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1、某税务局办公区空调控制系统设计摘 要 随着现代科技的不断发展，智能楼宇系统也在不断发展，而作为现代建筑智能化最重要标志的中央空调控制系统，伴随着现代电子信息技术的发展，在全世界范围内也得到了迅猛的发展，且形成了一套特有的经典理论，这对后世的中央空调控制系统的发展必然有着深远的影响。中央空调控制系统现已成为智能建筑实现智能化空调监控和管理所必需的系统。本设计主要以某税务局办公区空调控制系统为例，首先介绍了中央空调控制系统的发展状况和研究背景，然后详细研究了空调系统和控制系统的基本原理，结合几种具体的空调系统控制框图进行优略分析，进而选择适合本设计的控制方案，结合具体的选型手册进行设备选型，最后对
2、本设计进行了基本的经济性分析。本设计的设计重心放在对风机盘管加新风系统的控制分析和选型上。关键词：智能楼宇 中央空调 控制 风机盘管 The Design of Air Conditioning Control System of a Tax Bureaus Office AreaABSTRACTWith the development of modern science and technology，intelligent building system is also in progress.Central air-conditioning control system has becom
3、e the most important symbol in modern intelligent building，With the development of modern electronic information technology，Also got rapid development worldwide，And formed a set of unique classical theory.The development of this system of central air conditioner control on future generations will ha
4、ve a profound impact.Central air-conditioning control system has become a system of intelligent building required to achieve the intelligent air conditioning monitoring and management.This design mainly in the Inland Revenue Department office air conditioning control system as an example.It first in
5、troduces the development status and research background of central air-conditioning control system.Then we study the basic principle of air conditioning system and control system.Combined air conditioning system with several control charts and analysis.And then choose the control scheme of the desig
6、n.Combined with the manual selection of specific equipment。At the end of the design of the economic analysis of the basic，The design focus of the design on the control analysis and selection of fan-coil unit plus fresh air system.Key Words:Intelligent building Central air-conditioning Control system
7、 Fan coil system目 录第一章 绪论11.1课题研究背景11.2课题研究目的11.3国内外发展状况21.3.1在单室内机的房间空调器方面21.3.2在多室内机的房间空调器(一机多挂系统)方面31.4本文的主要研究内容4第二章 中央空调控制系统方案选择62.1中央空调系统62.1.1中央空调系统的一般组成62.1.2中央空调系统的分类72.1.3中央空调系统的发展状况72.2中央空调控制系统82.2.1中央空调控制系统的特点82.2.2中央空调系统的基本自控原理122.2.3空调自动化的任务及内容132.2.4空调自控系统的分类14第三章 冷负荷计算193.1建筑物基本情况概述19
8、3.2建筑物冷负荷计算19第四章 中央空调控制系统方案设计254.1设计原则254.2方案简介254.3系统设计需求274.3.1设备管理274.3.2精度要求274.4控制对象介绍284.5新风机组控制系统和风机盘管控制系统304.5.1新风机组控制304.5.2风机盘管系统控制314.6 I/O点布置334.7控制算法简介344.7.1送风温度的控制344.7.2送风湿度的控制354.8通信协议35第五章 控制系统主要硬件配置与设备选型365.1检测与变送设备的选型365.2执行器的选择385.3现场控制器的选择415.3.1硬件组成415.3.2DDC控制器的选择42第六章 中央空调控制
9、系统经济性分析44第七章 总结与展望467.1主要工作回顾467.2课题展望46参考文献47致 谢49天津理工大学2013届毕业设计说明书第一章 绪论1.1课题研究背景 随着现代社会科学技术的不断发展，人们生活水平得到了很大的改善和提高。国内各式建筑的空调系统愈加趋于复杂和庞大，加之人们对生活舒适度的要求越来越高，这就要求我们队中央空调系统进行更高精度，更加合理的控制，而过去的人力控制或者简单的机械控制显然不能满足这个要求。同时，在进入21世纪之后，人类越来越意识到了资源的短缺，特别是中国，作为一个能源及其缺乏的社会主义国家，节约能源已经是迫在眉睫的大事，于是，利用计算机等现代化设备对中央空调
10、系统进行自动控制顺势而生，以其优越的控制性能和极高的性价比得到了人们的广泛认可，并推广使用。在这些自控手段中，DDC控制，PLC控制因方法简单，效果明显，质量可靠，成为了最常见的自控手段，此次我们的控制方案亦采用DDC控制（直接数字控制）。DDC控制微处理器为基础，不借助模拟仪表而将系统中的传感器或变送器的输出信号直接输入至微型计算机中，经微机预先编制的程序计算机处理后直接驱动执行器的控制方式。DDC控制器中的CPU运行速度很快，并且其配置的输入输出端口（I/O）一般较多。因此，它可以同时控制多个回路，相当于多个模拟控制器1。DDC控制器具有体积小、连接少、功能齐全、安全可靠、性价比高等优点。
11、1.2课题研究目的中央空调控制系统，是通过对室内空气的温度、湿度、洁净度以及气流组织等参数进行精准的检测和合理的控制，使上述各参数维持在一定的范围内，以保证对室内人员舒适度的要求。同时，由于在现代建筑中空调系统的耗能占到很大的比例，特别是在很多的大型酒店中，空调系统的能耗甚至可能占到总能耗的50%以上，所以，中央空调控制系统的另一个目的就是最大限度的节约能源，为社会节能做出贡献。在现代商业及工业楼宇中，空调系统设备较多，自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证。同时，空调的能源消耗占总能源消耗的40%以上，因此空调节能是节能的重要手段，对高层建筑而言更是如此。采用空调自控产品，相对与老式空
12、调机的单一运行模式，具有以下优势：1、由于空调系统实现了自动化监控和管理，可以使系统能够更安全的运行，并最大限度地提高舒适程度：2、由于空调系统实现了自动化监控和管理，可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时，最大限度的实现节能控制，符合日益突出的节能和环保要求。有关资料表明，采用空调自控系统后，可节约空调系统设备年度运行费用的10%，更乐观的估计认为可达到15%30%，而空调自控产品的投资占整个楼宇或厂房总投资的0.5%左右，收回投资时间很短：3、由于空调系统实现了自动化监控和管理，减少突发事故的发生和设备损坏，从而带来潜在效益2。1.3国内外发展状况随着越来越多的高层建筑以惊人
13、的速度出现在我们的生活中，中央空调的使用量也在大规模地增加。目前，我国大多数建筑的空调系统仍采用常规的仪表对空调系统进行监测、控制和管理，这种控制方法的弊病是明显的，不仅无法保证控制精度，耗费人力物力，而且由于控制参数选取及权衡不当使得控制效果不理想。随着计算机技术、信息技术和自控技术的高速发展，以及它们在暖通空调领域的广泛应用，利用系统集成的方法代替传统的仪器、仪表，能够更有效的对空调系统进行控制，提高空调系统的运行性能，节省运行能耗，同时也降低了运行管理费用和管理人员的劳动强度3。1.3.1在单室内机的房间空调器方面变频技术、微电脑和电子膨胀阀在空调器上的应用为空调器的智能控制创造了最基本
14、的条件。我国自90年代初开始研究空调器的智能控制，现已研制出多种形式的变频空调器或智能空调器，对推进我国空调业的进步作出了贡献。西安交大朱瑞琪于1991年开始研究制冷空调设备的变频能量调节技术。李家朋针对我国房间空调器普遍采用单相压缩机的现状，探索开发出两相变频器，并应用电子膨胀阀进行变流量控制，利用16位微机并引进模糊概念提高空调器的控制功能，为变频空调器国产化作出了大胆的探索。李家朋在空调器舒适性和节能运行的控制中，提出了用表征房间热负荷大小的“热容C”和表征房间漏热程度的“热阻R”进行模糊辩识的方法。研究表明，用此方法研制的模糊控制空调器会按季节、气温、漏热情况等条件，自动地选择合适的工
15、作模式，保证了空调环境的舒适度和制冷系统的节能要求。在空调系统的设计过程中，设计负荷选取的是最大负荷，事实上，在日常运行过程中的大部分时间里，实际负荷只占到设计负荷的70%左右，由此，如果我们依然放任这种状况的发展，不仅会造成大量的人力和物力浪费，最关键的是会造成能源的极大浪费。这些能源浪费主要存在于以下几方面：1、负荷估算值偏大；2、空调主机选型容量加大，在冷负荷估算值加大后，空调主机制冷量也相应的加大。3、水系统中通过节流阀或调节阀来调节流量、压力，冷冻水系统和冷却水系统中消耗了水泵较大的输送能量。在传统的运行方式下，只要启动水泵，就会在工频满负荷状态下运行。4、起停频繁对设备长期安全运行
16、带来不利影响。起动电流通常为额定值的5倍左右，电机在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点产生电弧冲击，也会给电网带来一定冲击，起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会对机械传动、轴承、阀门等造成疲劳损伤。1.3.2在多室内机的房间空调器(一机多挂系统)方面由于多室内机空调器的节能和舒适性控制，涉及到必须对系统中的工质循环量和进入各室内机的工质流量加以严格精确地控制问题，它不仅与系统的控制有关，同时也与系统的设计有着密切的关系。在这方面，目前国内主要是在研制一拖二和一拖三空调器，根据其结构形式和运转特点可分为如下四种方式。(1)一台定速压缩机对应一台室内机的多制冷系统。这种机
17、型在控制上难度最小，但结构复杂、体积大、成本高，不能体现一机多挂系统的价格优势和节能优势。(2)单台定速压缩机多台室内机间歇供冷(热)系统。由于制冷工质按时间交替分配给各室内机，所以根本不能满足室内环境的舒适性要求。(3)单台定速压缩机多台室内机同时供冷(热)系统。这种系统采用定速压缩机，降低了空调器成本，并能减少压缩机的启停次数，较好地实现房间的舒适性控制。但并不能从本质上解决压缩机的起停损失和对电网的冲击，不能提高空调器的能效比和季节性能比。(4)单台变频压缩机多台室内机同时供冷(热)系统。通过采用电子膨胀阀调节进入各室内机的工质流量，使之满足各室内的冷(热)负荷要求，改变压缩机的运转频率
18、调节制冷系统所需要的工质循环量，并采用软硬件相结合的方式调节室内外风扇转速、四通阀、室内机的风向调节板等可控部件，实现室内环境的高舒适性和系统的节能控制。随着智能建筑在中国的飞速发展，楼宇自动控制技术和装置也得到快速的发展。对于楼宇自动控制而言，在确保建筑内舒适和安全的办公环境的同时，还要实现高效节能目的。因此诞生了综合现代计算机技术、现代控制技术、现代通信技术和现代图形显示技术的集散型控制系统。集散型中央空调监控系统在我国的智能建筑中得到广泛应用，其自动监视、测量、控制和管理功能是相当优越的，自动化程度高，节约了大量的劳动力和运行费用。20世纪90年代未至21世纪初，我国在中央空调系统的控制
19、领域，同时推出两项节能技术和产品：中央空调变频调速控制节能系统和中央空调变流量控制节能系统。将这两项技术相结合，在集散型中央空调监控系统的基础上，增加PLC和变频技术，并且与智能控制方法相结合，将原有的定流量系统改为变流量控制系统，从而使中央空调的各泵组和冷却塔风机的运行跟随负荷的变化而同步变化，就能够在保证负荷需求的前提下，实现中央空调系统的最大节能4。国内还有一些科研机构和企业的科研团体，也都开展了智能空调器的研制工作，其核心内容都集中在对单相压缩机变屏调速控制器和智能型室温控制器的研究，其研究成果还未见公开发表。智能型空调器是一个综合技术的聚合体，是集制冷系统的优化设计、变频调速、模糊逻
20、辑控制、神经网络技术、计算机通信等于一体的新技术产品。开发难度较大，国内尚属于起步阶段，从有关研究文献来看，目前采用人工智能理论在变频空调器中的控制，绝大多数是以室温为目标进行简单地控制，从而明显忽视了电子膨胀阀开口度与蒸发器过热度、压缩机频率以及运行模式之间的重要关系，这样势必难以保证整个制冷系统始终运行在最佳的控制状态，也使得变频空调在高效、节能方面难以充分发挥。我国空调业从1964年诞生第一台窗式空调器以后，发展非常缓慢。到80年代初，大量地引入技术和生产线以后，才开始了较大速度的发展，同时在一些高等院校和有实力的生产厂家陆续成立了相应的研究机构。其研究方向主要集中在空调制冷系统及部件的
21、优化设计、制冷系统特性及仿真、工质替代和人工环境特性等应用基础研究方面，取得了诸多的科研成果。但对于实现环境的舒适性调节和空调系统的智能控制方面的研究才刚刚起步，有待于进一步的深入和发展。我国从1991年开始研究制冷空调设备的变频能量调节技术，对电子调节阀的调节特性及其应用领域进行了系统研究。大部分研究工作都集中在单相压缩机变频调速技术和室内环境的舒适度控制方面。1995年以后，日本向中国开放了变频压缩机市场，国内部分企业开始引入日本技术和设备，生产变频空调器。之后，对变频空调器的实验与仿真称为国内的研究热点，各科研机构与空调生产气企业进行了相应的理论和实验研究工作。放眼看世界，在世界空调行业
22、中，90年代以前，60%的市场被日本人占有，并且在制造技术、控制技术上都处于世界最前沿。日本空调系统的发展过程，大致可以分为五个阶段。在其发展过程中，变频技术和人工神经网络技术在空调系统中的应用，具有划时代的意义，它为创造舒适环境，实现空调系统的高效节能运行提供了技术保证。在控制目标方面，从单一的温度控制发展到室内热环境特性等的综合控制，如PMV（Predicted Mead Vote）指标，现已成为国际标准，Sunao Funakoshi等开发了一个空调系统，以PMV指标来控制室内温度以提高空调列车的舒适性。在控制算法方面，传统的PID控制方法比较成熟。目前控制理论中比较热门的两种理论：模糊
23、逻辑控制和神经网络控制已经被大量地引入制冷空调控制领域。而从目前国外发达国家空调技术的发展来看，从八十年代起，变风量空调系统已在发达国家的公共建筑物中出现，到近期在西方国家中，国内目前常用的风机盘管加新风系统已不允许在办公大楼中采用，因为该系统无法解决房间的全面通风问题，特别是在内区的房间（没有外窗的房间）。同时，国内常用的两管制风机盘管加新风系统更无法解决内区房间的冬季制冷问题。 欧洲的一些国家更是对建筑物内的空气品质进行检测，如被定为“病态建筑”，该大楼将不允许使用，由此可见发达国家对室内环境的高标准及室内环保的重视。 变风量空调系统是一种全空气系统，它是用送风温度来控制室内温度的。变风量
24、系统可以同时满足室内的空气品质，又达到节能的目的。是目前发达国家在办公大楼及公共商业建筑中普遍采用的系统5。1.4本文的主要研究内容本文以某税务局中央空调系统为研究对象，分析空调系统研究背景以及目前国内外发展状况，同时从空调系统的基本原理出发，从多个方面分析了中央空调的基本控制原理及控制要求，同时给出了中央空调监控系统的基本结构，在简单地分析了空调系统的结构组成和分类后，针对本设计，进行了具体的方案选择，I/O口布置，控制器选型及参数设置，网络连接，传感器选型，阀门选型等，最后，对方案经行了细致全面的经济分析。具体的设计内容如下： 1.根据建筑的具体情况计算冷负荷。2.确定空调控制系统的控制方
25、案，使其能够完成以下功能：（1）根据室内外新风情况，联合调节新、回风阀及排风开度，保证全年节能调节，最大限度利用自然冷源；（2）根据回风温度设定值，调节表冷器电动调节阀开度，以使送风温度保持设定要求，减少能源浪费。（3）根据室内二氧化碳浓度值，调节新风阀的开度。（4）新风阀与送风机连锁，风机停止时自动关闭新风阀。 3.设备选型。根据控制系统的性能要求，选择相应的传感器、控制器、执行器等。4.对空调控制系统进行技术经济分析。 第二章 中央空调控制系统方案选择2.1中央空调系统2.1.1中央空调系统的一般组成 中央空调系统由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间来达到室内空
26、气调节目的的空调。中央空调系统由冷源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制冷系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。智能控制系统是中央空调系统至关重要的部分，其种类、运行方式、结构形式等直接影响到中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。 中央空调系统基于如下三大基础理论：质量守恒理论；热力学第一定律；热力学第二定律。基本上，中央空调系统的科学规律都可以根据以上三大理论，通过纯粹的数学推演和科学实验的修正来予以表达，再结合室内空气动力学和高等流体力学，那么所有的问题都迎刃而
27、解。中央空调系统一般由以下三大部分组成：冷热源系统；冷媒输送系统；空气分布系统6。对于一个典型的中央空调系统，这三部分相互作用与传递，如流水作业般实现室内外物质与能量的交换。典型中央空调系统夏季热量搬运图示如图2.1所示图2.1 典型中央空调系统夏季热量搬运图示Fig.2.1 A typical central air-conditioning system in summer heat transport icon基于以上论述，中央空调的自动控制，主要由如下三部分组成：冷热源的群控；水系统控制（含VWV，即变水量系统控制）；风系统控制（含VAV，即变风量系统控制）。2.1.2中央空调系统的分
28、类 常用的空调方式主要有以下几类： 1.全空气空调系统，即集中空调系统，也就是平常用的最多的大风道空调系统，由空调机房用风道将冷风或热风通过散流器或百叶风口等送入室内，且室内还有回风口的空调系统，这一系统要有机房，要有吊顶空间。由于空气处理设备的集中设置，便于维护管理，一般适合用于需要空调的大空间区域如餐厅、宴会厅、商场等。 2.变风量空调系统（VAV系统），按照房间负荷的改变而相应的改变送入室内的风量的全空气系统，多用于办公楼等公共建筑，变风量系统除风道外，有末端装置，称为VAV箱，有时外区的VAV箱也要接热水管，有的有小风机需要接电源。 3.VRV空调系统，风冷直接蒸发冷却室内空气的变频调
29、节制冷量的系统，它不需要机房，没有风管，设计简单，中国建筑设计研究院新楼就是它的实例。 4.风机盘管加新风系统，分为两部分，中央空调风机盘管和新风系统，风机盘管是中央空调末端设备，新风系统负担新风负荷以满足室内空气质量，风机盘管加新风系统是水系统空调的一种重要形式，也是民用建筑中采用的较为普遍的空调形式。在本设计中，办公区空调我们进行集中控制，在门厅及会议接待室我们选择全空气控制系统，其余办公室则采用风机盘管加新风控制系统。2.1.3中央空调系统的发展状况随着社会的发展和人类生活水平的不断提高，人类对居住环境的要求也越来越高，因此中央空调系统的应用也越来越广泛。据不完全统计，国内有60%以上的
30、中高档建筑安装有中央空调系统，中央空调系统改善了人们的居住环境，但付出的代价却是消耗了大量的能源。一般情况下，中央空调系统的耗电量要占整个建筑用电量的40%60%左右，占全省（市）总用电量的23%和31.1%，自上世纪八十年代末中央空调系统首次进入国内以来，至今已迅速发展成为一个巨大的空调产业。国内空调生产厂家已超过400家，中央空调年产值已突破400亿元人民币。但是国内空调厂家生产的中央空调产品大部分为仿制国内外名牌产品，自主研发品牌较少，突破创新节能型产品更少。由于受制冷主机效率的影响，国外知名品牌的空调产品效果也不理想。随着计算机技术、网络技术、传感技术的发展，各种信息数据的检测、传送、
31、分析处理都具有了实现的条件和手段，这也就促进了中央空调技术的发展，使中央空调控制的集中化、网络化成为可能7。但目前的中央空调技术还以分散控制为主，每个控制器只能监控其所控制的中央空调机组的状态，而对同一楼宇之中的其他控制器所控制的中央空调的状态则无法知道，更无法在总体上获知所有中央空调的工作状态。这不仅不利于整个系统的智能管理，而且浪费能源，据不完全统计，现有的中央空调控制系统约有60%没有联网控制功能，约15%采用强电开关连锁进行简易地联网控制，其余约25%是网络控制系统，在这25%中约一半是采用各种现场总线技术的。有少数中央空调控制器生产厂商进行了少量的中央空调集中化、网络化控制的尝试，但
32、是采用的技术比较落后。其采用的通信方式主要为用485串口将中央空调控制器与工控机相连。因为受RS232串口的限制，使得通信距离较短，所能集中控制的中央空调的数目也就收到了较大的限制。同时，由于前几年单片机功能较少，需要扩展较多的外围设备，设计复杂和成本较高，因此基于单片机的远程中央空调控制系统发展缓慢，随着技术的发展与进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，使得单片嵌入式系统的核心部件单片机，发展迅速，朝着多功能、多选择、高速度、低能耗、低价格、大存储容量与强I/O功能等方向发展，我们已经有能力将嵌入式技术运用到中央空调集中控制系统的高端领域，设计出一种低成本的中央空调网络集中控制器，它
33、既能同时监视多台中央空调机组的运行情况，同时又能通过Internet将数据转发给远程客户端，使得用户能对楼宇内部甚至楼宇的所有中央空调机组的运行状态进行远程监视和控制。通过这种新型的中央空调网络集中控制器，必能提高中央空调机组的使用效率，使得一个单位或企业内的所有中央空调统一控制，统一管理，达到高效节能的目的8。 2.2中央空调控制系统 2.2.1中央空调控制系统的特点1.多干扰性空气调节系统在全年或者全天的运行中，由于外部条件（如气温、太阳辐射、风、晴、雨、雪等）和内部条件（如空调房间的设备、照明的启停和投入运行数量的变化及工作人员的增减等）的变化，都将对运行中的空调系统形成干扰。因而，空调
34、系统具有多干扰性。（1）空调系统在运行过程中受到的热干扰A.太阳辐射：通过空调房间的外窗进入室内的太阳辐射热，将会受到天气阴、晴变化影响。B.室外空气温度：由于室内、外空气温差的变化而引起室内外热量传递的变化。从而形成对空调房间温度的影响。C.室外空气的渗透：室外空气通过空调房间的们、窗缝隙进入室内，造成对室内温度的影响。D.新风：为了满足室内卫生要求和正压及排风等要求，而采入室外空气量的变化，造成对空调房间内温度的干扰。E.空调房间内照明、电热及机电设备的开启、停止和投入使用数量的变化，以及市内工作人员的增减等都会直接影响到室内温度的变化。F.位于空调房间送风口之前的电加热器电压的波动，热水
35、加热器使用的热水温度、流量的变化，蒸汽加热器所使用的饱和水蒸气压力、流量的变化也将直接影响到空调房间内温度的变化。（2）空调系统在运行过程中受到的湿干扰A.对于定露点空调系统，在空调系统运行过程中，可能会由于进入水冷式表面冷却器内的冷水温度、压力变化或者两者同时变化，直接蒸发式表面冷却器内蒸发压力的变化，喷水室的喷水温度、压力的波动，一次混合后空气温度的变化等因素二使空调系统的机器露点温度发生变化，从而干扰了系统的机器露点，也就影响到空调房间内所要求的空气湿度参数。B.如不恰当地使用沾水拖布对空调房间进行清洁处理，此后的一段时间内，由于地面水分的蒸发，或由于其他过量的湿操作等都会造成空调房间内
36、湿度的变化。C.空调房间内吸湿产品的突然增加或减少都会使空调房间内的湿度发生变化。D.由于室外天气的变化，如雨雪天气时室外空气的湿度突然增加，湿度过大的室外空气通过空调房间的门、窗对室内形成渗透风及对围护结构的传湿等都会对空调系统中的调节对象造成干扰。以上各种干扰使空调负荷在较大范围内波动，而它们进入系统的位置、形式、幅值大小和频繁程度等皆随空调房间的结构、用途的不同而不同，同时还与空气处理设备的优劣有关。因此，在设计空调的控制系统时应该考虑这些因素，尽量避免造成干扰。 2.调节对象的特性对于不同的被控对象（如空调房间内的温度、湿度等），在相同的干扰下，被控量随时间的变化过程也不一样。空调自控
37、系统的任务就是克服这些干扰因素，维持空调房间内一定的温度、湿度、静压、洁净度等。对于恒温、恒湿的空调系统的控制效果，不但取决于良好的自动控制系统，更取决于空调系统的设计的合理性以及调节对象的特性。所谓调节对象的特性，是指当输入发生变化时，输出将发生如何的变化，即反应调节对象的输入参数与输出参数之间随时间变化的动态特性。调节对象的特性主要包括以下内容。 （1）放大系数放大系数又称为传递系数，表示调节对象的静态特性。它表示调节参数改变一个单位量时，调节对象中需要相应改变的量。放大系数有两种表示方法，其一是用空调房间内工作区温升与送风口温度改变的比值K表示，这表明空调房间在突发的干扰作用下，干扰引起
38、被调节房间温度的变化程度，因此称为对象的传递函数。它表示在稳定情况下对象的特性（静态性）即送风温度没改变1所引起工作区内温度改变的量，它与被调节量的变化过程无关9。另一种表示方法为：房间内空气温度每升高1时所需加入的热量。即空调房间（对象）的传递函数K与对象的体积大小有关。例如当空调房间的体积一定时，投入送风温度调节的加热量越大，空调房间内的温度就越高，其K值不变。当空调房间的容积越大，空调房间内的温度每升高1所需加入的热量就越多，其放大系数就越小。如果一个空调房间的放大系数K越大，在空调系统受到干扰影响时，调节参数离开给定值的偏差就越小，也就是说自动调节系统容易保持平衡；反之，调节参数离开给
39、定值的偏差就越大，调节系统就越来越不容易保持平衡。对象传递函数的大小反应了平衡状态受破坏时调节参数改变的量。 （2）对象的时间常数（反应时间）T对象的时间常数表示为调节对象的负荷发生最大变化时，调节参数保持初始的变化速度，使其值改变到规定数值所需的时间。时间常数的大小反应了对象受到干扰后，被调量达到新的稳定值的快慢，也就是说对象自平衡过程的时间长短。因此，时间常数表示对象惯性大小的物理量。对于空调房间，时间常数T越大，被调室温的变化越慢；时间常数T越小，室温变化越快。因此，时间常数T不仅反应了调节参数改变的快慢，同时也表示热惯性的大小。（3）对象的滞后（也称为延迟）时间空调系统受到突发的干扰后
40、，调节参数（如温度）不能立即发生变化，而需要经过一段时间才开始变化，这段时间称为滞后时间。例如，用于调节送风温度的电加热器，当电源刚接通时，尽管电加热器已有能量传送给空气，空气的温度也有所升高，但空调房间内的温度并不会立即升高，这是因为经过电加热器加热后的空气需要一段时间后才能到达空调房间的送风口处，而从送风口处送出的气流与室内的空气再经过一段时间的混合并产生热湿交换后才能反映出房间温度的新的稳定值，这样就产生了时间的滞后10。对象的时间滞后对调节过程产生了不利的影响，因为它降低了调节系统的稳定性，增加了调节参数的偏差，延长了调节时间。 （4）对象的负荷当空调系统在运行过程中的某一时刻处于稳定
41、状态，空调房间内的空气温度保持恒定时，单位时间流入和流出空调房间的热量称为空调房间的负荷。此时流出和流入空调房间的热量处于平衡状态。由于外部的干扰作用引起对象负荷的变化，从而破坏了原来的能量平衡状态，引起调节参数的变化，于是调节过程就开始，以改变对象的输入或输出的能量，使能量达到新的平衡，使调节参数回到给定值。由此可知，调节对象负荷的变化情况直接涉及到自动调节系统的要求。当调节对象的负荷发生急剧变化时，就要求自动调节系统具有较高的灵敏度，能够在调节参数发生变化很小的时候就开始动作，以便能很快恢复平衡10。 3.温、湿度的相关性在对空调系统的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度和相对湿度的
42、控制，这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量。两个参数在调节过程中既相互制约又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和水压力发生变化，在含湿量d不变的情况下，就引起了室内相对湿度的变化（温度的升高会使相对湿度降低，温度的降低则会使相对湿度升高），在调节过程中，对某一参数进行调节时，同时也引起另一参数的变化。例如在夏季，采用表面冷却器对空气进行降温去湿处理时，常开大冷水阀使相对湿度控制在要求范围内，但如果不进行在热处理时，咋又可能使送风温度过低。这种相互影响、互相牵制、互相关联即互为相关性10。 4.中央空调控制系统具有多工况运行及转换控制由于空调
43、系统是在全年的室内外条件变化下按照一定的运行方式（即工况）进行调节的。同时，在室内外条件发生显著变化时要适时地改变运行调节方式，即进行运行工况的转换，在工况转换方面有利用自动控制系统的自动转换方式，也有根据室内外的条件及运行状态经行人工手动转换的方式。由于多工况运行及相互装换方式的调节，使全年运行的空调系统空气处理更合理，更方便，可充分发挥空气处理设备的能力，同时又能节约一定的能量。 5.整体的控制性空调的自动控制系统一般是以空调房间内的温度和相对湿度为控制中心，通过工况的转换与空气的处理过程，使每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。空调系统中空气处理设备的启、停都要根据系统的工作程序，按照有
44、关的操作规程进行，处理过程中的各个参数的调节及连锁控制都不是孤立进行的，而是与室内的温度、湿度密切相关的。空调系统在运行过程中，任一环节出现问题，都将直接影响空调房间内的温度、湿度的调节效果，甚至使系统无法正常工作而停运。因此，空调自动控制是一个整体不可分的控制系统。 6.中央空调自控系统的新特点除了以上描述的中央空调自控系统的“典型”特点以外，随着时代的进步和发展，中央空调自控系统还不断涌现出如下几方面的新特点。（1）跨行业跨系统集成随着信息化的发展与要求，中央空调自控系统的集成功能越来越重要，开放性与标准化将是衡量和判断一个中央空调自控系统先进性的重要标准，表现在：A.中央空调自控系统与消
45、防系统的集成。B.中央空调自控系统与安包系统的集成。C.中央空调自控系统与门禁系统的集成。D.中央空调自控系统甚至跨行业与机场航显系统集成。（2）随着中央空调系统的发展需求而发展进入20世纪80年代，中央空调系统音社会需要得以蓬勃发展，因而保障其实现手段之一的中央空调控制系统也随之蓬勃发展，表现在：A.窗际热环境的控制策略。B.信息化的新风控制策略，如根据人数和人员密度分布的新风控制，该方法在日本新型的大型体育建筑中已经被采用。C.超距离系统监控，如利用手机界面的自动控制等。（3）随着自动控制系统的发展进程而发展自动控制系统技术的飞速发展，必将带动与促进楼宇自控系统的发展，表现在：A.现场总线
46、技术的发展。B.智能型传感器与执行器的发展。C.无线“蓝牙”技术的发展。D.随着自动控制技术与通信技术的日益融合而发展11。2.2.2中央空调系统的基本自控原理自动控制就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如机器、设备或生产过程）的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、化学成分等）自动地按照预定的规律运行（或变化）。自动控制系统是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，一般由控制装置和被控对象组成。被控对象是指那些要求实现自动控制的机器、设备或生产过程；控制装置是指对被控对象起控制作用的设备总体12。自动控制系统的功能和组成是多种多样的，其结构有简单的
47、也有复杂的。它可以只控制一个物理量，也可以控制多个物理量，甚至控制一个企业机构的全部生产和管理过程；它可以是一个具体的工程系统，也可以是一个比较抽象的社会系统、生态系统或经济系统。现代自动控制技术使空调技术由最初的手动调节发展到单环节的自动调节，再到各环节的联合自动控制，从而形成完整的自动控制系统。空调自动控制系统的各环节如图2.2所示。以室温控制为例，图中传感器检测出房间温度后，通过变送器变电信号2与给定值g进行比较得出比较偏差t=g-2，然后把t送入调节器中。调节器在得到t后，根据其调节规律，自动输出调节信号y去控制执行器（电动机或气动执行机构）。执行器根据输入信号y而动作，输出其位移信号
48、l，控制调节阀开度，从而控制流入调节阀的介质流量g。这样，盘管就会对冷（热）量进行自动的调整输出q，最后使流入室内（通过送风）的冷（热）量与流出到室外的冷（热）量自动地保持平衡，实现室温的自动调节。图2.2中央空调自动控制系统Fig.2.2 Automatic control system of central air conditioner房间温度的变化大多数正常使用情况下是由于其外部干扰（如维护结构的冷热，负荷的增加或减少）引起的，以f表示。温度敏感元件装在房间内，热水换热器装在风道上，调节阀装在管道上，只有调节器（或采用计算机）装在控制室内。因此，常把调节器以外的所有调节环节统统列入到对
