中央空調控制系統策略

王文剛

摘要：隨著社會的進步和發展以及人們物質和精神文明的提高，特別是對密閉大樓內空調溫度、舒適度、新風量的要求也越來越高，過去以室內回風溫度為參考依據方法（室內空調面板設定溫度值）顯得過于簡單，且靈敏度也不高。此空調控制策略以設備能耗特性為基礎，充分考慮不同設備效率間的互相影響，集重點大能耗設備的優化控制、故障診斷、統計分析、運行管理為一體，并根據大樓內空調管道系統的負荷具有起伏變化和不確定的特點，為用戶提供整體節能和控制系統的解決方案。實現了系統整體能耗的動態最小化，并且大大提高了系統的可靠性。此論文對是對某個大樓內的2臺冷機智能控制系統設計作了詳細的介紹。

關鍵詞：中央空調控制系統;集中智能化管理;自動控制;舒適度

一、中央空調系統設備情況

（一）如夏季中央空調采用2臺開利螺桿式機組制冷，輔助設備配置3臺冷卻塔、3臺冷卻水泵、3臺冷凍水泵（都是2用1備）、末端設備（空調箱及風機盤管）;如冬季采用2臺熱水鍋爐供暖，輔助設備有2臺換熱器、3臺熱水循環泵（2用1備）、末端設備（空調箱及風機盤管）。

（二） 共用設備：計算機、打印機、數據采集器、轉換器、以太網接入等模塊、監控軟件、模擬量溫度傳感器、模擬量壓力傳感器、數字控制器（DDC）、電動閥門、比例式閥門、壓差信號（模擬量）、室外溫/濕度傳感器（需安裝在室外陰涼處）、二氧化碳濃度探測器（需分布在室內）等。

二、控制策略

（一）控制策略

1、制冷劑經過壓縮機工作，將高溫、高壓的制冷劑熱量在冷凝器內與冷卻水進行熱交換后，被冷卻水帶至冷卻塔自然冷卻或冷卻塔自帶排風機強制排出熱量，因此加大冷卻塔的噸位、排風機功率，冷卻水流量，把降低溫度的冷卻水經過循環再進入冷機，所以降低冷凝溫度是關鍵。2、制冷劑在蒸發器中與冷凍水進行冷熱交換，由于低溫、低壓的液態制冷劑在蒸發器中進行熱交換，并吸收冷凍水的熱量，所以蒸發器中制冷劑溫度越低，吸收冷凍水的熱量越高，實際就是冷凍水的出水溫度就越低。因此控制冷凍泵通過蒸發器的時間和進/出水壓差是關鍵。

（二）針對以上結論有如下的控制原則：

1、正常情況下，先開啟一臺冷凍機。如判斷是否需要增開另一臺冷凍機時，應根據冷凍水總管的出水/回水溫度是否有提高的趨勢來判斷。

（1）當冷凍機出水或總回水管的溫度傳感器檢測到出水或總回水溫度接近或等于設定溫度時（其中有±1.5℃的余量），不應該增開一臺冷凍機。（2）當冷凍機出水溫度或總回水管溫度高于設定溫度+1.5℃時，邏輯控制應判斷另增開一臺冷凍機。當然還有可能有外部因素如：加載判斷時間的延時，冷凍水管的流量和冷凍機的進出水壓差是否符合，是否有備用的冷凍機等。

2、判斷是否需要卸載一臺冷機時，應根據冷凍水總管回水溫度低于設定溫度-1.5℃。進水管和回水管的旁通比例閥已開啟，壓差已接近一臺冷凍水泵的數值。

（1）當冷凍機出水溫度低于或接近于設定溫度±1.5℃時，并無再下降的趨勢，進水管和回水管的旁通比例閥未開啟或不滿足開啟一臺冷凍水泵的數值，表明目前運行冷機的數量已滿足了負荷的需求。

三、設計原則

（一）用戶至上原則

本策略以滿足業主需求為目標，滿足了業主在大樓內對環境溫度的需求，并針對大樓中央空調的特點，確保實用性。

（二）先進性

在滿足業主現有需求的前提下，充分考慮現代社會的信息化、網絡化、集成化的迅猛發展趨勢，在技術和設計上有超前的理念。

（三）集成性和可擴展性

實現對大樓中央空調系統的集中智能化管理和監控，在硬件設備上增加插件端口，便于后續硬件的增加。軟件中增加升級邏輯程序，可方便后續的升級和開發。

（四）開放性與兼容性

操作終端與各系統之間均有RS485接口和通用標準協議，實現軟件與硬件之間有無障礙通信。軟件能兼容各個產品的特性，可以使整個系統得到提高。

（五）節能性和實用性

能明顯的降低節能，減少維護和人員的管理工作量，優化設備運行;

（六）安全性、可靠性、服務性

人機界面良好，內容豐富，運行管理便捷，形象生動，數據精確，反應靈敏，操作簡便易學，便于開發，含有歷史數據紀錄、計劃運行管理和運行狀態趨勢圖分析功能。

四、系統設計

（一） 自動控制系統控制方式及網絡形式

本系統是基于現代控制論中分布式控制理論而設計的集散型系統，系統由計算機、系統軟件、數據采集器、控制器、傳感器、執行器等構成。采用分層分布開放式控制結構，即第一層智能控制器。第二層通訊控制器，第三層為數據采集。控制器通過檢測本地設置的傳感器傳來的信號控制執行機構的動作，同時控制器通過通訊端口將數據傳給上位機，并接受上位機傳來的控制指令進行動作，進而實現系統控制。

（二）中央空調智能化節能控制系統控制內容：

1、制冷機房節能控制內容

（1）通過程序設定空調系統各設備的自動啟/停次序，當設備故障時開啟備用設備，保證系統安全可靠運行。（2）控制系統通過監測冷凍水（熱水）供/回水溫度，自動控制冷水機組/熱水鍋爐的開啟臺數。并控制供/回水管道之間比例閥的開啟度數。（3）冷凍機組停機時，系統將自動關閉相應機組的冷凍水/冷卻水管路上的電動閥，可以減少水泵開啟的臺數。（4）熱水鍋爐停機時，系統將自動關閉板式換熱器管路上的電動閥，并相應調整熱水循環泵轉速，可以降低用電能耗。（5）實時監測熱水鍋爐、熱水循環泵、冷凍機組、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔風機的工作狀態，詳細顯示空調每個系統的運行狀態信息（冷水機組的運行狀態、冷凍機的進/出水溫度、冷卻水進/出水溫度、熱水進/出水溫度、冷凍水泵/冷卻水泵運行頻率等）。

注：接入中央空調控制系統需其具有RS-485通信接口。

（三）末端節能控制內容：

1、對空調箱、新風機組進行控制：可實現實時新風、回風閥位調節、送風量控制。2、設置CO2濃度探測器，對室內空氣品質進行實時監視，增加/減少新風量，保證室內空氣優良。3、對排風機進行遠程控制。4、空調箱、新風機組設置電動蝶閥，當機組停止使用時，電動蝶閥關閉機組進水。

（四） 中央空調智能化節能控制系統的主要技術特點：

1、圖形軟件：動態圖形，每圖15秒～1分種自動刷新一次，操作員亦可自行選擇刷新時間。2、趨勢記錄：記錄每個設備的運行狀態信息，可分為歷史和當前運行狀態模式兩種，當前圖形的趨勢和歷史趨勢都可以按設定的比例顯示多個點，采樣速率分別為5秒～3分鐘和10秒～60分鐘。3、報警管理：當冷機控制中心監控到設備發生故障時，計算機硬件設備會發出警報聲，并在屏幕上彈出對話框，以圖形界面的形式告知故障設備的位置和故障原因。4、監測功能完善：可以監控室外溫度、實時設定空調各輔助設備（包括冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵/冷卻塔風機管等）的參數、冷凍水和冷卻水的進/出水溫度。5、反應靈敏：所有設備監控點數據在數秒鐘之內全部傳輸至監控中心并在顯示屏上體現。系統設置有定時開關機程序。 6、留有標準通訊接口和通訊協議。7、如自動控制系統發生故障，可實現手/自動切換功能。

五、結語：

目前5A級寫字樓或大型商場裝有中央空調自控系統以后，可節約能耗 25%-30%左右，節省人力約 40%-50%之間。出現故障，能夠及時知道何時何地，哪種設備出現何種故障。而且大樓中央空調系統的設備眾多且分散，若采用現場巡檢和操作將浪費大量人工。如采用智能化自控系統，可以減少人員成本，確保了維修的及時性和設備的安全性，同時提高工程人員工作效率和辦公人員的舒適感。

參考文獻：

[1]葉國棟. 舒適空調中的熱舒適指標控制研究. 湖南大學碩士論文，2002.

[2]葉汝裕.水泵風機的節電及技術改造（第一版）. 重慶：重慶大學出版社，1996，1—46.