旧有空调系统自动控制改造的几个问题

　　1 引言

　　空调耗能是建筑物耗能中的大户，随着能源供应的日趋紧张及人们对室内热环境、空气品质的要求愈来愈高，迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。

　　空调自控系统可以使建筑内环境更舒适、设备运行更可靠、能源利用更充分，是现代楼宇空调系统重要的组成部分。但是由于资金缺口和工程进度等等问题，许多已建成的商用建筑和办公大楼的空调系统往往都没有设计或安装自动控制系统，随着建筑物的投入使用，会发现空调区域的温、湿度波动很大，往往会超过允许的变化范围，这时业主会提出空调系统自动控制改造的要求。　　

　　这种旧有空调系统进行自动控制改造与新空调系统的自控设计相比有许多不同之处，比如旧有的空调系统在运行中往往遭到一些人为因素的影响，致使风系统平衡遭到破坏，加装自控系统前必须先对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整，不然自控系统可能达不到预期限效果；另外加装自动控制系统后对原空调系统的制冷、供热和水循环系统都交有一定的影响；同时在改造进程中也会遇到一些特殊的问题，有些问题在旧有空调系统的自控改造中是要特殊考虑的。　

　　笔者于2001年参加了某广播电视大楼的空调系统自动控制改造的工作，该大楼的空调系统当初由于种种原因没有安装自控系统。随着室外气象条件的变化和室内负荷的变化，空调区域的温、湿度发生了很大的波动，常常会超过允许的变化范围。几年运行下来，每年都发生有的房间过热有的房间过冷的问题。室内工作人员为了防止过热或过冷大多将本室的部分送风口用胶纸等物遮挡，结果导致了风系统阻力的不平衡，破坏了其他房间的温、湿度状况，造成整个系统的失调。很多工作室出现了冬热夏冷的情况，这大大影响了工作人员的工作效率，而且对工作人员身体健康有着很大的损伤，且给室内高级机器设备的正常工作造成了一定的隐患（情况严重时会影响对温、湿度比较敏感的设备的正常工作）。由于系统失调，冷站和锅炉房提供的能量没能合理使用，造成极大的浪费，运行费用大大提高。在这种情况下，业主提出了给空调系统增加自动控制的要求。下面我们对此空调系统自控改造进行中遇到的问题和相应采取的解决方法作一个介绍，希望能给空调、自控设计和运行管理人员一些启迪。　　

　　2 空调控制系统方案的确定　　　　

　　室温控制是空调自动系统中重要的环节，它是用温度敏感元件来控制相应的调节机构，使得送风温度随扰量的变化而变化。改变送风温度的方法有：调节加热器的加热量或冷却器的冷却量，调节新、回风混合比或一、二次回风比等。此广播电视大楼的空调系统是由11个空气处理机组组成的全空气系统，每个机组都是一次回风式系统，本着经济、简便的方针，此次空调系统的改造我们采用了常用的调节加热器的加热量和冷却器的冷却量的方法以改变送风湿度。室内相对湿度的控制可以采用两种方法：间接控制法（变露点）、直接控制法（变露点），此广播电视大楼很多工作室因一些仪器设备的缘故对室内相对湿度的要求较为严格，为此我们选用了直接控制法去控制室内空气的相对湿度，即用相对湿度敏感元件，控制相应的调节机构，直接根据相对湿度偏差进行调节，以补偿室内热湿负荷的变化。另外我们还加了一些辅助控制设备以更好的完成空调系统的自动控制。在此次改造进程中自控系统的所有电动调节阀和执行器我们全部采用了美国Hownywell公司的产品。

　　为此我们对原冷水、供热循环系统因自控改造的影响程度进行了评估，具体如下：　　　

　　2.1 加装自动控制系统后对原冷水循环系统影响的分析 　　　　

　　因为原冷水循环系统的供回水主干管之间未接旁通控制装置，当末端装置采用变流量调节阀以后，末端装置水流量的减少将使水系统的阻力增大，主干管之间的压差增大，冷冻水泵的工作点偏移，在这种情况下冷冻水泵是否可以正常工作？同时，调节阀关小是否会对制冷机的工作造成不好的影响？分析如下：　　

　　2.1.1 对制冷机的影响　　

　　经甲方提供的数据计算得出待改造的11台空调机组所在的工作区所需的总制冷量约为2306500kcal/h，此工作区还包括很多风机盘管系统，但我们可以计算出11套系统总需冷量为714000 kcal/h，占全部需冷量的百分比为：

　　2.2 加装自动控制系统后对原供热系统影响的分析　　　　

　　加装自动控制系统后是否会对供热系统的板式换热器、热水循环泵等造成影响，我们也进行了分析：　　

　　2.2.1 目前的供热系统是由锅炉提供3kg/cm2的蒸汽，经过两台Alfal laval 板式换热器换成90℃的热水，再经过两台ISR125-100-200循环水泵供给A区低层，B区和C区的大约36台新风机组一组合式空调机组热水盘管，向相关区域提供热量后变70℃的回水，再经过板式换热器加热后供出。整个系统的最高处大约32m，膨胀水箱装在8.5层的设备层内，水箱内水面距锅炉房热水循环泵入口处的高度为33.5m，系统设有一补水泵，补消耗在热水循环泵入口处，水泵扬程为82.6m.　　主要设备的规格：　　① 热水循环泵：ISR 125-100-200 三台 扬程：50m，流量200m3/h　　②板式换热器：M15-MFCL 两台 热负荷：6400kW　　设计压力：16.0barg 实验压力：20.8barg 设计温度：150℃ 　　③补水泵：40DL×7扬程：82.6m　　　　

　　2.2.2 影响分析　　可以看出，热水循环水泵入口的静压为33.5m，经过循环泵加压后的压力为33.5m 50m=83.5m，这一点是系统的最高压力，系统中其他点的压力都不会超过这一点的压力。

　　3 结论　　 　　

　　3.1 加装自动控制系统是解决旧有空调系统温度超限、分布不均、局部过热/过冷和能量浪费的有效方法，对改善空调区域的环境质量，减少能量损失，降低运行成本有着显著的作用。　　　

　　3.2 对由多台空气处理器组成的较大规模空调系统进行自控改造时，集散热量式控制系统是应该首选的一种控制方式，它具有结构简单，功能强大 、传输方便、数据安全可靠的特点。　　　　

　　3.3 自控系统的调试就在对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整后进行，不然自控系统可能达不到预期的效果。　　　　

　　3.4 暖通空调工程中的控制对象多为温度、流量等这些具有非线性、滞后特征的参数，单一的控制算法很难获得较好的控制效果，PID控制与模糊控制的结合是个很好的算法选择。