電氣自動化在中央空調(diào)中的應(yīng)用研究

劉曉輝

電氣自動化在中央空調(diào)中的應(yīng)用研究

劉曉輝

（河南省黃河迎賓館，河南 鄭州 450043）

在中央空調(diào)的使用中，如果制冷控制不好，或是管理不到位，將導(dǎo)致能源浪費(fèi)，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用正好解決了這一問題，節(jié)能改造便成為中央空調(diào)發(fā)展和應(yīng)用的最佳路徑?；诖?，本文針對電氣自動化在中央空調(diào)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析和研究，以期能為相關(guān)工作人員提供一些參考。

電氣自動化技術(shù)；中央空調(diào)系統(tǒng)；應(yīng)用

現(xiàn)如今，中央空調(diào)在大型商場、酒店、寫字樓、車站等公共場所的廣泛普及和應(yīng)用，其強(qiáng)大的溫度調(diào)節(jié)功能，使人們的居住生活環(huán)境的舒適度不斷提升，其優(yōu)勢不斷突顯。然而，中央空調(diào)在使用的過程中也暴露出一些問題，如高耗能、低效率等，而在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略逐步得到重視與執(zhí)行的今天，節(jié)能環(huán)保工作愈來愈受到人們的重視。在中央空調(diào)的使用中，如果制冷控制不好或是管理不到位，將導(dǎo)致能源浪費(fèi)，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用正好解決了這一問題，節(jié)能改造就成為中央空調(diào)發(fā)展和應(yīng)用的最佳路徑。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)改造的意義

中央空調(diào)在給我們的生活帶來便利的同時也引發(fā)了一系列問題，如耗能高、維護(hù)費(fèi)用高、存在安全隱患等。中央空調(diào)耗電量非常大，相關(guān)研究顯示，以高層建筑的中央空調(diào)為例，其耗電量占到整棟樓用電量的50%左右，要想徹底改變這種情況，就要對中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制手段進(jìn)行優(yōu)化，那么電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用就成為中央空調(diào)改造和發(fā)展的必然選擇。在中央空調(diào)整個系統(tǒng)中，其中冷源系統(tǒng)耗電量是最多的，大型的冷源系統(tǒng)用電量甚至上千瓦。以往，經(jīng)常會采用簡易的啟動運(yùn)行模式抑或是手動模式對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但這樣會浪費(fèi)大量的人力、物力，同時將會耗損較大的電能，這顯然是不適用的。因此，對中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，對創(chuàng)建綠色環(huán)境、創(chuàng)建資源節(jié)約型社會具有重要意義［1］。

2 電氣自動化在中央空調(diào)中的應(yīng)用策略

2.1 PLC控制系統(tǒng)在中央空調(diào)中的應(yīng)用

中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行主要是通過冷熱媒水路、風(fēng)路將主機(jī)和多個末端進(jìn)行連接，以此完成冷熱風(fēng)的輸送，來達(dá)到對室內(nèi)環(huán)境溫度加以調(diào)控的目的，由制冷系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及冷凍水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成了中央空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)架。通過應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)可以對中央空調(diào)進(jìn)行控制，同時這也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的最佳途徑。

在電氣自動化技術(shù)中，PLC控制系統(tǒng)以其編程簡便、擁有可靠的結(jié)構(gòu)以及較強(qiáng)的抗干擾性能，逐漸在中央空調(diào)的運(yùn)行中得以廣泛應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)，是通過對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測分析，根據(jù)不同運(yùn)行情況設(shè)定不同工況運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)操作人員與設(shè)備的緊密互動，對設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題通過檢測設(shè)備的檢測和及時反饋，第一時間進(jìn)行處理，確保設(shè)備安全、節(jié)能運(yùn)行。關(guān)于PLC的編程，程序工作人員只要將數(shù)據(jù)符號進(jìn)行簡單處理就能完成編程任務(wù)，通過數(shù)據(jù)的設(shè)定，對中央空調(diào)的運(yùn)行以變頻調(diào)速的方式進(jìn)行控制，既快速，又準(zhǔn)確［2］。

中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)由設(shè)備機(jī)組、壓力傳感器、溫度傳感器、變頻器、PLC、主接觸器等組成，其主要的工作原理就是通過交流變頻調(diào)速技術(shù)來對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而控制冷卻水和冷媒水流量。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行初期，電動機(jī)進(jìn)入工作模式且轉(zhuǎn)速達(dá)到一個較大的調(diào)速區(qū)域時，變頻器對電氣設(shè)備進(jìn)行無極調(diào)速控制，這時中央空調(diào)系統(tǒng)的供回水總管路節(jié)流閥調(diào)至最大開啟度，以防因閥門開啟小產(chǎn)生節(jié)流而帶來的能量損耗及設(shè)備運(yùn)行的安全問題。冷媒水水泵電機(jī)負(fù)載檢測系統(tǒng)可以對冷媒的水流量和流速進(jìn)行控制，從而使冷媒水在風(fēng)機(jī)盤管等末端設(shè)備中進(jìn)行熱交換的時間更加充裕，有效降低電動機(jī)的功率消耗。冷卻水的檢測系統(tǒng)可以通過對冷卻水水溫的檢測，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制模塊，進(jìn)而調(diào)整冷卻水水泵轉(zhuǎn)速和閥門開啟度，對冷卻水的流量和流速進(jìn)行控制，在滿足機(jī)組運(yùn)行條件的情況下，降低水泵運(yùn)行能耗。

2.2 智能控制在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，自動化技術(shù)在各領(lǐng)域不斷普及，而中央空調(diào)控制技術(shù)已成為其發(fā)展到較高階段的典型代表，集中了多項(xiàng)技術(shù)，如信息技術(shù)、控制技術(shù)及人工智能技術(shù)，隨著現(xiàn)階段空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜化，采用傳統(tǒng)的控制技術(shù)無法達(dá)到科學(xué)化、精準(zhǔn)化，難以滿足實(shí)際需要，所以，經(jīng)過改良和發(fā)展，新的智能控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，分別為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)，下面主要針對這兩類控制技術(shù)進(jìn)行分析和探討［3］。

2.2.1 模糊控制技術(shù)。這類技術(shù)融入了人工智能、模糊數(shù)字、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科交叉和融合，從而形成一種新的、擁有一定理論性的控制技術(shù)。模糊控制系統(tǒng)技術(shù)主要是模糊語言變量、模糊集合論以及模糊邏輯推理規(guī)則，系統(tǒng)的運(yùn)行是借助計(jì)算機(jī)來完成的，這里要強(qiáng)調(diào)的就是其重點(diǎn)智能模糊語言的控制器。這個系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能性和學(xué)習(xí)性，不需要去構(gòu)建精確的系統(tǒng)模型，模糊控制技術(shù)一般都運(yùn)用在比較復(fù)雜的控制過程，以此來實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)溫度、濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，實(shí)踐取得了很好的效果。運(yùn)行中，溫度傳感器獲得的回風(fēng)溫度信號輸入到模糊語言的控制系統(tǒng)中，對系統(tǒng)給出的結(jié)構(gòu)和得出的數(shù)值加以分析探討，通過回水自動調(diào)節(jié)控制閥對冷凍水的流量進(jìn)行很好的控制，確保室溫控制在合理區(qū)間。在中央空調(diào)的自動控制系統(tǒng)中，改變新風(fēng)的溫度會給系統(tǒng)帶來一定干擾，從而達(dá)到對系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。

2.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作原理主要是通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論作為基礎(chǔ)進(jìn)行控制，該方式隸屬智能控制中的一個基礎(chǔ)單元。其主要是對人腦神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，采取適宜的方式與操作系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而構(gòu)建一個完整的、復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次主要分為三層，即輸入層、輸出層及隱含層。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來發(fā)揮辨識器和控制器的功能和作用，從而形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)能源浪費(fèi)的原因

3.1 新風(fēng)合理使用問題

在中央空調(diào)的使用過程中，不單單是空調(diào)設(shè)備的使用，同時涉及新風(fēng)的合理使用，在不同的季節(jié)、不同的時間段，合理使用新風(fēng)，不但可以有效節(jié)約空調(diào)能耗，而且可以優(yōu)化空氣質(zhì)量，但如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，會造成空調(diào)負(fù)荷增加，增加空調(diào)用電消耗。比如，在春末或秋初時節(jié)，大量使用新風(fēng)，可以減少中央空調(diào)主機(jī)的能耗，以及在夏季的早晨和夜間，室外溫度比較低，這時使用新風(fēng)，也可以降低中央空調(diào)的熱處理能耗。因此，人員活動密集場所、人員流動性大的場所及高層建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)中，應(yīng)該在對不同季節(jié)室外溫度分析的基礎(chǔ)上使用新風(fēng)。

3.2 管路的熱損失

中央空調(diào)的系統(tǒng)產(chǎn)生能耗過高，有一點(diǎn)是大家經(jīng)常忽略的問題，就是在空調(diào)系統(tǒng)管路的敷設(shè)過程中，因保溫層處理不當(dāng)，引起不必要的熱量消耗和損失，特別是設(shè)備機(jī)房和空調(diào)處理區(qū)域不在同一棟建筑內(nèi)，或者系統(tǒng)管路敷設(shè)路程比較長，以及采用直埋式管路敷設(shè)空調(diào)管路系統(tǒng)。以前空調(diào)管路使用的保溫經(jīng)常是巖棉包裹，外部纏繞玻璃絲布，表層涂刷玻璃鋼漆，這種保溫對于蒸汽管道是比較適用的，但對于空調(diào)管道而言，因包裹不緊密，且冷凝水的產(chǎn)生或者管路接口滴漏，均會引起保溫失效，熱損失嚴(yán)重，現(xiàn)在的空調(diào)保溫逐步擯棄阿姆斯壯保溫管（保溫板），更多是在主管路采用聚氨酯發(fā)泡、外敷玻璃鋼或者高密度聚乙烯保護(hù)層，在輻射中盡量采用管溝或管井來有效降低管路熱損失［4］。

3.3 流量分布不均的問題

在大型的中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中，同一個空調(diào)輸出的冷源送往各空調(diào)區(qū)域后，經(jīng)常存在部分區(qū)域空調(diào)效果好，部分區(qū)域空調(diào)效果差的情況，主要原因就是控制調(diào)節(jié)不好而引起流量分布不均，產(chǎn)生流量分布不均的原因有三：①管路設(shè)計(jì)問題；②水泵的選型問題；③支路調(diào)節(jié)問題。空調(diào)管路的設(shè)計(jì)中，分為同程式和異程式管理系統(tǒng)，其中同程式管路系統(tǒng)在實(shí)際施工中用得比較多，特別是大型循環(huán)系統(tǒng)，同程式管路循環(huán)系統(tǒng)中的媒質(zhì)達(dá)到并通過每一個末端設(shè)備后，返回主機(jī)的總的路程是相等的，而異程式媒質(zhì)通過末端設(shè)備后返回主機(jī)的總路程各不相同。同程式系統(tǒng)比異程式系統(tǒng)多一根管路，初期投資費(fèi)用較高，但其系統(tǒng)阻力容易達(dá)到平衡，可避免流量流速不均，使每一個末端設(shè)備都能發(fā)揮應(yīng)有的功能，而異程式則不容易達(dá)到阻力平衡，在大型系統(tǒng)中需要通過安裝平衡閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.4 運(yùn)行工況檢測及反饋

中央空調(diào)的運(yùn)行工況直接影響系統(tǒng)能耗的大小，在空調(diào)主機(jī)及末端空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行過程中，有些仍然采用人工巡查，通過定時巡視查看，了解末端設(shè)備的運(yùn)行效果，并進(jìn)一步調(diào)整空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行工況，同時供回水溫度、供回水壓力、空調(diào)區(qū)域環(huán)境溫度的檢測反饋設(shè)備精度，也是影響中央空調(diào)設(shè)備運(yùn)行工況的重要因素，因檢測手段落后，檢測周期過長，反饋調(diào)節(jié)精度不足，造成結(jié)果不準(zhǔn)確，設(shè)備運(yùn)行不科學(xué)，效率低，導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本較高。

3.5 自動化控制程度低

中央空調(diào)的控制準(zhǔn)確性是其發(fā)揮良好功用的重要保障，在廠礦企業(yè)、大型公共場所等一些單位，因受到經(jīng)濟(jì)條件的影響，在設(shè)備的選型上一味追求資金投入少，而忽略了實(shí)際運(yùn)行效果，從中央空調(diào)設(shè)備的啟閉、系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)節(jié)，一些設(shè)備的控制仍然采用老舊的手動控制，不但效率低，運(yùn)行效果不好，而且浪費(fèi)了大量的能源以及人力、物力。

4 中央空調(diào)系統(tǒng)控制改造的有效途徑

隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展及完善，電子及自動化控制技術(shù)越來越多地運(yùn)用到中央空調(diào)的控制系統(tǒng)中，為中央空調(diào)的運(yùn)行和節(jié)能管理帶來了極大便利，特別是目前的空調(diào)設(shè)備廠家，不但生產(chǎn)和銷售中央空調(diào)主機(jī)產(chǎn)品，更進(jìn)一步延伸到對于機(jī)房和全系統(tǒng)的設(shè)備、控制作出整體解決方案，很好地提高了各中央空調(diào)子系統(tǒng)聯(lián)動工作過程中的準(zhǔn)確性、有效性。中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制的整體解決方案通過對空調(diào)主機(jī)機(jī)組、冷媒水循環(huán)設(shè)備、冷卻水循環(huán)設(shè)備、末端空氣處理設(shè)備的運(yùn)行情況、溫濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集并分析處理，在實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時，優(yōu)化各類資源配置、提升運(yùn)行輸出工作效率，使不同環(huán)境工況條件下主機(jī)、各類水泵、風(fēng)機(jī)的啟停運(yùn)轉(zhuǎn)速度協(xié)調(diào)進(jìn)行，達(dá)到系統(tǒng)的整體運(yùn)行最優(yōu)，合理有效地控制能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制［5］。

中央空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和檢測，涉及中央空調(diào)主機(jī)運(yùn)行工況、冷媒水泵的運(yùn)行工況、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況、末端空調(diào)設(shè)備的啟停和轉(zhuǎn)速、水流調(diào)節(jié)閥的開啟度、新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、環(huán)境溫度、設(shè)備運(yùn)行周期、運(yùn)行電流及電壓等，工作人員一定要掌握以上幾個關(guān)鍵點(diǎn)，采用電子檢測設(shè)備，提高數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度，通過數(shù)據(jù)的收集為改造控制提供詳實(shí)的依據(jù)；采用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及編程，對設(shè)備進(jìn)行不同工況下的模糊管理和變頻管理，提升系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率，控制精度，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行最優(yōu)化，節(jié)能降耗，降低工作人員勞動強(qiáng)度。例如，在已建成的建筑物中，通常都已安裝了相關(guān)的控制系統(tǒng)。要想實(shí)現(xiàn)電氣自動化改造，就必須從舊樓改造入手。在中央空調(diào)的改造過程中，能量消耗最大的是冷源系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是改造的重點(diǎn)。在改造施工前：①要對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，從而制定出一套詳細(xì)的、科學(xué)的改造方案；②在實(shí)施改造過程中，可以通過軟件設(shè)計(jì)、電路改造及管路改造以及對中央空調(diào)的改造來達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的自動化、智能化目的，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

一般機(jī)房和空調(diào)系統(tǒng)中基礎(chǔ)設(shè)施安裝敷設(shè)水平較低，通過對水管進(jìn)行改造，在冷卻水和冷凍水之間設(shè)置電動蝶閥，在末端空調(diào)設(shè)備供（回）水管路安裝電磁閥，在支管和總管連接處安裝流量平衡閥，在各類管道的重要節(jié)點(diǎn)處安裝溫度傳感器等，借助現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC智能控制及溫濕度檢測等技術(shù)、設(shè)備，保證水泵、主機(jī)處于正常的工作狀態(tài)，從而使中央空調(diào)的制冷系統(tǒng)更節(jié)能、更環(huán)保。

5 結(jié)語

在我國電氣自動化水平快速發(fā)展的今天，電氣化自動控制技術(shù)已普遍應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)中，它的應(yīng)用不僅使空調(diào)系統(tǒng)為人們的生活帶來了更多的便利，同時也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，降低了電力等各類能源的消耗，也有效降低了勞動強(qiáng)度和人工成本。通過以上對各方面自動化控制技術(shù)的應(yīng)用和分析，電氣自動化設(shè)計(jì)作為中央空調(diào)系統(tǒng)中重要的組成部分，其發(fā)揮著非常重要的作用，實(shí)現(xiàn)了智能化、自動化、人性化控制。不同類型自動化控制技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用，是實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)完善自動化技術(shù)控制的重要途徑，也是中央空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)展的主導(dǎo)方向。相信在今后，通過技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，中央空調(diào)的控制技術(shù)一定會更加成熟和完善。

［1］張紹利.電氣自動化在中央空調(diào)中的應(yīng)用［J］.機(jī)電信息，2016（21）：84-85，87.

［2］金力宏.探究電氣自動化在商業(yè)建筑中央空調(diào)中節(jié)能的實(shí)現(xiàn)［J］.福建建材，2015（4）：95-97，119.

［3］謝寶根.電氣自動化在中央空調(diào)中的實(shí)踐［J］.科技風(fēng)，2015（21）：16.

［4］王莎莎.電氣自動化在中央空調(diào)中的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2015（22）：72.

［5］戴勝龍.PLC技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用研究［J］.科技傳播，2015（24）：50，53.

Application of Electric Automation in Central Air Conditioning

Liu Xiaohui
（Yingbin Hotel of the Yellow River Henan，Zhengzhou Henan 450043）

The use of central air-conditioning refrigeration,if control is not good or improper management will lead to the waste of energy,the application of electrical automation technology just to solve this prob?lem,energy saving has become the optimum of the development and application of central air conditioning.Based on this,this paper analyzed and studied the specific application of electrical automation in central air conditioning,in order to provide some reference for the work of related staff.

electrical automation technology；central air conditioning system；application

TB657.2

A

1003-5168（2017）10-0126-03

2017-09-03

劉曉輝（1977-），男，本科，工程師，研究方向：電子、電氣，自動化、信息化。