王文剛

摘要：隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展以及人們物質(zhì)和精神文明的提高，特別是對密閉大樓內(nèi)空調(diào)溫度、舒適度、新風(fēng)量的要求也越來越高，過去以室內(nèi)回風(fēng)溫度為參考依據(jù)方法（室內(nèi)空調(diào)面板設(shè)定溫度值）顯得過于簡單，且靈敏度也不高。此空調(diào)控制策略以設(shè)備能耗特性為基礎(chǔ)，充分考慮不同設(shè)備效率間的互相影響，集重點大能耗設(shè)備的優(yōu)化控制、故障診斷、統(tǒng)計分析、運行管理為一體，并根據(jù)大樓內(nèi)空調(diào)管道系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不確定的特點，為用戶提供整體節(jié)能和控制系統(tǒng)的解決方案。實現(xiàn)了系統(tǒng)整體能耗的動態(tài)最小化，并且大大提高了系統(tǒng)的可靠性。此論文對是對某個大樓內(nèi)的2臺冷機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)控制系統(tǒng);集中智能化管理;自動控制;舒適度

一、中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備情況

（一）如夏季中央空調(diào)采用2臺開利螺桿式機(jī)組制冷，輔助設(shè)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(shè)備（空調(diào)箱及風(fēng)機(jī)盤管）;如冬季采用2臺熱水鍋爐供暖，輔助設(shè)備有2臺換熱器、3臺熱水循環(huán)泵（2用1備）、末端設(shè)備（空調(diào)箱及風(fēng)機(jī)盤管）。

（二） 共用設(shè)備：計算機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、轉(zhuǎn)換器、以太網(wǎng)接入等模塊、監(jiān)控軟件、模擬量溫度傳感器、模擬量壓力傳感器、數(shù)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(nèi)）等。

二、控制策略

（一）控制策略

1、制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)工作，將高溫、高壓的制冷劑熱量在冷凝器內(nèi)與冷卻水進(jìn)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(fēng)機(jī)強(qiáng)制排出熱量，因此加大冷卻塔的噸位、排風(fēng)機(jī)功率，冷卻水流量，把降低溫度的冷卻水經(jīng)過循環(huán)再進(jìn)入冷機(jī)，所以降低冷凝溫度是關(guān)鍵。2、制冷劑在蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行冷熱交換，由于低溫、低壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換，并吸收冷凍水的熱量，所以蒸發(fā)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(fā)器的時間和進(jìn)/出水壓差是關(guān)鍵。

（二）針對以上結(jié)論有如下的控制原則：

1、正常情況下，先開啟一臺冷凍機(jī)。如判斷是否需要增開另一臺冷凍機(jī)時，應(yīng)根據(jù)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(dāng)冷凍機(jī)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(shè)定溫度時（其中有±1.5℃的余量），不應(yīng)該增開一臺冷凍機(jī)。（2）當(dāng)冷凍機(jī)出水溫度或總回水管溫度高于設(shè)定溫度+1.5℃時，邏輯控制應(yīng)判斷另增開一臺冷凍機(jī)。當(dāng)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(jī)的進(jìn)出水壓差是否符合，是否有備用的冷凍機(jī)等。

2、判斷是否需要卸載一臺冷機(jī)時，應(yīng)根據(jù)冷凍水總管回水溫度低于設(shè)定溫度-1.5℃。進(jìn)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(shù)值。

（1）當(dāng)冷凍機(jī)出水溫度低于或接近于設(shè)定溫度±1.5℃時，并無再下降的趨勢，進(jìn)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(shù)值，表明目前運行冷機(jī)的數(shù)量已滿足了負(fù)荷的需求。

三、設(shè)計原則

（一）用戶至上原則

本策略以滿足業(yè)主需求為目標(biāo)，滿足了業(yè)主在大樓內(nèi)對環(huán)境溫度的需求，并針對大樓中央空調(diào)的特點，確保實用性。

（二）先進(jìn)性

在滿足業(yè)主現(xiàn)有需求的前提下，充分考慮現(xiàn)代社會的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的迅猛發(fā)展趨勢，在技術(shù)和設(shè)計上有超前的理念。

（三）集成性和可擴(kuò)展性

實現(xiàn)對大樓中央空調(diào)系統(tǒng)的集中智能化管理和監(jiān)控，在硬件設(shè)備上增加插件端口，便于后續(xù)硬件的增加。軟件中增加升級邏輯程序，可方便后續(xù)的升級和開發(fā)。

（四）開放性與兼容性

操作終端與各系統(tǒng)之間均有RS485接口和通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實現(xiàn)軟件與硬件之間有無障礙通信。軟件能兼容各個產(chǎn)品的特性，可以使整個系統(tǒng)得到提高。

（五）節(jié)能性和實用性

能明顯的降低節(jié)能，減少維護(hù)和人員的管理工作量，優(yōu)化設(shè)備運行;

（六）安全性、可靠性、服務(wù)性

人機(jī)界面良好，內(nèi)容豐富，運行管理便捷，形象生動，數(shù)據(jù)精確，反應(yīng)靈敏，操作簡便易學(xué)，便于開發(fā)，含有歷史數(shù)據(jù)紀(jì)錄、計劃運行管理和運行狀態(tài)趨勢圖分析功能。

四、系統(tǒng)設(shè)計

（一） 自動控制系統(tǒng)控制方式及網(wǎng)絡(luò)形式

本系統(tǒng)是基于現(xiàn)代控制論中分布式控制理論而設(shè)計的集散型系統(tǒng)，系統(tǒng)由計算機(jī)、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集器、控制器、傳感器、執(zhí)行器等構(gòu)成。采用分層分布開放式控制結(jié)構(gòu)，即第一層智能控制器。第二層通訊控制器，第三層為數(shù)據(jù)采集。控制器通過檢測本地設(shè)置的傳感器傳來的信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，同時控制器通過通訊端口將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，并接受上位機(jī)傳來的控制指令進(jìn)行動作，進(jìn)而實現(xiàn)系統(tǒng)控制。

（二）中央空調(diào)智能化節(jié)能控制系統(tǒng)控制內(nèi)容：

1、制冷機(jī)房節(jié)能控制內(nèi)容

（1）通過程序設(shè)定空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的自動啟/停次序，當(dāng)設(shè)備故障時開啟備用設(shè)備，保證系統(tǒng)安全可靠運行。（2）控制系統(tǒng)通過監(jiān)測冷凍水（熱水）供/回水溫度，自動控制冷水機(jī)組/熱水鍋爐的開啟臺數(shù)。并控制供/回水管道之間比例閥的開啟度數(shù)。（3）冷凍機(jī)組停機(jī)時，系統(tǒng)將自動關(guān)閉相應(yīng)機(jī)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(shù)。（4）熱水鍋爐停機(jī)時，系統(tǒng)將自動關(guān)閉板式換熱器管路上的電動閥，并相應(yīng)調(diào)整熱水循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，可以降低用電能耗。（5）實時監(jiān)測熱水鍋爐、熱水循環(huán)泵、冷凍機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，詳細(xì)顯示空調(diào)每個系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息（冷水機(jī)組的運行狀態(tài)、冷凍機(jī)的進(jìn)/出水溫度、冷卻水進(jìn)/出水溫度、熱水進(jìn)/出水溫度、冷凍水泵/冷卻水泵運行頻率等）。

注：接入中央空調(diào)控制系統(tǒng)需其具有RS-485通信接口。

（三）末端節(jié)能控制內(nèi)容：

1、對空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行控制：可實現(xiàn)實時新風(fēng)、回風(fēng)閥位調(diào)節(jié)、送風(fēng)量控制。2、設(shè)置CO2濃度探測器，對室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行實時監(jiān)視，增加/減少新風(fēng)量，保證室內(nèi)空氣優(yōu)良。3、對排風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。4、空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)組設(shè)置電動蝶閥，當(dāng)機(jī)組停止使用時，電動蝶閥關(guān)閉機(jī)組進(jìn)水。

（四） 中央空調(diào)智能化節(jié)能控制系統(tǒng)的主要技術(shù)特點：

1、圖形軟件：動態(tài)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(shè)備的運行狀態(tài)信息，可分為歷史和當(dāng)前運行狀態(tài)模式兩種，當(dāng)前圖形的趨勢和歷史趨勢都可以按設(shè)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(dāng)冷機(jī)控制中心監(jiān)控到設(shè)備發(fā)生故障時，計算機(jī)硬件設(shè)備會發(fā)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(shè)備的位置和故障原因。4、監(jiān)測功能完善：可以監(jiān)控室外溫度、實時設(shè)定空調(diào)各輔助設(shè)備（包括冷凍機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵/冷卻塔風(fēng)機(jī)管等）的參數(shù)、冷凍水和冷卻水的進(jìn)/出水溫度。5、反應(yīng)靈敏：所有設(shè)備監(jiān)控點數(shù)據(jù)在數(shù)秒鐘之內(nèi)全部傳輸至監(jiān)控中心并在顯示屏上體現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)置有定時開關(guān)機(jī)程序。 6、留有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和通訊協(xié)議。7、如自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障，可實現(xiàn)手/自動切換功能。

五、結(jié)語：

目前5A級寫字樓或大型商場裝有中央空調(diào)自控系統(tǒng)以后，可節(jié)約能耗 25%-30%左右，節(jié)省人力約 40%-50%之間。出現(xiàn)故障，能夠及時知道何時何地，哪種設(shè)備出現(xiàn)何種故障。而且大樓中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備眾多且分散，若采用現(xiàn)場巡檢和操作將浪費大量人工。如采用智能化自控系統(tǒng)，可以減少人員成本，確保了維修的及時性和設(shè)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(xiàn)：

[1]葉國棟. 舒適空調(diào)中的熱舒適指標(biāo)控制研究. 湖南大學(xué)碩士論文，2002.

[2]葉汝裕.水泵風(fēng)機(jī)的節(jié)電及技術(shù)改造（第一版）. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1996，1—46.