4.2 空调系统自动化原理
4.2.1 空调系统构成
4.2.2 空调系统冷、热源自动控制
4.2.3 空调系统自动化
4.2.4 通风系统自动控制
4.2.1 空调系统构成
(1) 概述
对空气的处理过程包括加温(降温)、加湿(除湿)、
净化等,即常说的 热湿处理 。
A,空气温度调节
夏季室温,25-27℃
冬季室温,16-20℃
B,空气湿度调节
夏季相对湿度,50%-60%
冬季相对湿度,40%-50%
C,空气其它参数调节
空气质量、压力、新风量、清洁度、有害气体浓度等,





统 空气调节系统
(空气 —— 水系统)
制冷机房
(冷冻站)
冷冻机组
冷冻泵
冷却泵
冷却塔风机
空气调节系统
(全空气系统)
新风机组
风机盘管
空气处理机组
(2) 构成
(3) 中央空调的冷、热源系统
1) 中央空调冷源系统
由制冷机(冷水机组)、冷却塔、冷冻水循环泵、
冷却水循环泵等设备构成。
A,制冷机 (冷水机组 )原理
a,压缩式制冷机
在制冷机中,制冷剂蒸汽在压缩机内被压缩为高压
蒸汽后进入冷凝器,制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热
交换,制冷剂放热后变为高压液体,通过热力膨胀阀后,
液态制冷剂压力急剧下降,变为低压液态制冷剂后进入
蒸发器。
在蒸发器中,低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交
换而发生汽化,吸收冷冻水的热量而成为低压蒸汽,再
经过回气管重新吸入压缩机中,开始新一轮制冷循环。
b,吸收式制冷
原理同压缩式制冷,区别是压缩式制冷以电为能源,
而吸收式制冷以热为能源。
c,风冷热泵式机组
通过制冷剂管路四通阀的转换,夏季供冷,冬季供
热,利用一台机组就可解决全年的空调需要。
含湿量,单位重量的干空气中所含的水蒸汽的量为含湿量,
用 d表示( kg/kg)。
相对湿度,空气中水蒸汽含量接近饱和的程度,即在同温
度条件下,空气的含湿量与其饱和状态时含湿量的比值,常用
百分数表示。
焓,指空气中含有热量的多少。即 1kg干空气所含有的热
量和空气中含有水蒸汽的热量之和,用 h表示。
焓值与空气温度和含湿量有如下关系,
h=1.005t+d(2500+1.84t)
空气的焓值是由空气的温度和湿度所决定的。
1.005t+1.84td为空气的 显热,因为它是以温度的形式表
现出来的。
2500d称为空气的 潜热,它是空气中水蒸汽本身所具有的
能量,随着空气中含湿量的变化而变化,而与其温度无关。
B,冷却塔
冷却水进入制冷机与制冷剂进行热交换,吸
收制冷剂释放的热量后水温升高,然后通过冷却
水循环系统进入冷却塔,释放热量、降温后再循
环进入制冷机进行热交换。
高温冷却回水 (冷水机组出口,一般工艺设计
为 37℃) 被循环送至冷却塔上部喷淋。由于冷却塔
风扇的转动,使冷却水在喷淋下落过程中,不断
与室外空气发生热交换而冷却,又重新送入冷水
机组而完成冷却循环。
C,冷冻水与冷却水循环泵
a,冷冻水循环泵
将从空调末端返回的冷冻水 (一般为 12℃) 加压送入冷
冻机,在冷冻机中进行热交换,释放热量,降低温度后离
开冷冻机 (冷冻机出口温度一般为 7℃),到达空调末端设
备进行水 /气热交换 —— 空气 (降温 )调节,再循环返回冷
冻机,实现冷冻水的循环制冷。
b,冷却水循环泵
实现冷却水在冷冻机和冷却塔之间的循环,并通过冷
却塔系统将冷冻机的冷却水进水口和出水口的温度控制在
设定值 (一般冷却水进口温度为 32℃,出口温度为 37℃) 。
2) 中央空调热源系统
空调系统的热源通常为蒸汽或热水。
A,热网供热方式
a,蒸汽:蒸汽锅炉提供的高温蒸汽作为热源。
b,热水:热水锅炉提供的高温热水作为热源。
B,自备热源装置
a,锅炉
b,热交换器:完成高温蒸汽或热水与空调热水的转换。
(4) 空调系统的末端设备
A,影响室内空气参数变化的原因
外部原因:太阳辐射和气候变化
内部原因:室内设备和人员的散热、水汽挥发量等
B,完成空气调节的设备称为空气处理设备或空调机组,
也称为末端设备。
C,常见的空调末端设备:新风机组、空调机组、风机盘
管、变风量系统等。
D,空气处理设备与冷热源一起构成空气调节系统,简称
空调系统。
4.2.2 空调系统冷、热源自动控制
4.2.2.1 制冷站自动控制
制冷站设备:制冷机、循环水泵、集水器 /分水器、
补水箱、水处理装置。
(1) 制冷系统监控原理
1),制冷系统运行参数
A,冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测;
B,集水器回水与分水器供水温度检测;
C,冷冻水供 /回水流量检测;
D,集水器和分水器压力压差检测;
E,冷水机组运行状态和故障监测;
F,冷冻水循环泵运行状态和故障监测。
2),制冷站水系统的控制
A,冷水机组的联锁控制
a,启动顺序控制
冷却塔风机 → 冷却水泵 → 冷冻水泵 → 冷水机组
b,停机顺序控制
冷水机组 → 冷冻水泵 → 冷却水泵 → 冷却塔风机
B,设备相互备用切换与均衡运行控制
当正在运行的设备发生故障停机或由于其它原因
要退出正常工作状态时,多台机组之间能互为备用并
进行切换。
C,压差旁路调节
通过测量冷冻水
供水、回水之间压力
差来控制冷冻水供、
回水之间旁通电动二
通阀的开度,使冷冻
水供水、回水之间压
力差维持恒定,使冷
水机组一侧工作在恒
定水流状态。
D,两级冷冻水泵协调控制
一级冷冻水循环泵的启停由其对应冷水机组的启停所决
定;
二级冷冻水泵则依据旁通管路两侧的温度、流量关系调
整二级泵的开启台数,以达到冷水机组一侧恒流量、末端设
备一侧变流量的目的。
在调整二级冷冻水泵开启台数时,必须保证冷水机组一
侧冷冻水流量大于空调末端一侧的流量。
E,膨胀水箱与补水箱监控
当管路中的水随温度改变,体积发生热胀冷
缩的变化时,增加体积可排入膨胀水箱,减少的
体积可由膨胀水箱中的存水予以补充。
补水箱存放经过除盐、除氧处理的冷却水,
当需要时通过补水泵向管路补水。通过水箱的高
低液位开关对水箱水位进行监视,水位低于下限
时补充,高于上限时停止以免溢流 。
F,冷水机组的节能群控运行
根据冷负荷情况自动控制冷水机、冷冻
水泵的运行台数,达到节能的目的。
G,冷却塔的运行节能控制
用冷却水进水温度来控制冷却塔风机以
及控制冷却水泵运行台数可达到节能效果。
(2) 制冷系统设备监控
1),设备系统运行参数与状态监控点 /位及常用传感器
2),制冷系统设备的控制
A,冷水机组与辅助设备的联锁控制
a,启动过程
Ⅰ,对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即开启;
Ⅱ, 延迟 2-3min启动冷却塔风机、冷却水水泵、冷冻水水泵;
Ⅲ, 延迟 3-4min启动制冷主机。
b.停机过程
Ⅰ, 立即切断制冷主机电源;
Ⅱ, 延迟 3-5min停止冷却塔风机、冷却水水泵、冷冻水水泵;
Ⅲ, 延时 4-6min关闭对应冷却水、冷冻水管路上的阀门。
B,冷水机组群控运行策略
a,启动设备选择
Ⅰ, 累计运行时间最少优先启动策略;
Ⅱ, 当前停运时间最长优先启动策略;
Ⅲ, 轮流排队启动策略。
b,停机设备选择
Ⅰ, 累计运行时间最长优先停运策略;
Ⅱ, 当前运行时间最长优先停运策略;
Ⅲ, 轮流排队停运策略。
C,冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运
行调解规律与控制策略选择
a,压差旁路调节
被调量为压差,采用 PI调节规律和算法。
b,两级冷冻水泵协调控制
在冷冻水压力最不利的位置安装水压传感
器,对冷冻水压力进行检测。
D,制冷系统运行的节能控制
a,制订科学的运行时间表
b,制冷机组的节能群控
通过控制制冷机组的台数,同时调整制冷机冷却水的
温度,小范围调整冷水机组满负荷制冷量,使运行的冷水
机组在满负荷状态下,总的制冷量与空调系统的冷负荷相
匹配,空调系统在高效的状态运行,以达到节能的目的。
c,冷冻水泵节能控制运行与控制
依据空调系统的实际情况,在满足工作压力、冷冻水
流量的前提下,调整压差旁路的设定值和冷冻水泵的运行
台数,以降低能耗。
d,冷却塔、冷却水泵的节能控制运行与控制
Ⅰ, 冷却塔出水温度高于设定温度,则增开一台冷
却塔;反之,则停开一台冷却塔。
Ⅱ, 室外气温较低时,可停开所有冷却塔风机,靠
自然风冷却。
Ⅲ, 以最少的冷却水泵的运行台数满足制冷系统对
冷却水流量和温度的要求。
(3) 能量调节及水系统控制
1) 制冷机组台数的控制
A,基本思想
使制冷机组提供的制冷能力与用户所需的制冷
量相适应。实时地检测当前系统的制冷量,判断用
户的制冷量需求是确定投入运行主机台数的前提。
通常工程中都在冷冻水供回水总管上设置流量
和温度传感器,检测冷冻水总流量和供回水温度。
通过公式 Q=CpG(t2-t1)可计算出单位时刻的总制
冷量。
B,台数控制规则
设 qmax— 单台主机的最大制冷量;
N — 运行台数;
Q — 需要的制冷量。
a,若 Q≤q max(N-1),则关闭一台冷冻机组及相应循环
水泵。
b,若 Q≥0.95q maxN,且冷冻机出水温度在 Δt 时间 (一
般 Δt可取 15-25min)内高于设定值,则开启一台主机
及相应循环泵。
c,若 qmax(N-1)< Q< 0.95qmaxN,则保持现有状态。
2) 冷冻水温的再设控制
主机效率与机组运行工况有关。在一定范围内冷却
水温度越低,冷冻水温度越高,主机的制冷效率就越高,
反之,则下降。因此,在机组运行时,希望降低冷却水
温度而提高冷冻水温度,这就是水温的 再设控制 。
Tset(出水温度设定值 )
7
28
9
25
8
Twp(日平
均气温 )
31
10
A,方法一
根据室外气温分
阶段设定出水温度,
如右图。
B,方法二
不断根据用户负荷的变化与运行台数的关系,
来确定出水温度的设定值。
当需要增加制冷机台数时,在一定程度上可
以通过 降低 冷冻水温度来满足用户负荷的增长,
即较低的冷冻水温可以扩大末端设备的传热温差,
从而增加传热量,进而推迟开启冷冻的时间。
降低出水温度所增加的制冷主机的电耗总是
小于 增开一台制冷主机和对应水泵产生的电耗。
C,方法三
设冷冻水允许温度范围为 tmin和 tmax,台数控制规则
可进一步完善为,
a,若 Q≤q max(N-1),则关闭一台冷冻机组及相应循环
水泵。
b,若 qmax(N-1)< Q< 0.95qmaxN且 tset< tmax,则每 Δt 时
间( Δt =20min )内 tset= tset+ 0.5℃ 。
c,若 Q≥0.95q maxN且 tset> tmax,则每 Δt 时间( Δt
= 5min)内 tset= tset- 0.5℃ 。
d,若 Q≥0.95q maxN且 tset= tmax而出水温度在 Δt 时间内
总大于 tset,则开启一台主机及相应循环泵。
(4) 冰蓄冷冷冻站的控制
蓄冷系统在不需要冷量或需冷量少的时段,制冷机组
将制冷量蓄存在蓄冷介质(水、冰、共晶盐)中,在空调
用冷的高峰期将此冷量从蓄冷设备中取出投入使用,而制
冷机可以不启用或少启用。
1) 冰蓄冷系统结构
模式 V1 V2 V3 V4 制冷机水温 ℃ 冰蓄槽水温 ℃
供水 回水 出水 进水
蓄冰 关 关 开 开 -5.0 -1.7
制冷机供冷 开 开 关 关 6.0 11.0
蓄冰机供冷 开 调节 调节 关 11.0 11.0 6.0 11.0
同时供冷 开 调节 调节 关 6.8 11.5 4.0 6.8
2) 蓄冰系统的控制
A,对制冷机、乙烯乙二醇水溶液泵、空调冷冻水
泵、冰蓄冷系统各点温度、板式换热器及各工作阀
门 (V1--V4)的监控。
B,通过控制系统决定每一时刻的运行模式,正确
地按照确定的运行模式进行工况转换,并在各种模
式下调节运行参数以满足要求的供冷和蓄冷量。
4.2.2.2 热源系统自动控制
(1) 电热锅炉的监控
(2)




1) 热交换系统的联锁控制
A,热交换系统启动顺序
启动二次热水循环泵 → 开启一次侧热水 /蒸汽阀门
B,热交换系统停止顺序
关闭一次侧热水 /蒸汽阀门 → 停止二次热水循环泵
2) 热交换系统运行与节能控制
A,热交换系统的自动控制
a,当一次热媒为热水时,控制器将温度传感器测量的
热交换器二次水出口温度与给定值比较,根据比较偏
差由控制器按照设定的调节规律,输出控制信号,调
节一次热水电动阀 (等百分比型流量特性 )的开度,使
二次热水出口温度 (60--65℃) 接近并保持在设定值。
b,当一次热媒为蒸汽时,原理同上,但电动阀为直线
阀。
B,节能控制
a,回水温度法
用回水温度来调节热交换器和热水泵运行台数。
b,热负荷控制法
根据分水器、集水器的供、回水温度及回水干管的流
量测量值,实时计算空调末端设备所需的热负荷,按实际
热负荷自动调整热交换器和热水泵运行台数。
3) 系统定时运行与设备的远程控制
按照预设的运行时间表自动定时启停;控制系统能够
对设备进行远程开 /关控制,在控制中心能实现对现场设
备的控制。