空調(diào)系統(tǒng)設計論文樓與自動化結課論文

1、樓宇自動化論文學院：電信學院專業(yè)：自動化班級：120427 學號：120405*姓名：*目錄摘要11引言32中央空調(diào)系統(tǒng)的基本構成32.1中央空調(diào)冷源系統(tǒng)42.1.1制冷原理42.1.2冷卻塔42.1.3水與冷卻水循環(huán)泵42.2中央空調(diào)熱源系統(tǒng)52.2.1供熱方式52.2.2自備熱源裝置52.3調(diào)系統(tǒng)前端設備63調(diào)系統(tǒng)冷、熱源自動控制63.1制冷系統(tǒng)原理63.2制冷站水系統(tǒng)的運行控制73.3制冷系統(tǒng)設備監(jiān)控73.4制冷系統(tǒng)監(jiān)控技術的發(fā)展84系統(tǒng)的自動化84.1空氣溫度控制84.2空氣濕度調(diào)節(jié)84.3空氣氣流速度調(diào)節(jié)85風量空調(diào)系統(tǒng)96結論137參考文獻14空調(diào)系統(tǒng)的設計西安工業(yè)大學，電子信息工

2、程學院，自動化120405班，120405109（學號）摘要空調(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，智能建筑的重要功能之一就是為人們提供一個舒適的生活與工作環(huán)境，而這一功能主要是通過空調(diào)及其控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的；其次，空調(diào)系統(tǒng)又是整個建筑最主要的耗能系統(tǒng)之一，有統(tǒng)計資料表明，空調(diào)的耗能已占到建筑總耗能的左右，通過樓宇自動化系統(tǒng)實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行，對降低費用、提高效益是非常重要的：另外，由于在空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，控制系統(tǒng)必須進行實時調(diào)節(jié)控制，所以空調(diào)系統(tǒng)的配置與功能相對

3、而言是整個樓宇自動化系統(tǒng)要求比較高的一部分。關鍵詞：智能建筑空調(diào)系統(tǒng)自動化系統(tǒng)The design of air conditioning systemXi'an Technological University, School of electronic and information engineering, automation, 120427 class, 120405109 (I)Air conditioning system is an important part of modern architecture, is one of the main contents of

4、 the management main control object of building automation system and intelligent building system. The importance of modern architecture in the air conditioning and its automatic control system is reflected in the following aspects: first of all, one of the important functions of the intelligent bui

5、lding is to provide a comfortable living and working environment for people, and this function is mainly realized by the air conditioner and its control system; secondly, the air conditioning system is one of the most important buildings the energy dissipation system, statistics show that, the air c

6、onditioning energy consumption has accounted for about 40% of total energy consumption of building energy saving of air conditioning system, through the implementation of building automation system, it is very important to reduce the cost, improve efficiency: in addition, due to the air conditioning

7、 system operation process, the control system must be real-time control, so the configuration and function of air conditioning system is relatively a part of the whole building automation system requirements are relatively high.Keywords: automatic air conditioning system of intelligent building syst

8、em1引言隨著人類社會的不斷發(fā)展，建筑物在人類的生活與工作中的地位越來越重要。一方面，人們對建筑物的內(nèi)外環(huán)境要求越來越高；另一方面，科學技術與生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，為改善建筑物內(nèi)外環(huán)境條件和提高建筑物內(nèi)外環(huán)境質量提供了有效的技術手段和廣泛的的可能性，結果是附加于傳統(tǒng)建筑意義之上的環(huán)境、安全等設備的數(shù)量及功能要求越來越多，技術水平越來越高，系統(tǒng)越來越復雜，投資、運行能耗和維護費用也越來越高。為了充分、有效地發(fā)揮設備潛力，提高系統(tǒng)的整體效能，降低設備運行能耗和系統(tǒng)運行、維護費用，實現(xiàn)建筑物設備自動控制的樓宇自動化系統(tǒng)?？諝庹{(diào)節(jié)簡稱空調(diào)，它的目的是創(chuàng)造一個合適的大氣環(huán)境，使人在該環(huán)境中感到舒適；或者是保

9、證大氣環(huán)境滿足生產(chǎn)工藝過程或科學研究、試驗過程的需要。為了實現(xiàn)這一目的，空氣調(diào)節(jié)所依靠的技術手段主要是通風換氣，具體地說，就是加工和處理一定質量的空氣送入室內(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加濕、凈化等。2中央空調(diào)系統(tǒng)的基本構成樓宇自動化系統(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、柜式空調(diào)機、專用恒溫恒濕機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。當然，有時候也需要將建筑中的局部空調(diào)機納入樓宇自動化系統(tǒng)，這時只是對它們的啟停狀態(tài)進行監(jiān)視或控制，這些空調(diào)機本身的運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

10、，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)可簡單劃分為冷源熱源和前端設備兩大主要組成部分。中央空調(diào)的冷熱源系統(tǒng)包括冷水機組、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)包括鍋爐機組、熱交換器等。中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)建設投資與耗能費用比較大，要特別強調(diào)設計合理及運行節(jié)能。 2.1中央空調(diào)冷源系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的冷源通常為冷凍水?？照{(diào)冷凍水由制冷機提供?？照{(diào)系統(tǒng)中應用最廣泛的制冷機有壓縮式和吸收式兩種。制冷機的選擇應根據(jù)建筑物用途、負荷大小和變化情況、制冷機的特性、電源、熱源和水源情況以及初次建設投資、運行費用、維護保養(yǎng)、環(huán)保和安全等因素綜合考慮。2.1.1制冷原理 a、壓縮機制冷在壓

11、縮機制冷中，制冷劑蒸汽在壓縮機內(nèi)被壓縮為高壓氣體進入冷凝器，制冷劑和冷卻水在你冷凝器中熱交換，制冷劑在放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器。 b、吸收式制冷機吸收式制冷機與壓縮式制冷機一樣，都是利用低壓制冷劑的蒸發(fā)吸熱的氣話潛熱進行制冷。 c、風冷熱泵式機組風冷熱泵式機組又稱為空氣熱源熱（ASHP），它是通過制冷劑管路四通閥的轉換，夏季可以供冷，冬季可以供熱，利用一臺機組就可以解決一年的空調(diào)需要。2.1.2冷卻塔冷卻水進入制冷機與制冷劑進行熱交換，吸收制冷機釋放的熱量后水溫升高，然后通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進入冷卻水，釋放熱量、降溫后再循環(huán)進入制

12、冷機進行熱交換。高溫的冷卻回水被循環(huán)送至冷卻塔上部噴淋。由于冷卻塔風扇的轉動，使冷卻水在噴淋下落過程中，不斷與室外空氣發(fā)生熱交換而冷卻，又重新送入冷水機組而完成冷卻水循環(huán)。冷卻塔是冷源系統(tǒng)的重要組成部分。2.1.3水與冷卻水循環(huán)泵冷凍水循環(huán)泵將從空調(diào)前端設備返回的冷凍水加壓送入冷凍機，在冷凍機內(nèi)進行熱交換、釋放熱量、降低溫度后離開冷凍機到達空調(diào)末端設備進行水/氣熱交換空氣調(diào)節(jié)，再循環(huán)返回冷凍機，實現(xiàn)冷凍水的循環(huán)制冷。2.2中央空調(diào)熱源系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的熱源通常為蒸汽或熱水，可由城市熱網(wǎng)或自備鍋爐提供。而直燃型溴液化鋰機組和風冷熱泵機組可通過模式轉換，直接轉換成熱源裝置為空調(diào)末端設備提供熱源。熱電網(wǎng)

13、供電方式主要為蒸汽和熱水形式。2.2.1供熱方式a、蒸汽在采用蒸汽作為空調(diào)熱源的系統(tǒng)中，以城市熱網(wǎng)或工廠、小區(qū)或單位自建的蒸汽鍋爐提供的高溫蒸汽作為熱源。作為熱源的蒸汽通常是壓力為0.2MPa一下的蒸汽。當蒸汽進入熱交換器，放出潛熱后凝結成水。凝結回水回流到中間水箱，通過水泵送回蒸汽鍋爐再加熱。按照蒸汽壓力的大小，將蒸汽供暖分為三類：壓力高于70KPA是稱為高壓蒸汽供暖；壓力等于或低于70KPA是稱為低壓蒸汽供暖；當壓力低于大氣壓時，稱為真空蒸汽供暖。b、熱水在采用熱水作為空調(diào)的熱源系統(tǒng)中，通常由城市熱網(wǎng)或工廠、小區(qū)和單位自行建立熱水鍋爐提供熱水高溫，經(jīng)換熱器換熱后，變成空調(diào)熱水。使用熱水比使

14、用蒸汽安全的多，傳熱比穩(wěn)定。在空調(diào)機組中，可以使用冷、熱盤管合用的方式（即兩管制系統(tǒng)），以減少空調(diào)機組及系統(tǒng)的造價，而通常使用的冷、熱水盤管不能使用于蒸汽，因而采用熱水作為空調(diào)的熱源的系統(tǒng)的到廣泛的使用。2.2.2自備熱源裝置a、鍋爐鍋爐按照用途可以分為動力鍋爐和供熱鍋爐。動力鍋爐主要用于動力、發(fā)電方面，供熱鍋爐用于工業(yè)生產(chǎn)和生活供暖方面。鍋爐類型及臺數(shù)的選擇，取決于鍋爐供熱負荷和產(chǎn)熱量、供熱介質和當?shù)厝剂瞎闆r有關，鍋爐數(shù)目一般不少于兩臺。b、熱交換器空調(diào)系統(tǒng)終端熱媒通常是65到70攝氏度的熱水。而鍋爐提供的經(jīng)常是更為氣體，也有的鍋爐提供90到95攝氏度的高溫熱水。在空調(diào)系統(tǒng)中要完成高溫蒸

15、汽或高溫熱水與空調(diào)熱水的轉換。這種轉換通過熱交換器實現(xiàn)，熱減緩器也稱為熱換器?？照{(diào)系統(tǒng)中的熱源，如高溫蒸汽或高溫熱水先經(jīng)過熱交換器變成空調(diào)熱水，經(jīng)過熱泵（有的系統(tǒng)與冷水泵何用）加壓后經(jīng)過分水器送到各個終端，在各個負載中進行水、氣熱交換（空氣升溫調(diào)節(jié)）后，水溫下降。水溫下降后的空調(diào)水回流，經(jīng)集水器進入到熱交換器再加熱。2.3調(diào)系統(tǒng)前端設備影響室內(nèi)空氣參數(shù)的變化是由內(nèi)外兩個方面原因造成的。一是外部原因，如太陽輻射和外界氣候條件的變化；另一方面是內(nèi)部原因，如室內(nèi)設備和人員的散熱量、水氣發(fā)揮發(fā)量等。當室內(nèi)空氣參數(shù)偏離設定值時，采取相應的空氣調(diào)節(jié)技術使其恢復到設定值。完成空氣調(diào)節(jié)的設備稱為空氣處理設備或

16、空調(diào)機組，也稱末端設備?？諝馓幚碓O備或空調(diào)機組與冷熱源一起構成空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱空調(diào)系統(tǒng)。3調(diào)系統(tǒng)冷、熱源自動控制空調(diào)冷源系統(tǒng)一般由多臺制冷機和冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、補水箱、等設備組成。制冷機、循環(huán)水泵、集水器/分水器，補水箱等設備以及水處理裝置等輔助設備通常安裝在專用的設備間制冷站。制冷站經(jīng)常設在建筑物的地下室。3.1制冷系統(tǒng)原理空調(diào)制冷站一般有數(shù)臺冷水機組。冷水機組所制成的冷水進入分水器，有分水器向各個空調(diào)區(qū)域的新風機組、空調(diào)機組或風機盤管等空調(diào)末端設備，冷凍水與末端設備的而空調(diào)系統(tǒng)制冷、氣熱交換、吸熱升溫后返回給水氣器，再由冷凍水循環(huán)泵加壓進入冷水機組循環(huán)制冷，這樣就實現(xiàn)了

17、冷凍水循環(huán)過程。冷凍水系統(tǒng)由冷水機組、冷凍水循環(huán)泵、分水器、集水器、差壓旁路調(diào)節(jié)和空調(diào)末端等構成。通過冷水供回水溫度、流量、壓力檢測和壓差旁路調(diào)節(jié)、冷水機組運行臺數(shù)、循環(huán)泵運行臺數(shù)的監(jiān)控，實現(xiàn)冷水循環(huán)系統(tǒng)的控制以滿足空調(diào)末端設備對空調(diào)冷源老師對的需要，同時達到節(jié)約能源的目的。圖 1制冷系統(tǒng)原理3.2制冷站水系統(tǒng)的運行控制為了保證冷水機組的安全，冷水機組的啟、停實行連鎖控制。啟動順序控制：冷卻塔風機冷卻水泵冷凍水泵冷水機組3.3制冷系統(tǒng)設備監(jiān)控在現(xiàn)場狀態(tài)檢測點、參數(shù)檢測傳感器對設備和系統(tǒng)運行狀態(tài)及參數(shù)進行全面監(jiān)測的基礎上，樓宇自動化系統(tǒng)通過現(xiàn)場DDC控制器、中央監(jiān)控管理系統(tǒng)實現(xiàn)制冷系統(tǒng)運行全面地

18、自動監(jiān)控與管理。在DDC和中央監(jiān)控系統(tǒng)的控制與管理軟件設計時，對各項功能一定要進行仔細的分析與全面考慮。3.4制冷系統(tǒng)監(jiān)控技術的發(fā)展在前面的討論中，把制冷機組僅僅作為一個單體設備看待。實際上制冷機組本身就是一個復雜的系統(tǒng)，現(xiàn)在的制冷機組均配有強大的控制系統(tǒng)、以實現(xiàn)制冷機組本身啟停的控制、故障檢測報警、運行參數(shù)監(jiān)測、能量調(diào)節(jié)與安全保護等。4系統(tǒng)的自動化4.1空氣溫度控制按照人類生理要求和生活習慣，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制就是建立一個滿足要求的溫度環(huán)境?？諝鉁囟鹊目刂剖强照{(diào)系統(tǒng)最主要最基本的功能。4.2空氣濕度調(diào)節(jié)不論是舒適的生活與工作環(huán)境，還是特殊的生產(chǎn)工藝和科研環(huán)境，都對環(huán)境中的

19、濕度參數(shù)有一定的要求?？諝膺^于潮濕或過于干燥都會使人感到不舒適，而且隨著氣溫的變化，人們對空氣濕度的要求也不盡相同。在一些特殊產(chǎn)品的生產(chǎn)車間、特別貴重的物品、儀器設備的存儲間或使用工作間，對濕度有更為嚴格的要求?？諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)對濕度的調(diào)節(jié)是建立一個具有特定濕度環(huán)境所必需的。4.3空氣氣流速度調(diào)節(jié)人生活在以低流速流動的空氣環(huán)境中，比在靜止的空氣環(huán)境中會感到舒適。而處于變流速的的空氣環(huán)境中比橫流速更舒適。檢測氣流時，通常選距地面1.2m的空氣流速作為監(jiān)測標準?？諝庵评鋾r，水平風速以0.3m/s時為宜；空氣制熱時，水平風速儀0.5m/s時為宜。過高或過低的流速也會給人帶來不適。圖2 空氣流速調(diào)節(jié)原理圖

20、空氣質量控制為保證空調(diào)區(qū)域的空氣質量，應選用空氣質量傳感器，當房間中二氧化碳，一氧化碳濃度升高時，傳感器輸出信號到DDC控制器，控制輸出控制信號，控制新風風門開度以增加新風量。5風量空調(diào)系統(tǒng)變風量空調(diào)系統(tǒng)是通過空調(diào)送風量的調(diào)節(jié)實現(xiàn)空調(diào)區(qū)域溫濕環(huán)境的控制。在變風量空調(diào)系統(tǒng)中，當室內(nèi)空調(diào)負荷改變或室內(nèi)空氣參數(shù)設定值變化時，空調(diào)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)送入房間的風量，將空調(diào)環(huán)境的溫濕參數(shù)調(diào)整到設定值，以滿足室內(nèi)人員的舒適要求或工藝生產(chǎn)的要求。送風量的自動調(diào)節(jié)可以最大限度地減少風機的動力消耗，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。在送風溫度不變時，變風量空調(diào)系統(tǒng)的送風量與空調(diào)負荷呈正比例的線性關系。變風量空調(diào)系統(tǒng)所需風量隨負荷的

21、減少而減少。在空調(diào)系統(tǒng) 運行的大部分時間內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)處于非滿負荷的運行狀態(tài)，達到設計負荷運行狀態(tài)的時間很少，一般不超過總運行時間的5%。與定風量空調(diào)系統(tǒng)相比，變風量空調(diào)系統(tǒng)在運行能耗方面有很大的優(yōu)勢。由于建筑物內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)耗電很大，節(jié)能運行在樓宇自動化系統(tǒng)中就顯得格外重要。VAV系統(tǒng)20世紀60年代在美國出現(xiàn)，并在其后的歲月中不斷發(fā)展，現(xiàn)在已成為美國空調(diào)系統(tǒng)的主流。近年來，在國內(nèi)也受到越來越多的重視，VAV系統(tǒng)應用得越來越多。圖 3 單風管VAV系統(tǒng)原理圖圖 4 單風管再加熱VAV系統(tǒng)原理圖變風量空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣送風方式，系統(tǒng)的特點是送風溫度不變，通過改變送風量來滿足房間對冷熱負荷的需要，用改

22、變送風機的轉速來改變送風量。通常采用變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)送風機電機轉速的方式來實現(xiàn)送風量的控制。圖 5 變風量系統(tǒng)組成及控制原理圖表一 變風量空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測、控制點配置表監(jiān)測、控制點描述AIAODIDO 接口位置備注送風機運行狀態(tài)送風機動力柜主接觸輔助觸點送風機故障狀態(tài)送風機動力柜主電路熱繼電器輔助觸點送風機手/自動轉換狀態(tài)送風機動力柜控制電路，可選送風機開/關控制DDC數(shù)字輸出接口到送風機動力柜主接觸器控制回路回風機運行狀態(tài)回風機動力柜接觸器輔助觸點回風機故障狀態(tài)回風機動力柜主電路熱繼電器輔助觸點回風機手/自動轉換狀態(tài)回風機動力柜控制電路，可選回風機開/關控制DDC數(shù)字輸出接口到回風機動力柜主接觸器控制回路回風機轉速控制DDC模擬輸出接口到回風機變頻控制接口空調(diào)冷凍水/熱水閥門調(diào)節(jié)DDC模擬輸出接口到冷熱水電動閥門驅動控制器加濕閥門調(diào)節(jié)DDC模擬輸出接口到電動加濕閥門驅動控制器新風口風門開度調(diào)節(jié)DDC模擬輸出接口到新風門驅動控制器回風口風門開度調(diào)節(jié)DDC模擬輸出接口到回風門驅動控制器排風口風門開度調(diào)節(jié)DDC模擬輸出接口到排風門驅動控制器空調(diào)機組送風出口（靜）壓力風管式空氣壓力傳感器送風管末端靜壓風管式空氣壓力傳感器防凍報警低溫報警開關過濾網(wǎng)壓差報警過濾網(wǎng)壓差傳感器新風溫度風管