中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制探討

張玲

[摘? ? 要 ]針對目前中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制過程存在的問題局限，文章從實(shí)踐角度出發(fā)，分析了系統(tǒng)自動化控制的現(xiàn)狀，并提出了優(yōu)化控制的方法策略。結(jié)果表明，空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制目標(biāo)達(dá)成需對不合理問題產(chǎn)生原因與作用情況進(jìn)行分析，以使自動化控制策略的運(yùn)用高效且穩(wěn)定地作用于實(shí)踐，進(jìn)而滿足人們對空調(diào)使用舒適度與安全性需求。

[關(guān)鍵詞]中央空調(diào)系統(tǒng);自動化控制;空氣狀態(tài)參數(shù);溫、濕度控制

[中圖分類號]TB657.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）08–00–03

Discussion on Automation Control of Central Air Conditioning System

Zhang Ling

[Abstract]In view of the limitations of the current central air-conditioning system automation control process， this article analyzes the current situation of system automation control from a practical point of view， and proposes methods and strategies for optimal control. The results show that the achievement of the automation control goal of the air-conditioning system requires analysis of the causes and effects of unreasonable problems， so that the use of automated control strategies can be applied efficiently and stably in practice， thereby meeting people's needs for air-conditioning comfort and safety .

[Keywords]central air-conditioning system; automatic control; air condition parameters; temperature and humidity control

隨著科技水平的提升，人們對建筑物內(nèi)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行使用的需求越來越大，建筑行業(yè)的高層化發(fā)展對中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行控制的可靠性提出了新的要求。現(xiàn)階段，建筑物中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行要結(jié)合所處環(huán)境條件以自動化狀態(tài)作用，還要對能源消耗進(jìn)行控制。這是實(shí)踐行業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵。但在系統(tǒng)實(shí)際自動化控制過程，卻會受到環(huán)境因素、設(shè)備組成以及裝置運(yùn)行等問題的干擾，無法滿足系統(tǒng)運(yùn)行使用需求。為解決此問題，研究人員分析當(dāng)前系統(tǒng)自動化控制問題的產(chǎn)生原因與作用現(xiàn)狀，找出最具適用性與合理性的優(yōu)化控制策略。如此，中央空調(diào)系統(tǒng)作用于各類建筑物就能不受內(nèi)外干擾因素影響，進(jìn)而服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。

1 研究中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制的現(xiàn)實(shí)意義

現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的不斷提升，使得建筑行業(yè)呈現(xiàn)出高層化發(fā)展趨勢。此背景下，中央空調(diào)系統(tǒng)使用量增加，所占能耗的比重也越來越大[1]。然而，在系統(tǒng)日常運(yùn)行過程的實(shí)際負(fù)荷時間只占設(shè)計要求的65%，這對空調(diào)設(shè)備節(jié)能控制需求較大。根據(jù)當(dāng)前中央空調(diào)系統(tǒng)的用戶需求，應(yīng)處于最優(yōu)節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。自動化作為空調(diào)系統(tǒng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，需對自動控制系統(tǒng)的適用性進(jìn)行優(yōu)化控制。為此，相關(guān)人員應(yīng)對中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制現(xiàn)狀進(jìn)行分析，即在明確系統(tǒng)概況與特點(diǎn)情況下，來強(qiáng)化中央空調(diào)系統(tǒng)的作用效果[2]。這樣一來，中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制目標(biāo)達(dá)成，就能以可持續(xù)狀態(tài)滿足行業(yè)快速發(fā)展需求。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制現(xiàn)狀

當(dāng)前階段，中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制，就是在無人參與情況下，經(jīng)外加設(shè)備對空調(diào)系統(tǒng)與工作過程狀態(tài)進(jìn)行自動化控制，以使運(yùn)行以預(yù)定規(guī)律發(fā)揮作用。系統(tǒng)自動化控制的目的在于室外溫度與室內(nèi)負(fù)荷發(fā)生改變時，通過調(diào)節(jié)空調(diào)自動控制系統(tǒng)，來使室內(nèi)空氣始終處于溫度與濕度不變的狀態(tài)。這樣一來，就能滿足建筑物用戶使用中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適度與潔凈度需求[3]。

由于空調(diào)系統(tǒng)的作用目標(biāo)為熱工對象，因此，站在控制角度，需對對象特性、多干擾性以及溫、濕度相關(guān)性與系統(tǒng)整體控制性進(jìn)行優(yōu)化。中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制工作目標(biāo)為控制環(huán)境的溫度與濕度。此過程受系統(tǒng)本身因素影響，需結(jié)合被控制對象環(huán)境特性。具體特性參數(shù)有時間常數(shù)T1、放大系數(shù)K1以及純延遲時間。在多干擾性方面，系統(tǒng)干擾類型有內(nèi)擾與外擾2種。前者是指中央空調(diào)系統(tǒng)所處建筑物的工藝設(shè)備、人員散熱以及電器設(shè)備等。外擾則是指受送風(fēng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱影響而帶來的日照、溫度以及濕度條件變化。為對這些干擾進(jìn)行控制，除了要注重建筑與空調(diào)工藝外，還要針對干擾來源與影響程度進(jìn)行自控設(shè)計，以提高方案確定的科學(xué)合理性[4]。

站在系統(tǒng)整體性與溫、濕度相關(guān)性角度，中央空調(diào)系統(tǒng)控制，要把控制工作重點(diǎn)放在溫度與相對濕度上。即對被控對象狀態(tài)，同時進(jìn)行2個被調(diào)量調(diào)節(jié)。這是因為溫度與相對濕度會在系統(tǒng)運(yùn)行過程互相影響。如建筑物室內(nèi)空氣溫度變化，相對濕度就會變化。加濕與減濕處理，也會引發(fā)室溫變化。據(jù)統(tǒng)計，含濕量不變環(huán)境下，建筑物室內(nèi)上升會使相對濕度下降。具體控制根據(jù)工況轉(zhuǎn)換來完成空氣處理，進(jìn)而使中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行各個環(huán)節(jié)以高穩(wěn)定性狀態(tài)發(fā)揮作用。

然而，作為整體控制系統(tǒng)，一旦其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會對空調(diào)室內(nèi)的溫度與濕度環(huán)境控制效果造成負(fù)面影響。嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致整個控制系統(tǒng)失效。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)對中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制組成進(jìn)行完善，以使系統(tǒng)自動化控制效果達(dá)到預(yù)期[5]。

3 關(guān)于中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制策略

3.1 完善自動化控制系統(tǒng)組成

中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制目標(biāo)達(dá)成，需將完善健全工作重點(diǎn)放在以下4個方面。

（1）檢測系統(tǒng)空氣狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)檢測工作應(yīng)將重點(diǎn)放在傳感器、顯示器與變送器。傳感器是指對中央空調(diào)系統(tǒng)所處的空氣狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測。目前，中央空調(diào)系統(tǒng)傳感器設(shè)備有溫度、壓力以及濕度3大類型。由于傳感器設(shè)備精度和慣性會對空調(diào)控制系統(tǒng)精度造成直接影響，因此，系統(tǒng)所屬參數(shù)分析，需結(jié)合空調(diào)區(qū)各部位空氣狀態(tài)來進(jìn)行控制。再加上，氣流組織與負(fù)荷分布因素的密切關(guān)系。但從實(shí)踐角度來看，中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的精度控制僅作用于傳感器所處的空氣參數(shù)。作用于整個空調(diào)作用區(qū)域效果，需對傳感器的設(shè)置位置進(jìn)行選定[6]。

（2）自動調(diào)節(jié)空氣狀態(tài)參數(shù)。自動控制中央空調(diào)系統(tǒng)過程中，主要作用目標(biāo)是溫度與濕度。此情況下，需要系統(tǒng)內(nèi)部的自動化組件形成整體。這里的部件是指調(diào)節(jié)器等，最常用的設(shè)備是指位式調(diào)節(jié)器、PID調(diào)節(jié)器。其他情況，還應(yīng)采用分程、反饋加前饋以及串接等調(diào)節(jié)方式。這些常規(guī)操作，成功使2個被調(diào)參數(shù)、溫度與濕度得到了有效控制。但兩者間的耦合關(guān)系，需通過設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，來控制可能帶來的干擾問題。具體中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制工作，需運(yùn)用加熱器與加濕器等裝置，來調(diào)整設(shè)備的送風(fēng)量和新風(fēng)與回風(fēng)比例。當(dāng)按照預(yù)定的控制規(guī)律，就可對被調(diào)參數(shù)溫度與濕度以及壓力進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。這里的調(diào)節(jié)裝置是指模擬量或是數(shù)字式儀表以及數(shù)字計算機(jī)。值得注意的是，在直接運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)自動化控制的過程中，不僅能夠使被調(diào)參數(shù)實(shí)現(xiàn)解耦控制，還能提高控制工作開展的適應(yīng)性。

（3）判斷空調(diào)與自動切換空調(diào)的最優(yōu)工況。因工況會隨著建筑物所處的外部環(huán)境因素，如氣候條件以及內(nèi)部負(fù)荷狀況出現(xiàn)漂移，所以，自動化控制系統(tǒng)建設(shè)人員應(yīng)按照季節(jié)負(fù)荷對建筑物空調(diào)的全年工況進(jìn)行分區(qū)圖繪制。此外，在實(shí)際判斷工況的過程中，工況分區(qū)內(nèi)會發(fā)生邊界重疊現(xiàn)象。要想保證自動切換工況系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，需將轉(zhuǎn)換時間間隔控制在制冷劑等設(shè)備最短啟停時間以上。這里的系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)是指邊界重疊區(qū)不出現(xiàn)振蕩與競爭現(xiàn)象。

（4）設(shè)備與建筑物的安全防控，系統(tǒng)運(yùn)行安全性的提升，需從全面且專業(yè)角度入手，對安全防護(hù)線路進(jìn)行優(yōu)化控制。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備處于有風(fēng)狀態(tài)，應(yīng)連接加熱器。如建筑物失火，空調(diào)系統(tǒng)防護(hù)裝置就能以自動狀態(tài)切斷系統(tǒng)的相關(guān)風(fēng)路，并開啟排煙風(fēng)機(jī)。這不僅大幅提升了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，使其在有風(fēng)且火情狀態(tài)下，仍能實(shí)現(xiàn)自動安全控制[7]。

3.2 系統(tǒng)自動化控制策略

工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制，顧名思義，就是在機(jī)器或是裝置無人干預(yù)情況下進(jìn)行自動操作。作為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物，其已經(jīng)被運(yùn)用于社會生產(chǎn)生活的方方面面。其中，空調(diào)自動控制系統(tǒng)能夠?qū)照{(diào)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量、濕度、空氣成分以及液位等參數(shù)進(jìn)行自動檢測控制，可有效為制冷機(jī)械設(shè)備提供保護(hù)。此外，還可在能源消耗控制與運(yùn)行造價成本控制方面起到作用，有效避免了事故出現(xiàn)。

（1）系統(tǒng)的自動化控制作用于溫度時，可采用2種控制方法。①根據(jù)被冷卻對象的溫度變化情況控制，具體運(yùn)用設(shè)備為蒸汽壓力式溫度控制器;②對被冷卻對象溫差變化進(jìn)行控制，設(shè)備多選用電子式溫度控制器。

（2）系統(tǒng)濕度的自動化控制，主要作用于人們體感的舒適度。究其原因，濕度高低會直接影響舒適性空調(diào)的恒溫恒濕空間環(huán)境。

（3）中央空調(diào)系統(tǒng)的壓力自動化控制，對于系統(tǒng)的壓縮式制冷循環(huán)，為使壓縮機(jī)運(yùn)行以安全穩(wěn)定狀態(tài)作用，需將工作重點(diǎn)放在壓力控制器上。如果制冷系統(tǒng)出現(xiàn)欠壓或是超壓現(xiàn)象，就可斷開壓縮機(jī)電路來實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)目標(biāo)。

（4）系統(tǒng)空氣質(zhì)量自動化控制。中央空調(diào)系統(tǒng)中需將回風(fēng)與新風(fēng)控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制目標(biāo)。尤其是夏季室內(nèi)外溫差較大的條件，節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，需對空調(diào)系統(tǒng)利用的回風(fēng)量進(jìn)行控制，即回風(fēng)量越大，摻混新風(fēng)量越少，系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能效果越顯著。但控制新風(fēng)不代表無限制減少，否則，就會對室內(nèi)空氣的品質(zhì)造成影響。為此，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)空氣中有害氣體濃度的變化情況，來對新風(fēng)量進(jìn)行控制，以提升被處理室內(nèi)環(huán)境中的空氣質(zhì)量[8]。

4 結(jié)束語

綜上所述，達(dá)成中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制目標(biāo)需將工作重點(diǎn)放在完善自動化控制系統(tǒng)組成與系統(tǒng)自動化控制策略上。如按照季節(jié)負(fù)荷對建筑物空調(diào)的全年工況進(jìn)行分區(qū)圖繪制;采用相應(yīng)調(diào)節(jié)設(shè)備提高空氣狀態(tài)參數(shù)自動控制效率;控制相對濕度與絕對濕度來滿足系統(tǒng)用戶體感舒適需求;選定傳感器設(shè)置位置來控制整個空調(diào)作用區(qū)域效果;為強(qiáng)化中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，設(shè)備控制需從全面性與專業(yè)性入手，對安全線路進(jìn)行優(yōu)化控制。如設(shè)備運(yùn)行處于有風(fēng)狀態(tài)，接通電加熱器。事實(shí)證明，只有在明確系統(tǒng)自動化控制問題現(xiàn)狀情況下，才能使優(yōu)化策略以針對性狀態(tài)作用于實(shí)踐。故，中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際環(huán)境條件，來提升系統(tǒng)運(yùn)行效果，以提升行業(yè)發(fā)展的健康科研水平。

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