第第3章章 楼宇智能化的空调系统楼宇智能化的空调系统空空调调系系统统是是现现代代建建筑筑的的重重要要组组成成部部分分，是是楼楼宇宇自自动动化化系系统统的的主主要要监监控控对对象象，也也是是建建筑筑智智能能化化系系统统主主要要的的管管理理内内容容之之一一。现现代代建建筑筑中中的的空空调调及及其其自自动动控控制制系系统统的的重重要要性性体体现现在在以以下下几几个个方方面面：首首先先，智智能能建建筑筑的的主主要要功功能能之之一一就就是是为为人人们们提提供供一一个个舒舒适适的的生生活活和和工工作作环环境境，而而这这一一功功能能主主要要是是通通过过空空调调及及其其控控制制系系统统来来实实现现的的；其其次次，空空调调系系统统是是整整个个建建筑筑最最主主要要的的耗耗能能系系统统之之一一，有有资资料料表表明明，空空调调系系统统的的耗耗能能已已占占到到建建筑筑总能耗的总能耗的50%左右左右 。3.1 空调系统组成空调系统组成 空气调节简称空调，它的目的是创建一个合适的空气调节简称空调，它的目的是创建一个合适的（室内）大气环境，使人在该环境中感到舒适；（室内）大气环境，使人在该环境中感到舒适；或者是保证（室内）大气环境满足生产工艺过程或者是保证（室内）大气环境满足生产工艺过程或科学研究、实验过程的需要。为实现这一目的，或科学研究、实验过程的需要。为实现这一目的，空气调节所依靠的技术手段主要是通风换气，具空气调节所依靠的技术手段主要是通风换气，具体地说，就是加工和处理一定质量的空气送入室体地说，就是加工和处理一定质量的空气送入室内，使室内大气环境满足要求。对空气的处理过内，使室内大气环境满足要求。对空气的处理过程包括加温（降温）、加湿（除湿）、净化等，程包括加温（降温）、加湿（除湿）、净化等，即常说的热湿处理。空气调节主要包括温度调节即常说的热湿处理。空气调节主要包括温度调节和湿度调节。和湿度调节。3.1.1 空调系统的特点空调系统的特点1多干扰性多干扰性2调节对象的特性调节对象的特性3温度和湿度相关性温度和湿度相关性 4多工况性多工况性5整体控制性整体控制性3.1.2 中央空调系统的基本构成中央空调系统的基本构成楼楼宇宇自自动动化化系系统统对对空空调调系系统统的的监监控控主主要要是是针针对对集集中中式式中中央央空空调调系系统统。一一般般的的局局部部空空调调如如窗窗式式空空调调机机、柜柜式式空空调调机机、专专用用恒恒温温湿湿机机等等都都自自带带冷冷、热热源源和和控控制制系系统统，不不是是楼楼宇宇自自动动化化系系统统的的主主要要监监控控内内容容。当当然然，有有时时候候也也需需要要将将建建筑筑中中的的局局部部空空调调机机纳纳入入楼楼宇宇自自动动化化系系统统，这这时时只只是是对对他他们们的的启启停停状状态态进进行行监监视视或或控控制制，这这些些空空调调机机本本身身的的运运行行控控制制由由其其自自身身配配备备的的控控制制系系统统完完成成，一一般般不不纳纳入入楼楼宇宇自自动动化化系系统统。因因此此，楼楼宇宇自自动动化化系系统统涉涉及及的的空空调调系系统统专专指指中中央央空空调调系系统统。中中央央空空调调系系统统可可简简单单分分为为冷冷源源、热热源源和和前前段段设设备备两两个个主主要要组组成成部部分分。中中央央空空调调的的冷冷源源系系统统包包括括冷冷水水机机组组、冷冷冻冻水水循循环环系系统统、冷冷却却水水系系统统。中中央央空空调调的的热热源源系系统统包包括括锅锅炉炉机机组组、热交换器等。热交换器等。3.1.3 中央空调的工作原理中央空调的工作原理（1）冷（热）水机组的基本工作过程：室外的制）冷（热）水机组的基本工作过程：室外的制冷机组对冷（热）媒水进行制冷降温（或加热升冷机组对冷（热）媒水进行制冷降温（或加热升温），然后由水泵将降温后的冷媒（热）水输送温），然后由水泵将降温后的冷媒（热）水输送到安装在室内的风机盘管机组中，由风机盘管机到安装在室内的风机盘管机组中，由风机盘管机组采取就地回风的方式与室内空气进行热交换实组采取就地回风的方式与室内空气进行热交换实现对室内空气处理的目的。现对室内空气处理的目的。（2）风管（道）式机组的基本工作过程：供冷时，）风管（道）式机组的基本工作过程：供冷时，室外的制冷机组吸收来自室内机组的制冷剂蒸气，室外的制冷机组吸收来自室内机组的制冷剂蒸气，经压缩、冷凝后向各室内机组输送液体制冷剂；经压缩、冷凝后向各室内机组输送液体制冷剂；供热时，室外的制冷机组吸收来自冷凝器的制冷供热时，室外的制冷机组吸收来自冷凝器的制冷剂蒸气，经压缩后向各室内机组输送汽体制冷剂剂蒸气，经压缩后向各室内机组输送汽体制冷剂 3.1.4 控制对象的特点控制对象的特点空调的耗电量空调的耗电量W可简化认为与室内外的温度差成可简化认为与室内外的温度差成正比，即正比，即式中，为室外温度；为室内温度。在夏季，假式中，为室外温度；为室内温度。在夏季，假设室外平均气温为设室外平均气温为30，将室内平均温度维持在，将室内平均温度维持在20和和25相比，耗电量相差可达相比，耗电量相差可达50%左右。因左右。因此，应通过对空调系统的控制，将夏季室温保持此，应通过对空调系统的控制，将夏季室温保持在舒适温度的上限附近，而冬季则应将室温保持在舒适温度的上限附近，而冬季则应将室温保持在舒适温度的下限附近，从而达到良好控制效果在舒适温度的下限附近，从而达到良好控制效果和节能效果。和节能效果。3.2 新风送风系统新风送风系统 建筑供配电系统的变配电站通常由高压系统和低建筑供配电系统的变配电站通常由高压系统和低压系统两部分组成。压系统两部分组成。新风机组是一种没有回风装置的空调机组，其监新风机组是一种没有回风装置的空调机组，其监测和控制与空调机组相同。测和控制与空调机组相同。（1）新风机组的节能控制）新风机组的节能控制（2）湿度调节）湿度调节（3）新风阀的调节）新风阀的调节 （4）过滤器堵塞、防冻保护）过滤器堵塞、防冻保护 （5）空气质量保证）空气质量保证 （6）设备的开）设备的开/关控制关控制 3.3 变风量空调系统变风量空调系统变变风风量量（Variable Air Volume，VAV）空空调调系系统统在在智智能能楼楼宇宇等等方方面面的的应应用用日日益益广广泛泛。在在低低负负荷荷下下，其其节节能能效效果果大大大大优优于于定定风风量量（CAV）系系统统。与与定定风风量量系系统统（固固定定送送风风量量而而改改变变送送风风温温度度的的空空调调系系统统）相相比比，变变风风量量系系统统增增加加了了系系统统总总送送风风量量控控制制，并并在在室室内内不不同同的的空空调调区区域域设设置置了了变变风风量量的的末末端端设设备备。在在常常规规控控制制下下，系系统统通通常常控控制制其其送送风风静静压压不不变变，VAV末末端端装装置置通通过过增增加加气气流流阻阻力力而而达达到到降降低低送送风风量量的的效效果果。变变风风量量空空调调方方式式起起源源于于高高速速送送风风空空调调系系统统，近近几几年年来来，变变风风量量空空调调方方式式在在低低速速送送风风空空调调系系统统中中的的应应用用越越来来越越普普遍遍，其其主主要要原原因因在在于于变变风风量量空空调调方方式式具具有有良良好好的的可可控控性性。VAV空空调调系系统统的的成成功功与与否否在在很很大大程程度度上上取取决决于于是是否否采采用用最最佳的系统控制方法以及有无良好的调试服务。佳的系统控制方法以及有无良好的调试服务。3.3.1 变风量空调系统的起源、背景变风量空调系统的起源、背景和发展现状和发展现状变风量空调系统于变风量空调系统于20世纪世纪60年代起源于美国，原本是为了年代起源于美国，原本是为了改进高速送风空调系统的，因为减少送风量对于高速送风改进高速送风空调系统的，因为减少送风量对于高速送风空调系统有明显的节能效益。变风量空调系统出现以后并空调系统有明显的节能效益。变风量空调系统出现以后并没有立刻得到推广，在很长一段时间内，美国占主导地位没有立刻得到推广，在很长一段时间内，美国占主导地位的空调方式仍是定风量空调系统加末端再热和双风道系统，的空调方式仍是定风量空调系统加末端再热和双风道系统，直到直到1973年西方石油危机之后，能源危机推动了变风空调年西方石油危机之后，能源危机推动了变风空调系统的研究和应用，此后系统的研究和应用，此后20年中不断发展，并已经成为美年中不断发展，并已经成为美国空调系统的主流。进入国空调系统的主流。进入20世纪世纪90年代以后，大量年代以后，大量70年年代以前建造的空调系统在翻新过程中，越来越多的工程从代以前建造的空调系统在翻新过程中，越来越多的工程从定风量空调系统改造为变风量空调系统。定风量空调系统改造为变风量空调系统。利用变风量空调系统，可以有效地减少建筑物电耗，如在利用变风量空调系统，可以有效地减少建筑物电耗，如在我国南方地区，典型办公楼每平方米、每年节电我国南方地区，典型办公楼每平方米、每年节电4050kWh（地板面积）。从风量角度来讲，因春、夏、秋、（地板面积）。从风量角度来讲，因春、夏、秋、冬风量可分别减少冬风量可分别减少34%、25%、42%和和44%，而使整个，而使整个VAN系统的能耗比定风量系统减少系统的能耗比定风量系统减少20%30%。3.3.2 变风量空调系统基本原理变风量空调系统基本原理全空气空调系统设计的基本要求是要决定全空气空调系统设计的基本要求是要决定向空调房间输送足够数量的、经过一定处向空调房间输送足够数量的、经过一定处理的空气，用以吸收室内的余热和余湿，理的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。送入从而维持室内所需要的温度和湿度。送入房间的风量按下式确定。房间的风量按下式确定。 3.3.3 变风量空调系统的特点变风量空调系统的特点变风量空调系统的主要优点如下。变风量空调系统的主要优点如下。（1）节能效果明显）节能效果明显（2）控制灵活）控制灵活 （3）减少了安装设备）减少了安装设备 从以上从以上3点看，变风量空调系统的优点突出，因此点看，变风量空调系统的优点突出，因此取得了越来越广泛的应用。但在选择变风量空调取得了越来越广泛的应用。但在选择变风量空调系统型式时，应该同时注意到：变风量空调系统系统型式时，应该同时注意到：变风量空调系统一次投资有所增加，控制相对复杂，对管理水平一次投资有所增加，控制相对复杂，对管理水平要求较高。要求较高。 3.3.4 变风量空调机组的监测与变风量空调机组的监测与控制控制由由于于建建筑筑物物内内空空调调系系统统的的耗耗能能很很大大，节节能能运运行行在在建建筑筑物物自自动动化化系系统统中中显显得得相相当当重重要要。采采用用变变风风量量系系统统节节点点率率可可以以达达到到50，因因此此，近近几几年年国国内内外外逐逐渐渐采采用用变变风风量量空空调调系系统统。变变风风量量空空调调系系统统属属于于全全空空气气送送风风方方式式，系系统统的的特特点点是是送送风风温温度度不不变变，而而改改变变送送风风量量来来满满足足房房间间对对冷冷热热负负荷荷的的要要求求，就就是是说说表表冷冷器器回回水水调调节节阀阀开开度度恒恒定定不不变变，用用改改变变送送风风机机的的转转速速来来改改变变送送风风量量。通通常常采采用用变变频调速来调节电动机的转速。频调速来调节电动机的转速。3.4 智能楼宇空调系统的节能控制智能楼宇空调系统的节能控制1从节能角度确定室内空气的最佳状态从节能角度确定室内空气的最佳状态对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒于一点，而是对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒于一点，而是允许在较大范围内浮动，例如温度为允许在较大范围内浮动，例如温度为2027，相对湿，相对湿度在度在4070，均满足舒适性要求。这样，当室外状态，均满足舒适性要求。这样，当室外状态偏低时，室内相应靠近此区域的下限；室外状态偏高时，偏低时，室内相应靠近此区域的下限；室外状态偏高时，室内则靠近此区域的上限。当室外处于此区域附近时，则室内则靠近此区域的上限。当室外处于此区域附近时，则尽可能多用新风，使室内状态随外界空气状态变化。这样尽可能多用新风，使室内状态随外界空气状态变化。这样既可以最大限度节能，又可以提高空气品质和舒适程度。既可以最大限度节能，又可以提高空气品质和舒适程度。2新风量的控制新风量的控制足够的新风量对于提供良好的室内空气品质，保证室内人足够的新风量对于提供良好的室内空气品质，保证室内人员的舒适感和身体健康有着直接意义。但新风取量过多，员的舒适感和身体健康有着直接意义。但新风取量过多，将增加新风能耗。在满足室内卫生要求的情况下，减少新将增加新风能耗。在满足室内卫生要求的情况下，减少新风量，有显著节能效果。风量，有显著节能效果。3.5 空调通风监控系统的设计空调通风监控系统的设计采暖通风、空气调节系统在现代化的建筑采暖通风、空气调节系统在现代化的建筑中发挥着十分重要的作用，通过调节室内中发挥着十分重要的作用，通过调节室内的空气温度、湿度、通风及洁净度，为人的空气温度、湿度、通风及洁净度，为人们的生活和工作提供一个温度适宜、湿度们的生活和工作提供一个温度适宜、湿度恰当、空气洁净的舒适环境。但对智能建恰当、空气洁净的舒适环境。但对智能建筑而言，除要求暖通空调系统提供理想的筑而言，除要求暖通空调系统提供理想的空气品质外，还要求对大量的暖通空调设空气品质外，还要求对大量的暖通空调设备进行全面的管理与控制，使其以最佳工备进行全面的管理与控制，使其以最佳工作状态工作，达到高效节能的运行效果。作状态工作，达到高效节能的运行效果。 3.5.1 空调通风系统空调通风系统智能建筑的空调通风系统主要由以下几部分组成。智能建筑的空调通风系统主要由以下几部分组成。（1）供暖系统。主要调节室内温度。）供暖系统。主要调节室内温度。（2）冷热源系统。主要对冷却水、冷冻水的温差，热水）冷热源系统。主要对冷却水、冷冻水的温差，热水的制备、压差及流量进行监控。的制备、压差及流量进行监控。供暖系统与冷热源系统的主要设备有：锅炉、热水泵、热供暖系统与冷热源系统的主要设备有：锅炉、热水泵、热水的制备、终端散热器、冷水交换器、冷却塔、冷却水循水的制备、终端散热器、冷水交换器、冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、制冷机组、分汽缸、凝结水回收系环泵、冷冻水循环泵、制冷机组、分汽缸、凝结水回收系统、水流开关、各种阀门等。统、水流开关、各种阀门等。（3）空调系统。主要由常规通风系统和防排烟系统组成，）空调系统。主要由常规通风系统和防排烟系统组成，具体包括：厕所排风系统、地下室机房及车库送排风系统、具体包括：厕所排风系统、地下室机房及车库送排风系统、空调新风送风系统、防烟系统、排烟系统及加压送风系统。空调新风送风系统、防烟系统、排烟系统及加压送风系统。对这些系统有定风量系统外，还有变风量系统。其设备主对这些系统有定风量系统外，还有变风量系统。其设备主要包括：新风机组、空气处理机组、变风量机、通风及风要包括：新风机组、空气处理机组、变风量机、通风及风机盘管等。机盘管等。3.5.2 空调通风监控系统的任务及监空调通风监控系统的任务及监控点控点空调通风监控系统是由安装在智能建筑各处的暖通、空调空调通风监控系统是由安装在智能建筑各处的暖通、空调水泵附近的直接数字控制智能控制器分散控制，现场总线水泵附近的直接数字控制智能控制器分散控制，现场总线连接各智能控制器后接入上位机并受其管理的自动监控系连接各智能控制器后接入上位机并受其管理的自动监控系统。统。1监控任务监控任务（1）通风系统的监控。主要监控新风机组、空调处理机）通风系统的监控。主要监控新风机组、空调处理机组、风机盘管、变风机组等。组、风机盘管、变风机组等。（2）供暖系统的监控。主要监控供暖热水锅炉、蒸汽）供暖系统的监控。主要监控供暖热水锅炉、蒸汽水及水水及水水换热站、供热网等。水换热站、供热网等。（3）冷热源系统的监控。主要监控冷冻机与锅炉主机、）冷热源系统的监控。主要监控冷冻机与锅炉主机、冷冻水系统、冷却水系统、热水制备系统、能量调节与水冷冻水系统、冷却水系统、热水制备系统、能量调节与水系统。系统。2监控点监控点建筑物设备自动化系统很重要的一项工作就是设建筑物设备自动化系统很重要的一项工作就是设置监控点，但监控点的设置并没有一个固定的模置监控点，但监控点的设置并没有一个固定的模式和原则，随系统设备不同而异，应根据实际情式和原则，随系统设备不同而异，应根据实际情况或用户的需求等确定监控点的数量和类型。况或用户的需求等确定监控点的数量和类型。通常空调通风系统主要监控点有各设备的开关、通常空调通风系统主要监控点有各设备的开关、运行状态、故障、手动运行状态、故障、手动/自动转换开关状态，水泵自动转换开关状态，水泵出水口压，出水水流开关状态，供水出水口压，出水水流开关状态，供水/回水压差，回水压差，新风、送风、回风温度及湿度等。新风、送风、回风温度及湿度等。3.5.3 空调通风监控系统的功能空调通风监控系统的功能1新风机组监控系统的功能新风机组监控系统的功能（1）监控风机的启）监控风机的启/停及其状态，过滤器是否需要更换。停及其状态，过滤器是否需要更换。（2）监视新风阀的开）监视新风阀的开/关状态，因风机与所有电动控制阀关状态，因风机与所有电动控制阀联锁，风机停止要同时关闭新风阀门及电动阀。联锁，风机停止要同时关闭新风阀门及电动阀。（3）比较送风温度与系统中的温度设定值，调节、控制）比较送风温度与系统中的温度设定值，调节、控制冷冻、回水阀，改变冷冻水流量，使风机出口温度达到设冷冻、回水阀，改变冷冻水流量，使风机出口温度达到设定值。定值。（4）比较送风湿度与湿度设定值，控制湿度调节阀，使）比较送风湿度与湿度设定值，控制湿度调节阀，使送风湿度保持在适当的范围内。送风湿度保持在适当的范围内。（5）保护功能，如风机故障报警、过滤器淤塞报警以及）保护功能，如风机故障报警、过滤器淤塞报警以及新风温度防冻报警。新风温度防冻报警。（6）对于新风机组，控制并监测各机组的启）对于新风机组，控制并监测各机组的启/停及其运行停及其运行状态、送风温度、湿度及各阀门状态；而且新风机组工作状态、送风温度、湿度及各阀门状态；而且新风机组工作异常时发出报警信号。异常时发出报警信号。2空调处理机的监控空调处理机的监控空调处理机的调节对象不是送风参数，而是相应区域的温空调处理机的调节对象不是送风参数，而是相应区域的温度、湿度，通过空调机组的监控可以使楼宇中某一区域的度、湿度，通过空调机组的监控可以使楼宇中某一区域的空气参数达到要求的数值。空气参数达到要求的数值。空调处理机组监控系统的监控功能有：空调处理机组监控系统的监控功能有：（1）控制风机的启）控制风机的启/停，并监控其运行状态；停，并监控其运行状态；（2）风机故障报警、过滤网淤塞报警等保护功能；）风机故障报警、过滤网淤塞报警等保护功能；（3）带有回风管的空调机组，一要保证经过处理的空气）带有回风管的空调机组，一要保证经过处理的空气参数满足舒适性的要求，二要重点根据回风管、新风管的参数满足舒适性的要求，二要重点根据回风管、新风管的温度、湿度的监测，控制新风、回风比例使空气处理能耗温度、湿度的监测，控制新风、回风比例使空气处理能耗最小，达到节能的目的。最小，达到节能的目的。