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1、1.1 题 目：中央空调空气调节自动测控系统设计中央空调空气调节自动测控系统设计摘要随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的建筑物使用了中央空调系统，而变风量中央空调系统由于其较低的能耗，而被大量采用。本设计介绍了国外变风量（VAV）中央空调系统的研究和应用现状，分析了国内VAV系统研究和应用中存在的问题。总结了变风量空调系统的发展趋势和技术关键，分析了目前我国变风量空调系统主要所采用的几种控制方法：定静压控制方法、变静压控制方法及风量控制法，并对于各种控制方法进行了优劣的分析。在此基础上，本设计对中央空气调节系统进行了自动测控设计。主要内容有：新风量控制系统、冷/热水泵进水量控制系
2、统、送风湿度控制系统、风道压力控制系统、房间温度控制系统、回风量控制系统。并对中央空调空气调节系统进行了MCGS监控控制程序设计。关键词：中央空调；空气调节系统；风量控制；MCGSCentral air-conditioning Automatic monitoring and control systemsAbstractWith the development of national economy and improvement of the living Standards of people, more and more buildings have used air conditi
3、oning systems. Because Variable Air Volume (VAV) can reduce equipment and systematic energy consumption, it has been used in a large amount.This paper presents the current research and application status of VAV systems at abroad. Points out the problems existed in study and applications in China. Su
4、mmaries the trends and key techniques of VAV systems. This paper analyzes at present several kinds of control methods adopted by air conditioning system: constant pressure control method, variable pressure control method, total air volume control method. In addition, it has carried out analysis to s
5、everal control methods. On this basis, the design of central air-conditioning system for the automatic monitoring and control design. The main contents are as follows: volume of outdoor air control systems, cold / hot water into the water control systems, air supply and humidity control systems, air
6、 pressure control system, room temperature control system, return air volume control system. Central air-conditioning and air-conditioning system design MCGS monitoring control procedures.Key words: Central air-conditioning; Air-conditioning systems; air volume control;MCGS目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1
7、课题背景11.2 国内外研究现状11.3本论文研究的主要内容和要解决的关键问题3第二章 中央空调系统的组成及原理42.1 中央空调系统的组成42.2 全空气空调系统（AAA）52.3 变风量空调系统（VAV）62.3.1 变风量与定风量的区别72.3.2 变风量空调系统的末端装置7第三章 中央空调空气调节系统93.1 空气湿处理93.1.1 喷水室的构造93.1.2 喷水室中空气与水直接接触时的状态变化过程分析103.2 空气热处理113.2.1 表面式换热器的构造与类型113.2.2 表面冷却器的设计与选型123.3 新风量的控制及回风方式153.3.1 新风量的控制和空气平衡153.3.2
8、 回风方式17第四章 中央空调空气调节系统控制方案设计184.1 变风量控制系统的特点及分类184.2.1 定静压温度控制法（CPT法）204.2.2变静压温度控制法（VPT法）224.2.3最小总风量控制234.2.4 定静压、变静压及总风量控制方法的比较264.2.5 TRAV 控制方法274.3 末端装置294.4 新风量的确定314.5空气调节部分自动测控系统设计324.5.1温度的分程控制324.5.2温度设定值的再调控制334.5.3送风温度高、低限值控制和自动补偿344.5.3湿度的控制354.6风机机组部分控制器给定值的确定36第五章 中央空调空气调节监测系统设计385.1 M
9、CGS组态软件概述385.1.1 MCGS组态软件简介385.1.2 MCGS组态软件构成395.1.3 MCGS组态软件的功能和特点405.2中央空调空气调节系统监控系统设计415.2.1中央空调空气调节系统监控任务要求415.2.2本监测程序实现的功能425.2.3中央空调空气调节系统监控画面显示425.3中央空调空气调节系统监控软件设计425.3.1中央空调空气调节系统工艺流程图425.3.2中央空调空气调节实时曲线435.3.3中央空调空气调节综合趋势44第六章 总结47参考文献48附录A中央空调空气调节自动测控系统图50附录B温度控制系统接线图51致谢52第一章 绪论1.1 课题背景
10、 众多空调系统形式中，全空气集中空调是最重要的系统形式之一。它以空气品质高，温、湿度控制精确、易调整新风比等优点，广泛应用于商场、大型体育馆、星级酒店、影剧院、机场候机大厅等多种场所这类建筑具有面积大、空间广、空气品质要求高，区域应用功能复杂、区域间无隔断、人员密集、流动性大等特点。对于此类建筑的空调系统，一般都采用全空气集中空调系统。除此之外，大量的工艺性空调也大多采用全空气集中空调系统。但是，传统的全空气集中空调系统也存在着系统复杂，设计、施工周期长，运行管理要求高、维护工作量大等一系列缺点，在新技术、新的空调系统形式不断出现的今天，已显得越来越不合时宜了。因此，如何发掘其优势，避免其劣势
11、，进而发展出新的系统形式，成为空调系统研究的一项重要任务。全空气集中空调系统是出现较早的系统，也是最为经典的空调系统形式。自从其出现后，就成为空调系统的主要系统形式。但随着时代的发展，越来越多的小空间、多房间的民用建筑采用空调，尤其是高层建筑的出现，半集中空调系统应运而生，像诱导器，风机盘管，多联机等系统，并且各自具有自己的优势，使得全空气集中空调的市场份额显著下降，但其仍有自己的特点，仍发挥着不可替代的作用。全空气空调系统可以完成对全年空调系统提出的各种功能要求，包括：供给足够量的新鲜空气，实现对某房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等调节与控制，也就是说，全空气空调系统可以实现对建
12、筑的热、湿以及空气品质的全面控制。如何利用自动控制技术对整个空调系统进行管理，使之运行经济合理，满足实际使用要求，本文就自动测控在全空气空调系统中的应用进行探讨。1.2 国内外研究现状变风量空调系统（Variable Air Volume Air Condition System，简称VAV系统)20世纪60年代诞生在美国。变风量技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。变风量系统出现后并没有得到迅速推广，当时美国占主导地位的仍是定风量系统加末端再热和双风道系统。西方20世纪70年代爆发的石
13、油危机促使变风量系统在美国得到广泛的应用，并在其后20年内不断发展，已成为美国空调系统的主流，并在其它国家也得到了应用。20世纪90年代后，欧美日大约有80%的高层空调系统采用变风量空调系统。其起源于美国，在日本得到发展，现在许多发展国家得到广泛应用。在国外及香港地区，VAV系统的应用十分普遍，但是在我国却经历了应用-停滞-在应用的阶段。由于在国内VAV系统的早期应用多数不尽人意，造成设计者或建设者在是否采用VAV系统上犹豫不决。中央空调变风量是指空调系统根据区域负荷变化和要求自动调整送风量的一种空调系统。最大优点是节能显著，同时，还具有使用舒适、灵活、可用新风作冷源等优点。我国在20世纪80
14、年代曾经引进过变风量系统，但由于对系统的性能了解不够，致使系统不能按设计要求运行。一时间变风量系统的应用和研究停顿了下来。近年来，工程师又把目光转向了变风量系统。主要因为一是定风量系统暴露出一些缺点，凝水污染、霉菌问题和改扩建较麻烦。二是受变风量系统节能的诱惑。业主也希望采用变风量系统以节约运行费用。目前在北京、上海等一些城市的空调系统很多都采用变风量系统，但在西北地区采用变风量方式的空调系统还是很少，尚未得到广泛的应用，技术还不很成熟，尚需做很多进一步的研究工作。随着空调专业在建筑行业中的迅速发展，目前国内商业建筑的空调设计更趋于复杂、庞大，空调系统所占整个建筑物能耗的比重越来越大，业主对建
15、筑物内的舒适度及节能的要求也越来越高。为了对建筑物内部的空调系统进行有效的控制和管理，使空调设备的运行维护费用降至最低，充分利用节能技术，在近几十年来，空调自动控制系统得到了突飞猛进的发展。定风量式的全空气空调系统中，一般按房间最大热湿负荷确定风量，风量确定后全年不变。实际上，在大多数情况下，空调房间的负荷低于最大负荷。但实际负荷低于最大负荷时，为了维持室温设计水平，必须减少送风温差，其方法是通过再热或混合，以热量抵消部分冷量。这样无论在热量上还是在冷量上都造成一定的浪费。其次，当室内负荷不是最大负荷时，送风量大于实际需要量。为了输出多余风量，风机要多消耗能量。为了克服定风量系统的这些缺点，发
16、展了变风量系统。变风量空调系统通过自动控制可以达到舒适性高，节能显著。因为在设备的能源消耗中，空调耗能占了70%左右。而其中风机能耗占较大一部分。变风量空调自控系统较好的降低了风机的能耗，在目前建筑节能中，起到了重要的作用。1.3本论文研究的主要内容和要解决的关键问题熟悉中央空调的系统结构及工作原理，重点掌握的结构、原理及运行特性。并且根据中央空调空气调节系统参数变化特性及控制要求，设计相应的自动测控系统和自动保护系统，采用MCGS设计监控程序。本设计主要是以全空气式变风量中央空调空气调节部分的自动监测控制为主要内容。对其系统各个部分进行分析，设计自动测控系统。第二章 中央空调系统的组成及原理
17、2.1 中央空调系统的组成一个空调房间内的空气环境，一般要经受来自内部产生的热、湿和其他有害物的干扰及来自空间外部气候变化、太阳辐射和外气中有害物的干扰。消除上述干扰的技术手段是通过空气和水等介质，经热、质交换将多余的热、湿和有害物转移、置换或冲淡。一个中央空调一般由图2.1所示的各部分组成，其中空气处理装置空调机组是实现热、湿交换的核心部分。图2.1中央空调系统的组成E供电；W供排水；C供冷；H供热；FA新风采集；RC回风；CS自动控制；ER能量回收；AD送风；EX排风中央空调的任务：（1）要创造出适合人体舒适感的空气系统；（2）空调工艺生产所需的空气环境；（3）排除空气中有害气体和集中散发
18、的热量和湿度。根据中央空调系统的基本任务，对商场空调系统进行分析。商场空调负荷中维护设备结构传热负荷所占比例较小，大部分是新风负荷以及人与照明发热引起的负荷。由于各地区、各类型商场的客流密度差别计算较大，因此商场空调负荷需因地因类而宜，按照维护结构、人员发热、照明负荷等累加。得到宜用全空气集中式中央空调系统，原因如下：（1）空调机置于机房内，运转、维护容易，能进行安全的空气过滤；产生振动，噪声传播的问题较小。（2）送风量大，换风充分，空气排污小；特别是过渡季节可实现全新风运行，节约运行能耗。（3）分区数少时，设备费用比其他方式少。2.2 全空气空调系统（AAA）全空气空调（all-air ai
19、r conditioning system）可简写为AAA，是全空气、单风管、低速中央空调系统的简称。全空气、单风管、低速中央空调系统是最典型、出现最早、至今仍采用最广泛的空调系统。如按承担室内负荷的介质来分类，空调系统可分为全空气系统、全水系统、空气水系统及冷剂系统。所谓全空气系统，即指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来承担。按其送风量的变化与否，可分为定风量系统和变风量系统两大类。全空气空调系统可以完成对全年空调系统提出的各种功能要求，包括:供给足够量的新鲜空气，实现对某房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等调节与控制，也就是说，全空气空调系统可以实现对建筑的热、湿以及空气品
20、质的全面控制。同时，也为充分利用自然能源，进行变新风运行提供条件。作为出现最早且发展也较成熟的全空气系统，还具有以下一些突出优点: 空气品质高全空气中央空调系统送入的空气都是先经空气处理机组进行处理过的，因此，其空气品质可以得到控制。可以在机组中设置粗、中效过滤器，甚至高效过滤器，来达到送风的洁净要求。同时，还可以按需调整系统的新风量，甚至在过渡季节全新风运行，可以实现在节能的基础上的最优空气品质。因此，全空气中央空调系统广泛应用于商场影剧院会堂等对空气品质要求较高的场所。 温湿度控制精确在全空气系统中，可通过控制空气处理过程的机器露点温度及相应的再热过程，在温度控制的同时，也可以实现较为精确
21、的湿度控制。而在其他系统中，如空气水系统、制冷剂系统可以实现温度的控制，但湿度却难以保证，特别是实现温、湿度的同时精确控制。因此，在温、湿度控制要求较高的场所，如恒温恒湿实验室，全空气中央空调系统还是不可替代的空调系统形式。 无冷凝水由于全空气中央空调系统所有空气处理过程都在机房内完成，室内没有空调末端，送到房间内的只有冷风，所以避免了产生冷凝水，符合水不进房间的原则。而冷凝水不仅易造成排水不畅，污染建筑结构，并且更是滋生病菌的根源。因此，在很多特殊性质房间，如手术室，无菌病房、安全实验室，电信机房等场所，全空气中央空调系统还是必选的系统形式。 易于气流组织全空气中央空调系统还容易实现室内空气
22、的气流组织。通过设置送风口位置、数量、出口风速及回风口的位置、数量等参数，可以控制室内送风的定向流动，从而控制室内空气的速度场、温度场。尤其是有洁净度要求的空间，需要流型控制，如单向流、辐射流等，全空气中央空调系统更是必不可少。常用的为一次或二次回风方式，根据节能、室内恒温等设计要求，本设计采用二次回风方式。2.3 变风量空调系统（VAV）当送风量一定时，为适应各空调房间的负荷，要相应改变送风温度，这种系统成为定风量系统，从调节角度来说成为“质调节” 。相反，如送风温度一定，为适应负荷需要而改变送入各房间的风量，这种系统称为变风量系统，又称为“量调节”系统，它们统称为VAV系统。按处理空调负荷
23、所采用的输送介质分类，变风量空调系统是属于全空气式的一种空调方式，即全空气系统的一种。该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比，并相应调节空调机的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的一种空调系统。普通集中式空调系统是定风量系统，而且送风量是按空调房间最大时设计的。实际上房间负荷不可能总是最大值。因此，当热负荷减少时就要靠提高送风温度的方法，当湿负荷减少时就要靠提高送风含湿量的方法来满足室内温、湿度的要求。显然，热负荷减少时，需要增加再热量以提高送风温度，其结果是既浪费了热量也浪费了冷量。然而从风量计算公式及可以看出，为了适应负荷变化，除了维持G不变，改变to口或do之外，也可
24、以采用维持(tN to)或（dN-dO）不变，而改变G的方法。这就是变风量系统的基本原理。但是从风量计算公式也可以看出，当房间负荷发生变化时，要想通过变风量的方法来适应负荷的变化，并使(tN to)及（dN-dO）均不变不大可能，除非是Q及W按相同比例变化。因此，只有当室内仅仅一个参数要求严格保证，而另一个参数允许有较大的波动范围时，才宜采用单一的变风量方法，否则在设计时除采用变风量方法外，还应考虑辅助措施。通常是采用：变风量控制室内温度，变露点控制室内湿度；或者，变风量控制室内湿度，变再热量控制室内温度。2.3.1 变风量与定风量的区别变风量与定风量系统的主要区别如表2.1所示表2.1 变风
25、量与定风量系统的主要区别名称定风量变风量基本原理原理图式h-d图分析能耗情况能耗结论建筑物空调负荷大部分时间在部分负荷工况下运行，全风量再热运行能耗大通过全年变风量运行，大量节约能耗控制质量室内相对湿度控制质量高室内相对湿度控制质量差新风量新风比不变时，新风量不变新风比不变时，新风量改变，调小时影响室内空气质量室内气流气流分布稳定风量室内空气气流分布受影响造价末端设备简单，控制系统比变风量简单，造价较低末端装置(VAV风口)价高，控制系统亦较复杂，故造价高2.3.2 变风量空调系统的末端装置其基本构造是单元内装有一个节流风阀和一个风量计。其工作原理是自动控制器根据风量设定值与测定值的偏差来控制
26、风阀开度。风量设定值与测定值之间产生偏差的原因有两个,一是自动控制器根据室温偏差修改了设定风量,一是当其他变风量末端装置的风阀开度变化时引起了风管内静压发生变化。这种利用自动控制来补偿因风管内静压变化而引起的送风量变化的变风量末端装置,较之利用机械原理的变风量末端装置,制作简单,性能可靠,控制精度高。这里所谓的风量计实际上是风速计。它依照感受到的风速大小输出相应比例的电信号。因风管的截面积是不变的,因而可作为风量计使用。常用的风速计有5种：双金属板式、半导体式、电磁感应式、风力发电机式、超声波式。为了压低成本,风速计一般都没有设复杂的线性输出补偿线路。如果自动控制中没有用风量测定值来进行物理量
27、计算,只是用其相对值进行控制的话,则风速计的输出值是否精确就无关紧要了。在数字自动控制中可能要用风量测定值来进行物理量计算,对于数字自动控制器来说,用输入输出对照表来校正风速计的输出值是极其简单的事情,因此也无须要求风速计设置线性输出补偿线路。第三章 中央空调空气调节系统3.1 空气湿处理室内相对湿度控制系统根据室内空气相对湿度的变化，控制通过表冷器的冷水流量或喷水室的进水流量来控制出口空气的含湿量，进而达到调节送风含湿量的目的。3.1.1 喷水室的构造喷水室是生产工艺性空调常用的一种处理空气的方式。喷水室借助喷嘴向流动空气中均匀喷洒细小水滴，以实现空气与水在直接接触条件下进行热湿交换。他所独
28、具的能够实现多种空气处理过程、具有一定的空气净化能力、结构上易于现场加工构筑且节省金属耗量等优点，使之成为应用最早而且相当普遍的空气处理设备。但是限于它对水质要求高、占地面积大、水系统复杂、运行费用高等缺点，处在一些适度调控为目的的场合还大量使用，一般建筑已不常使用或仅作加湿设备使用。鉴于VAV空调有另外的制冷设备，本文中喷水室主要进行加湿使用。喷水室系由喷嘴、供水排管、挡水板、集水底池和外壳组成，底池还包括有多种管道和附属部件如图3.1所示。图3.1 卧室喷水室构造1前挡水板；2喷嘴与排管；3后挡水板；4底池；5冷水管；6滤水器；7循环水管；8三通混合阀；9水泵；10供水管；11补水管；12
29、浮球阀；13溢水器；15泄水管；16防水灯；17检查门；18外壳喷水室的横截面积应根据通风量和的流速条件来确定，长度则取决于喷嘴排数、排管布置和喷水方向。喷水室中通常设置13排喷嘴，喷水方向根据与空气流动方向流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷单排多用逆喷、双排多用逆喷、在喷水量较大时才采用3排（1顺2逆）。供水排管间距约为6001000mm，前后挡水板的贴近距离分别取为200mm和250mm 。3.1.2 喷水室中空气与水直接接触时的状态变化过程分析当空气以一定速度流经喷水室时，它与水滴之间通过水滴表面饱和空气边界层不断进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者的温差，潜热交换和湿
30、（质）交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换按照Lewis关系则是以焓差为推动力。这一热湿交换过程其实可以看成是一部风与水直接接触的空气与另一部分尚未与水接触的空气不断混合的过程，空气自身状态因之发生相应变化。假如空气与水接触处于水量无限大、接触时间无限长这一假想条件下，其结果全部空气都将达到具有水温的饱和状态点，就是说空气终状态将处于h-d图中的饱和曲线上，且终温也将等于水温。显然，一旦给定不同水温，空气状态变化过程也就有所不同，由此可以在h-d图上得到如图3.2所示的7中典型空气状态变化过程。图3.2 喷水处理空气的典型状态变化过程这些过程各具特点（见表3.1），从中不难看出3个过程更具典型
31、意义：A-2是空气加湿减湿的分界线；A-4是空气增焓减焓的分界线；而A-6则是空气升温降温的分界线。表3.1 用喷水室处理空气时几种典型状态变化过程的特点过程线水温特点t或d或h或过程名称A-1减减减减湿冷却A-2减不变减等湿冷却A-3减增减减焓加湿A-4减增不变等焓加湿A-5减增增增焓加湿A-6不变增增等温加湿A-7增增增增温加湿注：1.，为空气的干球温度、湿球温度和露点温度，为水温。 2.、分别为现热量、潜热量、总热量。对实际的喷水室来说，喷水量总是有限的，空气与水接触时间也不可能足够长，因而空气终状态很难达到饱和（双极喷水室属例外），水的温度也将不断变化。人们习惯于将空气井喷水处理后所达
32、到的这一接近饱和但尚未饱和的状态点称为“机器露点”。3.2 空气热处理3.2.1 表面式换热器的构造与类型目前在舒适性空调工程中广泛使用表面式换热器。表面式换热器因具有构造简单、占地少、水质要求不高、水系统阻力小等优点，已成为常用的空气处理设备。表面式换热器包括空气加热器和表面式冷却器两类。前者用热水或蒸汽做热媒，后者用冷水或制冷剂做冷媒。因此，表面式冷却器又可分为水冷式和直接蒸发式两类。表面式换热器与喷水室相比，它设备结构紧凑，占地面积小，水系统简单且多采用闭式循环，故对水质没有卫生要求且输送能耗低，在处理相同空气质量时能实现较大的空气焓降和较高的空气温升，从而节约用水量。该设备是由工厂规格
33、化、系列化进行生产，设计选用、施工安装及维护管理方便。因此，它在空调工程中得到相当广泛的应用，但它也存在耗用金属材料多、对空气净化作用差、只能对空气进行加热、等湿冷却和减湿冷却等局限性。为强化传热效果，目前空调中应用的大多都是肋管式表面换热器，它主要由管子、联箱、肋片和护板组成。肋片管的加工方法很多。根据肋片管加工方法的不同，常用的表面式换热器由绕片管、镶片管、串片管和轧片管等类型。绕片管又分为皱褶式绕片管和光滑绕片管。前者是将铜带、钢带用绕片机紧紧地绕制在铜管或钢管上，皱褶的存在既增加了肋片与管子间的接触面积，也增加了气流的扰动，从而提高传热系数。但也增加了气流阻力，且容易集灰，不便清理。后
34、者是用延展性好的铝带绕成，不带皱褶，其肋片平滑，具有较小的空气阻力。GL型、S型、UI型表面式换热器均为皱褶式绕片管，JW型、SRL型表面式换热器为光滑绕片管。镶片管是将金属带绕在螺旋槽管子的槽内，再经挤压使金属带紧密地镶嵌在槽内，SXL型表面式换热器的肋管属于此种类型。串片管是在肋片上事先冲好相应的孔，然后将肋片与管子串在一起，经对管子进行机械或液压胀管使之与肋片紧密结合。轧片管是用专门的轧片机在光滑的铜管或铝管的外表面直接轧出肋片。由于肋片与管子是一个整体，没有缝隙，无接触热阻，故具有较好的传热性能。KL表面式换热器的肋片管为轧片管。此外，使用在多工位连续冲床上经多次冲压、拉伸、翻边、再翻
35、边的方法，可得到二次翻边肋片。用这种肋片制成的换热器由更好的传热性能。为了进一步提高传热性能，增加气流的扰动以提高外表面换热系数，近年来还出现了其他的肋片片型，如波纹型片、条缝型片、百叶缝型片和针刺型片等。研究表明，采用上述措施后，可使表面式换热器的传热系数提高10%70%。3.2.2 表面冷却器的设计与选型 表冷器传热系数当表冷器的传热面积和交换介质间的温差一定时,其换热能力可用传热系数的大小来评价。对于既定结构的表冷器,影响其传热系数的主要因素为其内、外表面的传热系数和析湿系数。表冷器外表面的传热系数与空气的迎面风速有关,当以水为传热介质时,内表面的传热系数与水的流速有关；析湿系数与被处理
36、空气的初状态和管内水温有关。对于减湿冷却过程,当结构一定时,传热系数的经验公式为 (3-1)式中为湿工况下表冷器的传热系数,W/(m2)； 为被处理空气通过表冷器时的迎面风速,m/s；为水在表冷器管内的流速,m/s；为析湿系数；A,B为由实验得出的系数；m,p,n为由实验得出的指数。 表冷器热交换效率表冷器的热交换效率有全热交换效率和通用热交换效率两种。表冷器的仿真属于校核性计算,可采用全热交换效率进行计算,计算全热交换效率时同时考虑空气和水的温度变化。根据传热理论可推导出全热交换效率的计算公式为 (3-2)式中t1为处理前空气的干球温度,；t2为处理后空气的干球温度,；tw1为冷水初温,。表
37、冷器的通用热交换效率只考虑空气状态变化,也称接触系数,其计算公式为 (3-3)式中为表冷器在理想条件下（接触时间非常充分）工作时,空气终状态的干球温度,；w为表冷器外表面的传热系数,W/(m2)；F为迎风面积,m2；G为空气流量,kg/h；cp为空气比定压热容,J/(kg)。经推导可将写成和N的函数形式=(,N), 随表冷器排数N的增大而增大,随迎面风速的增大而减小。 表冷器热平衡方程稳定状态下,表冷器吸收的热量应该等于空气放出的热量,其数学表达式为 (3-4)式中为制冷量,J/h； ,分别为空气初、终状态的比焓,J/kg；W为冷水流量,kg/h；c为冷水的比热容,J/(kg)； ,分别为冷水
38、的初温、终温,。 表冷器选型计算对于包含析湿系数的效率系数法,模型的输入参数为表征表冷器热工性能的各项参数以及流体的工况参数,如表冷器迎风面积、水通路截面积、表冷器排数、空气的进口干球温度、空气的进口湿球温度、水的进口温度、空气流量、水流量。根据以上参数及式(3-1)(3-4),可求得, （为选用的表冷器所能达到的热交换效率,可用公式计算，其中为为传热单元数, 为热容量比）,然后进行误差判断等循环计算,其具体流程见图3.3,图中为处理后空气湿球温度,为给定误差。图3.3 表冷器选型计算流程3.3 新风量的控制及回风方式对于变风量空调系统最小新风量的控制主要用于保证室内的空气品质（IAQ），目前
39、现行的变风量空调控制系统的最小新风量控制方法很多，包括新风量直接测量法、二氧化碳（CO2）浓度测量法、新风风机新风量控制法、送回风风量测量控制法等。图3.4为二氧化碳（CO2）浓度测量法的方式，通过直接测量进入空调系统的CO2浓度，与设定的最小CO2，浓度相比较，控制新风阀门的开度，来达到最小新风控制的目的。图3.4变风量空调系统新风量控制框图3.3.1 新风量的控制和空气平衡变风量系统的新风量控制是当前国内外变风量系统研究中的一个难题，是20世纪90年代以来变风量系统的研究重点。对于变风量系统新风量的控制既要考虑室内空气品质（IAQ），又要考虑节能。新风量的有效控制对空调系统的节能意义重大。
40、为了解决新风量不足的问题相继提出了各种控制方法，主要有以下几种基本形式：CO2浓度控制法、风机跟踪控制法、稳压控制法、设置独立的新风风机。 CO2浓度控制法以CO2浓度作为指标来控制新风量最早是由Kusuda提出的，他认为CO2的浓度不仅代表CO2本身作为污染物对室内空气的污染程度，而且还能反映室内人员的状况，即人数及活动状况，能体现室内人员对新风的要求。针对这种以CO2浓度作为指标的DCV通风控制方案，Haghigha，Warren26等分别在办公楼、音乐厅以及住宅楼中进行了试验，发现与传统的固定新风量的控制方案相比，在保证室内空气品质不变的前提下，这种控制方案有潜在的节能效果，最大可达50
41、%以上，其通过调整风量实现节能的优点得到了公认。但是近年来众学者认为该方法的缺点27主要是二氧化碳浓度不能作为衡量室内空气质量好坏的指标。因为影响人的舒适及健康的气体污染物还包括人、建筑物、家具、装饰材料散发的种类复杂的有机污染物。这种控制方法在空调发展中有一定的局限性有待于进一步研究开发出空气综合质量传感器，通过此信号来调节新风量以满足要求。目前这种方法适用于人员密度比较大的场合。 稳压控制法这种压差检测控制的方法能够既精确又方便地控制VAV空调系统中的最小新风量，而且能耗小，适用性强，在国外已经逐渐得到了广大工程师们的接受和赞同，应用也越来越广泛。该方法是通过压差传感器DPI测量新风遮板和
42、阀门前后的压力差来控制回风阀门。其新风阀门的最小位置是按照在最大送风量时所需要的最小新风量的标准来设置的，并在系统运行过程中始终保持不变。当送风量减小时，新风遮板和阀门前后的压力差将会降低，控制系统就调整回风阀门的开度，减小回风量，以维持所需的新风量不被减小。新风阀的最小新风量设定开度在小于极大最小新风量设定的开度的范围内可通过减小循环风阀开度来重新设置。压力差的设定值可以在37 Pa到87 Pa这样一个易于实现精确控制的范围之间变化，这种方法在大量的实践工程中已经被证明可以达到很高的控制精度。另外，该该方法还具有以下两个优点：它带来的能量损耗很小；它适用性强，在有或没有回风机的系统都可以使用
43、，而且无论是新系统还是对已有系统的改造都很方便。近几年来，国内对空调自动控制系统的研究也有了突破性的进展，相信在原来的控制基础上再结合一些先进的自动控制算法，该控制系统的运行将更稳定应用也会更加广泛。 设置独立的新风机目前认为设置独立的新风机是变风量系统新风量控制最好的方法之一。它通过新风机入口处的风速传感器来调节风阀，维持最小新风量。该法简单实用，只需在新风风道中，安装一台风量等于所需新风量、全压等于新风风道阻力的新风风机即可。当采用这种控制时，可以不用回风机，或代之以排风机，这样控制起来更容易，也更稳定。该方法的优点是：因直接测定新风量，因此误差比通过测定送风机和回风机的风量来调节新风量要
44、小得多。该方法的缺点是：需要另设最小新风风管，从而需要额外的新风管道。不适于改建工程。各种新风量的确定和控制方法都有自身的优缺点，不论采用何种方法，都必须结合系统自身的特点，对于不同的情况应采用不同的控制方法，以满足不同的要求。另外随着设备品种的增加和控制技术的进步，将会有更多的控制方法可供选择。3.3.2 回风方式中央空调空气调节系统的回风方式常用一次或二次回风，根据节能、室内恒温等设计要求，本设计采用二次回风方式。对于室内允许温、湿变化较小，或者有一定送风温度温差的恒温室来说，随着室内显热负荷的减少，可以充分利用室内回风热量来代替再热量，带有二次回风的空调系统就采用这种调节方案。如表3.2
45、所示为冷热量计算。表3.2 二次回风方式的空气处理过程及冷热量计算系统二次回风方式冷处理方式用喷水室处理空气用表冷器处理空气h-d图上的处理过程夏季过程与计算处理过程耗冷量计算/kW再热量计算/kW冬季过程与计算处理过程一次加热计算/kW二次加热计算/kW加湿量计算/注：h焓值，kJ/kg；d含湿量，g/kg；W新风状态点；N室内空气状态点；C新、回风混合状态点；L机器露点；角系数。第四章 中央空调空气调节系统控制方案设计4.1 变风量控制系统的特点及分类图4.1是一个典型的单风道变风量空调系统简图。在这个系统中，除了送回风机、末端装置、阀门及风道组成的风路外，还有五个反馈控制环路一室温控制、
46、送风静压控制、送回风量匹配控制、新排风量控制及送风温度控制。在供冷季中，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节变风量末端装置中的风阀开度减少送入该房间的风量。由于系统阻力增加，送风静压会升高。当超过设定值时，静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转速减少系统的总送风量。送风量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量匹配控制器会减少回风量以维持设定值。风道压力的变化将导致新排风量的变化，控制器将调节新风、回风和排风阀来保持新排风量。图4.1 单风道变风量空调系统简图在冬季，对于有内外区的建筑，内区继续供冷，外区末端装置值提供最小风量以保证新风和气流组织，由末端再热装置或其它供暖系统供热。变风量控制系统特点如下：（1）优点 节能：由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可大幅度减少送风风量的动力能耗。同时在确定系统总风量还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍，VAV系统与定风量系统相比大约可以节能30%70%。
