自動控制在暖通空調系統中的發展與應用

何永春 張躍夫

摘要：隨著國家在節能減排、節能降耗的號召，人們嘗試在利用能源方面提高資源利用率，其中建筑暖通空調系統是節能關注的重點領域，它的能耗占整棟建筑耗能的50%。中央空調電能消耗比例大約在60%，鑒于此能源利用情況，人們發現通過在空調暖通系統中應用自動化控制，對于節能具有很大的促進作用，這也是暖通空調系統自動化控制取得較大發展的原因。本文介紹分析了自動控制技術在暖通空調工程中的應用與發展趨勢。

關鍵詞：自動控制；暖通空調系統；應用

一、我國暖通空調自控系統的研究現狀

近幾年，我國相關領域的專業人員開始研究自動控制方面的原理及相關理論，并將其逐漸應用于暖通空調系統的運行中。隨著節能環保理念的深入人心，我國大部分空調設計的主要基準便是具有節能、環保方面的特性。但由于技術條件的限制，以及相關理論體系的不健全，導致我國空調的節能限度仍低于30%。而通過研究發現，在空調系統的運行過程中，通過調節變頻器的輸出頻率，就能夠有效控制水泵的轉速的快慢，從而達到節省能源、降低浪費的目的。

二、自動控制理論在暖通空調的發展

自動化控制理論的發展進程可分為3個階段：

1、20世紀80年代，中央空調設備幾乎都是簡單的ON/OFF控制模式，換句話說就是用壓力繼電器或熱繼電器等元件監測并控制室溫。

2、 工業過程控制中最普遍使用的PID控制器與其改進型控制器，其中使用純PID調節器達到了84%，把改進型也包括的話則超過90%。結構簡單、魯棒性強的PID控制器取得了良好的控制效果。

3、 目前新發展的智能控制理論開始應用于暖通空調領域。包括模糊控制、神經網絡控制、遺傳算法。

三、自動控制在暖通空調系統中應用的主要特征

目前，國內空調自動化控制已經有了一定成果，但是還需要深入在科研領域進行探索。在暖通空調系統中，自動化控制的應用涉及如下三個階段：

1、20世紀80年代左右，所采用的中央空調控制系統僅有簡單的一個開關鍵，其借助熱繼電器或壓力繼電器進行管理，從而達到對設備進行自動控制的目的。

2、 工業技術的不斷發展帶來的新變化，PID控制器在自動管理領域的實際應用使得自動控制系統更加完善和健全，在PID的基礎上來改造和完善控制設備，有超過80%的空調控制系統采用了該控制系統和理念。

3、 當前研究階段，智能技術的發展使得空調系統也在逐漸追求智能控制和更高等級的自動化控制，國內逐漸將新的智能控制系統應用于暖通空調系統。

四、暖通空調系統自動化控制具體應用

1、 冷、熱源系統監控

空調制冷方式主要有壓縮式、吸收式、冰蓄冷三種。其中壓縮式制冷采用氟利昂、氨作為制冷劑，消耗大量的電能為補償，針對這一制冷方式的監控，主要是在空調啟停方面的控制，通過監控它的運行狀態，如測量冷凍水、冷卻水的進出口溫度和壓力，出現過載情況則自動報警。吸收式制冷所采用的制冷劑為水，吸收劑為溴化鋰，消耗熱量作為補償。冰蓄冷制冷，通常在制冷設備處于低負荷狀態時運行，在用電高峰期為輸送空間提供冷源。三種制冷方式互相配合，構成了空調制冷監控系統。

2、 熱力系統監控

熱力系統主要監控蒸汽、熱水出口的壓力、溫度和流量，當汽包達到特定水位則為監控人員顯示相應數值以及自動報警。同時它還對熱力系統的各控制設備運行狀態進行監測，如順序啟停、設備故障信號、運行設備臺數、熱交換器控制進汽（水）量、熱交換器進汽（水）量閥與熱水循環泵連鎖控制。例如，針對熱水鍋爐的監控，利用溫度傳感器測量鍋爐出口水溫，利用流量計測量鍋爐出口熱水流量，利用壓力變送器測量熱水出口壓力。鍋爐補水泵的自動化控制，主要是利用壓力變送器針對系統回水壓力進行測量，有兩種情況：（1）當回水壓力<設定值，則會自動啟動補水泵進行補水操作；（2）當回水壓力>設定值，停止補水泵，調節鍋爐進水量。對于鍋爐給水泵的啟停順序以及運行狀態進行監控，利用水流開關檢測循環水泵的運行狀態、鍋爐主電路接觸器輔助觸頭以及電鍋爐運行狀態。給水泵的啟停順序根據運行狀態有兩種，即循環水泵→電鍋爐、電鍋爐→循環水泵。對于汽包水位的自動控制，主要采用液位計檢測汽包水位和DDC，這時會針對兩種情況進行自動操作：（1）水位>設定值，進行報警關小進水閥；（2）水位<設定值，同樣也向監控人員報警，開大進水閥。故障報警方面，發現循環水泵、給水泵過載情況，鍋爐水位超限則自動向監控人員報警。關于鍋爐供水系統的節能控制，利用監控設備檢測輸送空間所需熱負荷，然后再決定分水器的供水溫度、集水器的回水溫度、流量，以及自動啟停鍋爐以及循環水泵的臺數。

3、 空氣處理系統檢測

空氣處理系統檢測主要有以下功能：（1）測試室內溫度、濕度、送回風溫、送回濕度；（2）監控控制風機轉速，風道風壓，確認空氣處理系統是否出現啟停過載；（3）根據相應要求，調節冷熱水流量，連鎖控制風門、調節閥；（4）調節冷熱水流量，連鎖控制風門、調節閥等，控制二氧化碳濃度。在輸送冷、暖氣的房間設置溫度傳感器，并在其位置設置新風、回風的溫度和濕度測點。利用電動調節閥調節新風、排風、回風閥，由此實現調節新回風比。根據房間溫度與給定值比較，通過調節送風溫度實現房間溫度變化。房間濕度調節則是通過溫度傳感器監測房間的相對濕度，從而確定送風濕度設定值。

五、自動控制在暖通空調系統中的應用前景

隨著暖通空調控制系統的功能越來越完善，其設計也必將更加復雜，系統中相關模型建立的難度也將會逐漸提高。若只采用傳統的PID控制技術，將難以滿足其實際功能的需要。因此，能夠進行具體控制的模糊控制理論與神經網絡控制體系，具有更大的發展空間。同時，傳統暖通空調控制系統的運行過程中，通常會伴隨能耗大、滯后性及多變量等方面的問題。而通過模糊控制與神經網絡控制系統，則能夠有效解決上述問題。不過，在運用模糊技術進行空調控制的過程中，由于相關參數是提前設計好的，沒有考慮到實際使用中的環境因素等方面，因而在其應用過程中也存在一些缺陷。基于上述情況，相關部分的研究還應進一步深入。

六、結語

隨著社會經濟和科技的發展，促進了自控系統的發展。自控系統在暖通空調系統中具有較好的應用前景，當前的應用水平還能夠實現進一步的提高，智能技術在自動控制中的融合能夠實現對空調系統更加精準的控制。因此還需要相關技術人員不斷進行深入研究，進一步提高暖通空調的使用性能。

參考文獻：

[1]劉秋瓊，李志生.自動控制在暖通空調系統中的發展與應用[J].建筑節能，2017（7）.

[2]翟虹杰.探討自動控制在暖通空調系統中的發展與應用[J].中國科技投資，2017（31）.

（作者單位：沈陽華譽地源熱泵供熱有限公司）