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暖通空调 第一章 绪论
&&暖通空调
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　　摘要：本文通过对暖通空调系统实施BA控制若干技术环节的探讨，使BA系统更好地服务于受控的暖通空调系统，力求使二者在技术上紧密结合成为一个密不可分的机电控制系统。通过本文的探讨，获得有关BA控制系统在暖通空调方面运用的初步结论。
　　关键词：BA控制系统；暖通空调；楼宇自动化；优化
　　一、引言
　　BA系统全称楼宇设备自控系统（Building Automation System-RTU），是以一台微机为中心，由符合工业标准的网络，对分布于监控现场的区域智能分站（即DDC）进行连接，通过特定的末端设备，实现对楼宇机电设备集中监控和管理的专业楼宇自动化控制系统。
　　它是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统，是具有集中操作、管理和分散控制功能的综合监控系统。系统的目标是对建筑物内大多数机电设备采用现代计算机技术进行全面有效的监控和管理，确保建筑物内所有设备处于高效、节能、合理的运行状态。
　　中央空调系统管路复杂且运行工况多变，是建筑物能耗大户。为此实施BA系统一般将空调系统作为监控的重点，往往投入60%以上的监控点和超过水电监控投资总和的投入。事实上，由于中央空调系统的复杂性，对暖通空调监控系统整体功能实现的好坏已成为制约BA成败的瓶颈因素之一。
　　二、暖通空调BA控制系统的优化
　　1.数字控制器（DDC）的选用
　　BA系统供货商都能提供大中小不同处理能力的DDC，冷冻机房、热力站监控点密集场合应优先采用大型控制器，以减少故障率和控制器间的通讯。这种控制器的典型特征是有强大的处理器（如：摩托罗拉的68302）和1MB以上的RAM，尤其是能够和I／O扩展模块连接达到输入输出功能的扩展，例如SIEMENS MBC可以挂接40个I/O模块，Trend IQ251控制器允许有8*16点的接口扩展能力。对空气处理机、新风机、通风机一般采用中型或小型的控制器即可。
　　2.数字控制器（DDC）的布置
　　控制器一般应靠近受控设备，宜与相应配电箱并列布置以利于布线。同一个机房内的暖通空调设备可以合用一个控制器，但应考虑控制器的运算能力和控制点是否足够。有的系统集成商将不同楼层的若干个新风机合用一个控制器，这种做法虽然节约了一定的成本，但对日后的管理和调试是不利的。控制器的电源宜集中供应，有条件可以从UPS总电源引出。
　　3.关于BACnet和LonWorks的支持
　　BACnet和LonWorks的提出是为了在不同层面解决控制系统的互联互操作问题。LonWorks采用现场总线控制技术（FCS），突破了以往的集散型控制技术（DCS）。它的提出是BA技术的一次飞跃，是今后BA发展的技术趋势。但目前受到各种条件限制，LonWorks技术优势还不能完全发挥出来，工程实现并不完善。若自控系统规模不是很庞大，最好不用全面采用LonWorks技术。如果仔细分析目前的BA产品，会发现其实它们在不同程度上部分采用或部分支持现场总线技术，这种取长补短的混合模式在当前是切合工程实际的，可以实现技术的平稳过渡。
　　BACnet协议由美国ASHRAE制定并颁布，是现行美国国家标准及欧共体标准。运用BACnet协议，可以使空调冷热源主机自带的控制器直接进入BA控制网络。但实施中应注意空调主机和BA供货商对BACnet的支持程度和技术协调，目前非标准的数据通讯格式仍大量存在于主机设备中。
　　4.控制网络
　　在满足扩展性和灵活性的前提下，控制网络的拓扑结构应尽可能简化、清晰，无论基于RS485总线或基于LonTalk总线的控制网络都是如此。分支、分级多的网络管理复杂、可靠性低。LonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络，这种布线设计的随意性如果运用不当，在工程实践中仍然是有技术风险的，并可能增加系统的投资。小型工程尽可能运用基于RS485总线的控制网络，采用&手拉手&的布线方式，大型工程可以考虑楼层网络分级。
　　5.控制权
　　通常BA遵从的是中央控制站集中管理的原则，有时也有其不便的一面。在某些场合（如会议室）将空调、通风系统的参数的设定功能放置在现场可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供这样的功能，需要专门部件来实现。例如：Honeywell T7780A数字显示墙挂式分站，可以在液晶面板上显示房间的温度，通过4个按钮完成设定房间温度、风机速度、启动/停止风机等功能，并能通过LonTalk总线驱动空调箱的DDC控制器执行相应的动作。
　　6.控制策略
　　PID控制：空气处理机的DDC通常采用PID控制，PID参数的合理选择对空调系统的稳定运行非常关键。PID系数高，空调对室内温度波动的反应特性曲线陡，达到设定温度的过度过程短；PID系数低，达到设定温度的过度过程长。但PID系数太高，易引起DDC系统失控。
　　PID能解决大部分场合的暖通空调控制，但对于影剧院等大热惯性暖通空调场合，靠高的PID系数来提高空调机组对负荷变化的响应速度是不足以解决问题的，这时可以采用双级控制。即分别在空调的送风管和室内安装温度传感器，室内的温度设定由主DDC控制器完成，水阀的驱动由副DDC根据风道温度传感器和主DDC的指令完成，由于风管温度变化速度快于房间温度的变化，这一控制方式加速了系统对温度波动的响应。必须注意的是，为防止水阀被人为关闭或水系统供水不足等异常情况对控制系统的影响，副DDC通常只需采用比例控制算法，不可加入积分分量。
　　在实际的工程设计中并非一定需要二个完全独立的DDC来完成双级控制，如果DDC内置二个控制回路则完全可以用一个控制器胜任，例如：SIEMENSUC&2控制器。
　　BA系统对暖通空调的节能控制有多种手段可以采用，例如室内外焓值比较法、二氧化碳等污染物浓度检测法确定新风量，基于日程表的定时操作等。
　　BA控制系统对组合式空调机组的控制原理图
　　7.BA监控中心的设置
　　BA监控中心负责监控整个空调、通风、动力系统，一般与消防控制、安保监控等合用一室。由于该机房通常远离冷冻机房、锅炉房，在这里远程操作这些关键设备是不合适的。建议在冷冻机房和锅炉房现场控制室另设置一台监控分站，由该分站负责冷冻机、锅炉监控功能，并且该分站功能受权局限为冷热源设备。
　　三、结论
　　本文通过对空调系统的传感器、执行器、控制器、网络等若干环节的探讨，结合工程实践获得的一些浅见，总结如下：
　　（1）按受控设备的要求选用不同处理能力的DDC控制器；
　　（2）空间距离较远的设备不宜合用同一DDC控制器；
　　（3）LonWorks技术目前尚不完善，不宜刻意采用；
　　（4）BA系统控制器、传感器、执行器的电源宜独立与受控设备集中供电；
　　（5）根据暖通空调现场灵活运用控制程序和控制策略；
　　（6）集散型控制技术向现场总线控制技术转型是技术趋势，集散控制仍是目前主流技术；
　　（7）应给暖通空调用户留下必要的控制权利，不可过度集中；
　　（8）冷冻房和锅炉现场控制室宜另设置一台监控分站，负责冷水机组和锅炉的监控。
　　参与文献：
　　[1]程大章，龙惟定，建筑化大楼的建筑设备。
　　[2]蒋澄，常州亚细亚电子技术有限公司，楼宇自控系统设备浅析。
　　[3]吴建兵，上海众慧科技实业公司，楼宇自动化（BAS）的优化设计。
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暖通空调系统的节能措施
　　【摘 要】本文针对我国暖通空调的应用现状，从室温设定值、暖通空调系统形式的选择、热能回收、可再生能源的利用等方面介绍了暖通空调系统的节能措施。中国论文网 /8/view-3769143.htm　　【关键词】室温设定值；热能回收；节能措施　　随着我国现代化建设的不断发展，各类建筑特别是高层建筑和高级建筑不断增多，中央空调系统已被广泛应用。在为人们提供舒适的工作生活环境的同时，暖通空调也成为建筑能耗大户，为了解决暖通空调系统运行的耗能问题，我们有必要从以下几个方面考虑降低能耗和能耗利用。　　1. 降低室内温湿度设定值基数　　由于人们对舒适感的要求有很大差别，因而，对于舒适性空调允许有一个范围较宽的舒适区。显然，在该舒适范围内，夏季供冷时，选取较高的室内干球温度和相对湿度；冬季供热时，选取较低的室内干球温度和相对湿度，可以减少围护结构的传热负荷和新风负荷，从而降低暖通空调系统的能量消耗。　　2. 合理控制新风量　　由于室内环境中存在着污染物发生源（如人体呼出的 CO2气体等），因此暖通空调系统摄入室外新风是必要的，为此，必须消耗能量。在空调系统的总冷（热）负荷中，新风冷（热）负荷占有很大比例。从大量工程实例可以知道，空调工程中为处理新风所需能耗大致要占到总能耗的 25%～30%，对于高级宾馆和办公楼建筑可能更高达40%。因此，在满足室内人员卫生要求的前提下，减少新风冷（热）负荷也是空调系统的重要节能措施之一。空调系统所需新风量与室内人数是紧密相关的，显然，室内人少时可减少新风量。随着室内人数的变化，相应地调节新风量，可以大幅度减少新风冷（热）负荷，降低空调系统能耗。为了控制新风量，可以在回风管道上设置CO2检测仪，根据CO2气体浓度的变化自动控制新风量。　　3. 选择节能的暖通空调系统　　暖通空调系统形式的选择，直接影响冷、热源耗能和动力耗能，对整个系统的能耗和经济性起着至关重要的作用。　　（1）采用变频技术。空调系统变频技术主要有两种形式：用变速泵和变速风机替代调节阀，可减少系统内部消耗，提高整机效率，采用变流量技术，根据空调负荷改变水流量或风流量。实行变流量调节不仅可防止或减少运行调节的再热、混合等损失，而且由于流量随负荷的减少而减少，使输送动力能耗大幅度降低，节约风机和水泵耗电量，因而能有效地节能。变流量系统分为变风量系统（VAV）和变水量系统（VWV）。变风量系统主要靠变风量末端装置随室内负荷的变化自动调节风量维持室温来实现节能目的。该系统比定风量系统的全年空气输送能耗节约1/3，设备容量减少20%～30%，适合于运行期间负荷变化大、部分负荷时间多的空调分区。变水量系统是采用变速水泵维持供回水压差恒定，当负荷减少时，减少供水量。该系统可以减小水路输送的能耗。　　（2）低温送风空调方式。低温送风空调方式是指从集中空气处理机组送出温度较低的冷风，进入空调房间。所谓低温是相对于常规送风温度而言的，常规送风系统从空气处理器出来的空气温度一般为10～15℃，而低温送风空调方式的送风温度为4～10℃。由于低温送风降低了送风温度，从而减少了送风量，也就减小了空气处理设备的尺寸和电耗，其初始投资可降低。由于冰蓄冷技术的发展，能提供 1～4℃的低温冷冻水，为低温送风方式创造了条件，低温送风空调与常规温度送风空调相比，具有提高舒适度、节能、初投资少，运行费用低和节省空间等特点，如表1所示 。低温送风空调方式，在国内尚属新技术范畴，指导设计的具体方法较少，但由于其节能特性，在实际工程中已有所应用。　　表1 低温送风与常规空调方式比较　　（3）冷却塔供冷系统。冷却塔供冷系统又称为免费供冷系统。它是指在室外空气温度较低时，利用流经冷却塔的循环水直接或间接地向空调系统供冷，而无需开启冷冻机，提供建筑物所需要的冷量，从而节约冷水机组的能耗，达到节能的目的，是近年来国外发展较快的节能技术。这种方式比较适用于全年供冷或供冷时间较长的建筑物。利用冷却塔实行免费供冷能够节约冷水机组的耗电量，同时节约了用户的运行费用。若在北方地区，由于一年中适用于冷却塔供冷的时间会更长，所节约的耗电量将更为可观。　　4. 设置热能回收装置　　空调系统耗能的特点之一是大量余热的浪费。热回收装置可在空调系统运行过程中，使状态不同（载热不同）的两种流体，通过某种热交换设备进行总热（或湿热）传递，不消耗或少消耗冷（热）源的能量，完成系统需要的热、湿变化过程，从而达到节能的目的。在建筑物的空调负荷中，新风负荷所占比例比较大，一般占空调总负荷的25%～30%。为保证室内环境卫生，空调运行时要排走室内部分空气，必然会带走部分能量，而同时又要投入能量对新风进行处理。如果在系统中设置能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，就可减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，提高空调系统的经济性。目前常用的做法有转轮式余热交换器、板翅式换热器、热管换热器、建筑结构蓄热（冷）、热回收环、热泵系统等热回收装置和系统。　　5. 采用先进的自控策略　　暖通空调系统先进的自控策略，不仅可以保证暖通空调房间温、湿度控制精度要求，节约人力，而且是防止暖通空调系统多余能量损失，节约能耗的重要环节。随着电子技术、计算机和网络技术的提高，暖通空调系统的控制技术在软、硬件方面都有了迅猛发展。通过采用先进软件体系的暖通空调中央监控系统，可以实现系统的实时监控及长时间的统计分析（如绘制运行趋势图、编制并完善故障库等），保证系统的节能运行。通过在线检测回风的CO2浓度来控制最小必要新风量，既能满足通风卫生要求，又能达到节能的目的。　　图1 地热水作热源6. 天然及可再生能源的利用　　（1）自然通风。自然通风是对自然条件的最充分的利用，也是改善热环境的有效措施。当室外空气干球温度和焓值低于室内空气干球温度和焓值时，自然通风可以在不消耗能源的情况下降低室内空气温度，带走潮湿气体，从而达到人体热舒适。即使是室外空气温湿度已超过舒适区的标准，需消耗能源进行降温降湿处理，也可利用自然通风输送处理后的新风，省去风机能耗，且无噪声。既减少能耗又降低污染，符合可持续发展的思想。　　（2）太阳能供暖与制冷。太阳能供暖主要采用被动式太阳能和主动式太阳能供暖系统。太阳能制冷有两种方法：一是利用太阳能驱动机械装置，机械装置再驱动压缩制冷循环；另一种方法是从太阳直接获得热量来驱动吸收式制冷机，从而降低室内温度。这两种制冷技术均不采用对臭氧层有破坏作用的氟里昂，并且二者都采用较低等级的能源，在节能与环保方面有着光明的前景。　　（3）地热能的利用。利用地热供热供冷，有很好的应用前景。图1所示为地热水直接供暖或做空调热源的系统形式。除此之外，常见的还有地热水间接供热，地热供暖加调峰锅炉，地热泵加热供热，地偶冷却等方式。目前全国已有越来越多的地热工程，不但可以用于供热，也可用于供冷（以热制冷）。设计管理得当，不仅节能，且有明显的经济效益。（见图1）　　7. 结论　　除本文介绍的暖通空调系统节能的几个主要途径外，在暖通空调系统的许多环节都存在节能潜力，如空调系统的合理分区、冷热源形式的选择、高效节能空调设备的选用、系统的运行管理等。但在具体选择节能措施时，应根据实际情况，全面地进行技术经济分析，协调运用各种方法，以求得最优的节能效果和最佳经济效益。　　参考文献　　[1] 日本冷冻协会.冷冻空调便览， 1981.　　[2] 何天祺.供暖通风与空气调节.重庆：重庆大学出版社. 2002.　　[3] 张登春.低温送风空调方式的节能分析.建筑热能通风与空调，2000（4）：65～66.　　[4] 刘乃玲，陈沛霖.冷却塔供冷技术的原理及应用. 制冷，1998（2）： 71～73.　　[5] 郑 洁，赵声萍，串钢.空调系统的节能方案. 重庆大学学报，2002（8）：92～95.　　[6] 王荣光，沈天行.可再生能源利用与建筑节能. 北京：机械工业出版社. 200.　　-　　[文章编号]（-985
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