第六讲-楼宇自动化-中央空调控制系统

课程：楼宇自动化1.课程性质：专业选修课2.任课教师：曾明3.学时：324.上课时间：星期二上午3、4节（1-17周）5.参考书：王可崇等编著《智能建筑自动化系统》中国电力出版社，2009章云，许锦标编著《建筑智能化系统》清华大学出版社，2007王再英等编著《楼宇自动化系统原理与应用》电子工业出版社2005建筑物自动化监控系统空调与冷热源监控在各建筑中，空调系统的能耗最大，故在保证提供舒适环境的条件下，我们采用各种措施来实现空调节能，如设备最佳启/停控制、空调及制冷机的节能优化控制、设备运行周期控制、电力符合控制等。照明监控采用各种有效方式来实现对照明系统的控制，以达到节能的目的。如可通过编程来实现自动控制开、关灯的时间和亮度等。给排水控制系统在各建筑物中提供生活水供应和污水排水控制。电梯监控利用计算机实现群控，以达到优化传送、控制平均设备使用率与节约能源运行管理等目的。电梯楼层的状况、电源状态、供电电压、系统功率因数等亦需监测，并连网实现优化管理。第六讲中央空调控制系统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。6.1中央空调控制系统6.1.1空调系统的组成1、空调系统的组成（1）进风（新风）（2）空气过滤（3）空气的冷、热、湿处理（4）空气的输送和分配（5）冷热源部分2、空气的调节方式（1）局部式空调：冷热源和空气处理、输送设备设置在一个箱体内。家用空调（2）集中式空调，又称为中央空调系统：有专门的冷热源装置，集中供热（冷）a）循环式：新风量为零b）直流式：回风量为零c）混合式：按照适当的比例将新风和回风混合6.1.2中央空调的冷源系统中央空调的冷源系统包括冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水系统。一.冷水机组（1）制冷机原理①压缩式制冷机(以电为能源)②吸收式制冷机(制冷剂：溴化锂水溶液)③风冷热泵式机组冷冻水泵冷冻水总回水管T开关控制DDC-62AIDODIAO水位开关/报警3手/自动状态故障报警开关状态1回水流流量333MD3DF动力电控箱L集水器L空调膨胀水箱P冷冻机组控制原理图T1水流开关4开关状态11蝶阀开关供水温度回水温度4控制器KBCUM冷冻机组2M冷冻机组12水流开关供水温度14开关状态43手/自动状态故障报警开关状态开关控制333蝶阀开关MKM动力电控箱TDD冷却水总回水管3冷却水泵2手/自动状态故障报警开关状态开关控制4水位开关/报警222P压力传感器图空调膨胀水箱补水F流量传感器冷冻水总供水管KL例水流传感器液位传感器分水器电动机湿度传感器MH冷却塔补水T温度传感器二通阀碟阀压差传感器PLM冷却塔风机冷却塔M冷却水总供水管TMLLLMMM动力电控箱123413125768二.冷却塔冷却水进入制冷机与制冷剂进行热交换，吸收制冷剂释放的热量后水温升高，然后通过冷却水循环系统进入冷却塔，种放热量、降温后再循环进入制冷机进行热交换。高温的冷却回水(冷水机组出口、一般工艺设计为37℃)被循环送至冷却塔上部喷淋。由于冷却塔风扇的转动，使冷却水在喷淋下落过程中，不断与室外空气发生热交换而冷却，又重新送入冷水机组而完成冷却水循环。三.冷冻水与冷却水循环泵(1)冷冻水循环泵将从空调前端设备返回的冷冻水(一般为12℃)加压送入冷冻机，在冷冻机内进行热交换、释放热量、降低温度后离开冷冻机(冷冻机出口冷水温度一般为7℃)到达空调末端设备进行水／气热交换——空气(降温)调节，再循环返回冷冻机，实现冷冻水的循环制冷。(2)冷却水循环泵则实现冷却水在冷冻机与冷却塔之间的循环，并通过冷却塔系统将冷冻机的冷却水入水口和出水口的温度控制在设定值(一般冷冻机冷却水入口温度设计为32℃，出水口为37℃)。6.1.3冷源系统的监控1.制冷系统运行参数监测(1)冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测，以了解冷冻机组的制冷温度是否在合理的范围之内。(2)集水器回水与分水器供水温度测量（一般情况下与冷水机组进/出口冷冻水温度相同，二者可以只选其一），以了解末端冷负荷的变化情况。(3)冷冻水供/回水流量检测，测量流量和供回水温度结合，可计算出空调系统的冷负荷量，以此作为能源消耗计量和系统效率评价的依据。(4)分水器和集水器压力压差测量，用压力传感器分别测量分水器进水口、集水器出水口的压力，或用压差传感器测量分水器进水口、集水器出水口的压力差。根据供回水压差调节压差通阀的开度。(5)冷水机组运行状态和故障监控，取自冷水机组控制器输出触点或主接触器触点。(6)冷冻水循环泵运行状态、故障状态监测，用安装在水泵电机配电柜接触器、热继电器的触点和安装在水泵出水管上的水流指示器共同检测.当水泵处于运行状态时,其出口管内即有水流,在水流作用下水流开关迅速动作，显示水泵进入工作状态。2.制冷系统控制内容（1）程序控制冷水机组、冷却泵的顺序，达到最低能耗，达到最低的主机折旧。开机：冷却塔风机→冷却水泵→冷冻水泵→冷水机组。停机：冷水机组→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机。（2）根据实际负荷，对机组、水泵等进行台数控制，并监测其运行状态。对各台机组水温进行监测，监测水流量负荷计算根据Q=C＊M＊(T1-T2)其中，T1为回水总管温度，T2为供水总管温度，C为常数，M为流量。当负荷大于一台机组的15%(可根据实际情况修改)，则第二台机组运行。以此类推（3）根据程序或业主的日程安排自动开关冷水机组。（4）根据业主的要求自动切换机组的运行时间，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组，使每台机组运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。（5）自动记录及打印空调系统负荷，并可根据物业管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。（6）监测机组压差，如低于设定值，立即关闭冷水机及相关设备。6.1.4空调系统末端设备完成空气调节的设备称空气处理设备或空调机组，也称末端设备。空气处理设备或空调机组与冷热源一起构成空气调节系统。MTH?PZSMMTHCO2新风送风送风机DDC监控点类型AOAIAIDI空AODI空AODIDODIAIAIAI蒸汽/加湿器冷/热水回水冷/热水供水新风门开度调节新风温度检测新风湿度检测过滤网状态检测空调水阀门调节防冻开关状态检测加湿阀门调节风机故障状态监测风机启停控制风机运行状态监测送风温度检测送风湿度检测空气质量检测空气处理系统的监控功能（1）将回风管内空气温度与系统设定值进行比较，用PID方式调节冷热水电动阀。使回风温度保持在设定范围内。（2）对回风管、新风管的温度和湿度进行检测，计算新风与回风的焓值，控制回风门和新风门的开启比例，达到节能的目的。（3）检测送风管内的湿度值，用PI调节湿度调节阀，保证送风湿度保持在所需的范围内。（4）风机启停控制，风机运行状态检测及故障扳警（5）过滤网压差检测（堵塞扳警）带回风的定风量空气处理机控制原理图CO2HT回风回风机排风MMMMZS∆PTHMTHAF新风送风机送风冷/热水回水冷/热水供水监控点类型3AOAIAIDI空AODIAODIDODI2AIAIAI2AIDIDODI排风/回风/新风风门开度调节室外新风温度测量室外新风湿度测量过滤网状态观测空调水阀门调节防冻开关状态监测加湿阀门调节回风机故障状态监测回风机启停控制回风机运行状态监测送风机故障状态监测送风机启停控制送风机运行状态监测送/回风温度测量送/回风湿度测量送风风速检测空气质量检测兼做回风与排烟的定风量控制排烟排烟阀M排风MM新风M防烟阀M∆PMZSMTH送风送风机补风机回风回风机排烟机6.2给排水控制6.2.1生活给水控制1.概述现代建筑的生活给水系统是整个建筑必不可少的重要组成部分。许多新建的高档建筑，如写字楼、高档办公楼、会展中心、星级宾馆、医院等，除了有冷水供水系统外，还有生活热水供水系统。生活给水系统主要是对给水系统的状态、参数进行监测与控制，保证系统的运行参数满足建筑的供水要求以及供水系统的安全。2.生活给水方式（1）高位水箱给水方式：在建筑的最高楼层设置高位供水水箱，用水泵将低位水箱水输送到高位水箱，再通过高位水箱送向给水管网供水，将水输送到用户。（2）水泵直接给水方式：用水泵直接向终端用户提供一定水压的供水方式。通常在给水泵前建有缓冲水池，避免水泵大水量不均衡供水对城市管网的影响。（3）气压给水方式：气压给水方式是利用气压罐代替高位水箱的给水系统。气压罐可以集中于地下室水泵房内，避免在楼房高层设置高位水箱占用空间的缺点。气压罐的外层为金属罐体，内有一个密封式弹性橡胶气囊，气囊内充有一定压力的氮气。水泵向罐体和气囊间的空间注水，水压升高，压迫气囊，气囊内氮气体积缩小，当罐体和气囊间的水压力达到规定值时停泵。3.生活给水控制系统原理生活消防水池OLLLMLHL监控点类型4DIDIDIDO2DO4DIOLLLMLHLOLLLMLHL高位水箱消防水箱FSFS供水管网低限报警水位监测水池溢流/停泵/启泵恒速水泵故障报警恒速水泵运行状态恒速水泵启停控制水流开关高位水箱溢流/停泵/启泵/低限报警水位监测高位水箱给水系统监测、控制点配置表监测、控制点描述AIAODIDO接口位置备注给水泵运行状态√给水泵动力柜主接触器辅助触点给水泵故障状态√给水泵动力柜电路热继电器辅助触点给水泵手/自动转换状态√给水泵动力柜控制电路，可选给水泵开/关控制√DDC数字输出接口到给水泵动力柜主接触器控制回路水流开关状态√水流开关状态输出高位水箱水位监测√高位水箱水位开关状态，一般有溢流、停泵、启泵、低限报警四个液位开关生活消防水池水位监测√地下水池水位开关状态，一般有溢流、停泵、启泵、低限报警四个液位开关合计高位水箱分区给水系统图水箱水箱水箱水池水泵低区中区高区水箱水池水泵低区中区高区减压减压（a）分区水箱给水（b）单一水箱分区减压给水水泵直接给水系统监控原理图水池OLLLMLHL监控点类型4DIDIDIDODIAIFSFS恒速水泵故障报警恒速水泵运行状态恒速水泵启停控制水流开关城市供水管网FSDIDOAO3DOP生活水泵供水管网变速水泵故障报警变速水泵运行状态变速水泵启停控制变速水泵转速控制供水压力检测水泵直接给水分区给水系统图水池水泵低区中区高区水池水泵低区中区高区减压减压（a）分区水泵给水（b）单一水泵分区减压给水6.2.2污水排水控制1.概述地上建筑的排水系统比较简单，可以靠污水的重力沿排水管道排入污水井进入城市排水管网。而建筑物地下的污水排放则有所不同，通常把污水集中于污水坑(池)，然后用泵排放到地面的排水系统。集水坑OLLLMLHLFSFS排水泵监控点类型2DIDIDIDO4DI排水泵启停控制排水泵运行状态排水泵故障报警水坑高/中/低水位监测水流状态排水管网2.排水系统运行参数与状态监控（1）集水坑水位监测：取自安装在集水坑的液位开关，一般有溢流报警、启泵、停泵、低限报警四个液位开关。（2）排水泵启停状态：取自排水泵配电箱接触器辅助触点。（3）排水泵故障报警：取自排水泵配电箱热继电器触点。（4）排水泵启停控制：从DDC数字输出口(DO)输出到排水泵配电箱接触器控制回路。（5）水流状态：水流开关状态输出点。