楼宇自动化中央空调控制系统.doc

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扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告

楼宇自动化（中央空调控制系统）课程设计

目录

摘要

第一章工程概况

第二章设计原则及依据

第一节设计原则

第二节设计依据

第三章中央空调系统

第一节中央空调系统原理与结构

第二节中央空调系统设计基本原则

第三节中央空调系统的冷负荷计算

第四章中央空调监控系统设计

第一节系统构成

第二节监控设计的注意事项

第三节机房监控系统设计

一、机房监控点位的布置

二、控制部分设计

测点一览表

第五章新风系统监控设计

摘要

中央空调系统是现代建筑的重要组成都分，是楼宇自动化系统的主要监控对象也是建筑智能化系统的主要管理内容之一。

现代建筑中的空调及其自动控制系统的重要性体现在以下几个方面：

（1）智能建筑的重要功能之一就是为人们提供一个舒适的生活与工作环境，而这一功能主要是通过空调及其控制系统来实现的；

（2）空调系统又是整个建筑最主要的耗能系统之一，有统计资料表明，空调系统的耗能已占到建筑总耗能的40％左右，通过楼宇自动化系统实现空调系统的节能运行，对降低费用、提高效益是非常重要的；

（3）由于在空调系统运行过程中，控制系统必须进行实时调节控制，所以空调控制系统的配置与功能相对而言是整个楼宇自动化系统要求比较高的一部分。

中央空调监控系统是一套工业远程监控系统。

利用此系统，可以通过电脑对中央空调的主机和管道系统的各类参数进行远程集中监控。

中央空调监控系统包括：

空调冷源监控、空调机组监控、新风机组监控、风机盘管监控、膨胀水箱高、低水位监测报警和屋顶排气风机、通风机控制等。

1.工程概况

1.1项目名称

影剧院风冷式中央空调控制系统设计。

1.2项目概况

该影剧院分为上下两层，一层为舞台，观众席，休息室，化妆室，二层为观众席楼座，休息室，道具室等，三层为观影厅，排练厅，展厅等。

平面图如下：

2.设计原则及依据

1.1设计原则

（1） 标准化原则 

严格贯彻国家有关的标准或工业标准，以实现系统的标准化，以保障系统的兼容性、可维护性与可扩展性。

（2） 实用性原则 

依据用户需求进行功能、性能设计，充分满足用户的需求，功能实用。

 （3） 先进性原则 

系统采用的技术设施一定要有先进性或超前性。

系统设计在满足功能的实用性和满足用户现有需求的前提下,同时考虑技术上的先进性，以避免在短期内因技术陈旧而造成整个系统性能不高或过早淘汰。

（4） 安全性原则 

确保中央空调系统设备的运行安全，是系统设计中最重要的原则。

设备的自动控制和节能固然重要，但安全应是第一位的。

（5） 可靠性原则 

可靠性是工程设计的基本准则。

系统应能满足使用环境条件的要求，能长期稳定可靠地运行。

系统的各项资源包括材料、器件、设备等硬件的可靠性要高。

为了系统运行的稳定与可靠，系统选用的设备和器材必须成熟，具有极高的安全性、可靠性和容错性。

（6） 经济性原则 

在实现系统先进性的基础上，同时做到经济上的优化设计、合理配置、精心安排，使有限的投资发挥最大的效用，并力求系统在投运后获得最佳的节能效果，使中央空调系统在整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

1.2设计依据

根据本次工程的范围和内容，必须遵循以下标准和依据：

GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》、

GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》、

JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》、

GB/T50314-2006《智能建筑设计标准》、

主要参考规范：

GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》第八章内容如下：

1一般规定

1.1采暖、通风与空气调节系统应设置监测与控制系统，包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、设备联锁与自动保护、能量计量以及中央监控与管理等。

设计时，应根据建筑物的功能与标准、系统类型、设备运行时间以及工艺对管理的要求等因素，通过技术经济比较确定。

1.5采暖、通风与空气调节系统有代表性的参数，应在便于观察豹地点设置就地检测仪表。

1.6采用集中监控系统控制的动力设备，应设就地手动控制装置，并通过远距离/手动转换开关实现自动与就地手动控制的转换；自动/手动转换开关的状态应为集中监控系统的输人参数之

1.7控制器宜安装在被控系统或设备附近，当采用集中监控系统时，应设置控制室；当就地控制系统环节及仪表较多时，宜设置控制室。

1.8涉及防火与排烟系统的监测与控制，应执行国家现行有关防火规范的规定；与防排烟系统合用的通风空气调节系统应按消防设施的要求供电，井在火灾时转入火灾控制状态；通风空气调节风道上宜设置带位置反馈的防火阀。

2传感器和执行器

2.1温度传感器的设置，应满足下列条件：

1温度传感器测量范围应为测点温度范围的1.2～1.5倍，传感器测量范围和精度应与二次仪表匹配，并高于工艺要求的控制和测量精度。

2壁挂式空气温度传感嚣应安装在空气流通，能反映被测房间空气状态的位置；风道内温度传感器应保证插入深度，不得在探测头与风道外侧形成热桥；插入式水管温度传感器应保证测头插入深度在水流的主流区范围内。

3机器露点温度传感器应安装在挡水板后有代表性的位置，应避免辐射热、振动、水滴及二次回风的影响。

4风道内空气含有易燃易爆物质时，应采用本安型温度传感器。

2.2湿度传感器的设置，应满足下列条件：

1湿度传感器应安装在空气流通，能反映被测房间或风管内空气状态的位置。

安装位置附近不应有热源及水滴；

2易燃易爆环境应采用本安型湿度传感器。

2.3压力（压差）传感器的设置，应满足下列条件：

1选择压力（压差）传感器的工作压力（压差）应大于该点可能出现的最大压力（压差）的1.5倍，量程应为该点压力（压差）正常变化范围的1.2～1.3倍；

2在同一建筑层的同一水系统上安装的压力（压差）传感器应处于同一标高。

2.4流量传感器的设置，应满足下列条件：

1流量传感器量程应为系统最大工作流量的1.2～1.3倍；

2流量传感器安装位置前后应有保证产品所要求的直管段长度；

3应选用具有瞬态值输出的流量传感器。

2.5当用于安全保护和设备状态监视为目的时.宜选择温度开关、压力开关、风流开关、水流开关、压差开关、水位开关等以开关量形式输出的传感器，不宜使用连续量输出的传感器。

2.6自动调节阀的选择，宜按下列规定确定：

1水两通阀，宜采用等百分比特性的。

2水三通阀，宜采用抛物线特性或线性特性的。

3蒸汽两通阀，当压力损失比大干或等于0.6时，宜采用线性特性的；当压力损失比小于0.6时，宜采用等百分比特性的。

压力损失比应按式（8.2.6）确定：

S＝Δpmin/Δp（826）

式中S——压力损失比；

Δpmin——调节闭全开时的压力损失（Pa）；

Δp——调节阀所在串联支路的总压力损失（Pa）。

4调节阀的口径应根据使用对象要求的流通能力，通过计算选择确定。

8.2.7蒸汽两通阀应采用单座阀；三通分流阀不应用作三通混合阀；三通混合阀不宜用作三通分流阀使用。

2.8当仅以开关形式做设备或系统水路的切换运行时，应采用通断阀，不得采用调节阀。

2.9在易燃易爆环境中，应采用气动执行器与调节水阀、风阀配套使用。

3采暖、通风系统的监测与控制

3.1采暖、通风系统，应对下列参数进行监测：

1采暖系统的供水、供汽和回水干管中的热媒温度和压力；

2热风采暖系统的室内温度和热媒参数；

3兼作热风采暖的送风系统的室内外强度和热媒参数；

4除尘系统的除尘器进出口静压；

5风机、水泵等设备的启停状态。

3.2间歇供热的暖风机热风采暖系统，宜根据热媒的温度和压力变化控制暖风机的启停，当热媒的温度和压力高于设定值时暖风机自动开启；低于设定值时自动关闭，

3.3排除剧毒物质或爆炸危险物质的局部排风系统，以及甲、乙类工业建筑的全面排风系统，应在工作地点设置通风机启停状态显示信号。

.4空气调节系统的监测与控制

4.1空气调节系统中，应对下列参数进行监测：

1室内外温度；

2喷水室用的水泵出口压力及进出口水温；

3空气冷却器出口的冷水温度；

4加热器进出口的热媒温度和压力；

5空气过滤器进出口静压差的超限报警；

6风机、水泵、转轮热交换器、加湿器等设备启停状态。

4.2全年运行的空气调节系统，宜按变结构多工况运行方式设计。

4.3室温允许波动范围大于或等于±1℃和相对湿度允许波动范围大于或等于±5％的空气调节系统，当水冷式空气冷却器采用变水量控制时，宜由室内温、湿度调节器通过高值或低值选择器进行优先控制，并对加热器或加湿器进行分程控制。

4.4室内相对湿度的控制，可采用机器露点温度恒定、不恒定或不达到机器露点温度等方式。

当室内散湿量较大时，宜采用机器露点温度不恒定或不达到机器露点温度的方式，直接控制室内相对湿度，

4.5当受调节对象纯滞后、时间常数及热湿扰量变化的影响，采用单回路调节不能满足调节参数要求时.空气调节系统宜采用串级调节或送风补偿调节。

4.6变风量系统的空气处理机组送风温度设定值。

应按冷却和加热工况分别确定。

当冷却和加热工况互换时，控制变风量末端装置的温控器，应相应地变换其作用方向。

4.7变风量系统的空气处理机组。

当其末端装置由室内温控器控制时，宜采用控制系统静压方式.通过改变变频风机转数实现对机组送风量的调节。

4.8空气调节系统的电加热器应与送风机联锁，井应设无风断电、超温断电保护装置；电加热器的金属风管应接地。

4.9处于冬季有冻结可能性的地区的新风机组或空气处理机组，应对热水盘管加设防冻保护控制。

4.10冬季和夏季需要改变进风方向和风量的风口（包括散流器和远程投射喷口）应设置转换装置实现冬夏转换。

转换装置的控制可独立设置或作为集中监控系统的一部分。

4.11风机盘管应设温控器。

温控器可通过控制电动水阀或控制风机三速开关实现对室温的控制；当风机盘管冬季、夏季分别供热水和冷水时，温控器应设冷热转换开关。

5空气调节冷热源和空气调节水系统的监测与控制

5.1空气调节冷热源和空气调节水系统，应对下列参数进行监测：

1冷水机组蒸发器进、出口水温、压力；

2冷水机组冷凝器进、出口水温、压力；

3热交换器一二次侧进，出口温度、压力；

4分集水器温度、压力（或压差），集水器各支管温度；

5水泵进出口压力；

6水过滤器前后压差；

7冷水机组、水阀、水泵、冷却塔风机等设备的启停状态。

5.3当冷水机组采用自动方式运行时，冷水系统中各相关设备及附件与冷水机组应进行电气联锁，顺序启停。

5.5当冷水机组在冬季或过渡季需经常运行时，宜在冷却塔供回水总管间设置旁通调节阀。

5.6闭式变流量空气调节水系统的控制，应满足下列规定：

1一次泵系统末端装置宜采用两通调节阀，二次泵系统应采用两通调节阀。

2根据系统负荷变化，控制冷水机组及其一次泵的运行台数。

3根据系统压差变化，控制二次泵的运行台数或转数。

4末端装置采用两通调节阀的变流量的一次泵系统，宜在系统总供回水管间设置压差控制的旁通阀；通过改变水泵运行台数调节系统流量的二次泵系统，在各二次泵供回水集管间设置压差控制的旁通阀。

5.7条件许可时，宜建立集中监控系统与冷水机组控制器之间的通讯，实现集中监控系统中央主机对冷水机组运行参数的监测和控制。

6中央级监控管理系统

6.1中央级监控管理系统应能以多种方式显示各系统运行参数和设备状态的当前值与历史值。

6.2中央级监控管理系统应能以与现场测量仪表相同的时间间隔与测量精度连续记录各系统运行参数和设备状态。

其存储介质和数据库应能保证记录连续一年以上的运行参数。

并可以多种方式进行查询。

6.3中央级监控管理系统应能计算和定期统计系统的能量消耗、各台设备连续和累计运行时间，并能以多种形式显示。

6.4中央级监控管理系统应能改变各控制器的设定值、各受控设备的“自动／自动”状态，并能对设置为“自动”状态的设备直接进行启／停和调节。

6.5中央级监控管理系统应能根据预定的时间表，或依据节能控制程序自动进行系统或设备的启停，

8.6.6中央级监控管理系统应设立安全机制，设置操作者的不同权限，对操作者的各种操作进行记录、存储。

6.7中央级监控管理系统应有参数越线报警、事故报警及报警记录功能，宜设有系统或设备故障诊断功能。

6.8中央级监控管理系统应兼有信息管理（M1S）功能，为新管辖的采暖、通风与空气调节设备建立设备档案，供运行管理人员查询。

6.9中央级监控管理系统宜设有系统集成接口，以实现建筑内弱电系统数据信息共享。

3.中央空调系统

3.1中央空调系统原理与结构

中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却塔组成。

 各部分的作用及工作原理如下：

 制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送达到降温的目的。

 经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量成气态，冷却泵将冷却水送到冷却塔上由水塔风机对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。

3.2中央空调系统设计基本原则

（1） 标准化原则 

严格贯彻国家有关的标准或工业标准，以实现系统的标准化，以保障系统的兼容性、可维护性与可扩展性。

（2） 实用性原则 

依据用户需求进行功能、性能设计，充分满足用户的需求，功能实用。

 （3） 先进性原则 

系统采用的技术设施一定要有先进性或超前性。

系统设计在满足功能的实用性和满足用户现有需求的前提下,同时考虑技术上的先进性，以避免在短期内因技术陈旧而造成整个系统性能不高或过早淘汰。

（4） 安全性原则 

确保中央空调系统设备的运行安全，是系统设计中最重要的原则。

设备的自动控制和节能固然重要，但安全应是第一位的。

（5） 可靠性原则 

可靠性是工程设计的基本准则。

系统应能满足使用环境条件的要求，能长期稳定可靠地运行。

系统的各项资源包括材料、器件、设备等硬件的可靠性要高。

为了系统运行的稳定与可靠，系统选用的设备和器材必须成熟，具有极高的安全性、可靠性和容错性。

（6） 经济性原则 

在实现系统先进性的基础上，同时做到经济上的优化设计、合理配置、精心安排，使有限的投资发挥最大的效用，并力求系统在投运后获得最佳的节能效果，使中央空调系统在整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

3.3中央空调系统的冷负荷计算

3.3.1个房间需要的最小新风量计算

（1）卫生要求：

即按规范规定需要的最小新风量为20m3/h·人，

道具室：

Mo=20*3=60m3/h大化:

Mo=20*15=300m3/h中化MO=20*10=200m3/h

小化：

MO=20*5=100m3/h咖啡厅：

MO=20*30=600m3/h制作：

MO=20*5=100m3/h

存衣间：

20*5=100放映室：

20*3=60餐厅：

20*20=400二楼休息室：

20*20=400

音响1:

20*3=60灯光：

20*3=60电影厅1:

20*300=6000电影厅2,3,4=20*100=2000

办公室：

20*2=40排练厅：

20*10=200.观众厅20*1000=20000

（2）补偿局部排风及保持室内正压要求（要求室内正压维持9.8Pa）：

标准间的局部排风量按各卫生间换气次数5-10次/h计算；维持空调室内正压按各房间换气次数0.5-0.7次/h计算；通过计算均小于卫生要求的新风量，所以选取卫生要求所需要的新风量。

3.3.2各房间新风冷负荷的计算

公式：

Qc.o=Mo（ho－hr），通过计算得

一楼道具室：

0.5KW，大化2.5KW，中化1.7KW，小化0.85KW,咖啡厅5KW，制作0.85KW，存衣间0.85KW，放映间0.5Kw，餐厅3.4KW。

二楼休息室3.3KW，音响室0.5Kw，灯光室0.5KW，电影厅1：

50KW，电影厅2,3,4:

17KW，办公室0.33KW，排练厅1.7KW。

观众厅167Kw。

3.3.3各房间室内冷负荷计算

公式:

室内冷负荷=总冷负荷-新风冷负荷。

计算结果如下：

道具室6.7KW，大化3.4KW，中化1.3KW，小化0.67KW，咖啡厅2.2KW，制作5.9Kw，存衣间5.15KW，放映室4.5KW，餐厅19.1KW，休息室13.5KW音响室4.7KW，灯光室4.6KW，办公室1.27KW，排练厅6.3KW。

4.中央空调监控系统设计

4.1系统构成

4.1.1空调冷源系统 

监测内容：

◇ 冷水机组运行状态 

◇ 冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机运行状态 ◇ 冷水机组冷冻水、冷却水管水流状态 ◇ 冷却水供、回水温度 ◇ 冷冻水供、回水温度 ◇ 冷冻水供、回水压差 ◇ 冷冻水总供水流量 

◇ 冷冻水供、回水管电动平衡阀瞬时开度 ◇ 冷水机组冷冻水、冷却水供水阀开关 

 控制内容：

（1）系统根据事先编制好的工作及节假日作息时间表自动启停机组，并自动累计机组运行时间，提示定时维修；  

（2）根据冷冻水供、回水温度及总供水流量计算实际冷负荷，按冷水机组额定制冷量，控制冷水机组运行台数，达到节能目的；  

 （3）根据冷水机组累计运行时间，在不需要开启全部冷水机组时，启动累计运行时间最短的冷水机组，使设备处于均衡运行状态；  

 （4）为保证机组的安全可靠运行，系统按以下顺序进行启停：

 启动顺序：

冷却塔进水蝶阀→冷却塔风机→冷却水蝶阀→冷却水泵→冷冻水蝶阀→冷冻水泵→延时冷水机组；  停止顺序：

冷水机组→延时冷冻水泵→冷冻水蝶阀→冷却水泵→冷却水蝶阀→冷却塔风机→冷却塔进水蝶阀；  

 （5）根据冷冻水供、回水总管压差，调节旁通阀开度，保持冷冻水系统压力的稳定；  

  （6）通过调整冷却塔风机的运行台数，使冷却水供水温度保持在设定范围内； 

  （7）根据季节变化进行冬夏季转换。

4.1.2、空调机组系统 

监测内容：

◇ 空调机组送风机运行状态、故障状态 

◇ 空调机组过滤器阻塞状态、提醒运行操作人员及时清洗

 ◇ 空调机组新风温、湿度

 ◇ 空调机组回风温、湿度 

◇ 空调机组送风温、湿度  

控制内容：

（1）系统根据事先编制好的工作及节假日作息时间表自动启停机组，并自动累计运行时间，提示定时维修；  

（2）根据室内外空气状况，调节新、回风阀开度，合理利用新风，节约能源；  

（3）根据回风温度，自动调节表冷器/加热器的冷/热水阀开度，使回风温度控制在设定值；  

（4）根据回风湿度，自动调节加湿阀的开关，满足室内湿度要求；  

（5）在北方地区冬季气候寒冷，为防止空调机组盘管受冻，在表冷器后端设置防冻开关，当温度低于一定值（一般设定为5ºC）时报警，并自动停止风机，关闭新风阀，全部打开热水阀，以防盘管冻裂；  

（6）新风阀与送风机联锁，风机停止时自动关闭新风阀。

 4.1.3、新风机组系统 

监测内容：

◇ 新风机组新风温、湿度 ◇ 新风机组送风温、湿度 ◇ 新风预加热器后端温度 

◇ 过滤器阻塞状态，提醒运行操作人员及时清洗 ◇ 送风机运行状态、故障状态 控制内容：

（1）系统根据事先编制好的工作及节假日作息时间表自动启停机组，并自动累计运行时间，提示定时维修；  

（2）根据新风预加热器后端温度，自动调节新风预加热器热水阀开度，使该温度控制在设定值；  

（3）根据送风温度，自动调节表冷器/加热器的冷/热水阀开度，使送风温度控制在设定值；  

（4）根据送风湿度，自动调节加湿阀开关，使送风湿度控制在设定值；  

（5）北方地区冬季气候寒冷，为防止风机盘管受冻，在表冷器后端设置防冻开关，当温度低于一定值（一般设定为5ºC）时报警，并自动停止风机，关闭新风阀，全部打开热水阀，以防盘管冻裂；  

（6）新风阀与风机联锁，风机停止时自动关闭新风阀； 

 （7）与消防系统联锁，发生火警时，风机自动停机。

4.1.4、风机盘管的控制 

风机盘管由温控器控制：

A、 风机盘管的回水管上安装开关二通阀 B、 房间内安装温控器 C、 热敏电阻测量房间温度 

D、 带延时功能，以防二通阀频繁启动 E、 风机的开/关功能 

F、 调节风量高/中/低三档风量 G、 可以任意调节温度（10-30ºC） 

5、膨胀水箱高、低水位监测报警

 6、屋顶排气风机、通风机控制  

屋顶排风机、通风机监控内容：

 A、风机的运行状态、故障状态 B、风机的手自动状态显示 C、风机开关控制  

4.2监控设计的注意事项

（1）多干扰性例如，通过窗户进入的太阳辐射是时间的函数，同时也受气象条件的影响，室外空气通过围护结构对室温的影响，通过门窗侵入室内的空气对室温的影响。

新风温度对室温的影响，建筑物内电气设备的余热对室温的影响等。

（2）调节对象的特性在空调自控设计时，首先要了解空调对象的特性，以便选择科学的控制方案。

（3）温湿度相关性描述空气状态的温度湿度两个参数，并不是完全独立的两个变量，两者变化会相互影响。

（4）多工况性有的空调是按照工况运行的，所以空调监控系统设计包括工况的自动切换。

（5）整体控制性空调监控系统是空调室的控制中心，通过工况切换和空气处理的每一个环节紧密联系在一起的整体监控系统，在设计时候要注意全面考虑整体设计方案。

4.3机房监控系统设计

机房集中监控系统是智能建筑系统中最重要的子系统之一，这可以从以下几方面看出：

智能建筑设备控制中机房设备相对比例较大，控制流程和技术较复杂，涉及自动控制、通信、计算机、图形及显示技术等。

机房集中监控系统，它不仅涉及对大厦的电、风、水等设备进行控制，而且与大厦的IT（信息技术）应用了有紧密的联系。

机房集中监控系统技术发展十分迅速，控制网络技术的突破性进展给楼宇控制领域带来巨大的影响。

机房集中监控系统是智能化工程中投资较大的部分。

监控中心的布置通常由两部分组成:

一部分是中央监控与管理工作台，工作台主要放置系统网络监控计算机及操作控制盘面；另一部分是闭路监视器和模拟显示屏（如供配电系统模拟显示屏）。

工作台与监视屏之间的空间应在1.5m以上。

一些智能化功能较强的监控中心不需要模拟显示屏，所有的监控功能均在监控计算机上完成。

4.3.1、机房监控点位的布置