基于DDC自動(dòng)控制對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方法

1、基于 DDC 自動(dòng)控制對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方法摘要：空調(diào)的用量愈大，消耗電力也愈多，直接造成城市供電缺乏和夏季限電問(wèn)題的出現(xiàn)。所以實(shí)有必要開(kāi)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法。本文整合了 DDC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，提出了利用 DDC 對(duì)建筑物空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制的思路，既可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，又可以提供舒適的環(huán)境和到達(dá)節(jié)能的目的。節(jié)能可以說(shuō)是樓字自動(dòng)控制系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，HVAC采暖、 通風(fēng)和空調(diào) 系統(tǒng)所消耗的能量要占到大樓消耗的總能量的極大局部比例， 大致在 5060左右。特別是冷：東機(jī)組、冷卻塔、循環(huán)水泵和空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組，都是耗能大戶。所以實(shí)有必要開(kāi)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)

2、節(jié)能方法， 尤其用是在改善現(xiàn)有大樓空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化上方面。DDCDirectdigitalcontr01直接數(shù)字化控制，是一項(xiàng)構(gòu)造簡(jiǎn)單操作容易的控制設(shè)備，它可借由接口轉(zhuǎn)接設(shè)備隨負(fù)荷變化作系統(tǒng)控制， 如空調(diào)冷水循環(huán)系統(tǒng)、 空調(diào)箱變頻自動(dòng)風(fēng)量調(diào)整及冷卻水塔散熱風(fēng)扇的變頻操控等，可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益， 而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運(yùn)行， 從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命以及到達(dá)提供舒適的空調(diào)環(huán)境和節(jié)能之目的。DDC 直接數(shù)字化控制是一種簡(jiǎn)易的微電腦設(shè)備，它須與其它組件，如變頻器、溫度濕度傳感器、焓差控制器、兩通閥等組件整合搭配才能發(fā)揮成效。這些組件的輸入輸出以模擬

3、信號(hào) DC010V 或低電流 4-20mA 作信號(hào)傳送，送至 DDC 控制器。經(jīng) DDC 內(nèi)置軟件作判別后反向輸出信號(hào)來(lái)控制閥部件或變頻器來(lái)調(diào)節(jié)空調(diào)。DDC 自動(dòng)控制系統(tǒng)各周邊設(shè)備及控制功能。2.1 直接數(shù)字控制DDC系指一臺(tái)數(shù)字電腦直接操作一個(gè)狀態(tài)， 或者一套程序予以自動(dòng)控制的作業(yè)。 所配用的數(shù)字電腦，可以采用小型微處理機(jī)，亦可配用于中央型的微電腦上去連線作業(yè)?？照{(diào)系統(tǒng)常用的控制元件，例如風(fēng)閘開(kāi)關(guān)、閥開(kāi)關(guān)、階動(dòng)繼電器等的操作，不管其原為氣動(dòng)式還是電動(dòng)式的，亦不管其作用原為調(diào)整大小的動(dòng)作或僅為開(kāi)或關(guān)的動(dòng)作，均可改用 DDC 方式作自動(dòng)的操作。DDC 系統(tǒng)利用硬件和軟件來(lái)調(diào)整控制變數(shù)或依據(jù)操作人

4、員的需要來(lái)控制制造程序。 其中控制變數(shù)包括溫度、壓力、相對(duì)濕度、流量等。控制程序和設(shè)定點(diǎn)可利用軟件輸入電腦內(nèi)，并能夠在操作人員的鍵盤上進(jìn)行修正， 如此可以取代過(guò)去對(duì)硬件控制器的校正。 DDC 系統(tǒng)亦可將檢測(cè)到的溫度、壓力等控制變數(shù)，與預(yù)先儲(chǔ)存在電腦內(nèi)的希望數(shù)值相比擬，如果測(cè)試的數(shù)值小于或大于所希望的數(shù)值， 系統(tǒng)將會(huì)送出一系列的數(shù)字脈沖， 這些脈沖那么借助電動(dòng)對(duì)氣 動(dòng) 的 轉(zhuǎn) 換 器 electrtC-to-pneUmatiCtransducer 或 電 動(dòng) 對(duì) 電 動(dòng) 的 轉(zhuǎn) 換 器electric-to-electrlctransducer轉(zhuǎn)變成控制裝置的調(diào)整信號(hào)，然后通過(guò)電腦的調(diào)整，其所輸

5、出的信號(hào)，再操作其轉(zhuǎn)換器，使原來(lái)系氣動(dòng)或電動(dòng)的組件按指示信號(hào)操作。假設(shè)空調(diào)的控制器件，原系氣動(dòng)式，那么需要另加一套將氣動(dòng)動(dòng)作變?yōu)殡娖餍盘?hào)的裝置，將電器信號(hào)輸入電腦操作。原系電動(dòng)操作元件者亦相同。至于輸入 DDC 系統(tǒng)后，那么不需另加任何硬件設(shè)備，即可作任何性能控制的操作。變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是利用二極管等整流器件將電源予以整流后，再經(jīng)由電容器等平滑，使之由交流轉(zhuǎn)換成直流。利用 PowerTransister、SCRThynstor等將直流換成任一頻率，然后以交流電方式輸出。用變頻器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，除可防止電動(dòng)機(jī)磁氣飽和外，同時(shí)亦可壓制起動(dòng)電流，且由于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的

6、輸出電壓，好照應(yīng)頻率的變化。 變頻器可分為電壓形變頻器和電流形變頻器。 電壓形變頻器利用 SCR 或二極管整流后，可再用平滑電容器使其成為電壓源。另一方面，電流形變頻器利用 SCR 整流后，翻開(kāi)電抗器，便可因 SCR 而具有電流源的作用。其控制方式有電壓控制和電流控制兩種。焓差控制是指在送風(fēng)系統(tǒng)中， 當(dāng)室外的溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)， 利用室外的低溫空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。 焓差控制器是由控制器比擬室外溫度及回風(fēng)溫度上下而將各風(fēng)門關(guān)大、 關(guān)小或全開(kāi)、全關(guān)的。風(fēng)量控制，可采取自動(dòng)和手動(dòng)雙重方式，由溫濕度的感測(cè)，經(jīng)過(guò)風(fēng)門和變頻雙重調(diào)節(jié)，以到達(dá)室內(nèi)設(shè)定的溫度和濕度。冷卻水塔風(fēng)扇在不同的冷卻負(fù)載下其耗電維持在一定

7、值， 造成電力的浪費(fèi)。 故在冷卻水塔風(fēng)扇使用變頻馬達(dá)， 并利用冷卻水出口溫度控制風(fēng)扇馬達(dá)起停及上下轉(zhuǎn)速， 不但主機(jī)能在較低的冷卻水進(jìn)水溫度下做高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可有效的減少冷卻水塔風(fēng)扇的耗電。一般大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)有 CAV、VAV、VWV 等，各有不同操控方式，都可以用 DDC控制。如圖 1.3.1 定風(fēng)量系統(tǒng)ConstantAirVolume，簡(jiǎn)稱 CAV 。定風(fēng)量系統(tǒng)為空調(diào)機(jī)吹出的風(fēng)量一定，以提供空調(diào)區(qū)域所需要的冷暖氣。當(dāng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，那么以改變送風(fēng)溫度應(yīng)付室內(nèi)負(fù)荷，并到達(dá)維持室內(nèi)溫度于舒適區(qū)的要求。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為 AHU空調(diào)機(jī)與冷水管系統(tǒng)FCU 系統(tǒng) 。這兩者一般均以定風(fēng)量

8、CAV來(lái)供給空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)局部負(fù)荷的變動(dòng)，在 AHU 定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來(lái)處理，在一般 FCU 系統(tǒng)那么以冷水閥 ONOFF 控制來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。3.2 變風(fēng)量系統(tǒng)VAV變風(fēng)量系統(tǒng)VarlableAirVolume，簡(jiǎn)稱 VAV即是空調(diào)機(jī)AHU 或 FCU可以調(diào)變風(fēng)量。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為 AHU 空調(diào)機(jī) 與冷水管系統(tǒng) FCU 系統(tǒng)。 這兩者一般均以定風(fēng)量 CAV來(lái)供給空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)局部負(fù)荷的變動(dòng)，在 AHU 定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來(lái)處理，在一般 FCU 系統(tǒng)那么以冷水閥 ONOFF 控制來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。然而這兩者在送風(fēng)系統(tǒng)上浪費(fèi)了大量能源。 因?yàn)樵陂L(zhǎng)期低負(fù)荷時(shí)送風(fēng)

9、機(jī)亦均執(zhí)行全風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)而耗電， 這不但不易維持穩(wěn)定的室內(nèi)溫濕條件， 也浪費(fèi)大量的送風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)能源。 變風(fēng)量系統(tǒng)就是針對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)耗電缺點(diǎn)的節(jié)能對(duì)策。變風(fēng)量系統(tǒng)可分為兩種：一種為 AHU 風(fēng)管系統(tǒng)中的空調(diào)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)AHUVAV 系統(tǒng) ；一種為 FCU 系統(tǒng)中的室內(nèi)風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)FCU-VAV 系統(tǒng) 。AHU-VAV 系統(tǒng)是在全風(fēng)管系統(tǒng)中將送風(fēng)溫度固定， 而以調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的方式來(lái)應(yīng)付室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變動(dòng)。FCU-VAV 系統(tǒng)那么是將冷水供給量固定，而在室內(nèi) FCU 加裝無(wú)段變功率控制器改變送風(fēng)量，亦即改變 FCU 的熱交換率來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)。這兩種方式透過(guò)風(fēng)量的調(diào)整來(lái)減少送風(fēng)機(jī)的耗電量， 同時(shí)也可增

10、加熱源機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率而節(jié)約熱源耗電， 因此可在送風(fēng)及熱源兩方面同時(shí)獲得節(jié)能效果。3.3 變流量系統(tǒng)VWV所謂變流量系統(tǒng)VariableWaterVolume，簡(jiǎn)稱 VWV ，是以一定的水溫供給空調(diào)機(jī)以提高熱源機(jī)器的效率，而以特殊的水泵來(lái)改變送水量，順便達(dá)成節(jié)約水泵用電的成效。變水量系統(tǒng)對(duì)水泵系統(tǒng)的節(jié)能效率依水泵的控制方式和 VWV 使用比例而異， 一般 VWV 的控制方式有無(wú)段變速 SP 與雙向閥控制方式。 以上三種空調(diào)系統(tǒng)是目前大樓空調(diào)最常被設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。中央空調(diào)控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設(shè)定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調(diào)控制即能有效控制耗能，設(shè)計(jì)符合節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。DDC

11、 設(shè)備在市面上的產(chǎn)品，各廠家的型號(hào)、套件都有所不同，但系統(tǒng)大同小異。只要將類比訊號(hào)經(jīng)數(shù)位化處理輸入電腦，就能作控制與設(shè)定。當(dāng)這些數(shù)位控制運(yùn)用在空調(diào)設(shè)備時(shí)，整合方式有以下幾種：4.1FCU 用在定風(fēng)量系統(tǒng)CAV區(qū)域空調(diào)因?yàn)槭嵌L(fēng)量系統(tǒng)，所以我們控制冷水系統(tǒng)上的兩通閥。當(dāng)室溫升高，室內(nèi)感溫器送出信號(hào)給控制器，控制器接到信號(hào)與設(shè)定的溫度比擬，輸出信號(hào)給冷水管上的兩通閥。控制兩通閥翻開(kāi)，使循環(huán)風(fēng)變冷送入室內(nèi)。如室內(nèi)溫度下降過(guò)多，盤管風(fēng)機(jī)作卸載。室內(nèi)溫度感溫器送信號(hào)至控制器為模擬輸入， 控制器與設(shè)定溫度比擬， 輸出模擬信號(hào)至冷水管上的兩通閥關(guān)閉。 兩通閥也有比例式型式， 這種比例式兩通閥控制冷水大小進(jìn)入

12、冷排使空調(diào)更有彈性控制，維持室溫在設(shè)定值上下。見(jiàn)圖 2 所示。4.2AHU 用在變風(fēng)量系統(tǒng)VAV區(qū)域空調(diào)大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)，以出風(fēng)溫度及預(yù)設(shè)定的比值為控制方式?？恐?、回風(fēng)及外氣溫度 SENSOR 來(lái)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速?？刂瞥绦蛉缦拢?出風(fēng)溫度感應(yīng)到感溫器設(shè)定在 12 ，DDC 控制兩通閥翻開(kāi)。2送冷氣時(shí)，冷水感溫器測(cè)得冷水離開(kāi)冷排溫度，調(diào)整出風(fēng)溫度狀況，陸續(xù)利用 DDC控制 AHU 變頻器改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速送出理想出風(fēng)溫度。3當(dāng)冷水閥門關(guān)小至 12，DDC 控制器翻開(kāi)外氣及回風(fēng)風(fēng)門，綜合送風(fēng)溫度，直到外氣風(fēng)門關(guān)至最小開(kāi)度以維持 12送風(fēng)風(fēng)溫，可兼外氣空調(diào)利用。4低溫限制感應(yīng)混合溫度控制以保護(hù)冷排不結(jié)冰。一般大樓空調(diào)系統(tǒng)每天的冷水主機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)， 大都靠人工來(lái)操控。 最主要開(kāi)機(jī)加載的程序由人來(lái)監(jiān)視比擬有彈性。所以操作人員很重要，但人要休息會(huì)輪班，也因此冷水主機(jī)的操作沒(méi)有一套有效管理。DDC 可以設(shè)定所有開(kāi)關(guān)機(jī)程序并且標(biāo)準(zhǔn)一致，不怠班。主機(jī)控制系統(tǒng)加裝模