【文章內(nèi)容簡介】 房間的數(shù)學(xué)模型，并對空調(diào)房間的特性參數(shù)進行了估算。同時建立了表冷器和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的 數(shù)學(xué)模型。為控制方案的確定和控制參數(shù)調(diào)整奠定了基礎(chǔ)。 （ 3）利用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)空調(diào)房間的溫度控制，利用工程整定法整定 PID控制器參數(shù)，使系統(tǒng)取得良好的控制效果，利用 STEP7 仿真軟件仿真控制效果。并且用信號發(fā)生器產(chǎn)生特定的干擾信號模擬空調(diào)房間內(nèi)人員進出的干擾情況，仿真系統(tǒng)有受干擾時的響應(yīng)特性。 空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 8 第二章 空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 空調(diào)系統(tǒng)的原理 要討論空調(diào)控制技術(shù)，就必須對控制對象即空調(diào)系統(tǒng)有全面、深入的了解。只有掌握了其原理、特性、要達到的目的及實現(xiàn)手段才能決定采用何種控制 策略。本文在此先對空調(diào)系統(tǒng)原理及組成作一介紹。 空氣調(diào)節(jié)，就是把經(jīng)過一定處理之后的空氣，以一定方式送入室內(nèi)，將室內(nèi)空氣的溫濕度、流動速度和潔凈度等控制在一定范圍內(nèi)。影響室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)的變化，主要是由以下兩方面造成的。一是外部原因，如太陽輻射和外界氣候條件的變化；另一方面是內(nèi)部原因，如室內(nèi)人和設(shè)備產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物質(zhì)。當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)偏離了規(guī)定值時。就需要采取相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)措施和方法，使其恢復(fù)到規(guī)定的要求。 一般的空調(diào)系統(tǒng)包括以下幾個部分 : (1)進風(fēng)部分 :根據(jù)生理衛(wèi)生對空氣新鮮度的要求 ，空調(diào)系統(tǒng)必須有一部分空氣取自室外，常稱新風(fēng)。進風(fēng)口連同引入通道和阻止外來異物的結(jié)構(gòu)等，組成了進風(fēng)部分。 (2)空氣過濾部分 :由進風(fēng)部分取入的新風(fēng)，必須經(jīng)過一次預(yù)過濾，以除去顆粒較大的塵埃。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過濾器和主過濾器兩級過濾裝置。根據(jù)過濾的效率不同可以分為初效過濾器、中效過濾器和高效過濾器。 (3)空氣的熱濕處理部分 :將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過程組合在一起統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理部分。熱濕處理設(shè)備主要有兩大類型 :直接接觸式和表面式。 直接接觸式 :與空氣進行熱 濕交換的介質(zhì)直接和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中。噴水室、蒸汽加濕器、局部補充加濕裝置以及使用固體吸濕劑的設(shè)備均屬于這一類。 表面式 :與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，熱濕交換是通過處理設(shè)備的表面進行的。表面式換熱器即我們簡稱的表冷器就屬于這一類。 (4)空氣輸送和分配部分 :將調(diào)節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調(diào)房間內(nèi)，以保證其合適的溫度場和速度場。這是空調(diào)系統(tǒng)空氣輸送和分配部分的任務(wù)，它由風(fēng)機和不同型空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 9 式的管道組成。 (5)冷熱源部分 :為了保證空調(diào)系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力，必須具備冷源 和熱源兩部分。冷源有自然冷源和人工冷源兩種。自然冷源指深井水。熱源也有自然和人工兩種。自然熱源指地?zé)岷吞柲?。人工熱源是指用煤、煤氣等作燃料的鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽和熱水，目前應(yīng)用最為廣泛。 空氣調(diào)節(jié)的形式很多，按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況，一般可分為 :集中式空調(diào)系統(tǒng)(又稱中央空調(diào) )、半集中式空調(diào)系統(tǒng)和全分散式空調(diào)系統(tǒng)。其中，集中式空調(diào)系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備 (包括風(fēng)機、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等 )都設(shè)在一個空調(diào)集中的空調(diào)機房內(nèi)，其特點是，經(jīng)集中設(shè)備處理后的空氣，通過風(fēng)道分送到各空調(diào)房間，因而，系統(tǒng)便于 集中管理、維護。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點，目前已被廣泛采用。 在集中式空調(diào)系統(tǒng)中，常見的是混風(fēng)式系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是采用一部分回風(fēng)與新鮮空氣相混合。這樣既保證了室內(nèi)空氣新鮮，又利用了回風(fēng)的能量，提高了設(shè)備運行的經(jīng)濟性。圖 。 圖 典型的集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種空氣處理機組能根據(jù)各種場合要求增減其中的部件，構(gòu)成各種形式的空氣處理設(shè)備。在不同的工況中， AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。如在冬季加熱加濕工 況下，表冷器是不工作的 。而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的?？照{(diào)器的進風(fēng)通過風(fēng)閥取室外新風(fēng)和部分回風(fēng)混合，經(jīng)過濾網(wǎng)去除雜質(zhì)后送入熱交換段及加濕段，處理后符合溫濕度要求的空氣通過風(fēng)機進入送風(fēng)管，從而送到空調(diào)房間，使空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 10 空調(diào)房間的溫濕度達到要求。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，對新風(fēng)預(yù)處理，以節(jié)約能源。 此外，當(dāng)室內(nèi)空氣余熱 Q值發(fā)生變化而又需要使室內(nèi)溫度保持不變時，可將送風(fēng)量固定，而改變送風(fēng)溫度，這種空調(diào)系統(tǒng)稱為定風(fēng)量 CAV ( Constant Air Volume )系統(tǒng) 。也可將送風(fēng)溫度固定，而改變送 風(fēng)量，這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV（ Variable Air Volume)系統(tǒng)。本論文就是針對定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制部分進行研究的。 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。下面分別從溫度和相對濕度兩個方面介紹空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1．一般空氣的溫度調(diào)節(jié)有以下幾種方式 (1)夏季制冷 （ 2)冬季加熱 各種溫度控制方式都有其特點，針對不同項目實際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。由于溫度控制分為夏季的冷卻和冬季的加熱兩種情況，其控制方式也會有所不同，下面分別加以介紹。 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。本次只討論水冷式表面冷卻器的空氣溫度調(diào)節(jié)方法。 空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 11 對于空氣冷卻 調(diào)節(jié)一般有以下幾種方式： (1)水量的量調(diào)節(jié) :利用雙通閥改變通過冷卻器的冷水量來調(diào)節(jié) (2)水溫的質(zhì)調(diào)節(jié) :利用三通閥改變冷凍水和回水的混合比調(diào)節(jié)水溫 (3)調(diào)節(jié)通過冷卻器的風(fēng)量來調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇： 加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。三種熱源發(fā)生方式及經(jīng)濟性比較如下表 。 表 空調(diào)加熱方式比較 加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟性 熱水加熱 由熱泵機組提供 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。一般對動態(tài)特性沒有特殊要求的，不考慮采用。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。如果控制對象產(chǎn)生的熱擾動較大，蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥全開仍不能滿足要求，為改善動態(tài)特性，將啟動熱泵機 組提供熱水作為輔助調(diào)節(jié)。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。 空氣濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)中的相對濕度調(diào)節(jié)，可以采用定露點 (間接 )和不定露點 (直接 )的控制方法。 空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 12 定露點法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點相對恒定的方法，使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對濕度保持在一定范圍內(nèi)。自動控制點的露點一般是由空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時確定的。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。 不定露點的直 接控制方法，即用在房間內(nèi)及回風(fēng)管內(nèi)安裝的相對濕度傳感器，測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，以達到空調(diào)房間內(nèi)相對濕度控制的目的。在夏季，由于空氣濕度較大，需要降低濕度 。而冬季由于空氣干燥，又需要加大濕度。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)。 1．水冷式表面冷卻器的去濕控制 該去濕方法的原理其實就是冷卻，由于相對濕度較大的空氣其露點溫度高?？諝饫鋮s降溫后，水蒸汽結(jié)露為水，從而降低空氣的濕度。在冬季空氣干燥或夏季高溫處于冷卻模式時，基本都不需要強制去濕。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。此時，由于送風(fēng)溫度偏低，為滿足室內(nèi)溫度要求，根據(jù)溫度探測器的信號，可能要啟動蒸汽加熱功能，以補償溫度的偏差。其工作原理如圖 。 圖 水冷式表面冷卻器的去濕控制 2．噴蒸汽加濕的控制 采用蒸汽加濕空調(diào)系統(tǒng)，它是由裝于室內(nèi)的相對濕度傳感器 ME、電動雙通調(diào)節(jié)閥 MV、及相對濕度調(diào)節(jié)器 MC 組成。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，空調(diào)機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 13 由調(diào)節(jié)器進行比較、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，達到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的。示意圖如圖 所示。 圖 噴蒸汽加濕控制 空調(diào)控制系統(tǒng)的要求 為達到要求的控制精度且便于用戶使用，中央空調(diào)控制系統(tǒng)必須完成以下主要功能 : (1)空調(diào)區(qū)域溫、濕度檢測與顯示。根據(jù)空調(diào)區(qū)域的面積，采用若干個溫、濕度傳感器，將其信號取平均值計算?？照{(diào)區(qū)域溫、濕度的自動控制。 (2)新風(fēng)溫、濕度檢測與顯示。 (3)送、回風(fēng)機運行狀態(tài) (開機 /停機 )顯示，及其啟停控制 (可通過自 動和手動兩種方式 )、過載故障報警。 (4)送、回風(fēng)機與防火閥聯(lián)鎖，發(fā)生火災(zāi)時防火閥報警并自動關(guān)閉送、回風(fēng)機與風(fēng)閥。 (5)過濾器過阻報警，提醒運行人員及時清洗更換過濾器。 (6)自動調(diào)節(jié)表冷器或加熱器上的三通閥和電動風(fēng)閥的開度，以調(diào)節(jié)冷凍水或蒸汽的流量。 中央空調(diào)系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求一般可概括為對控制區(qū)域的溫濕度、新風(fēng)量、冷凍水流量的控制等幾個方面。其中，空氣處理機組是指集中在空調(diào)機房的集中式空氣處理設(shè)備，包括送、回風(fēng)機、過濾器、冷卻器或加熱器、加濕器等，它是整個中央空調(diào) 系統(tǒng)的重要組成部分和核心?？刂频哪繕耸菍⑹覂?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。 空調(diào)機組自動控制