統、主機和冷卻水循環系統。

圖1 典型的中央空調循環系統示意圖

從圖1中可看出，主機蒸發器中的低溫冷凍水經冷凍泵加壓后送到冷凍水管道，在室內完成熱交換后，將熱量從室內帶走，從而實現室內降溫的目的，最后循環至主蒸發器。上述熱量經主機內冷媒傳給冷卻水，使其溫度上升。當冷卻泵將升溫后的冷凍水壓至冷卻塔中，會與大氣實現熱交換，在景觀降溫

后再將其送到主機冷凝器，循環運行后可實現降溫的目的。

1.2 節能機理

對于中央空調系統而言，變頻調速的主要控制依據為：循環系統（2個）完成外部熱交換后進行熱交換。在實踐中，可根據出水、回水之間的溫差，對循環水流速進行管控，這樣可有效控制熱交換速度。在控制冷凍水循環系統時，因冷凍水出水溫度為冷凍結果，所以，溫度相對穩定，通過測量回水溫度即可得知房內溫度。對于冷凍泵內的變頻調速系統而言，回水溫度越高，則房內溫度越高，應相應提高冷凍泵的轉速，并加快冷凍水的循環速度，從而實現節能的目的。此外，在中央空調系統的管控過程中，還可以采用有效的自動控制技術，以提高其節能、管控效率。

2 中央空調系統中的自動控制技術

2.1 冷熱源和水管系統的調節

對于主機系統而言，其帶有單元控制器，可提供蒸發器、冷凝器等進出口溫度和水流開關壓縮機的壓力等。在此過程中，機組采用群控模式，從而實現對熱泵的自動連鎖管控，具有監視、查詢和報警等功能。在機組運行的過程中，一旦機組出現故障，則會在主控制器上及時顯示并報警。根據工況，可改變系統設定的相關數值，比如，白天辦公期間與夜間無人時間段的設定值存在較大的差異。根據命令要求對壓縮機進行操作，以冷凍機房出口設定值為依據，對壓縮機入口導葉閥進行適當調整。在此

過程中，可對冷凍水出口溫度進行設定。通過水溫傳感器、流量傳感器可有效監視主機的運行狀態。對于監控信息數據的收集、管控而言，實踐中由1臺DDC 控制器即可實現。

2.2 新風和空調機組的參數測量

對于中央空調系統而言，為了有效提高室內舒適度、空氣的潔凈度和新鮮度，需及時補充新風，且新風量在冷、熱負荷中的比例非常大。在新風空調機組風道、重要區域的送風道位置，需安裝溫、濕度傳感設備。通過對機組盤管水流量的調節、采用加濕法控制流量，可使溫度滿足設計要求。中央空調系統根據室內溫、濕度計算負荷，并自動對風機進行換擋，從而實現對風量的有效管控。在機組運行過程中，根據室內、外的溫、濕度和預設的溫、濕度對風閥開度進行適當調整，并對排風閥進行聯動控制，從而實現節能降耗的目的。當機組運行停止后，新風閥和排風閥應處于關閉狀態，且回風閥應全開。應用DDC控制器可實現對中央空調系統的自動化管控，可根據設計要求對新風機進行啟停控制。在實踐中，根據新風的溫度，通過PID對水閥進行適當調節，從而保持送風溫度為設定值、對干蒸汽加濕閥的控制，最終使冬季風機出口空氣溫度達標。自動化控制技術的應用可對新風機運行狀態、問題故障狀態進行監控。同時，還能測量風機出口空氣的溫、濕度參數，并對新風過濾器兩側的壓差進行測量。當這些參數達到極限值后會自動報警。

2.3 中央空調系統中的風機盤管監控

對于中央空調系統而言，冷暖設備有新風機組、空調機組，且還有大量的應用風機盤管。從當前的市場情況看，主要有2種風機盤管控制器：①DDC控制器。其可與主機進行有效通訊，可實現有效的中心管控，能對調節冷水、冷機進行控制，但其價格相對較高。②不具備通訊能力的盤管控制器。對于該種類型的控制器而言，建議根據水系統的連接狀況對風機盤管進行分組，每一組支路的入口位置需安裝流量計、供回水溫度傳感器和供回水壓差變送器等。目前，在中央空調系統自控過程中，還無法完全利用DDC技術進行控制，進而在系統風量調試、制冷效果調節過程中，無法通過各風閥的自動調節來使風量均勻達到設計要求。針對該問題，常用的方法為“基準風口法”，即采取手動操作的方式對風量進行適當調整。一般而言，在調整中央空調系統的風量前，應先對所有風口的風量進行初測，計算出每一個風口的初測值、設計風量比，確定比值最小的風口，并將其作為基準風口。

3 智能控制技術的應用

以某大型酒店為例，其安裝了3臺冷卻水泵，電機容量為65 kW，電機負荷率達90%；安裝了3臺冷凍水泵，電機容量為55 kW，電機負荷率達89%.該中央空調系統采用上位機為監控軟件，下位機為S7-300PLC，系統中需完成信息數據采集、算法實現、狀態控制和向上位機傳輸數據信息和狀態信號。中央空調系統變頻器節能示意圖如圖2所示。

圖2 中央空調系統變頻器節能示意圖

在上述案例中，中央空調系統管控中應用的智能控制技術有2種，即模糊控制技術、神經網絡控制技術。在當前自動控制理論的指導下，自適應模糊控制算法通過模擬人的思維，對無法構造的模型進行管控；在應用PLC、變頻技術的基礎上，對于非線性、時變和大時滯復雜空調管控對象而言，采用模糊控制器比傳統PID控制模式的效果更明顯。

3.1 在定風量空調系統中的有效應用

在定風量空調系統的運行過程中，當風量確定后，無論負荷如何變化，風機均會全風量運轉，并隨著送風溫度改變，可有效滿足室內冷、熱負荷的變化，從而維持室內的溫、濕度。對于中央空調系統而言，其既具有供暖、供冷、除濕、加濕等功能，又可采用智能控制技術手段對排風口、回風機和電動風門等進行有效管控，從而實現自動混合式、循環式運行，節能效果非常好。對于定風量空調系統而言，其控制要點在于空調回風溫、濕度自動調節、新風閥、排風閥和回風閥應用比例的管控等。

3.2 在變風量空調系統中的有效應用

對于變風量系統而言，當空調房間的冷、熱負荷變化時，不會改變送風溫度，而是改變風量，這樣可維持室內的溫、濕度。對于該系統而言，每一個房間的送風入口位置均需布設末端設備，即可自動管控的風閥。在實踐中，通過調節（增大、減小）室內送入的風量，可對每個房間的溫、濕度進行單獨管控，變風量空調系統的特點是送風溫度不變，即表冷器回水調節閥的開度不變。

4 結束語

在中央空調系統設計的過程中，多以最大冷負荷作為最大功率驅動，因此，造成實際所需的冷負荷與最大功率輸出相互矛盾，能源嚴重浪費。自動化控制技術的應用可實現節能、提高控制效率等目的，因此，其在中央空調系統中的應用前景非常廣闊。

參考文獻

[1]王本進.自動控制技術在中央空調系統中的應用[J].科技創新與應用，2012（09）.

〔編輯：張思楠〕