暖通空调自动控制系统的现状发展及应用.docx

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暖通空调自动控制系统的现状发展及应用

自动控制原理课题作业

题目：

暖通空调自动控制系统的现状、发展及应用

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暖通空调自动控制系统的现状、发展及应用

摘要：

暖通空调系统的自动控制，对于保证空调系统本身的合理运行、减少人力、实现安全操作起到了非常关键的作用；它也对暖通空调系统和技术的发展起到了极大的推动作用。

本文分析了目前暖通空调自动控制系统的现状和对策，探讨了暖通空调自动控制系统的发展趋势和应用及价值。

关键词：

暖通空调自动控制现状发展趋势应用价值

在目前我国许多民用建筑的暖通空调系统中，自动控制系统的应用也的确起到了保证暖通空调系统的正常安全运行、提升管理水平、节省能源费用、降低人力成本等作用；在工业建筑中，对工艺要求的保证更是起到了不可替代的作用。

但是，通过对大量实际情况的调研和总结，发现有相当一部分实际工程项目的空调自控系统没能充分发挥其功能，一些甚至成了摆设，不但浪费了投资，也使得暖通空调系统的运行管理水平和能源效率低下，甚至一些项目因使用要求不满足而出现较大的争议。

一、目前暖通空调自动控制系统的现状分析与对策

1、当前存在的问题与原因分析

（1）暖通空调设计人员对本专业的设计缺乏全面认识

目前相当一部分工程的暖通空调设计仅仅是基于冬、夏各自的设计工况点来进行的。

这种设计方法实际上只是确保了暖通空调系统对建筑室内环境质量的保障能力而没有注重到全年的运行调节问题。

据笔者了解，一些暖通空调设计人员不能清晰地说明其所设计的暖通空调系统在全年应该如何运行，或者如何才能实现节能的运行方式。

由于未考虑工程全年的实时运行和控制问题，也就无法提出相应的系统控制要求、控制参数（尤其是工况转换的边界条件）等内容，导致自控系统成为无米之炊，其设计与实施无从下手。

同时存在的另外一种倾向是，一些本专业设计人员将自动控制看成能解决所有问题的万能钥匙，因而放弃了对暖通空调系统本身设计合理性的追求。

例如:

无原则地加大设备容量和安全系数，认为即使实际不需要，只要通过自控系统，就可以在运行中将设备的余量减下来。

比如一些比较常见的错误为，一些设计人员不清楚自控阀门应该如何选择，而是按照通常的管道口径来选择阀门口径，等等。

其实，任何控制系统的控制能力和范围都是有限的，大口径阀门无法实现对小流量的较精确控制。

暖通空调设计人员一般都明白，大容量的冷水机组，其最小可调容量必然大于同类小容量机组的最小可调容量，使得前者对空调部分负荷下的满足能力低于后者。

自控系统也是同样的道理。

（2）暖通空调设计人员与自控设计人员的沟通不够

尽管在本专业本科学习的课程中设置了自动控制方面的专业课，但由于走上工作岗位之后各种原因使得许多暖通空调设计人员对自控系统变得生疏和望而却步，对一些基本的自控基础知识严重欠缺（有的甚至不知道最简单的房间温度控制系统是如何构成的）。

因此常常见到暖通空调专业的设计人员在图纸中提出“这部分由自控系统解决”。

从另一方面看，目前从事暖通空调自动控制系统设计的人员绝大多数都是电气（或控制）专业的，他们对暖通空调专业各种要求的理解有限（有些甚至完全没有本专业方面的基础知识）。

把自动控制系统视为万能钥匙的也不仅仅是暖通控制设计人员，一些自控设计人员（或承包商）也有类似想法。

例如，基于自适应模糊控制系统、自适应系统等控制系统，在一些场合被某些技术人员神话，使人误以为能够解决所有的控制问题，从而放弃了对暖通空调系统本身的特点、本质、控制逻辑等方面的研究和要求。

在两个不同专业的设计人员无法进行正常的沟通和交流、互相不理解对方专业需求的情况下，存在的问题不会得到有效解决，显然无法将暖通空调自控系统做好。

更为严重的是，在一些民用建筑设计院中，暖通空调与弱电专业的设计人员均将自控系统作为二次设计的内容交由自控承包商负责，存在一定的失控风险。

（3）系统运行管理

这是目前存在的又一个比较突出的问题。

一些设置了自动控制系统的工程，其管理人员的技术水平达不到系统设计运行管理的要求。

有的工程还是以二三十年前的所谓“锅炉工”、“冷冻工”等模式来配置管理人员。

有些项目尽管引入了计算机专业的管理人员，但因为对暖通空调和自控系统本身的理解不足，也无法真正做到优化的管理与运行。

在我国，目前设置了计算机集中监控系统的大量建筑中，通过实时的运行管理数据和年度（季度）运行数据报表，为运行管理的优化提供了非常好的条件。

但遗憾的是，目前相当多的项目（据笔者调查，至少超过６０％的项目）并没有形成一个运行数据监测、采集与分析的完整管理流程，系统中保存的大量基础运行数据没有充分发挥对工程的指导作用，更没有发挥其对行业的参考作用。

因此，系统运行流程与高水平管理人员的严重缺失阻碍了暖通空调自控系统的应用。

2、对策与建议

（1）暖通空调设计人员应不断提升自身的技术水平

应该明确认识到的一点是，自控系统的优劣将直接影响暖通空调系统的运行。

与其在工程中出现问题时去解决（或去争议责任的分担），不如在设计时尽可能完善，将可能出现问题的风险尽可能降低。

这包括以下两方面内容。

首先是本专业的技术水平。

需要认识到暖通空调效果与运行条件密不可分，建筑的使用状态、室外气候等等，都是在设计中应充分关注的。

因此，笔者建议在国内有能力的设计单位中，通过努力提倡“以全年为基础的设计”，逐渐改变目前仅仅以冬、夏两个设计点为基准的设计做法。

当然，这一改变会增大暖通空调设计人员的设计工作量，因此，需要采取相关的配套措施。

其次，暖通空调设计人员应学习和掌握相关的自控系统知识。

做到能够用自身的知识与自控系统设计人员进行良好的沟通。

为此，我们应该认识到：

仅仅在学校所学的暖通空调自控知识是远远不够的，暖通空调设计人员还应结合工程实际学习和研究自控系统。

（2）调整设计分工，加强专业沟通，完善自控设计

把自控系统完全交给系统承包商（或集成商），看似符合专业化分工的原则，而实际大量工程的情况表明，这样做的风险远远大于专业化分工带来的优势。

承包商技术的优劣、水平的高低、责任心的强弱、商业利益的大小、招投标组织的好坏等因素，对自控系统本身的设计、施工、调试和运行都有重要影响，而作为项目设计的负责单位———设计院，地位反而降低，这显然不利于对工程项目的整体把控。

因此，我建议，自控系统的设计（系统原理、控制逻辑、主要设备功能、系统布线等）应由设计院负责完成，或者在设计院的主导下来完成。

承包商（或集成商）的主要工作是在设计院自控系统设计及相关要求的基础上，完成设备的接线图、施工及调试等。

在上述对设计院自控设计要求的前提下，设计院的自控设计人员（大多数设计院中通常是弱电专业设计人员）也应“与时俱进”，不但要掌握本专业的技术，还需要尽可能对暖通空调专业的基础知识有一定的了解，或者通过工程设计的不断沟通、交流，对暖通空调系统的控制要求能够心中有数，将暖通空调自动控制系统实施的第一个关口———自控系统设计把住，才能为后续的工作打下一个良好的基础。

同样应实事求是地看待关于模糊控制、自适应控制等先进控制技术的应用问题。

当它们用于暖通空调自控系统时，其关键点并不在于模糊和自适应运算和处理的方式，而是在于取得大量参数信息后，如何确认这些参数的内在联系，以及如何将这些内在联系反映到控制系统的输入与输出之间的关系之中。

因此，这不是用“将所有参数收集后，由计算机进行综合运算并给出最优化的控制”这样一句话就能够解决的。

计算机本身并不具备人的思维能力和自适应、自学习、综合等能力，因此需要的是暖通空调和自动控制设计人员对这些参数的逻辑关系分析的能力与经验，而不能将其视为一个无人可以认识的“黑盒子”。

（3）加强运行管理和数据分析

自控系统除了满足基本的使用功能外，还有一个重要的任务就是通过自控系统实现最优化的控制。

所谓最优化，指的是在自控系统的基础上，增加人为干预的功能。

因此，最优化运行控制需要运行管理人员来实现。

运行管理人员的专业技术水平亟待提升，引进高素质的运行管理人员，是暖通空调系统的正常运行和实现运行节能的基本保证。

大量记录的年复一年的运行数据，为运行管理和优化策略提供了数据基础。

因此应该提倡：

①运行管理人员在工作中尽可能多地收集暖通空调系统的运行数据（目前已经很方便），并通过分析来积累，为以后的优化运行提出措施；②暖通空调设计人员主动参与运行数据的收集、整理与分析工作，对自己设计的项目的实际运行情况有一个更深入的了解，为提升设计水平建立良好的基础平台。

二、暖通空调自动控制系统的发展趋势

人类很早就进行了简陋自动化装置的探索,但由于技术与理论都没有真正发展起来,直至1788年之前,都未有重大突破——工匠阶段。

标志着人类社会工业革命开始的是瓦特于1788年发明的蒸发机,它同样也标志着自动化领域技术化与理论化的开始。

1920年,反馈理论广泛地应用于电子放大器中,同年,美国也出现了PID调节器,1948年,控制理论的经典部分都己基本提出——技术化与理论化阶段。

随着计算机功能的日益强大与完善,体积的微型化,用计算机代替调节器正成气候——智能化阶段。

目前,全球正在进入网络化时代,空调系统也逐步网络化,空调系统的信息化时代已经到来。

欧洲的西门子、梅洛尼两个家电巨人于l998年推出了自己的产品。

西门子的“家庭电子系统（HES）”是一个基于Windows95下的家庭控制系统,利用这个系统可实现对多种家电器具网络性控制,以及完成电话、传真、Email等对外的通信联络。

意大利的梅洛尼公司推出的称之为“家庭智能检测器（HSM）”也具备了类似的功能。

作为信息化的空调系统,除了应具备常规制冷系统的特点以外,还应具备以下两个条件:

（1）工程具有完善的通讯联网功能,使人们可从远程计算机上对其进行控制,参数设定,并具有双向通讯功能;

（2）采用数字化传感器。

数字化传感器是以专用微处理器控制的具有双向通讯功能的先进传感器系统,微处理器能够按照给定的程序对传感器实施软件控制,把传感器从单功能变成多功能以消除与模拟电路有关的误差源,从而提高测量和控制的精度。

通讯网络逐渐成为空调系统控制中的最重要环节。

三、分析暖通空调自动控制系统应用及价值

1.暖通空调自动化控制的内容

根据现有管理指标以及方案可知，在自动化控制过程中必须对具体内容进行分析，按照控制要点和方式落实，凸显出控制机制的作用，实现精细化实施。

以下将对暖通空调自动化控制的内容进行分析。

1.1净化控制

以自动化控制系统为例，在实践过程中需要将其和暖通空调系统进行结合处理。

暖通空调的应用优势明显，其中自动化控制方式起到突出的作用，净化控制的含义对吸入到空调中的空气有重要的作用，以净化处理指标和方式为例，净化控制系统比较重要的是空气过滤器，净化处理后，能达到万级左右，以洁净度和空气处理流程作为基础，需要对设备进行升级处理，将其应用在工厂中，突出净化控制的具体指标，满足控制案例的属性要求。

此外在后续控制和指导阶段，要按照洁净度进行落实，考虑到洁净区域模式和属性要求，需要做好区域清洁处理工作，例如在食品厂以及医药厂，对环境有严格的要求，必须做好吸附处理工作，提升过滤优势。

1.2温度控制

空调最重要的作用就是调节室内温度，在整个控制阶段需要按照自动化控制要求实施，以数据参考为例，在自动化控制阶段，需要对温度进行调整。

冬天将室内温度提升，夏天将室内温度降低，以实现温度的合理化控制为例，根据系统的具体要求进行应用，能达到调节温度的作用。

在设计自动化阶段，需要根据设定的温度和实际温度进行调节，将温度控制在合适的范围内，实现有序调节。

2.暖通空调自动化系统控制具体内容

暖通空调自动化系统在社会生活中有重要的作用，基于其特殊性，在应用阶段必须掌握其特点和系统要求，按照布控模式要求实施，保证系统控制的有效性。

以下将对暖通空调自动化系统控制具体内容进行分析。

2.1冷热源和水管系统的调节

对于主机系统而言，在单元控制器应用过程中，需要对蒸发器、冷凝器等温度和水流开关进行有效的测试。

在整个过程中以群体控制为例，按照热泵自动化控制模式要求进行，热泵自动化控制能实现监视、查询和报警等功能，在机组运行和控制阶段，一旦出现故障，则会导致对应的数值设立存在问题。

例如白天办公期间和夜间无人时间段，存在的设定值差异比较大，在实践过程中要结合要求对压缩机进行操作，以出口设定值为例，适当对导入口进行调整，在整个过程中，对冷冻水出口温度进行设定。

以传感器为例，需要有效监控其运行情况，做好数据的收集和管控工作，采用一台DDC机器可以实现有效控制。

2.2参数测量和调整

对于暖通空调的具体设计而言，为了提升舒适度、空气清洁度和新鲜度，要及时补充新风，实践证明，冷热负荷比较大，根据空调机组以及重要区域送风道控制要求可知，需要做好传感器设备的处理工作，通过对机组管道水流量进行调节后，可以采用加湿法进行控制，使其满足温度控制要求。

此外空调系统的控制需要根据温度和湿度计算，以自动化控制为例，需要实现换挡操作，按照预设和布控要求实施。

在机组运行阶段，考虑到室内外温度和预设要求可知，对排风阀进行联动控制起到重要的作用，联动控制形式能达到降低能耗的作用。

机组停止运行后，对新风阀和排风阀有严格的要求，可以采用DDC控制系统进行自动化管控，以设计形式和比例作为基础，实践阶段，结合温度控制要求，通过PID对水阀进行适当的调节后，能保证温度控制的合理性。

此外对于干蒸汽加湿阀的比例掌握后，能符合空气温度控制要求。

自动化控制技术对新风机的运行状态有严格的要求，以湿润参数和空气指标为例，需要做好测量工作，保证参数达到极限值，如果参数达到极限值，自动化控制系统能实现自动报警。

2.3风机盘管监控

对于中央空调系统而言，冷暖设备对空调机组、新风机组等有严格的要求，从当前市场情况来看，在控制过程中要掌握控制器的要求，实现有效调节。

DDC控制器优势明显，能实现和主机的调控。

以中心控制为例，需要最大程度提升控制器的作用，采用现有的水系统以及连接指标进行分组处理。

每一组之路的入口设计要符合流量要求，考虑到供水温度以及传感器的指标要求，在变送处理阶段，需要做好调试工作，针对该问题，常用的方法为“基准风口法”，即采取手动操作的方式对风量进行适当调整。

一般而言，在调中央空调系统的风量前，应先对所有风口的风量进行初测，计算出每一个风口的初测值、设计风量比，确定比值最小的风口，并将其作为基准风口。

结束语：

暖通空调自动化设计系统对社会生活起到重要的作用，针对负荷设备以及应用指标的要求可知，在后续指导过程中要掌握负荷指标系数和最大功率，以实现合理化控制作为基础，按照流程进行。

为了避免出现控制不当或者节能效果不明显的现象，从冷热源和水管系统的调节、参数测量和调整、风机盘管监控方面入手，以高效率节能控制为目标，按照系统控制要求进行，提升其应用价值，实现合理化控制和管理。

参考文献：

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