暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展及應用

1、自動控制原理課題作業(yè)題目:暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展及應用班級:姓名:學號日期暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展及應用摘要:暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動控制,對于保證空調(diào)系統(tǒng)本身的合理運行、減少人力、實現(xiàn)安全操作起到了非常關鍵的作用;它也對暖通空調(diào)系統(tǒng)和技術的發(fā)展起到了極大的推動作用。本文分析了目前暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和對策,探討了暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和應用及價值。關鍵詞:暖通空調(diào)自動控制現(xiàn)狀發(fā)展趨勢應用價值在目前我國許多民用建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)中,自動控制系統(tǒng)的應用也的確起到了保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常安全運行、提升管理水平、節(jié)省能源費用、降低人力成本等作用;在工業(yè)建筑中,對工藝要求的保

2、證更是起到了不可替代的作用。但是,通過對大量實際情況的調(diào)研和總結,發(fā)現(xiàn)有相當一部分實際工程項目的空調(diào)自控系統(tǒng)沒能充分發(fā)揮其功能,一些甚至成了擺設,不但浪費了投資,也使得暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行管理水平和能源效率低下,甚至一些項目因使用要求不滿足而出現(xiàn)較大的爭議。一、目前暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析與對策1、當前存在的問題與原因分析(1暖通空調(diào)設計人員對本專業(yè)的設計缺乏全面認識目前相當一部分工程的暖通空調(diào)設計僅僅是基于冬、夏各自的設計工況點來進行的。這種設計方法實際上只是確保了暖通空調(diào)系統(tǒng)對建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的保障能力而沒有注重到全年的運行調(diào)節(jié)問題。據(jù)筆者了解,一些暖通空調(diào)設計人員不能清晰地說明其所設

3、計的暖通空調(diào)系統(tǒng)在全年應該如何運行,或者如何才能實現(xiàn)節(jié)能的運行方式。由于未考慮工程全年的實時運行和控制問題,也就無法提出相應的系統(tǒng)控制要求、控制參數(shù)(尤其是工況轉換的邊界條件等內(nèi)容,導致自控系統(tǒng)成為無米之炊,其設計與實施無從下手。同時存在的另外一種傾向是,一些本專業(yè)設計人員將自動控制看成能解決所有問題的萬能鑰匙,因而放棄了對暖通空調(diào)系統(tǒng)本身設計合理性的追求。例如:無原則地加大設備容量和安全系數(shù),認為即使實際不需要,只要通過自控系統(tǒng),就可以在運行中將設備的余量減下來。比如一些比較常見的錯誤為,一些設計人員不清楚自控閥門應該如何選擇,而是按照通常的管道口徑來選擇閥門口徑,等等。其實,任何控制系統(tǒng)的

4、控制能力和范圍都是有限的,大口徑閥門無法實現(xiàn)對小流量的較精確控制。暖通空調(diào)設計人員一般都明白,大容量的冷水機組,其最小可調(diào)容量必然大于同類小容量機組的最小可調(diào)容量,使得前者對空調(diào)部分負荷下的滿足能力低于后者。自控系統(tǒng)也是同樣的道理。(2暖通空調(diào)設計人員與自控設計人員的溝通不夠盡管在本專業(yè)本科學習的課程中設置了自動控制方面的專業(yè)課,但由于走上工作崗位之后各種原因使得許多暖通空調(diào)設計人員對自控系統(tǒng)變得生疏和望而卻步,對一些基本的自控基礎知識嚴重欠缺(有的甚至不知道最簡單的房間溫度控制系統(tǒng)是如何構成的。因此常常見到暖通空調(diào)專業(yè)的設計人員在圖紙中提出“這部分由自控系統(tǒng)解決”。從另一方面看,目前從事暖通

5、空調(diào)自動控制系統(tǒng)設計的人員絕大多數(shù)都是電氣(或控制專業(yè)的,他們對暖通空調(diào)專業(yè)各種要求的理解有限(有些甚至完全沒有本專業(yè)方面的基礎知識。把自動控制系統(tǒng)視為萬能鑰匙的也不僅僅是暖通控制設計人員,一些自控設計人員(或承包商也有類似想法。例如,基于自適應模糊控制系統(tǒng)、自適應系統(tǒng)等控制系統(tǒng),在一些場合被某些技術人員神話,使人誤以為能夠解決所有的控制問題,從而放棄了對暖通空調(diào)系統(tǒng)本身的特點、本質(zhì)、控制邏輯等方面的研究和要求。在兩個不同專業(yè)的設計人員無法進行正常的溝通和交流、互相不理解對方專業(yè)需求的情況下,存在的問題不會得到有效解決,顯然無法將暖通空調(diào)自控系統(tǒng)做好。更為嚴重的是,在一些民用建筑設計院中,暖通

6、空調(diào)與弱電專業(yè)的設計人員均將自控系統(tǒng)作為二次設計的內(nèi)容交由自控承包商負責,存在一定的失控風險。(3系統(tǒng)運行管理這是目前存在的又一個比較突出的問題。一些設置了自動控制系統(tǒng)的工程,其管理人員的技術水平達不到系統(tǒng)設計運行管理的要求。有的工程還是以二三十年前的所謂“鍋爐工”、“冷凍工”等模式來配置管理人員。有些項目盡管引入了計算機專業(yè)的管理人員,但因為對暖通空調(diào)和自控系統(tǒng)本身的理解不足,也無法真正做到優(yōu)化的管理與運行。在我國,目前設置了計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)的大量建筑中,通過實時的運行管理數(shù)據(jù)和年度(季度運行數(shù)據(jù)報表,為運行管理的優(yōu)化提供了非常好的條件。但遺憾的是,目前相當多的項目(據(jù)筆者調(diào)查,至少超過6

7、0%的項目并沒有形成一個運行數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集與分析的完整管理流程,系統(tǒng)中保存的大量基礎運行數(shù)據(jù)沒有充分發(fā)揮對工程的指導作用,更沒有發(fā)揮其對行業(yè)的參考作用。因此,系統(tǒng)運行流程與高水平管理人員的嚴重缺失阻礙了暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的應用。2、對策與建議(1暖通空調(diào)設計人員應不斷提升自身的技術水平應該明確認識到的一點是,自控系統(tǒng)的優(yōu)劣將直接影響暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行。與其在工程中出現(xiàn)問題時去解決(或去爭議責任的分擔,不如在設計時盡可能完善,將可能出現(xiàn)問題的風險盡可能降低。這包括以下兩方面內(nèi)容。首先是本專業(yè)的技術水平。需要認識到暖通空調(diào)效果與運行條件密不可分,建筑的使用狀態(tài)、室外氣候等等,都是在設計中應充分關注的

8、。因此,筆者建議在國內(nèi)有能力的設計單位中,通過努力提倡“以全年為基礎的設計”,逐漸改變目前僅僅以冬、夏兩個設計點為基準的設計做法。當然,這一改變會增大暖通空調(diào)設計人員的設計工作量,因此,需要采取相關的配套措施。其次,暖通空調(diào)設計人員應學習和掌握相關的自控系統(tǒng)知識。做到能夠用自身的知識與自控系統(tǒng)設計人員進行良好的溝通。為此,我們應該認識到:僅僅在學校所學的暖通空調(diào)自控知識是遠遠不夠的,暖通空調(diào)設計人員還應結合工程實際學習和研究自控系統(tǒng)。(2調(diào)整設計分工,加強專業(yè)溝通,完善自控設計把自控系統(tǒng)完全交給系統(tǒng)承包商(或集成商,看似符合專業(yè)化分工的原則,而實際大量工程的情況表明,這樣做的風險遠遠大于專業(yè)化

9、分工帶來的優(yōu)勢。承包商技術的優(yōu)劣、水平的高低、責任心的強弱、商業(yè)利益的大小、招投標組織的好壞等因素,對自控系統(tǒng)本身的設計、施工、調(diào)試和運行都有重要影響,而作為項目設計的負責單位設計院,地位反而降低,這顯然不利于對工程項目的整體把控。因此,我建議,自控系統(tǒng)的設計(系統(tǒng)原理、控制邏輯、主要設備功能、系統(tǒng)布線等應由設計院負責完成,或者在設計院的主導下來完成。承包商(或集成商的主要工作是在設計院自控系統(tǒng)設計及相關要求的基礎上,完成設備的接線圖、施工及調(diào)試等。在上述對設計院自控設計要求的前提下,設計院的自控設計人員(大多數(shù)設計院中通常是弱電專業(yè)設計人員也應“與時俱進”,不但要掌握本專業(yè)的技術,還需要盡可

10、能對暖通空調(diào)專業(yè)的基礎知識有一定的了解,或者通過工程設計的不斷溝通、交流,對暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制要求能夠心中有數(shù),將暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)實施的第一個關口自控系統(tǒng)設計把住,才能為后續(xù)的工作打下一個良好的基礎。同樣應實事求是地看待關于模糊控制、自適應控制等先進控制技術的應用問題。當它們用于暖通空調(diào)自控系統(tǒng)時,其關鍵點并不在于模糊和自適應運算和處理的方式,而是在于取得大量參數(shù)信息后,如何確認這些參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系,以及如何將這些內(nèi)在聯(lián)系反映到控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的關系之中。因此,這不是用“將所有參數(shù)收集后,由計算機進行綜合運算并給出最優(yōu)化的控制”這樣一句話就能夠解決的。計算機本身并不具備人的思維能力和

11、自適應、自學習、綜合等能力,因此需要的是暖通空調(diào)和自動控制設計人員對這些參數(shù)的邏輯關系分析的能力與經(jīng)驗,而不能將其視為一個無人可以認識的“黑盒子”。(3加強運行管理和數(shù)據(jù)分析自控系統(tǒng)除了滿足基本的使用功能外,還有一個重要的任務就是通過自控系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)化的控制。所謂最優(yōu)化,指的是在自控系統(tǒng)的基礎上,增加人為干預的功能。因此,最優(yōu)化運行控制需要運行管理人員來實現(xiàn)。運行管理人員的專業(yè)技術水平亟待提升,引進高素質(zhì)的運行管理人員,是暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運行和實現(xiàn)運行節(jié)能的基本保證。大量記錄的年復一年的運行數(shù)據(jù),為運行管理和優(yōu)化策略提供了數(shù)據(jù)基礎。因此應該提倡:運行管理人員在工作中盡可能多地收集暖通空調(diào)系統(tǒng)

12、的運行數(shù)據(jù)(目前已經(jīng)很方便,并通過分析來積累,為以后的優(yōu)化運行提出措施;暖通空調(diào)設計人員主動參與運行數(shù)據(jù)的收集、整理與分析工作,對自己設計的項目的實際運行情況有一個更深入的了解,為提升設計水平建立良好的基礎平臺。二、暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢人類很早就進行了簡陋自動化裝置的探索, 但由于技術與理論都沒有真正發(fā)展起來, 直至1788 年之前, 都未有重大突破工匠階段。標志著人類社會工業(yè)革命開始的是瓦特于1788 年發(fā)明的蒸發(fā)機, 它同樣也標志著自動化領域技術化與理論化的開始。1920 年,反饋理論廣泛地應用于電子放大器中, 同年, 美國也出現(xiàn)了PID 調(diào)節(jié)器,1948 年, 控制理論的經(jīng)典部

13、分都己基本提出技術化與理論化階段。隨著計算機功能的日益強大與完善, 體積的微型化, 用計算機代替調(diào)節(jié)器正成氣候智能化階段。目前, 全球正在進入網(wǎng)絡化時代, 空調(diào)系統(tǒng)也逐步網(wǎng)絡化,空調(diào)系統(tǒng)的信息化時代已經(jīng)到來。歐洲的西門子、梅洛尼兩個家電巨人于l998 年推出了自己的產(chǎn)品。西門子的“家庭電子系統(tǒng)(HES”是一個基于Windows95 下的家庭控制系統(tǒng), 利用這個系統(tǒng)可實現(xiàn)對多種家電器具網(wǎng)絡性控制, 以及完成電話、傳真、Email 等對外的通信聯(lián)絡。意大利的梅洛尼公司推出的稱之為“家庭智能檢測器(HSM ”也具備了類似的功能。作為信息化的空調(diào)系統(tǒng), 除了應具備常規(guī)制冷系統(tǒng)的特點以外, 還應具備以下

14、兩個條件: ( 1 工程具有完善的通訊聯(lián)網(wǎng)功能, 使人們可從遠程計算機上對其進行控制, 參數(shù)設定, 并具有雙向通訊功能; ( 2采用數(shù)字化傳感器。數(shù)字化傳感器是以專用微處理器控制的具有雙向通訊功能的先進傳感器系統(tǒng), 微處理器能夠按照給定的程序對傳感器實施軟件控制, 把傳感器從單功能變成多功能以消除與模擬電路有關的誤差源, 從而提高測量和控制的精度。通訊網(wǎng)絡逐漸成為空調(diào)系統(tǒng)控制中的最重要環(huán)節(jié)。三、分析暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)應用及價值1. 暖通空調(diào)自動化控制的內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)有管理指標以及方案可知,在自動化控制過程中必須對具體內(nèi)容進行分析,按照控制要點和方式落實,凸顯出控制機制的作用,實現(xiàn)精細化實施。以下

15、將對暖通空調(diào)自動化控制的內(nèi)容進行分析。1.1 凈化控制以自動化控制系統(tǒng)為例,在實踐過程中需要將其和暖通空調(diào)系統(tǒng)進行結合處理。暖通空調(diào)的應用優(yōu)勢明顯,其中自動化控制方式起到突出的作用,凈化控制的含義對吸入到空調(diào)中的空氣有重要的作用,以凈化處理指標和方式為例,凈化控制系統(tǒng)比較重要的是空氣過濾器,凈化處理后,能達到萬級左右,以潔凈度和空氣處理流程作為基礎,需要對設備進行升級處理,將其應用在工廠中,突出凈化控制的具體指標,滿足控制案例的屬性要求。此外在后續(xù)控制和指導階段,要按照潔凈度進行落實,考慮到潔凈區(qū)域模式和屬性要求,需要做好區(qū)域清潔處理工作,例如在食品廠以及醫(yī)藥廠,對環(huán)境有嚴格的要求,必須做好吸

16、附處理工作,提升過濾優(yōu)勢。1.2 溫度控制空調(diào)最重要的作用就是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,在整個控制階段需要按照自動化控制要求實施,以數(shù)據(jù)參考為例,在自動化控制階段,需要對溫度進行調(diào)整。冬天將室內(nèi)溫度提升,夏天將室內(nèi)溫度降低,以實現(xiàn)溫度的合理化控制為例,根據(jù)系統(tǒng)的具體要求進行應用,能達到調(diào)節(jié)溫度的作用。在設計自動化階段,需要根據(jù)設定的溫度和實際溫度進行調(diào)節(jié),將溫度控制在合適的范圍內(nèi),實現(xiàn)有序調(diào)節(jié)。2. 暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)控制具體內(nèi)容暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)在社會生活中有重要的作用,基于其特殊性,在應用階段必須掌握其特點和系統(tǒng)要求,按照布控模式要求實施,保證系統(tǒng)控制的有效性。以下將對暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)控制具體內(nèi)容進

17、行分析。2.1 冷熱源和水管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對于主機系統(tǒng)而言,在單元控制器應用過程中,需要對蒸發(fā)器、冷凝器等溫度和水流開關進行有效的測試。在整個過程中以群體控制為例,按照熱泵自動化控制模式要求進行,熱泵自動化控制能實現(xiàn)監(jiān)視、查詢和報警等功能,在機組運行和控制階段,一旦出現(xiàn)故障,則會導致對應的數(shù)值設立存在問題。例如白天辦公期間和夜間無人時間段,存在的設定值差異比較大,在實踐過程中要結合要求對壓縮機進行操作,以出口設定值為例,適當對導入口進行調(diào)整,在整個過程中,對冷凍水出口溫度進行設定。以傳感器為例,需要有效監(jiān)控其運行情況,做好數(shù)據(jù)的收集和管控工作,采用一臺DDC 機器可以實現(xiàn)有效控制。2.2 參數(shù)測量

18、和調(diào)整對于暖通空調(diào)的具體設計而言,為了提升舒適度、空氣清潔度和新鮮度,要及時補充新風,實踐證明,冷熱負荷比較大,根據(jù)空調(diào)機組以及重要區(qū)域送風道控制要求可知,需要做好傳感器設備的處理工作,通過對機組管道水流量進行調(diào)節(jié)后,可以采用加濕法進行控制,使其滿足溫度控制要求。此外空調(diào)系統(tǒng)的控制需要根據(jù)溫度和濕度計算,以自動化控制為例,需要實現(xiàn)換擋操作,按照預設和布控要求實施。在機組運行階段，考慮到室內(nèi)外溫度和預設要求可知，對排風 閥進行聯(lián)動控制起到重要的作用， 聯(lián)動控制形式能達到降低能耗的作 用。機組停止運行后，對新風 閥和排風閥有嚴格的要求，可以采用 DDC 控制系統(tǒng)進行自動化管 控，以設計形式和比例作為基礎，實踐 階段，結合溫度控制要求，通過 PID 對水閥進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)后，能 保證溫度控制的合理性。此外對于干蒸汽加濕閥的比例掌握后，能符 合空氣溫度控制要求。 自動化控制技術對新風機的運行狀態(tài)有嚴格的 要求，以濕潤參數(shù) 和空氣指標為例，需要做好測量工作，保證參數(shù) 達到極限值， 如果參數(shù)達到極限值， 自動化控制系統(tǒng)能實現(xiàn)自動報警。 2.3 風機盤管監(jiān)控 對于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，冷暖設備對空調(diào)機組、新風機組等有嚴 格的要求，從當前市場情況來看，在控制過程中要掌握控制 器的要 求，實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。DDC 控制器優(yōu)勢明顯，能實現(xiàn)和主機的調(diào)控。 以中心控制為例，需要最大程度提升控制器的作