自动控制在暖通空调系统中的发展与应用

何永春 张跃夫

摘要：随着国家在节能减排、节能降耗的号召，人们尝试在利用能源方面提高资源利用率，其中建筑暖通空调系统是节能关注的重点领域，它的能耗占整栋建筑耗能的50%。中央空调电能消耗比例大约在60%，鉴于此能源利用情况，人们发现通过在空调暖通系统中应用自动化控制，对于节能具有很大的促进作用，这也是暖通空调系统自动化控制取得较大发展的原因。本文介绍分析了自动控制技术在暖通空调工程中的应用与发展趋势。

关键词：自动控制；暖通空调系统；应用

一、我国暖通空调自控系统的研究现状

近几年，我国相关领域的专业人员开始研究自动控制方面的原理及相关理论，并将其逐渐应用于暖通空调系统的运行中。随着节能环保理念的深入人心，我国大部分空调设计的主要基准便是具有节能、环保方面的特性。但由于技术条件的限制，以及相关理论体系的不健全，导致我国空调的节能限度仍低于30%。而通过研究发现，在空调系统的运行过程中，通过调节变频器的输出频率，就能够有效控制水泵的转速的快慢，从而达到节省能源、降低浪费的目的。

二、自动控制理论在暖通空调的发展

自动化控制理论的发展进程可分为3个阶段：

1、20世纪80年代，中央空调设备几乎都是简单的ON/OFF控制模式，换句话说就是用压力继电器或热继电器等元件监测并控制室温。

2、 工业过程控制中最普遍使用的PID控制器与其改进型控制器，其中使用纯PID调节器达到了84%，把改进型也包括的话则超过90%。结构简单、鲁棒性强的PID控制器取得了良好的控制效果。

3、 目前新发展的智能控制理论开始应用于暖通空调领域。包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法。

三、自动控制在暖通空调系统中应用的主要特征

目前，国内空调自动化控制已经有了一定成果，但是还需要深入在科研领域进行探索。在暖通空调系统中，自动化控制的应用涉及如下三个阶段：

1、20世纪80年代左右，所采用的中央空调控制系统仅有简单的一个开关键，其借助热继电器或压力继电器进行管理，从而达到对设备进行自动控制的目的。

2、 工业技术的不断发展带来的新变化，PID控制器在自动管理领域的实际应用使得自动控制系统更加完善和健全，在PID的基础上来改造和完善控制设备，有超过80%的空调控制系统采用了该控制系统和理念。

3、 当前研究阶段，智能技术的发展使得空调系统也在逐渐追求智能控制和更高等级的自动化控制，国内逐渐将新的智能控制系统应用于暖通空调系统。

四、暖通空调系统自动化控制具体应用

1、 冷、热源系统监控

空调制冷方式主要有压缩式、吸收式、冰蓄冷三种。其中压缩式制冷采用氟利昂、氨作为制冷剂，消耗大量的电能为补偿，针对这一制冷方式的监控，主要是在空调启停方面的控制，通过监控它的运行状态，如测量冷冻水、冷却水的进出口温度和压力，出现过载情况则自动报警。吸收式制冷所采用的制冷剂为水，吸收剂为溴化锂，消耗热量作为补偿。冰蓄冷制冷，通常在制冷设备处于低负荷状态时运行，在用电高峰期为输送空间提供冷源。三种制冷方式互相配合，构成了空调制冷监控系统。

2、 热力系统监控

热力系统主要监控蒸汽、热水出口的压力、温度和流量，当汽包达到特定水位则为监控人员显示相应数值以及自动报警。同时它还对热力系统的各控制设备运行状态进行监测，如顺序启停、设备故障信号、运行设备台数、热交换器控制进汽（水）量、热交换器进汽（水）量阀与热水循环泵连锁控制。例如，针对热水锅炉的监控，利用温度传感器测量锅炉出口水温，利用流量计测量锅炉出口热水流量，利用压力变送器测量热水出口压力。锅炉补水泵的自动化控制，主要是利用压力变送器针对系统回水压力进行测量，有两种情况：（1）当回水压力<设定值，则会自动启动补水泵进行补水操作；（2）当回水压力>设定值，停止补水泵，调节锅炉进水量。对于鍋炉给水泵的启停顺序以及运行状态进行监控，利用水流开关检测循环水泵的运行状态、锅炉主电路接触器辅助触头以及电锅炉运行状态。给水泵的启停顺序根据运行状态有两种，即循环水泵→电锅炉、电锅炉→循环水泵。对于汽包水位的自动控制，主要采用液位计检测汽包水位和DDC，这时会针对两种情况进行自动操作：（1）水位>设定值，进行报警关小进水阀；（2）水位<设定值，同样也向监控人员报警，开大进水阀。故障报警方面，发现循环水泵、给水泵过载情况，锅炉水位超限则自动向监控人员报警。关于锅炉供水系统的节能控制，利用监控设备检测输送空间所需热负荷，然后再决定分水器的供水温度、集水器的回水温度、流量，以及自动启停锅炉以及循环水泵的台数。

3、 空气处理系统检测

空气处理系统检测主要有以下功能：（1）测试室内温度、湿度、送回风温、送回湿度；（2）监控控制风机转速，风道风压，确认空气处理系统是否出现启停过载；（3）根据相应要求，调节冷热水流量，连锁控制风门、调节阀；（4）调节冷热水流量，连锁控制风门、调节阀等，控制二氧化碳浓度。在输送冷、暖气的房间设置温度传感器，并在其位置设置新风、回风的温度和湿度测点。利用电动调节阀调节新风、排风、回风阀，由此实现调节新回风比。根据房间温度与给定值比较，通过调节送风温度实现房间温度变化。房间湿度调节则是通过温度传感器监测房间的相对湿度，从而确定送风湿度设定值。

五、自动控制在暖通空调系统中的应用前景

随着暖通空调控制系统的功能越来越完善，其设计也必将更加复杂，系统中相关模型建立的难度也将会逐渐提高。若只采用传统的PID控制技术，将难以满足其实际功能的需要。因此，能够进行具体控制的模糊控制理论与神经网络控制体系，具有更大的发展空间。同时，传统暖通空调控制系统的运行过程中，通常会伴随能耗大、滞后性及多变量等方面的问题。而通过模糊控制与神经网络控制系统，则能够有效解决上述问题。不过，在运用模糊技术进行空调控制的过程中，由于相关参数是提前设计好的，没有考虑到实际使用中的环境因素等方面，因而在其应用过程中也存在一些缺陷。基于上述情况，相关部分的研究还应进一步深入。

六、结语

随着社会经济和科技的发展，促进了自控系统的发展。自控系统在暖通空调系统中具有较好的应用前景，当前的应用水平还能够实现进一步的提高，智能技术在自动控制中的融合能够实现对空调系统更加精准的控制。因此还需要相关技术人员不断进行深入研究，进一步提高暖通空调的使用性能。

参考文献：

[1]刘秋琼，李志生.自动控制在暖通空调系统中的发展与应用[J].建筑节能，2017（7）.

[2]翟虹杰.探讨自动控制在暖通空调系统中的发展与应用[J].中国科技投资，2017（31）.

（作者单位：沈阳华誉地源热泵供热有限公司）