樓宇智能化的空調(diào)系統(tǒng).ppt

第3章 樓宇智能化的空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑的重要組成部分，是樓宇自動化系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象，也是建筑智能化系統(tǒng)主要的管理內(nèi)容之一?，F(xiàn)代建筑中的空調(diào)及其自動控制系統(tǒng)的重要性體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，智能建筑的主要功能之一就是為人們提供一個舒適的生活和工作環(huán)境，而這一功能主要是通過空調(diào)及其控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的；其次，空調(diào)系統(tǒng)是整個建筑最主要的耗能系統(tǒng)之一，有資料表明，空調(diào)系統(tǒng)的耗能已占到建筑總能耗的50%左右 。,3.1 空調(diào)系統(tǒng)組成,空氣調(diào)節(jié)簡稱空調(diào)，它的目的是創(chuàng)建一個合適的（室內(nèi)）大氣環(huán)境，使人在該環(huán)境中感到舒適；或者是保證（室內(nèi)）大氣環(huán)境滿足生產(chǎn)工藝過程或科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)過程的需要。為實(shí)現(xiàn)這一目的，空氣調(diào)節(jié)所依靠的技術(shù)手段主要是通風(fēng)換氣，具體地說，就是加工和處理一定質(zhì)量的空氣送入室內(nèi)，使室內(nèi)大氣環(huán)境滿足要求。對空氣的處理過程包括加溫（降溫）、加濕（除濕）、凈化等，即常說的熱濕處理。空氣調(diào)節(jié)主要包括溫度調(diào)節(jié)和濕度調(diào)節(jié)。,3.1.1 空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn),1多干擾性 2調(diào)節(jié)對象的特性 3溫度和濕度相關(guān)性 4多工況性 5整體控制性,3.1.2 中央空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成,樓宇自動化系統(tǒng)對空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控主要是針對集中式中央空調(diào)系統(tǒng)。一般的局部空調(diào)如窗式空調(diào)機(jī)、柜式空調(diào)機(jī)、專用恒溫濕機(jī)等都自帶冷、熱源和控制系統(tǒng)，不是樓宇自動化系統(tǒng)的主要監(jiān)控內(nèi)容。當(dāng)然，有時候也需要將建筑中的局部空調(diào)機(jī)納入樓宇自動化系統(tǒng)，這時只是對他們的啟停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視或控制，這些空調(diào)機(jī)本身的運(yùn)行控制由其自身配備的控制系統(tǒng)完成，一般不納入樓宇自動化系統(tǒng)。因此，樓宇自動化系統(tǒng)涉及的空調(diào)系統(tǒng)專指中央空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)可簡單分為冷源、熱源和前段設(shè)備兩個主要組成部分。中央空調(diào)的冷源系統(tǒng)包括冷水機(jī)組、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)。中央空調(diào)的熱源系統(tǒng)包括鍋爐機(jī)組、熱交換器等。,3.1.3 中央空調(diào)的工作原理,（1）冷（熱）水機(jī)組的基本工作過程：室外的制冷機(jī)組對冷（熱）媒水進(jìn)行制冷降溫（或加熱升溫），然后由水泵將降溫后的冷媒（熱）水輸送到安裝在室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組中，由風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組采取就地回風(fēng)的方式與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)空氣處理的目的。 （2）風(fēng)管（道）式機(jī)組的基本工作過程：供冷時，室外的制冷機(jī)組吸收來自室內(nèi)機(jī)組的制冷劑蒸氣，經(jīng)壓縮、冷凝后向各室內(nèi)機(jī)組輸送液體制冷劑；供熱時，室外的制冷機(jī)組吸收來自冷凝器的制冷劑蒸氣，經(jīng)壓縮后向各室內(nèi)機(jī)組輸送汽體制冷劑,3.1.4 控制對象的特點(diǎn),空調(diào)的耗電量W可簡化認(rèn)為與室內(nèi)外的溫度差成正比，即 式中，為室外溫度；為室內(nèi)溫度。在夏季，假設(shè)室外平均氣溫為30，將室內(nèi)平均溫度維持在20和25相比，耗電量相差可達(dá)50%左右。因此，應(yīng)通過對空調(diào)系統(tǒng)的控制，將夏季室溫保持在舒適溫度的上限附近，而冬季則應(yīng)將室溫保持在舒適溫度的下限附近，從而達(dá)到良好控制效果和節(jié)能效果。,建筑供配電系統(tǒng)的變配電站通常由高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)兩部分組成。 新風(fēng)機(jī)組是一種沒有回風(fēng)裝置的空調(diào)機(jī)組，其監(jiān)測和控制與空調(diào)機(jī)組相同。 （1）新風(fēng)機(jī)組的節(jié)能控制 （2）濕度調(diào)節(jié) （3）新風(fēng)閥的調(diào)節(jié) （4）過濾器堵塞、防凍保護(hù) （5）空氣質(zhì)量保證 （6）設(shè)備的開/關(guān)控制,3.3 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng),變風(fēng)量（Variable Air Volume，VAV）空調(diào)系統(tǒng)在智能樓宇等方面的應(yīng)用日益廣泛。在低負(fù)荷下，其節(jié)能效果大大優(yōu)于定風(fēng)量（CAV）系統(tǒng)。與定風(fēng)量系統(tǒng)（固定送風(fēng)量而改變送風(fēng)溫度的空調(diào)系統(tǒng)）相比，變風(fēng)量系統(tǒng)增加了系統(tǒng)總送風(fēng)量控制，并在室內(nèi)不同的空調(diào)區(qū)域設(shè)置了變風(fēng)量的末端設(shè)備。在常規(guī)控制下，系統(tǒng)通?？刂破渌惋L(fēng)靜壓不變，VAV末端裝置通過增加氣流阻力而達(dá)到降低送風(fēng)量的效果。變風(fēng)量空調(diào)方式起源于高速送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，近幾年來，變風(fēng)量空調(diào)方式在低速送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍，其主要原因在于變風(fēng)量空調(diào)方式具有良好的可控性。VAV空調(diào)系統(tǒng)的成功與否在很大程度上取決于是否采用最佳的系統(tǒng)控制方法以及有無良好的調(diào)試服務(wù)。,3.3.1 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的起源、背景和發(fā)展現(xiàn)狀,變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)于20世紀(jì)60年代起源于美國，原本是為了改進(jìn)高速送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的，因?yàn)闇p少送風(fēng)量對于高速送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有明顯的節(jié)能效益。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)以后并沒有立刻得到推廣，在很長一段時間內(nèi)，美國占主導(dǎo)地位的空調(diào)方式仍是定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)加末端再熱和雙風(fēng)道系統(tǒng)，直到1973年西方石油危機(jī)之后，能源危機(jī)推動了變風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，此后20年中不斷發(fā)展，并已經(jīng)成為美國空調(diào)系統(tǒng)的主流。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，大量70年代以前建造的空調(diào)系統(tǒng)在翻新過程中，越來越多的工程從定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)改造為變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。 利用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，可以有效地減少建筑物電耗，如在我國南方地區(qū)，典型辦公樓每平方米、每年節(jié)電4050kWh（地板面積）。從風(fēng)量角度來講，因春、夏、秋、冬風(fēng)量可分別減少34%、25%、42%和44%，而使整個VAN系統(tǒng)的能耗比定風(fēng)量系統(tǒng)減少20%30%。,3.3.2 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)基本原理,全空氣空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是要決定向空調(diào)房間輸送足夠數(shù)量的、經(jīng)過一定處理的空氣，用以吸收室內(nèi)的余熱和余濕，從而維持室內(nèi)所需要的溫度和濕度。送入房間的風(fēng)量按下式確定。,3.3.3 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn),變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下。 （1）節(jié)能效果明顯 （2）控制靈活 （3）減少了安裝設(shè)備 從以上3點(diǎn)看，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出，因此取得了越來越廣泛的應(yīng)用。但在選擇變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)型式時，應(yīng)該同時注意到：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)一次投資有所增加，控制相對復(fù)雜，對管理水平要求較高。,3.3.4 變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組的監(jiān)測與控制,由于建筑物內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的耗能很大，節(jié)能運(yùn)行在建筑物自動化系統(tǒng)中顯得相當(dāng)重要。采用變風(fēng)量系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)率可以達(dá)到50，因此，近幾年國內(nèi)外逐漸采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣送風(fēng)方式，系統(tǒng)的特點(diǎn)是送風(fēng)溫度不變，而改變送風(fēng)量來滿足房間對冷熱負(fù)荷的要求，就是說表冷器回水調(diào)節(jié)閥開度恒定不變，用改變送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變送風(fēng)量。通常采用變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。,3.4 智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制,1從節(jié)能角度確定室內(nèi)空氣的最佳狀態(tài) 對于舒適性建筑，并非要求室內(nèi)空氣狀態(tài)恒于一點(diǎn)，而是允許在較大范圍內(nèi)浮動，例如溫度為2027，相對濕度在4070，均滿足舒適性要求。這樣，當(dāng)室外狀態(tài)偏低時，室內(nèi)相應(yīng)靠近此區(qū)域的下限；室外狀態(tài)偏高時，室內(nèi)則靠近此區(qū)域的上限。當(dāng)室外處于此區(qū)域附近時，則盡可能多用新風(fēng)，使室內(nèi)狀態(tài)隨外界空氣狀態(tài)變化。這樣既可以最大限度節(jié)能，又可以提高空氣品質(zhì)和舒適程度。 2新風(fēng)量的控制 足夠的新風(fēng)量對于提供良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，保證室內(nèi)人員的舒適感和身體健康有著直接意義。但新風(fēng)取量過多，將增加新風(fēng)能耗。在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的情況下，減少新風(fēng)量，有顯著節(jié)能效果。,3.5 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),采暖通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在現(xiàn)代化的建筑中發(fā)揮著十分重要的作用，通過調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣溫度、濕度、通風(fēng)及潔凈度，為人們的生活和工作提供一個溫度適宜、濕度恰當(dāng)、空氣潔凈的舒適環(huán)境。但對智能建筑而言，除要求暖通空調(diào)系統(tǒng)提供理想的空氣品質(zhì)外，還要求對大量的暖通空調(diào)設(shè)備進(jìn)行全面的管理與控制，使其以最佳工作狀態(tài)工作，達(dá)到高效節(jié)能的運(yùn)行效果。,3.5.1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),智能建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。 （1）供暖系統(tǒng)。主要調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。 （2）冷熱源系統(tǒng)。主要對冷卻水、冷凍水的溫差，熱水的制備、壓差及流量進(jìn)行監(jiān)控。 供暖系統(tǒng)與冷熱源系統(tǒng)的主要設(shè)備有：鍋爐、熱水泵、熱水的制備、終端散熱器、冷水交換器、冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵、制冷機(jī)組、分汽缸、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、水流開關(guān)、各種閥門等。 （3）空調(diào)系統(tǒng)。主要由常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)組成，具體包括：廁所排風(fēng)系統(tǒng)、地下室機(jī)房及車庫送排風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)、防煙系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及加壓送風(fēng)系統(tǒng)。對這些系統(tǒng)有定風(fēng)量系統(tǒng)外，還有變風(fēng)量系統(tǒng)。其設(shè)備主要包括：新風(fēng)機(jī)組、空氣處理機(jī)組、變風(fēng)量機(jī)、通風(fēng)及風(fēng)機(jī)盤管等。,3.5.2 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)及監(jiān)控點(diǎn),空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)是由安裝在智能建筑各處的暖通、空調(diào)水泵附近的直接數(shù)字控制智能控制器分散控制，現(xiàn)場總線連接各智能控制器后接入上位機(jī)并受其管理的自動監(jiān)控系統(tǒng)。 1監(jiān)控任務(wù) （1）通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控。主要監(jiān)控新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)處理機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、變風(fēng)機(jī)組等。 （2）供暖系統(tǒng)的監(jiān)控。主要監(jiān)控供暖熱水鍋爐、蒸汽水及水水換熱站、供熱網(wǎng)等。 （3）冷熱源系統(tǒng)的監(jiān)控。主要監(jiān)控冷凍機(jī)與鍋爐主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、熱水制備系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)與水系統(tǒng)。,2監(jiān)控點(diǎn) 建筑物設(shè)備自動化系統(tǒng)很重要的一項(xiàng)工作就是設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，但監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置并沒有一個固定的模式和原則，隨系統(tǒng)設(shè)備不同而異，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況或用戶的需求等確定監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量和類型。 通常空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要監(jiān)控點(diǎn)有各設(shè)備的開關(guān)、運(yùn)行狀態(tài)、故障、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)，水泵出水口壓，出水水流開關(guān)狀態(tài)，供水/回水壓差，新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)溫度及濕度等。,3.5.3 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能,1新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的功能 （1）監(jiān)控風(fēng)機(jī)的啟/停及其狀態(tài)，過濾器是否需要更換。 （2）監(jiān)視新風(fēng)閥的開/關(guān)狀態(tài)，因風(fēng)機(jī)與所有電動控制閥聯(lián)鎖，風(fēng)機(jī)停止要同時關(guān)閉新風(fēng)閥門及電動閥。 （3）比較送風(fēng)溫度與系統(tǒng)中的溫度設(shè)定值，調(diào)節(jié)、控制冷凍、回水閥，改變冷凍水流量，使風(fēng)機(jī)出口溫度達(dá)到設(shè)定值。 （4）比較送風(fēng)濕度與濕度設(shè)定值，控制濕度調(diào)節(jié)閥，使送風(fēng)濕度保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 （5）保護(hù)功能，如風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、過濾器淤塞報(bào)警以及新風(fēng)溫度防凍報(bào)警。 （6）對于新風(fēng)機(jī)組，控制并監(jiān)測各機(jī)組的啟/停及其運(yùn)行狀態(tài)、送風(fēng)溫度、濕度及各閥門狀態(tài)；而且新風(fēng)機(jī)組工作異常時發(fā)出報(bào)警信號。,2空調(diào)處理機(jī)的監(jiān)控 空調(diào)處