【正文】 8 中 央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求 空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對象是 :空氣溫度及相對濕度。 由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會引起回水水質(zhì)下降且容易漏水，故目前基本不采用。 9表 空調(diào)加熱方式比較 加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟(jì)性 熱水加熱 由熱泵機(jī)組提供 時滯長，反應(yīng)較慢，控制復(fù)雜 價格中 蒸汽加熱 由當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)提供 熱源溫度、流量 較 穩(wěn)定，動態(tài)特性中 價格低 電加熱 通過電熱器提供 控制精度高，控制簡單 價格高 從上 表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡單的優(yōu)點，但其熱效率低、浪費能源、價格高，作為主調(diào) 節(jié) 不合適，一般用于恒溫室等對動態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對濕度的變化，存在著室內(nèi)濕度的偏差，故此種方法一般用于室內(nèi)余濕量變化幅度較小的場合。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來實現(xiàn)。而當(dāng)溫度不高，而濕度較大時，則根據(jù)室內(nèi)濕度探測器的信號與設(shè)定值比較，根據(jù)其差值，調(diào) 節(jié) 冷凍水閥門開度，強(qiáng)制啟動制冷模式，調(diào)低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求。它在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)濕度傳感器所測得的室內(nèi)相對濕度值，由調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較、放大后發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使電動調(diào)節(jié)閥動作，改變噴入空氣中的蒸汽量，達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的?？照{(diào)區(qū)域溫、濕度的自動控制。 (5)過 濾器過阻報警，提醒運行 人員及時清洗更換過濾 器?？刂频哪繕?biāo)是將室內(nèi)的溫濕度參數(shù)保持在適宜的水平，并且盡量使系統(tǒng)的能耗最小。由于智能控制器分布在現(xiàn)場，控制功能較為明確，同時任何一臺智能控制器發(fā)生故 障都不會影響其它設(shè)備的正常運行，大大縮小了故障或事故的影響范圍，因此，可靠性大大提高。 13空調(diào)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)見圖 所示。路由器通常只有中繼器及不同通信介質(zhì)間信息轉(zhuǎn)換的功能，傳輸?shù)木嚯x受節(jié)點中收發(fā)器類型的限制。通過 PC機(jī)的人機(jī)界面，完成收集和監(jiān)視各個現(xiàn)場節(jié)點的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)計算、執(zhí)行控制節(jié)點動作等操作。 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng) 主 要由三級組成。從智能建筑系統(tǒng)集成的角度考慮，管理級是較為重要的一級，其主要任務(wù)是將管理部門的決策引入到監(jiān)控層的控制決策中去，實現(xiàn)各相關(guān)子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與信息共享。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調(diào)系統(tǒng)的首要任務(wù)。因此我們主要研究空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模 型 。 而且有些因素本身又有其不確定性，不可能通過過程辯識來準(zhǔn)確確定空調(diào)房間溫、濕度的數(shù)學(xué)模 型 。 這里我們?nèi)?ρ =，取 c= ( p, c 的定義見前面的符號說明 )； nt 、 st 為 室內(nèi)空氣溫度 (或者回風(fēng)溫度 ) 和送風(fēng)溫度，單位為℃。本次主要研究的對象是定風(fēng)量 (CAV)系統(tǒng)。另一類為對象的擾動作用， 1()nt 2()nt... ()Nnt，稱為“外部擾動”。這樣在多個輸入信號的作用下，對象的輸出為 : 11( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )n nN nY s G s P s G s N s G s N s? ? ? ? (32) 式（ 32）中， ()Gs為 1()nt 2()nt... ()Nnt不變時， 被控 量 y(t)與控制作用 p(t)之間的傳遞函數(shù) 。空調(diào)負(fù)荷 (冷負(fù)荷 )主 要 由各種傳熱、照明、室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備、人體等散熱負(fù)荷以及太陽輻射等因素 構(gòu)成 。因此本文中外部擾動主要與室外溫度、濕度、太陽直射輻射、太陽散射輻射有關(guān)四個因素有關(guān)。這樣，窗玻璃的外擾得熱計算主要是太陽輻射透射得熱計算和用于計算傳熱得熱的室外空氣綜合溫度。 （ CAV）方式下空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型 對于定風(fēng)量（ CAV）方式，即固定送風(fēng)量 L 而改變送風(fēng)溫度 st 空調(diào)系統(tǒng)，將式〔 33 )整理為 : 1801111nnnsqtdtC Lc rttdt L cL c L crr?????????? ? ????? ?? 或 ? ?11n n s fdtT t K t tdt ? ? ? （ 34） 式（ 34）中01111,11 nfqtC Lc rT K t LcL c L crr?????? ? ???。調(diào)節(jié)作用至被控參數(shù)的信號聯(lián)系稱為調(diào)節(jié)通 道，干擾作用至被控參數(shù)的信號聯(lián)系稱為干擾通道。由于空調(diào)房間的工藝特性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、送風(fēng)方式和換氣次數(shù)的不同，測得的結(jié)果也不相同。 b但是對于潔凈度要求比較高的場所，要求的換氣次數(shù)要大一些?？芍?τ 1=45s ， K1= ， T1=450s 。分析表冷器的傳熱過程可以看到，過程中串聯(lián)著三個環(huán)節(jié) : 圖 一般傳熱過程 (1)由冷流體到管壁內(nèi)側(cè)的冷量傳遞 ?！?)） 由式 (37 ,(38) , (39) 整理可得 : 1212()11ffA T TQ?? ? ????? （ 311） 令 12111K ?? ? ?? ?? K：傳熱系數(shù)，單位 KJ/(Kg℃ ) 23 Q冷 總 ： 單位時間需要輸入的總冷量 。 M M2 :冷水質(zhì) 量 、被控區(qū)空氣質(zhì)量 ( Kg)。 Q23 ： 被控區(qū)與環(huán)境傳熱功率 。 C1 ： 表面冷卻器的比熱容 ； KJ/(Kg (3)冷量由管壁外側(cè)向熱流體即空氣流體的冷量傳遞 。其冷量通過表面冷卻器的管簇及其肋片進(jìn)行 量 釋放，使經(jīng)由表面冷卻器的空氣溫度降低，從而達(dá)到降溫目的。 在實際工程中可能大一些。 應(yīng)用表 式，只要知道空調(diào)房間的送風(fēng)方式和三維尺寸，就可以很方便地估算出定風(fēng)量方式下空調(diào)房間的特性參數(shù)。文獻(xiàn) 《 室溫自動調(diào)節(jié)原理和應(yīng)用 》 在理論分 析的基礎(chǔ)上，綜合了我國許多單位在凈化室測定中所得到的大量數(shù)據(jù)，提出了這三個參數(shù)的估算公式，見表 31。 如果式 ( 34 )中的 st 為常量， st = 0st ， 則有 ? ?1 1 0n n s ftdtT t K t td? ? ? ? ?，上式稱為干擾通道的微分方程式。式（ 34）就是凈化室在定風(fēng)量 (CAV) 方式下的數(shù)學(xué)模型。即 = + +? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?凈 化 室 內(nèi) 蓄 每 小 時 進(jìn) 入 室 每 小 時 室 內(nèi) 設(shè) 備 照 每 小 時 從 室 內(nèi) 排 每 小 時 室 內(nèi) 向熱 量 的 變 化 率 內(nèi) 空 氣 的 熱 量 明 和 人 體 的 散 熱 量 出 的 空 氣 的 熱 量 室 外 的 傳 熱 量 由此可得出如下的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 01 ( ) ( )nns n nd t t tC L c t q L c td t r?? ?? ? ? ? （ 33） 式 (33)中 r為凈化室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，℃ /KJ。 對于半透明的玻璃，外擾得熱既有傳熱得熱 又 有太陽輻射透射得熱，太陽輻射透射得熱是指太陽直射輻射、散射輻射等中短波輻射直接透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量，傳熱得熱包括室內(nèi)外溫度差形成的傳熱量和被玻璃吸收的太陽輻射又以輻射和對流的形式進(jìn)入室內(nèi)的熱量。這里我們只考慮外表面換熱系數(shù)。...... ()nNGs為 p(t)、 n1(t)... 1()Nnt? 不變時，被控量 y(t)與擾動作用()Nnt 之間的傳遞函數(shù) 。其中主要影響參數(shù)有室外溫度、濕度、太陽直射輻射、風(fēng)速、風(fēng)向。 圖 空調(diào)房間對象 CAV方式下空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型 自動控制空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)房間的輸入可歸納為兩類，一類是控制器的輸出 p（ t） ，稱為對象的“基本擾動 ” 或“內(nèi)部擾動”。也可將送風(fēng)溫度 st 固定，而改變送風(fēng)最 L，這種 空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV(Variable Air Volume)系統(tǒng)。 CAV空調(diào)系統(tǒng)的基本原理 全空氣空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的基本要求， 是要向空調(diào)房間內(nèi)輸送足夠數(shù)量的、經(jīng)過一定處理了的空氣，用以吸收室內(nèi)的余熱和余濕，從而維持室內(nèi)所需要的溫度和濕度。這種方法具有較大的普遍性。 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是輸入變量和輸出變量之間不隨時間變化的數(shù)學(xué)關(guān)系。 15第三章 空調(diào)系統(tǒng)建模 空調(diào)房間建模 要研究一個系統(tǒng)，必須知道這個系統(tǒng)的模型。操作員站通過人機(jī)交互及友好的界面對整個空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和在線管理。提供有數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)處 理、過程監(jiān)視和過程控制等功能。 2） 網(wǎng)絡(luò)適配器 它是控制網(wǎng)絡(luò)與 PC 機(jī)以及具有數(shù)據(jù)通信功能的儀器、儀表之間相互連接 的接口。它主要由 PC 機(jī)、現(xiàn)場智能節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)適配器、路由器和通信介質(zhì)等組成，由現(xiàn)場總線擔(dān)任過程現(xiàn)場與安裝在控制室中的 PC機(jī)之間的串行數(shù)字通信鏈路。 12表 特性 現(xiàn)場總線類型 FF Profibus HART CAN Lonworks 應(yīng)用范圍 儀表 PLC 智能變送器 汽車 樓宇自動化 OSI 網(wǎng)絡(luò)層次 8 7 7 7 1~7 通訊介質(zhì) 雙絞線、電纜、光纖、無線等 雙絞線、 光纖 電源信號線 雙絞線、 光纖 雙絞線、電力線、電纜、光纖、無線等