《智能建筑环境设备自动化》讲稿：第4章空调系统的控制 to出版社

智能建筑环境设备自动化第4章 空调系统的控制

内容提要 4.1 概述 4.2 暖通空调系统工艺流程的认知 4.3 半集中式空气调节系统的控制

4.4 集中式空调系统的控制

引例 在开利的网站上有这样一段话:―任何经历过炎 炎夏日的人都会告诉你，如果不是开利博士的 发明，整个世界的生产率将会下降40%;不会

出现深海渔业；西斯廷大教堂的米开朗基罗的壁画将会腐烂；深层采矿业将不会存在……‖。 “开利博士的发明”指的是：空调

现代空调行业才仅仅走过了一百年的历史。

引例 对于各类建筑的空调系统来说，全年运行能耗的50%甚

至更高用于输送载热(冷)体的风机、水泵。 减少输送能耗引人注目，机组分散布臵、系统小型化就措施之 一。 与机器设备调速技术相结合的变流量技术可以大大提高空调系 统与设备的能源利用率 变水量(VWV)、变风量(VAV)和变制冷剂流量(VRV)系统

应用BAS对暖通空调系统的自动控制和节能管理目的 就在于以最小的能源代价获取满意的热舒适性和室内空气品质。

小结 空调百年的历史就是不断技术创新的历史。BAS对空调系统的 控制需要实现舒适性与节能性两方面的平衡。

4.1 概述 暖通空调，Heating Ventilation and Air Conditioning, HVAC

是供暖、通风和空气调节系统的总称。HVAC的目标 创造舒适、高效的工作和生活环境

BAS对HVAC监控的主要目的 降低系统的运行能耗 减轻运行管理的劳动强度 提高运行管理的水平 空调系统的能耗占全楼总耗电量的50%左右 HVAC的监控点数量常常占全楼监控点总数>50% =>HVAC的自动控制在BAS中占有十分重要的地位 =>有必要对HVAC最优化控制 在最大程度上实现空调系统的经济运行 降低运行费用具有十分重要的意义。

BAS对HVAC监控的重要性

4.1 概述 其他专业的困惑 建筑环境与设备工程专业、自动化专业做BAS时都有缺陷 HVAC监控系统对空调工程师的要求 应了解控制系统的工作过程和技能

HVAC监控系统对控制工程师的要求 应了解HVAC的工作特征、要求等

学习中的几方面注意点 ①空调系统的设计是空调系统及其控制系统能够良好运行的技术 基础。智能建筑需要精心的空调系统设计 ②应将空调的自控系统作为建筑环境与设备工程专业的基本系统 之一 ③建筑环境与设备工程专业的设计人员应对空调系统的运行有深 人了解

表4-1列出了暖通空调系统设备监控的内容和功能

HVAC监控系统的介绍 BA系统设计的思路 DDC 与数字电路中的集成器件类似 关键是掌握其外特性 确定

与DDC相连的数字量、模拟量 (DI,AI,DO,AO)——点位设计

配臵设备，确定DDC、执行器、传感器 等

HVAC监控系统的介绍 BA系统工程一般过程 了解工程项目要求，收集资料 阅读图纸，详细了解机电设备的工作流程 设计BA点位 配臵设备：检测器件、执行机构、控制器等 绘制图纸：BA监控系统原理图、施工图 设计校正、深化设计

本讲课要解决的问题 对压缩式制冷系统进行点位设计 能理解和绘制BA系统监控原理图

压缩式制冷系统图

4.2 暖通空调系统工艺流程的认知 4.2.1 空气调节的任务 空气调节系统是为使室内空间达到一定的空气参数要求，而 采用的各种设备、冷热介质输配系统及自动控制系统的总称 图4.1是某一空调系统的示意图。

热湿来源？

控制过程？

4.2.1 空气调节的任务 一.空气调节的概念 定义 采用人工技术 使环境空气参数 – 即：空气的温度、湿度、 – 空气流动速度和洁净度 保持在一定范围内 =>满足生活、生产要求 它是一门环境控制技术。

空气调节的任务 采用技术手段创造并保持满足一定要求的空气环境 舒适性空调 – 向人们提供一个适宜的工作或生活环境 工艺性空调 – 满足室内的生产、科研等工艺过程所要求的空气参数

4.2.2 空调系统的被控参数 对于人们的居住空间，所调节的空气参数： 应以人体的舒适性为目的；

对于生产工艺所需的空气参数： 应以具体的工艺要求为空气调节的依据。

一般来说，空调系统的被控参数主要有： 空气的温度 湿度 气流速度 洁净度 空气品质等

4.2.2 空调系统的被控参数 1.温度调节 夏季25~27℃,冬季18~20℃;实质上是调节空气显热的过程。 从医学保健的角度来说，室内环境与室外的温差不要过大，一般5℃左右 的温差对人体的健康比较有益。

2.湿度调节 夏季50%~60%,冬季40~50%; 实质上是调节空气潜热的过程 调节了空气中水蒸汽的含量

3.空气洁净度调节 净化的方法有： 通风过滤、吸附、吸收和催化燃烧等

民用建筑的空调系统一般采用： 过滤器进行过滤处理

4.2.2 空调系统的被控参数 4.气流速度调节 空气的流动和分配=>空调的使用效果 适当的低速+变速 供冷时，速度以0.3m/s为宜；供暖时，以0.5m/s为宜

工业生产中可把有害物和灰尘局部排出。

5. 室内空气质量 室内空气质量(Indoor Air Quality,IAQ)是用来指示环境健康 和适宜居住的重要指标。 在楼宇自控系统中，常用二氧化碳(CO2)的浓度来反映室内空 气的质量

。 为保证人的生理健康，室内CO2浓度应不低于0.1% (1000PPM),因此必须保证足够的新风量。

思考：为什么以CO2作为室内空气质量的指标？

4.2.3 空调的热、湿负荷 1. 空调的热、湿负荷的概念 负荷 在空调技术中，将对室内产生影响的干扰因素称为负荷。

冷、热负荷 为保持空调房间内一定的温度而向房间内提供的冷量或热 量

湿负荷 为维持空调房间内的相对湿度所需要除去的湿量

空调系统的作用 就是在排除室内热负荷的同时排除室内湿负荷，使房间内 的温度和湿度维持在要求的参数范围内。

4.2.3 空调的热、湿负荷 2. 热湿来源分析 室内的热湿来源 室外的热湿来源 通过房间建筑围护结构和太阳辐射的热量及室外空气渗入

空调负荷还可以分为房间负荷和系统负荷两种 房间负荷：发生在空调房间内的负荷 系统负荷：发生在空调房间以外的负荷，如： – 新风状态与室内空气状态不同所引起的新风负荷 – 风管传热造成的负荷等

4.2.3 空调的热、湿负荷 3. 空调负荷的估算 (1) 夏季冷负荷的估算 a. 简单计算法

Q (QW 116.3N ) 1.5 W

QW KA t

W

式中 Q——空调系统的总负荷，W; QW——围护结构引起的总冷负荷，W; N——室内人员数； K——围护结构的传热系数，W/(m2· ℃),计算时需查阅相关手册； A——围护结构的传热面积，m2; Δt——室内外空气温差，℃。

4.2.3 空调的热、湿负荷 b. 单位面积估算法 – 单位面积估算法是一种将空调负荷单位面积上的指标乘以建 筑物内的空调面积，得出制冷系统负荷的估算值。

– – – – – – –

办公楼 超高层办公楼 旅馆 餐厅 百货商场 医院 剧场

95~115 105~115 95~115 290~350 210~240 105~130 230~350

W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2

4.2.3 空调的热、湿负荷 (2) 冬季热负荷的估算 可利用单位面积估算法，将空调负荷单位面积上的指标乘 以建筑物内的空调面积，得出供暖系统负荷的估算值。 办公楼、学校 旅馆 餐厅 医院 剧场 60~80 60~70 115~140 65~80 95~115 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2

4.2.4 空调系统的组成 空气调节系统 是为了达到一定的空气参数要求，而采用空调技术 的室内空间及其所使用的各种设备、冷热介质输配 系统及自动控制系统的总称。 组成 冷源或热源 空气处理设备 空调风系统 空调水系统 控制、调节装臵

4.2.4 空调系统的组成 (1)冷源或热源 冷源是用来提供冷量来冷却送风空气的，如各类制 冷装臵 热源是用来提供热量来加热送风空气的，如锅炉、 电热设备

(2)空气

处理设备 其作用是将送风空气处理到一定的状态。如空调机 组、新风机组

4.2.4 空调系统的组成 (3)空调风系统 主要包括空气输送设备、空气分配装臵 空气输送设备的作用 是将经过处理的空气按照预定要求输送到各个空调房间，并从房 间内抽回或排出一定量的室内空气。 输送空气的动力设备——风机 送风系统——将送风空气从空气处理设备通过风道系统送到空调 房间内 回风系统——同时将相应量的排风从室内通过另一风道系统送至 空气处理设备作重复使用 新风系统

空气分配装臵 包括各种送风口(例如百叶风口、散流口)和回风口。 作用是合理组织室内气流，以保证工作区(通常指离地2m以下的空 间)内有均匀的温度湿度、气流速度和洁净度。

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