《建筑设备自动化》暖通空调系统自动化-课课件.ppt

1、暖通空调（HVAC）系统是智能建筑创造舒适、高效的工作和生活环境不可缺少的重要环节。在智能建筑中，空调系统的耗电量占全楼总耗电量的 50%左右，而其监控点数量常常占全楼监控点总数的 50%以上。由此可见，空调系统的自动控制在建筑设备自动化系统（BAS）中占有十分重要的地位。实现空调系统的最优化控制，在最大程度上实现空调系统的经济运行，降低运行费用具有十分重要的意义。1ppt课件空调系统的设计是空调系统及其控制系统能够良好运行的技术基础。智能建筑需要精心的空调系统设计，个别工程设计中用估算代替冷热负荷计算和水力平衡计算的作法对于以计算机控制为特点的智能建筑已远远不能满足要求。应将空调的自控系统作

2、为建筑环境与设备工程专业的基本系统之一，必须加强相关学科知识学习，及时了解相关学科发展及对自身专业所产生的影响和要求。建筑环境与设备工程专业的设计人员应对空调系统的运行有深入了解，并在此基础上向自控专业提供下列进一步深化设计的条件，作为监控系统设计的基础。2ppt课件A.冷、热水系统流程图，暖通空调平面图；B.各空调子系统的自动控制原理图，并标明空气处理设备、执行机构、敏感元件等在各种工况下的动作要求、量程等；C.各个空调房间的温湿度基数、允许波动范围、整定值范围等；D.工况转换的边界条件或相应的控制程序；E.空调系统中设备的启/停程序及连锁保护要求；F.各项参数的检测要求和自动保护、自动连锁

3、、自动报警以及显示、记录等的具体要求。3ppt课件3.1 3.1 冷、热源系统监控冷、热源系统监控3.1.1 制冷系统监控空调系统需要冷源，制冷是必不可少的。夏季供给表冷器的冷水就是由制冷系统提供的。空调制冷系统有压缩式制冷、吸收式制冷和蓄冰制冷 3种。压缩式制冷以消耗电能作为补偿，通常以氟利昂或氨为制冷剂；吸收式制冷以消耗热能作为补偿，以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，可以利用低位热能和高温冷却水；蓄冰制冷是让制冷设备在电网低负荷时工作，将冷量储存在蓄冷器中，在用电负荷的高峰期向空调系统提供冷源，因而可以调节电网负荷，起到削峰填谷，缓和供电紧张状况的作用。4ppt课件1）压缩式制冷系统实行监

4、控的目的保证冷冻机蒸发器通过稳定的水量以使其正常工作；向空调冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；在满足使用要求的前提下，尽可能提高供水温度，从而提高机组的 COP值，同时减少系统的冷量损失，实现系统的经济运行。5ppt课件2）压缩式制冷系统的监控功能启停控制和运行状态显示；冷冻水进出口温度、压力测量；冷却水进出口温度、压力测量；过载报警；水流量测量及冷量记录；运行时间和启动次数记录；制冷系统启停控制程序的设定；冷冻水旁通阀压差控制；冷冻水温度再设定；台数控制；制冷系统的控制系统应留有通信接口。6ppt课件3）压缩式制冷系统监控功能描述（1）制冷系统启停程序及启停顺序控制（2）冷水机组运行时

5、间和启动次数记录、运行台数控制（3）压差旁通控制（4）冷冻水温度再设定（5）水流监测7ppt课件8ppt课件4）制冷系统的能量调节与控制制冷系统采用计算机控制时，应在保证系统正常运行的基础上，充分利用计算机系统强大的数据处理与分析功能，恰当地对系统进行调节，从而达到提高运行品质，降低运行能耗的作用。在冷水用户允许的前提下，尽可能提高冷冻机出口水温以提高冷冻机的 COP；当采用二级泵系统时，调节冷冻水泵转速或减少冷冻水加压泵的运行台数，以减少水泵的电耗；根据冷负荷状态恰当地确定冷冻机运行台数，减少无效能量消耗；在冷冻机运行所允许的条件下，尽可能降低冷却水温度，同时又不增加冷却泵和冷却塔的运行电耗

6、。9ppt课件图 3.2 双级泵系统控制原理图10ppt课件3.1.2 热力系统的监控夏季制冷、冬季采暖的建筑物，在没有外来热源的情况下，冬季采暖可能就要依赖于锅炉。对供暖用热水锅炉房用计算机进行监测与控制的主要目的是：提高系统的安全性，保证系统能够正常运行；全面监测并记录各运行参数，合理调节锅炉设备的运行工况，降低能源消耗，同时降低运行人员工作量，提高管理水平。1）热力系统的监控功能蒸汽、热水出口压力、温度、流量显示；锅筒水位显示及报警；运行状态显示；顺序启停控制；11ppt课件安全保护信号显示；设备故障信号显示；锅炉（运行）台数控制；热交换器能按设定出水温度自动控制进汽或水量；热交换器进汽

7、或水阀与热水循环泵连锁控制；热力系统的控制系统应留有通信接口。12ppt课件13ppt课件2）供暖热水锅炉的监控电锅炉由于对周围环境没有污染，并且控制水温方便快捷，所需辅助设备少以及占地面积小，在智能大楼中越来越多地被采用。图 3.3所示为电锅炉机组的 DDC 控制原理图。（1）锅炉热水出口压力、温度、流量监测在每台锅炉的热水出口设温度传感器（TT1-TT4），测量锅炉出口水温，可了解每台锅炉出力状况；安装流量计（FT1-FT4），以了解每台锅炉出口热水的流量；采用压力变送器（PT1-PT4）测量热水出口热水压力。测出的热水出口的温度、压力和流量，通过模拟量输入通道 AI，送入DDC 控制器显

8、示，超限报警。14ppt课件（2）锅炉补水泵的自动控制采用压力变送器 PT5测量系统回水压力，并通过 1 路 AI通道送入 DDC。当回水压力低于设定值，DDC 自动启动补水泵进行补水，当回水压力上升到设定值补水泵自动停泵。补水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI信号），输入 DDC 监测补水泵的运行状态。（3）锅炉、给水泵的顺序启停及运行状态显示锅炉机组设备启停通常按照事先编制的时间假日程序控制。为保证整个系统安全运行，编程时需按照一定的顺序控制设备的启停。15ppt课件（4）故障报警循环水泵、补水泵发生过载故障时，通过水泵主电路热继电器的辅助节点（DI信号）获得故障报警信

9、号；电锅炉的故障信号（DI信号），取自加热器的断线信号。用液位计（LT1-LT4）检测锅炉锅筒水位，并送入 DDC 显示，水位超高、低报警；（5）锅炉供水系统的节能控制锅炉在冬季供暖时，根据分水器、集水器的供回水温度及回水干管的流量检测值，实时计算空调房间所需热负荷，按实际热负荷自动启停电锅炉及循环水泵的台数。16ppt课件（6）安全保护当由于某种原因造成循环水停止或循环量过小，以及锅炉内水温太高，出现汽化的现象时，DDC 接收到水温超高的信号后，立即进入事故处理程序：恢复水的循环，停止锅炉运行，启动排空阀，排出炉内蒸汽，降低炉内压力，防止事故发生，同时响铃报警，通知运行管理人员，必要时还可通

10、过手动补入冷水排除热水，进行锅炉降温。（7）采用电能变送器计量锅炉用电量，用于锅炉房成本核算。17ppt课件3）蒸汽-水和水-水换热站的监控对于利用大型集中锅炉房或热电厂作为热源，通过换热站向小区供热的系统来说，换热站的作用就同上一节的供暖锅炉房一样，只是用热交换器代替了热水锅炉。监测供、回水干管的温度 TT3，TT2及供水干管的流量 FT1，来确定实际的供热量。循环水泵、补水泵的控制。根据前 24 h的室外温度平均值查算供热曲线得到要求的供热量，并算出要求的循环水量，从而确定循环水泵的开启台数。根据回水干管压力检测值PT2，控制补水泵 P5、P6及阀 V2的开度，并启停循环泵 P1 P4来调

11、整循环水量。18ppt课件蒸汽的计量。蒸汽计量可以通过测量蒸汽温度 TT1、压力 PT3和流量 FT3实现，FT3可以选用涡轮式流量计测定。加热量控制。根据要求的加热量或出口水温确定进入加热器的蒸汽压力的设定值，调整阀门 V1使出口蒸汽压力 PT3 达到这一设定值。与直接根据出口水温调整阀门的方式相比，这种串级调节的方式可获得更好的调节效果。供水温度的设定。供水温度 TT3的设定值，可由调整后测出的循环水量 G、要求的热量Q 及实测回水温度 TT2确定。随着供水温度 TT3的改变，TT2也会缓慢变化，从而使要求的供水温度同时相应地改变，以保证供出的热量与要求的热量设定值一致。19ppt课件图

12、3.4 蒸汽-水换热站监控原理图20ppt课件图 3.5 水-水换热站监控原理图21ppt课件3.2 3.2 水系统监控水系统监控空调水系统指由集中设备供应的冷（热）水为介质并送至末端空气处理设备的水路系统。按水的性质可划分为冷冻水系统、冷却水系统和热水系统。3.2.1 冷冻水系统的监控1）冷冻水系统监控功能水流状态显示；水泵过载报警；水泵启停控制及运行状态显示。22ppt课件2）冷冻水系统监控功能描述水流监测 冷冻水泵启动后，通过水流开关 FS（1路 DI信号）监测水流状态，当流量太小甚至断流时，发出报警信号并自动停止相应制冷机运行。冷冻水泵启停、运行状态显示及过载报警 冷冻水泵与制冷系统设

13、备连锁控制启停。关于连锁关系在制冷系统监控部分有详细描述，这里不再赘述。23ppt课件3.2.2 冷却水系统的监控冷却水系统是通过冷却塔、冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水的系统。对它实行监控的主要作用是：保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行；确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况，使冷却水温度在要求的设定温度范围内。24ppt课件1）冷却水系统的监控功能水流状态显示；冷却水泵过载报警；冷却水泵启停控制及运行状态显示；冷却塔风机运行状态显示；进出口水温测量及控制；水温再设定；冷却塔风机启停控制；冷却塔风机过载报警。25ppt课件图 3.6 冷却水系统监控

14、原理图26ppt课件2）冷却水系统的监控功能描述（1）冷却塔风机控制每台冷却塔风机通过计算机进行启停控制。启停台数根据冷冻机开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来决定。（2）冷却水泵控制冷却水泵也由计算机进行启停控制，并根据冷冻机开启台数决定它们的运行台数。冷却水泵、冷却塔风机与制冷系统设备连锁控制启停。关于连锁关系在制冷系统监控部分有详细描述，这里不再赘述27ppt课件（3）水温监测冷凝器入口水温测点 TT5测得的水温是整个冷却水系统最主要的测量参数，由它可监测最终进入冷凝器的冷却水温度，依此启停各冷却塔和调整各冷却塔风机转速。冷凝器出口水温测点 TT6、TT7测得的温度，可确

15、定这台冷凝器的工作状况。当某台冷凝器由于内部堵塞或管道系统误操作造成冷却水流量过小时，会使相应的冷凝器出口水温异常升高，从而及时发现故障。也可用水流开关指示冷凝器堵塞或管道系统误操作造成的冷却水流量过小或无水状态。28ppt课件3.3 3.3 空气处理系统的系统监控空气处理系统的系统监控 空气处理是指对空气进行加热、冷却、加湿、干燥及净化处理，以创造一个温度适宜、湿度恰当并符合卫生要求的环境。3.3.1 空气处理系统的监控功能风机状态显示。送回风温度测量。室内温、湿度测量。过滤器状态显示及报警。风道风压测量。启停控制。29ppt课件过载报警。冷热水流量调节。加湿控制。风门控制。风机转速控制。风

16、机、风门、调节阀之间的连锁控制。室内 CO2浓度监测。寒冷地区换热器防冻控制。送回风机与消防系统的连动控制。30ppt课件3.3.2 新风机组的监控1）新风机组监控功能描述新风机组采用直接数字控制器 DDC 进行控制，即利用数字计算机，通过软件编程实现如下控制功能：（1）风机启停控制及运行状态显示DDC 通过事先编制的启停控制软件，通过 1路 DO 通道控制风机的启停。将风机电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI信号），输入 DDC 监测风机的运行状态；主电路上热继电器的辅助触点信号（1路 DI信号），作为风机过载停机报警信号。31ppt课件图 3.7 新风机组控制原理图32pp

17、t课件（2）送风温、湿度监测及控制在风机出口处设 4 20 mA 电流输出的温、湿度变送器各一个（TT1、MT1），接至 DDC 的 2路 AI输入通道上，分别对空气的温度和相对湿度进行监测，以便了解机组是否将新风处理到所要求的状态，并以此控制盘管水阀和加湿器调节阀。（3）过滤器状态显示及报警风机启动后，过滤网前后建立起一个压差。用微压差开关即可监视新风过滤器两侧压差。如果过滤器干净，压差将小于指定值；反之如果过滤器太脏，过滤网前后的压差变大，超过指定值，微压差开关吸合，从而产生“通”的开关信号，通过一个 DI输入通道接入 DDC。33ppt课件（4）风机转速控制DDC 通过 1路 AI通道测

18、量送风管内的送风压力，调节风机的转速，以调节送风量，确保送风管内有足够的风压。（5）风门控制在冬季停机后为防止盘管冻结，可选择通断式风阀控制器，通过 1路 DO 通道来控制，当输出为高电平时，风阀控制器打开风阀，低电平时关闭风阀。为了解风阀实际的状态，还可以将风阀控制器中的全开限位开关和全关限位开关通过 2个 DI输入通道接入 DDC。34ppt课件（6）安全和消防控制只有风机确实启动，风速开关检测到风压后，温度控制程序才会工作。当火灾发生时，由消防联动控制系统发出控制信号，停止风机运行，并通过 1路 DO 通道关闭新风阀。新风阀开/闭状态通过 2路 DI送入控制器。（7）防冻保护控制在换热器

19、水盘管出口安装水温传感器 TT2，测量出口水温。一方面供控制器用来确定是热水还是冷水，以自动进行工况转换；同时还可以在冬季用来监测热水供应情况，供防冻保护用。水温传感器可使用 4 20 mA 电流输出的温度变送器，接到 DDC 的 AI通道上。35ppt课件（8）连锁控制启动顺序控制：启动新风机开启新风机风阀开启电动调节水阀开启加湿电动调节阀；停机顺序控制：关闭新风机关闭加湿电动调节阀关闭电动调节水阀关闭新风机风阀。（9）最小新风量控制为了保证基本的室内空气品质，通常采用测量室内CO2浓度的方法来衡量。从节能角度考虑，室内空气品质的控制一般希望在满足室内空气品质的前提下，将新风量控制在最小。3

20、6ppt课件3.3.3 全空气空调系统的监控如图 3.8所示为全空气空调系统监控原理图。全空气空调系统是指将空气在空调器内进行各项参数处理后，直接将处理好的空气送至需要进行空调的房间内使用的空调系统。与 3.3.2的新风机组相比，从控制调节的角度看，有如下 3点不同：控制调节对象是房间内的温湿度，同时还要研究系统节能的控制方法。有回风回到空调机组，而且新回风比还可以变化，因此在过渡季节应尽量利用新风。这样可以减少运行费用，降低运行成本。37ppt课件1）全空气空调系统监控功能描述（1）室内温湿度控制从控制方式上看，全空气空调系统与新风机组对温湿度控制的原理都是相同的，即通过测量被控温度值，控制

21、水量或蒸汽量而达到控制机组冷、热量的目的。所不同的是温湿度传感器的设置。需要增加被调房间或被调区域内温度传感器。如果是由几个房间构成一个区域作为调控对象，则可安装几组温度测点，以这些测点温度的平均值或其中重要位置的温度作为控制调节参照值。房间的温度参数送入现场控制器 DDC 中，用来作为参照值进行控制调节。38ppt课件由于存在回风，需增加新风与回风的温湿度测点。回风的温湿度参数是供确定空气处理方案时参考的。回风道存在较大惯性，有些系统还采用走廊回风等方式，这都使得回风空气状态不完全等同于室内平均空气状态，因此不宜直接用回风参数作为被控房间的空气参数（除非系统很小，回风从室内直接引至机组）。为

22、了调节新回风比，对新风、排风、混风 3个风阀都要进行单独的连续调节，因此要分别安装电动执行器。每个风阀都用 2个 AO 输出通道控制其开大或关小，并用一个 AI输入通道测量其阀位，如同 3.3.2中的电动调节水阀。当然也可以安装阀门定位器，通过 DO 输出通道直接控制阀的开度。39ppt课件40ppt课件根据房间温度和送风温度的实测值及房间温度的设定值，按照 PID 调节规律来确定送风温度设定值。根据房间空气的湿球温度和送风湿球温度的实测值及房间相对湿度的设定值，经过计算，按照 PID 调节规律来确定送风湿度设定值。由于新回风比的变化与送风参数（温度和湿度）的变化成正比，因此可用 PI的算法，

23、根据送风温度或湿度的偏差控制新风、排风和回风风阀，其中新风、排风风阀应同向同步调节，回风阀则按相反方向调节。41ppt课件表冷器和加热器的调节具有较大的非线性，如前 3.3.2新风机组控制中所讨论，它可以用 PID 方式直接根据送风温度或湿度对开度进行反馈调节。蒸汽控制湿度完全可按 3.3.2中新风机组控制讨论的方式进行。2）从节能角度确定室内空气状态对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒定于一点，而是允许在较大范围内浮动。例如温度为 24 28 ，相对湿度在 40%65%内，风速不大于 0.3 m/s，均满足舒适性要求。42ppt课件3.4 3.4 风系统的监控风系统的监控3.4.1 变风量

24、（VAV）系统的监控由于建筑物内空调系统耗电很大，节能运行在建筑设备自动化系统中就显得格外重要。VAV 系统因为其节能以及可分区调节等优点，在国外建筑中的应用非常普遍。近几年国内智能建筑中也得到了越来越广泛的应用。可以节能 与定风量空调系统相比，它减少了再热量及其相应的冷量，这是变风量系统从运行机制上比定风量系统合理的地方。而且，随着各房间送风量的变化，系统总送风量也相应变化，这可以节省风机运行能耗。43ppt课件图 3.9 典型的 VAV 系统44ppt课件控制灵活 在定风量空调系统中，只有设温度传感器的一点是可控的，即使做多测点加权平均等处理，原则上一个空调系统也只受一个参数控制。而在变风

25、量空调系统中，同一空调系统的各房间是通过各自的末端装置分别进行控制的，这就提供了相当的灵活性，可以把不同朝向、不同温度要求的房间放在一个空调系统，而且在改扩建或重新间隔时容易适应。与风机盘管相比 吊顶内没有大量冷冻水管和凝结水管，可以减少处理凝结水的困难，特别是避免了凝结水盘中细菌孳生而且参与室内风循环的弊病，这可以提高室内空气的卫生质量。45ppt课件1）变风量系统的监控功能系统总风量调节；最小风量控制；最小新风量控制；再加热控制；VAV 系统的控制装置应有通信接口。46ppt课件2）变风量系统的监控功能描述（1）房间送风量的控制当空调系统所带各房间的负荷变化情况彼此不同，或各房间要求的设定

26、值彼此不同时，最简单的控制方式是根据房间温度实测值与设定值之差，直接调整末端装置中的风阀。这样做，当某个房间温度达到要求值时，由于其他房间风量的变化或总的送风机风量有所变化导致末端装置的风道处的空气压力有变化，从而使这个房间的风量变化。47ppt课件48ppt课件（2）系统送风量的控制在 VAV 系统中，为了保证系统中每个 VAV 末端装置都能正常工作，要求主风道内各点的静压都不低于 VAV 末端装置所要求的最低压力。通常在主风道压力最低处安装静压传感器来感知系统风量的变化，并通过控制器调节送风机转速，使该点的压力恒定在 VAV 末端装置所要求的最小压力值。这种控制方法称为定静压法。49ppt

27、课件（3）回风机的控制回风机的转速也需要调节，以使回风风量与变化了的送风量相匹配，从而保证各房间不会出现过大的负压或正压。调节回风机风量是保证送、回风平衡运行的重要手段。由于不可能直接测量每个房间的室内压力，因此不能直接按照室内压力对回风机进行控制。由于送风机在维持送风道中的静压，其工作点随转速变化而变化，送风量并非与转速成正比。而回风道中如果没有可随时调整的风阀，回风量基本上与回风机转速成正比。50ppt课件（4）新风、回风及排风阀的比例控制以及最小新风量控制把新风温湿度传感器、回风温湿度传感器的检测值输入 DDC 控制器，进行回风及新风焓值计算，按新风和回风的焓值比例控制回风阀的比例开度。

28、由于排风量等于新风量，故排风阀的开度也就是新风阀的开度。（5）送风温湿度控制可以通过表冷器、加湿器及新回风比的调节来控制送风温湿度，这与全空气空调系统的运行和节能考虑原则一样。51ppt课件（6）VAV 系统的联锁控制新风电动阀、排风电动阀与风机联锁。风机开，阀开；风机关，阀关。以防冬季冷空气冻坏换热器盘管和停机时减少空气粉尘进入风道。当新风管设有一次加热器时，由管内风量或风速联锁切断加热器电源。管内风量或风速联锁切断蒸汽发生器电源。建筑物发生火灾时，由建筑物消防联动控制系统关停空调机。变风量系统的起、停顺序控制与定风量系统相同不再赘述。（7）再加热控制52ppt课件3.4.2 排风系统的监控

29、排风的任务是排出室内被污染的空气，借以改善空气的条件，以利于人们的生活、工作和学习，保证人们的身心健康，提高工作效率。按照空气流动动力不同，可分为机械排风和自然排风两种。排风系统的监控功能（1）风机状态显示；（2）启停控制；（3）过载报警。53ppt课件3.5 3.5 风机盘管系统的监控风机盘管系统的监控风机盘管的控制通常包括风机转速控制和室内温度控制两部分。1）风机盘管系统的监控功能（1）室内温度测量；（2）冷、热水阀开关控制；（3）风机变速及启停控制。2）风机盘管系统的监控功能描述（1）风机变速及启停控制为调节风量，目前几乎所有风机盘管的风机都采用高、中、低 3档实现风机的转速控制。启停控

30、制、风量调节通常是使用者就地手动控制。54ppt课件图 3.11 风机盘管监控原理图55ppt课件（2）室温控制室温控制是一个完全的负反馈温控系统。它由室温控制器及电动阀组成，通过调节冷、热水量而改变盘管的供冷或供热量，控制室内温度。温控器手动转换。在各个温控器上设置冬、夏季手动转换开关，使得夏季时供冷运行，冬季时供热运行。当温控器为位式控制器时，它与冬、夏手动转换开关的接线如图 3.12所示。统一区域手动转换。对于同一朝向、或相同使用功能的风机盘管，如果管理水平较高，也可以把转换开关统一设置，集中进行冬、夏工况的转换，这样各温控器上可取消就地操作的转换开关。注意这种方式要求所有统一转换的风机盘管必须是同一电源，这需要与电气工种密切配合。56ppt课件图 3.12 风机盘管冬、夏手动转换开关接线图57ppt课件自动转换。要实现自动转换，必须判别水系统当前工况。当水系统供冷水时，应转到夏季工况；当水系统供热水时，应转到冬季工况。为此，可在每个风机盘管供水管上设置一个位式温度开关，其动作温度为：供冷水时 12 ，供热水时 30 40（根据热水温度情况设置），这样就可实现上述自动转换的要求。（3）连锁控制风机启停应与电动水阀连锁。当房间设有钥匙开关时，从节能考虑，风机盘管应与钥匙开关连锁。58ppt课件