建筑設(shè)備自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)--風(fēng)機(jī)盤管暖通系統(tǒng)的自控設(shè)計(jì)

1、<p>　　《建筑設(shè)備自動(dòng)化》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p><b>　　一．課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管暖通系統(tǒng)的自控設(shè)計(jì)</p><p>　　二．系統(tǒng)的工作原理及功能分析</p><p><b>　　1.系統(tǒng)的工作原理</b></p><p>

2、;　　風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的一種末端裝置。它由風(fēng)機(jī)、盤管（換熱器）以及電動(dòng)機(jī)、空氣過(guò)濾器、室溫調(diào)節(jié)器和機(jī)殼組成。</p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管主要依靠風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制作用，使空氣通過(guò)加熱器表面時(shí)被加熱，因而強(qiáng)化了散熱器與空氣間的對(duì)流換熱器，能夠迅速加熱房間的空氣。其工作原理是機(jī)組內(nèi)不斷的再循環(huán)所在房間的空氣，使空氣通過(guò)冷水(熱水)盤管后被冷卻(加熱)，以保持房間溫度的恒定。通常，通過(guò)新風(fēng)機(jī)組處理后送入室內(nèi)，以滿足空調(diào)

3、房間新風(fēng)量的需要。</p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)相比，沒(méi)有大風(fēng)道，只有水管和較小的新風(fēng)管，具有布置和安裝方便、占用建筑空間小、單獨(dú)調(diào)節(jié)好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于溫、濕度精度要求不高、房間數(shù)多、房間較小、需要單獨(dú)控制的舒適性空調(diào)中。廣泛應(yīng)用于賓館、寫字樓、辦公樓、醫(yī)院公寓以及一些娛樂(lè)場(chǎng)所。</p><p>　　但是，由于這種采暖方式只基于對(duì)流換熱，而致使室內(nèi)達(dá)不到最佳的舒適水平，

4、故只適用于人停留時(shí)間較短的場(chǎng)所，如：辦公室及賓館，而不用于普通住宅。由于增加了風(fēng)機(jī)，提高了造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，設(shè)備的維護(hù)和管理也較為復(fù)雜。 </p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)原理圖,如圖1 : </p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管的控制主要有兩種種類型：風(fēng)量控制、水量控制。風(fēng)量控制主要有：a 控

5、制風(fēng)機(jī)啟停手動(dòng)或自動(dòng)b手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)三速開(kāi)關(guān)c溫控器自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)三速d旁通風(fēng)門控制 e風(fēng)機(jī)盤管變風(fēng)量運(yùn)行；水量控制主要是溫控器對(duì)電動(dòng)水閥的自動(dòng)控制。在實(shí)際的工程中，通常是幾種控制方式的組合應(yīng)用，采用的控制方式主要與初投資建筑類型設(shè)備的技術(shù)水平和對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求等工程的實(shí)際情況有關(guān)。 </p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管自控原理圖，如圖2:</p><p><b>　　圖2</b

6、></p><p><b>　　2.被控對(duì)象的要求</b></p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中被控對(duì)象為室內(nèi)的空氣溫度，空氣溫度參數(shù)為供冷時(shí)：16-36℃，供熱時(shí)：10-30℃; 空氣相對(duì)濕度≤90%。通過(guò)已知的參數(shù)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)置，然后由系統(tǒng)傳感器采集到的室內(nèi)空氣參數(shù)與設(shè)定參數(shù)對(duì)比，兩者之間的差別帶動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)管理和輸出所需要的指令，傳達(dá)到執(zhí)行器

7、中改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組技術(shù)要求：</p><p>　　1．機(jī)組的電源為單相220V，頻率為50Hz。</p><p>　　2.機(jī)組的單盤管供冷量的空氣焓降一般為15.9kJ/kg，單盤管供熱量一般為供冷量的1:0.75:0.5</p><p>　　3.機(jī)組可進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，設(shè)置高中低三檔調(diào)節(jié)時(shí)，三檔風(fēng)量按額定風(fēng)量的

8、1:0.75:0.5</p><p>　　4.機(jī)組做隔熱保溫。凝結(jié)水盤應(yīng)有足夠長(zhǎng)度和坡度。盤管最高處設(shè)放氣閥。</p><p>　　5.機(jī)組的試驗(yàn)工況參數(shù)：</p><p>　?。?）額定風(fēng)量和輸入功率的試驗(yàn)參數(shù)。進(jìn)口空氣干球溫度14~27℃；不供水；出口靜壓；低靜壓機(jī)組帶風(fēng)口和過(guò)濾器為0Pa，不帶風(fēng)口和過(guò)濾器為12Pa，高靜壓機(jī)組不帶風(fēng)口和過(guò)濾器為30Pa或50P

9、a；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為高檔。</p><p>　?。?）額定供冷量、供熱量的試驗(yàn)工況參數(shù)。進(jìn)口空氣：供冷時(shí)干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃，出口靜壓同上，供熱時(shí)21℃（高檔風(fēng)量）；供水：供冷時(shí)7℃，供回水溫差5℃，供熱時(shí)60℃。</p><p>　　（3）凝露和凝結(jié)水試驗(yàn)工況參數(shù)。進(jìn)口空氣：干球27℃，濕球24℃；供水6℃，水溫差3℃；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：凝露實(shí)驗(yàn)時(shí)為低檔，凝結(jié)水實(shí)驗(yàn)時(shí)為高檔，出口靜壓同上

10、。</p><p>　　6.機(jī)組與管道的連接，宜采用彈性接管或軟接管（金屬或非金屬軟管），其耐壓值應(yīng)大于1.5倍工作壓力。軟管的連接應(yīng)牢固，不應(yīng)有強(qiáng)扭和癟管。</p><p>　　7．機(jī)組安裝前宜進(jìn)行單機(jī)三速試運(yùn)轉(zhuǎn)及水壓檢漏實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為系統(tǒng)工作壓力的1.5倍，試驗(yàn)觀察時(shí)間為2分鐘，不參漏為合格。 </p><p>　　8.機(jī)組應(yīng)設(shè)獨(dú)立支、吊架，安裝的位置、高

11、度、坡度應(yīng)正確、固定牢固。</p><p>　　9.機(jī)組與風(fēng)管回風(fēng)箱或風(fēng)口的連接，應(yīng)嚴(yán)密、可靠。</p><p><b>　　3.節(jié)能分析</b></p><p>　　與傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)空調(diào)及新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管（濕工況）的方式運(yùn)行能耗比較如下：1)干工況風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)保持干工況運(yùn)行，則送入風(fēng)機(jī)盤管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點(diǎn)溫度。相對(duì)于濕工況的

12、運(yùn)行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機(jī)組的COP值亦可相應(yīng)提高，相同的冷量的能耗可相應(yīng)的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節(jié)能的制冷方式以挖掘更多節(jié)能潛力。2)全空氣系統(tǒng)由于在過(guò)渡季節(jié)采用全新風(fēng)或大部分新風(fēng)方式運(yùn)行，來(lái)達(dá)到室內(nèi)降溫的目的，而不需要啟動(dòng)人工冷源，有顯著的節(jié)能效果，并能顯著提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。而新風(fēng)系統(tǒng)由于可送入的新風(fēng)量有限，可利用的自然能源亦有限，加長(zhǎng)了一年中人工冷源的運(yùn)行時(shí)間，增加

13、運(yùn)行費(fèi)用。為降低新風(fēng)機(jī)組加風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的能耗，應(yīng)充分考慮自然冷源的使用。3)新風(fēng)機(jī)組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低。在采用冷水機(jī)組作冷源時(shí)，如為了給新風(fēng)機(jī)組提供溫度較低的冷水而降低制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，會(huì)造成冷水機(jī)組的制冷效率下降，運(yùn)行能耗增加。若在通常的冷水溫度下運(yùn)行，就需增加盤管的排數(shù)來(lái)增大換熱面積，盤管排數(shù)的增加和迎風(fēng)面風(fēng)速的減小，使得表冷器的換熱效率降低，新風(fēng)機(jī)組的體積增大</p><p>　　4.風(fēng)機(jī)盤管

14、系統(tǒng)的監(jiān)控 </p><p>　　風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的控制通常包括風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制和室內(nèi)溫度控制兩部分。空調(diào)負(fù)荷是經(jīng)常變化的，因此，要求制冷裝置的制冷量也要相應(yīng)地變化。而制冷量的變化，就是循環(huán)的制冷劑流量的變化，所以需要對(duì)蒸發(fā)器的供液量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)載冷劑即被冷卻物質(zhì)的溫度控制?？照{(diào)用制冷裝置的中常用的供液量自動(dòng)控制的設(shè)備是熱力膨脹閥。</p><p>　　熱力膨脹閥的一種直接作用式調(diào)節(jié)閥，安裝在

15、蒸發(fā)器入口管上，感溫包安裝在蒸發(fā)器的出口管上。DV1和DV2是電磁閥，壓縮機(jī)停時(shí)，電磁閥立即關(guān)閉，切斷冷凝器至蒸發(fā)器的供液。</p><p>　　三．傳感器、執(zhí)行器和閥門的選擇</p><p><b>　　1.溫度傳感器</b></p><p>　　濕度傳感器用于測(cè)量室內(nèi)外和管道的相對(duì)濕度，能保證良好的線性度和傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即使在相對(duì)濕度

16、（RH）較高的情況下也具備了線性度和穩(wěn)定性。同時(shí)匹配二極管溫度補(bǔ)償，保證了相對(duì)濕度測(cè)量范圍內(nèi)的精度，其輸出信號(hào)通常為 4~20 mA，在 0~100% 量程范圍內(nèi)，精度一般為 2%~5%。</p><p>　　溫度傳感器的量程即測(cè)溫的上、下限值應(yīng)為測(cè)溫點(diǎn)溫度范圍的1.2—1.5倍。</p><p>　　根據(jù)使用目的和工藝參數(shù)的誤差要求確定儀表種類和精度等級(jí)：</p><

17、p>　　通常采用接觸式檢測(cè)方式，在結(jié)構(gòu)上有多種類型。傳感器的精度應(yīng)與二次儀表匹配，并高于工藝要求的控制和測(cè)量精度。</p><p>　　風(fēng)道內(nèi)空氣含有易燃易爆物質(zhì)時(shí)，應(yīng)采用本安型溫度傳感器。</p><p>　　儀表選型應(yīng)力求操作方便、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，并在同一工程中盡量減少易表的種類和規(guī)格。</p><p><b>　　2.執(zhí)行器</b&

18、gt;</p><p>　　在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器的作用是執(zhí)行控制器的命令，是控制系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、控制和啟停操作的手段。暖通空調(diào)設(shè)備中控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行器有風(fēng)閥、水閥、交流開(kāi)關(guān)等。從機(jī)構(gòu)上來(lái)看，執(zhí)行器一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)部分，按照控制器輸送的信號(hào)大小產(chǎn)生推力或位移；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分。</p><p>　　控制器與執(zhí)行器的連

19、接：</p><p>　　數(shù)字量輸出通道DO.它可以由控制軟件將輸出通道置成高電平或低電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路即可帶動(dòng)繼電器或其他開(kāi)關(guān)元件，也可以驅(qū)動(dòng)指示燈顯示狀態(tài)。</p><p>　　模擬量輸出通道AO。輸出的信號(hào)時(shí)0~5V 、1~10V間的電壓或0~10mA、4~20mA間的電流、其輸出的電壓或電流的大小由控制軟件決定。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，因此這種可連續(xù)變化的模擬量信號(hào)是

20、通過(guò)數(shù)字 / 模擬轉(zhuǎn)換電路D / A產(chǎn)生的。</p><p><b>　　（1）電磁閥</b></p><p>　　電磁閥是常用的電動(dòng)執(zhí)行器之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，多用于兩位控制中。電磁閥結(jié)構(gòu)如圖示，它是利用線圈通電后，產(chǎn)生電磁吸力提升活動(dòng)鐵芯，帶動(dòng)閥賽運(yùn)動(dòng)控制氣體或液體流量通斷。電磁閥有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。電磁閥最大的特點(diǎn)是，傳動(dòng)部分無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械部件，可靠性高，可

21、控范圍大，在流量很小時(shí)候，其仍具有很好的控制特性，采用壓力平衡式后，由于定位時(shí)間短，可用于響應(yīng)速度要求高的系統(tǒng)，它能手動(dòng)調(diào)節(jié)，便于維修和調(diào)試、</p><p><b>　?。?）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥</b></p><p>　　電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將控制其輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥門的開(kāi)度，它是一種連續(xù)動(dòng)作的執(zhí)行器。</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根

22、據(jù)配用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，輸出有直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式三種類型，分別同移動(dòng)的調(diào)解法、旋轉(zhuǎn)的蝶閥、多轉(zhuǎn)的感應(yīng)調(diào)節(jié)器等配合工作。在結(jié)構(gòu)上電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)除可與調(diào)節(jié)閥組裝成整體的執(zhí)行器外，常單獨(dú)分裝以適應(yīng)各方面需要，使用比較靈活。</p><p><b>　?。?） 風(fēng)門 </b></p><p>　　在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中用得最多的執(zhí)行器是風(fēng)門，風(fēng)門用來(lái)控制風(fēng)的流量，風(fēng)門由若干葉片組成，

23、當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)改變流道的等效面積，改變了風(fēng)門的阻力系數(shù)，其流動(dòng)的風(fēng)量也就相應(yīng)的改變，從而達(dá)到了調(diào)節(jié)風(fēng)流量的目的。</p><p><b>　　3.溫控器的選擇</b></p><p>　　溫控器的工作原理是通過(guò)溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度自動(dòng)進(jìn)行采樣、即時(shí)監(jiān)控，當(dāng)環(huán)境溫度高于控制設(shè)定值時(shí)控制電路啟動(dòng)，可以設(shè)置控制回差。如溫度還在升，當(dāng)升到設(shè)定的超限報(bào)警溫度點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)超限報(bào)警功能

24、。當(dāng)被控制的溫度不能得到有效的控制時(shí)，為了防止設(shè)備的毀壞還可以通過(guò)跳閘的功能來(lái)停止設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　四．信息點(diǎn)的確定與信息流的設(shè)計(jì)</p><p>　　傳感器產(chǎn)生測(cè)量信息，人——機(jī)接口產(chǎn)生設(shè)定值信息，這些信息都成為控制器中控制算法的輸入信息，經(jīng)過(guò)控制器對(duì)這些信息進(jìn)行加工，產(chǎn)生對(duì)執(zhí)行器操作的控制命令，作為控制命令信息發(fā)出。這些控制命令被相關(guān)的執(zhí)行器接收成為控制動(dòng)作，同時(shí)還把

25、執(zhí)行動(dòng)作的結(jié)果以測(cè)量信息的形式發(fā)出。中央管理計(jì)算機(jī)則接收各類信息，并進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)，同時(shí)作出全局性分析。</p><p>　　五.設(shè)計(jì)和選擇硬件平臺(tái)</p><p>　　本步驟的目的是為了：</p><p>　　1.使各個(gè)傳感器、執(zhí)行器能夠連接到系統(tǒng)中;</p><p>　　2．找到實(shí)施各個(gè)控制算法的平臺(tái)，使各控制算法能夠在其平臺(tái)上上運(yùn)行，并

26、獲取需要的輸入數(shù)據(jù)，送出計(jì)算出的控制命令；</p><p>　　3.確定實(shí)現(xiàn)各類需要的人--機(jī)接口的平臺(tái)，并和控制器一樣的可以獲取各需要的參數(shù)，送出各個(gè)運(yùn)行人員發(fā)出的命令；</p><p>　　4.確定實(shí)現(xiàn)管理功能和數(shù)據(jù)庫(kù)功能的平臺(tái)，并與系統(tǒng)有效連接；</p><p>　　5.確定信息傳輸方案，選擇合適的通信方式，使前面定義的信息輸出要求能夠即使可靠的進(jìn)行。<

27、/p><p>　　本系統(tǒng)使用的平臺(tái)是基于控制器的平臺(tái)類型，控制器通過(guò)DI、DO、AI、AO接口，連接相關(guān)的各個(gè)傳感器、執(zhí)行器，同時(shí)在控制器中運(yùn)行相關(guān)的控制速算法?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)通信網(wǎng)與其他控制器或上一級(jí)中央管理機(jī)通信，報(bào)送該控制器的工作狀況和各運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)接收中央管理機(jī)和其他控制器發(fā)來(lái)的命令?？刂破鞯脑O(shè)置按照物理位置和管理內(nèi)容決定。</p><p><b>　　六、主要參考書<

28、;/b></p><p>　　1.《建筑設(shè)備自動(dòng)化》 江億著 中國(guó)建筑工業(yè)出版社</p><p>　　2.《建筑設(shè)備自動(dòng)化》 卿曉霞主編 重慶大學(xué)出版社</p><p>　　3.《智能建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)》 趙亂成主編 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　4.《建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)》 劉國(guó)林主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p&g