空調(diào)自動控制參考資料

K.M.萊瑟曼著,張瑞武譯:《供熱與空調(diào)自動控制理論及應(yīng)用》,清華大學(xué)出版社,北京,1985。 (K.M.Letherman,Automatic Control for Heating and Airconditioning, Principles and Applications,Pergamon Press, Oxford,1981.)

R.W.Haines,Control Systems for Heating and Air Conditioning,3rd ed., Van Nostrand Reinhold Co., New York,1983.

較完善的空調(diào)控制系統(tǒng)由4個部分組成。

①空氣狀態(tài)參數(shù)的檢測 檢測系統(tǒng)由傳感器、變送器和顯示器組成。傳感器是檢測空氣狀態(tài)參數(shù)的主要環(huán)節(jié)。在空調(diào)控制系統(tǒng)中常用的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。傳感器的慣性和精度對空調(diào)控制系統(tǒng)的精度影響較大。空調(diào)系統(tǒng)屬于分布參數(shù)系統(tǒng)。空調(diào)區(qū)內(nèi)各處的空氣狀態(tài)參數(shù)表現(xiàn)為一個分布場，它取決于氣流組織和負(fù)荷分布等因素?？照{(diào)控制系統(tǒng)只能保證傳感器所處空間位置的空氣參數(shù)的控制精度。要使整個空調(diào)區(qū)內(nèi)取得良好的空調(diào)效果，還必須合理地選定傳感器的設(shè)置位置。

②空氣狀態(tài)參數(shù)的自動調(diào)節(jié) 自動調(diào)節(jié)是空調(diào)控制的核心部分。多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)為溫度和濕度?？照{(diào)控制中溫度和濕度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（圖1）的各個組成部件的功能與溫度控制系統(tǒng)中的同類部件相同。調(diào)節(jié)器多采用位式調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器,有些情況下也采用分程、反饋加前饋、串接等調(diào)節(jié)方式。在這種常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，兩個被調(diào)參數(shù)被分別控制，它們之間的耦合關(guān)系則被視為干擾，須在設(shè)計(jì)中加以考慮。圖2為典型的空調(diào)及其控制系統(tǒng)的組成。這種系統(tǒng)利用加熱器、冷卻器、加濕器等裝置并采用改變送風(fēng)量、改變新風(fēng)與回風(fēng)比例等方法，按預(yù)定控制規(guī)律對被調(diào)參數(shù)（溫度、濕度和壓力）實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。其中調(diào)節(jié)裝置可采用模擬量或數(shù)字式儀表，也可用數(shù)字計(jì)算機(jī)來代替（圖2中虛線框內(nèi)的部分）。直接采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)空調(diào)控制時，可使被調(diào)參數(shù)間實(shí)現(xiàn)解耦控制（見解耦控制問題），進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)適應(yīng)控制（見適應(yīng)控制系統(tǒng)）。

③空調(diào)工況的判斷及其自動切換 空調(diào)的最優(yōu)工況（工作狀況）會隨建筑物外部的氣候條件和內(nèi)部的負(fù)荷狀況而漂移。通?？砂醇竟?jié)負(fù)荷事先繪制出建筑物空調(diào)的全年工況分區(qū)圖。在判斷工況時，由于量測精度的限制，工況分區(qū)內(nèi)會出現(xiàn)邊界重疊現(xiàn)象。當(dāng)工況自動切換時，要保證系統(tǒng)穩(wěn)定，在邊界重疊區(qū)不出現(xiàn)“競爭”和振蕩，轉(zhuǎn)換的時間間隔不能小于制冷機(jī)等設(shè)備所允許的最短啟、停時間。

④設(shè)備和建筑物的安全防護(hù) 為保證空調(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行，所有設(shè)備均設(shè)有專門的安全防護(hù)控制線路。例如只能在有風(fēng)時才接通電加熱器。當(dāng)建筑物出現(xiàn)火情時，防護(hù)裝置會自動迅速切斷有關(guān)風(fēng)路或整個空調(diào)系統(tǒng)，并啟動相應(yīng)排煙風(fēng)機(jī)。

對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，其控制功能主要包括：

1、溫、濕度監(jiān)視。即對新風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)視，給系統(tǒng)溫、濕度的調(diào)節(jié)提供依據(jù)。

2、風(fēng)閥的控制。即對新風(fēng)閥門和回風(fēng)閥門進(jìn)行開關(guān)量的控制或模擬量的調(diào)節(jié)。

3、冷/ 熱水閥門的調(diào)節(jié)。即根據(jù)測量溫度和設(shè)定溫度之間的溫差調(diào)節(jié)閥門的開度，使溫差保持在精度范圍內(nèi)。

4、加濕閥的控制。即在空氣濕度低于設(shè)定的下限或者超過上限時，分別控制加濕閥的打開與關(guān)閉。

5、風(fēng)機(jī)控制。即實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的啟停控制或者變頻調(diào)速控制。

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)空氣的溫度、濕度、流動速度和潔凈度等控制在一定范圍之內(nèi)?？諝庹{(diào)節(jié)的形式很多，一般分為：集中式空調(diào)系統(tǒng)( 又稱中央空調(diào)) 、獨(dú)立式空調(diào)系統(tǒng)和混合式空調(diào)系統(tǒng)。其中，集中式空調(diào)系統(tǒng)具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛采用。在集中式空調(diào)系統(tǒng)中，通常采用一部分回風(fēng)與新鮮空氣相混合，這樣既保證了室內(nèi)空氣新，又利用了回風(fēng)的能量， 提高了設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)一般含有進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)、空氣過濾、空氣加濕處理、空氣輸送等部分。在正常的工作過程中，新風(fēng)與回風(fēng)混合，經(jīng)過濾器過濾后，混合空氣與盤管內(nèi)的冷/ 熱水進(jìn)行換熱。加濕器對混合空氣進(jìn)行加濕處理，最后送風(fēng)機(jī)將處理后的空氣送到各個房間內(nèi)。

空調(diào)分為工業(yè)空調(diào)和民用空調(diào)兩類。工業(yè)空調(diào)側(cè)重于滿足控制精度指標(biāo)，所需調(diào)節(jié)的參數(shù)種類依生產(chǎn)工藝過程的要求而定。例如，集成電路生產(chǎn)中，重點(diǎn)為調(diào)節(jié)溫度和控制清潔度，以保證恒溫和凈化。在紡織工業(yè)中，重點(diǎn)為保證恒定的相對濕度。人工氣候室則要求溫度和濕度按預(yù)定的程序變化。民用空調(diào)側(cè)重于滿足人體舒適度要求。溫度是影響舒適度的主要參數(shù)。隨地區(qū)和季節(jié)的不同，舒適溫度的值也隨之不同。

空調(diào)設(shè)備的特點(diǎn)是功率大，運(yùn)行時間長，使用范圍廣?？照{(diào)的能量消耗在發(fā)達(dá)國家的總能耗中占有相當(dāng)大比重，節(jié)能是設(shè)計(jì)空調(diào)控制系統(tǒng)時的一項(xiàng)主要指標(biāo)?？照{(diào)控制屬于過程控制（見過程控制系統(tǒng)）。大多數(shù)空調(diào)控制系統(tǒng)為反饋控制系統(tǒng)。隨著人類對空氣環(huán)境要求的日益提高，一門綜合研究和處理空調(diào)、采暖和通風(fēng)的技術(shù)──人工氣候環(huán)境工程正在迅速發(fā)展。

70年代以來，由于微型計(jì)算機(jī)的普及，電子計(jì)算機(jī)開始用作空調(diào)控制的核心部件。直接數(shù)字控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用?？照{(diào)設(shè)備和控制系統(tǒng)一體化成為空調(diào)控制技術(shù)更新的重要方向。由多臺計(jì)算機(jī)組成的分級分布式空調(diào)控制系統(tǒng)開始用于大型多功能建筑物或建筑群。80年代，隨著節(jié)能問題的日益突出，在滿足使用要求前提下，以冷量、熱量和電量消耗最少為目標(biāo)的空調(diào)控制優(yōu)化軟件的開發(fā)受到廣泛重視。

《空調(diào)自動控制與節(jié)能》根據(jù)作者常年收集的大量數(shù)據(jù)資料，通過眾多實(shí)例、曲線和柱狀圖分析空調(diào)的自動控制與節(jié)能技術(shù)。內(nèi)容包括二次泵的控制、冷凍機(jī)的冷卻水及冷水溫度控制、冷凍機(jī)臺數(shù)控制、蓄熱放熱、自由冷卻、空調(diào)機(jī)的控制、空調(diào)負(fù)荷的削減、自動控制基礎(chǔ)、各種儀表和設(shè)備等?！犊照{(diào)自動控制與節(jié)能》可供從事空調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)人員參考，也可供工科院校相關(guān)專業(yè)師生閱讀。

本書系統(tǒng)地介紹了制冷與空調(diào)自動控制技術(shù)的基本理論和技能要求，主要內(nèi)容包括：自動控制原理基礎(chǔ)知識，制冷、空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)檢測和調(diào)節(jié)儀表，自動調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，制冷系統(tǒng)的自控，制冷機(jī)組的自動控制，制冷、空調(diào)系統(tǒng)的自動控制與自動調(diào)節(jié)，制冷、空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，制冷、空調(diào)系統(tǒng)自控部件的安裝、調(diào)試與運(yùn)行等方面的基本知識。

每章后附有思考與練習(xí)。同時，結(jié)合制冷與空調(diào)自動控制技術(shù)理論知識，編寫了實(shí)訓(xùn)課題，以便學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握制冷、空調(diào)自動控制技術(shù)的基本技能。

本書適合作為高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)用書，也可作為制冷、空調(diào)自動化技術(shù)人員和有關(guān)專業(yè)人員的工作和學(xué)習(xí)參考用書。

空調(diào)自動控制系統(tǒng)組成

自動控制系統(tǒng)有傳感器、控制器、執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。主要部件有：

（1）傳感器

傳感器又稱敏感元件、變送器，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)稱為被調(diào)參數(shù)。傳感器就是感受被調(diào)參數(shù)的大小，并及時發(fā)出信號給調(diào)節(jié)器。如敏感元件發(fā)出的信號與調(diào)節(jié)器所要求的信號不符時，則需要利用變送器將敏感元件發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器所要求的標(biāo)準(zhǔn)信號，因此傳感器的輸入是被調(diào)參數(shù)，輸出的是檢測信號。傳感器種類很多，按控制參數(shù)分有：溫度傳感器，相對濕度傳感器，壓力和壓差傳感器，焓值、含濕量變送器等。

（2）控制器

它接受傳感器輸出的信號并與給定值進(jìn)行比較，并按設(shè)定的控制模式對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信號。任一時刻被調(diào)節(jié)參數(shù)的實(shí)測值與給定值之差稱偏差，控制器對偏差按一定的模式進(jìn)行計(jì)算，并給出調(diào)節(jié)量。

常用的控制模式有：

雙位控制—開關(guān)控制（如壓差開關(guān)，流量開關(guān)等）；

比例控制（P）—調(diào)節(jié)量正比于偏差；

積分控制（I）—調(diào)節(jié)量正比于偏差對時間的積分；

微分控制（D）—調(diào)節(jié)量正比于偏差對時間的導(dǎo)數(shù)。

（3）執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)來自控制器的調(diào)節(jié)信號驅(qū)動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如接觸器，電動閥門的電動機(jī)，電磁閥得電磁鐵，氣動薄膜部分等都屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密相聯(lián)，有時合成一個整體，稱為執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如調(diào)節(jié)風(fēng)量的閥門、冷熱媒管路上的閥門，電加熱器等。

空調(diào)自動控制系統(tǒng)特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的自動化，不僅可以提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，降低冷、熱量的消耗，節(jié)約能量，同時可以減輕勞動強(qiáng)度，減少運(yùn)行人員，提高勞動生產(chǎn)率和技術(shù)管理水平?？照{(diào)系統(tǒng)自動化程度也是反應(yīng)空調(diào)技術(shù)先進(jìn)性的一個重要方面。因此，隨著自動調(diào)節(jié)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)必將得到更廣泛的應(yīng)用。