建筑設備自動化課程設計--風機盤管暖通系統(tǒng)的自控設計

1、<p>　　《建筑設備自動化》課程設計說明</p><p><b>　　一．課程設計題目</b></p><p>　　風機盤管暖通系統(tǒng)的自控設計</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、;　　風機盤管機組是空調系統(tǒng)的一種末端裝置。它由風機、盤管（換熱器）以及電動機、空氣過濾器、室溫調節(jié)器和機殼組成。</p><p>　　風機盤管主要依靠風機的強制作用，使空氣通過加熱器表面時被加熱，因而強化了散熱器與空氣間的對流換熱器，能夠迅速加熱房間的空氣。其工作原理是機組內不斷的再循環(huán)所在房間的空氣，使空氣通過冷水(熱水)盤管后被冷卻(加熱)，以保持房間溫度的恒定。通常，通過新風機組處理后送入室內，以滿足空調

3、房間新風量的需要。</p><p>　　風機盤管空調系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)相比，沒有大風道，只有水管和較小的新風管，具有布置和安裝方便、占用建筑空間小、單獨調節(jié)好等優(yōu)點，廣泛用于溫、濕度精度要求不高、房間數多、房間較小、需要單獨控制的舒適性空調中。廣泛應用于賓館、寫字樓、辦公樓、醫(yī)院公寓以及一些娛樂場所。</p><p>　　但是，由于這種采暖方式只基于對流換熱，而致使室內達不到最佳的舒適水平，

4、故只適用于人停留時間較短的場所，如：辦公室及賓館，而不用于普通住宅。由于增加了風機，提高了造價和運行費用，設備的維護和管理也較為復雜。 </p><p>　　風機盤管系統(tǒng)原理圖,如圖1 : </p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　風機盤管的控制主要有兩種種類型：風量控制、水量控制。風量控制主要有：a 控

5、制風機啟停手動或自動b手動控制風機三速開關c溫控器自動控制風機三速d旁通風門控制 e風機盤管變風量運行；水量控制主要是溫控器對電動水閥的自動控制。在實際的工程中，通常是幾種控制方式的組合應用，采用的控制方式主要與初投資建筑類型設備的技術水平和對室內空氣品質的要求等工程的實際情況有關。 </p><p>　　風機盤管自控原理圖，如圖2:</p><p><b>　　圖2</b

6、></p><p><b>　　2.被控對象的要求</b></p><p>　　風機盤管系統(tǒng)中被控對象為室內的空氣溫度，空氣溫度參數為供冷時：16-36℃，供熱時：10-30℃; 空氣相對濕度≤90%。通過已知的參數進行控制系統(tǒng)的設置，然后由系統(tǒng)傳感器采集到的室內空氣參數與設定參數對比，兩者之間的差別帶動自動控制系統(tǒng)，由計算機管理和輸出所需要的指令，傳達到執(zhí)行器

7、中改變風機的轉速。</p><p>　　風機盤管機組技術要求：</p><p>　　1．機組的電源為單相220V，頻率為50Hz。</p><p>　　2.機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.機組可進行風量調節(jié)，設置高中低三檔調節(jié)時，三檔風量按額定風量的

8、1:0.75:0.5</p><p>　　4.機組做隔熱保溫。凝結水盤應有足夠長度和坡度。盤管最高處設放氣閥。</p><p>　　5.機組的試驗工況參數：</p><p>　　（1）額定風量和輸入功率的試驗參數。進口空氣干球溫度14~27℃；不供水；出口靜壓；低靜壓機組帶風口和過濾器為0Pa，不帶風口和過濾器為12Pa，高靜壓機組不帶風口和過濾器為30Pa或50P

9、a；風機轉速為高檔。</p><p>　　（2）額定供冷量、供熱量的試驗工況參數。進口空氣：供冷時干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃，出口靜壓同上，供熱時21℃（高檔風量）；供水：供冷時7℃，供回水溫差5℃，供熱時60℃。</p><p>　　（3）凝露和凝結水試驗工況參數。進口空氣：干球27℃，濕球24℃；供水6℃，水溫差3℃；風機轉速：凝露實驗時為低檔，凝結水實驗時為高檔，出口靜壓同上

10、。</p><p>　　6.機組與管道的連接，宜采用彈性接管或軟接管（金屬或非金屬軟管），其耐壓值應大于1.5倍工作壓力。軟管的連接應牢固，不應有強扭和癟管。</p><p>　　7．機組安裝前宜進行單機三速試運轉及水壓檢漏實驗。試驗壓力為系統(tǒng)工作壓力的1.5倍，試驗觀察時間為2分鐘，不參漏為合格。 </p><p>　　8.機組應設獨立支、吊架，安裝的位置、高

11、度、坡度應正確、固定牢固。</p><p>　　9.機組與風管回風箱或風口的連接，應嚴密、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)空調及新風加風機盤管（濕工況）的方式運行能耗比較如下：1)干工況風機盤管系統(tǒng)保持干工況運行，則送入風機盤管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點溫度。相對于濕工況的

12、運行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機組的COP值亦可相應提高，相同的冷量的能耗可相應的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來水、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)由于在過渡季節(jié)采用全新風或大部分新風方式運行，來達到室內降溫的目的，而不需要啟動人工冷源，有顯著的節(jié)能效果，并能顯著提高室內空氣品質。而新風系統(tǒng)由于可送入的新風量有限，可利用的自然能源亦有限，加長了一年中人工冷源的運行時間，增加

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

14、系統(tǒng)的監(jiān)控 </p><p>　　風機盤管系統(tǒng)的控制通常包括風機轉速控制和室內溫度控制兩部分?？照{負荷是經常變化的，因此，要求制冷裝置的制冷量也要相應地變化。而制冷量的變化，就是循環(huán)的制冷劑流量的變化，所以需要對蒸發(fā)器的供液量進行調節(jié)，實現對載冷劑即被冷卻物質的溫度控制。空調用制冷裝置的中常用的供液量自動控制的設備是熱力膨脹閥。</p><p>　　熱力膨脹閥的一種直接作用式調節(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，壓縮機停時，電磁閥立即關閉，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>　　濕度傳感器用于測量室內外和管道的相對濕度，能保證良好的線性度和傳感器的長期穩(wěn)定性，即使在相對濕度

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

17、p>　　通常采用接觸式檢測方式，在結構上有多種類型。傳感器的精度應與二次儀表匹配，并高于工藝要求的控制和測量精度。</p><p>　　風道內空氣含有易燃易爆物質時，應采用本安型溫度傳感器。</p><p>　　儀表選型應力求操作方便、運行可靠、經濟、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)最終實現對系統(tǒng)進行調整、控制和啟停操作的手段。暖通空調設備中控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行器有風閥、水閥、交流開關等。從機構上來看，執(zhí)行器一般由執(zhí)行機構、調節(jié)機構兩部分組成。其中執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動部分，按照控制器輸送的信號大小產生推力或位移；調節(jié)機構是執(zhí)行器的調節(jié)部分。</p><p>　　控制器與執(zhí)行器的連

19、接：</p><p>　　數字量輸出通道DO.它可以由控制軟件將輸出通道置成高電平或低電平，通過驅動電路即可帶動繼電器或其他開關元件，也可以驅動指示燈顯示狀態(tài)。</p><p>　　模擬量輸出通道AO。輸出的信號時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。由于計算機內部處理的信號都是數字信號，因此這種可連續(xù)變化的模擬量信號是

20、通過數字 / 模擬轉換電路D / A產生的。</p><p><b>　?。?）電磁閥</b></p><p>　　電磁閥是常用的電動執(zhí)行器之一，其結構簡單，價格低廉，多用于兩位控制中。電磁閥結構如圖示，它是利用線圈通電后，產生電磁吸力提升活動鐵芯，帶動閥賽運動控制氣體或液體流量通斷。電磁閥有直動式和先導式兩種。電磁閥最大的特點是，傳動部分無轉動機械部件，可靠性高，可

21、控范圍大，在流量很小時候，其仍具有很好的控制特性，采用壓力平衡式后，由于定位時間短，可用于響應速度要求高的系統(tǒng)，它能手動調節(jié)，便于維修和調試、</p><p><b>　?。?）電動調節(jié)閥</b></p><p>　　電動調節(jié)閥是以電動機為動力元件，將控制其輸出信號轉換為閥門的開度，它是一種連續(xù)動作的執(zhí)行器。</p><p>　　電動執(zhí)行機構根

22、據配用的調節(jié)機構不同，輸出有直行程、角行程和多轉式三種類型，分別同移動的調解法、旋轉的蝶閥、多轉的感應調節(jié)器等配合工作。在結構上電動執(zhí)行機構除可與調節(jié)閥組裝成整體的執(zhí)行器外，常單獨分裝以適應各方面需要，使用比較靈活。</p><p><b>　?。?） 風門 </b></p><p>　　在空調風系統(tǒng)中用得最多的執(zhí)行器是風門，風門用來控制風的流量，風門由若干葉片組成，

23、當葉片轉動時改變流道的等效面積，改變了風門的阻力系數，其流動的風量也就相應的改變，從而達到了調節(jié)風流量的目的。</p><p><b>　　3.溫控器的選擇</b></p><p>　　溫控器的工作原理是通過溫度傳感器對環(huán)境溫度自動進行采樣、即時監(jiān)控，當環(huán)境溫度高于控制設定值時控制電路啟動，可以設置控制回差。如溫度還在升，當升到設定的超限報警溫度點時，啟動超限報警功能

24、。當被控制的溫度不能得到有效的控制時，為了防止設備的毀壞還可以通過跳閘的功能來停止設備繼續(xù)運行。</p><p>　　四．信息點的確定與信息流的設計</p><p>　　傳感器產生測量信息，人——機接口產生設定值信息，這些信息都成為控制器中控制算法的輸入信息，經過控制器對這些信息進行加工，產生對執(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的執(zhí)行器接收成為控制動作，同時還把

25、執(zhí)行動作的結果以測量信息的形式發(fā)出。中央管理計算機則接收各類信息，并進行整理、統(tǒng)計，同時作出全局性分析。</p><p>　　五.設計和選擇硬件平臺</p><p>　　本步驟的目的是為了：</p><p>　　1.使各個傳感器、執(zhí)行器能夠連接到系統(tǒng)中;</p><p>　　2．找到實施各個控制算法的平臺，使各控制算法能夠在其平臺上上運行，并

26、獲取需要的輸入數據，送出計算出的控制命令；</p><p>　　3.確定實現各類需要的人--機接口的平臺，并和控制器一樣的可以獲取各需要的參數，送出各個運行人員發(fā)出的命令；</p><p>　　4.確定實現管理功能和數據庫功能的平臺，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行。<

27、/p><p>　　本系統(tǒng)使用的平臺是基于控制器的平臺類型，控制器通過DI、DO、AI、AO接口，連接相關的各個傳感器、執(zhí)行器，同時在控制器中運行相關的控制速算法?？刂破骺梢酝ㄟ^通信網與其他控制器或上一級中央管理機通信，報送該控制器的工作狀況和各運行參數，同時接收中央管理機和其他控制器發(fā)來的命令?？刂破鞯脑O置按照物理位置和管理內容決定。</p><p><b>　　六、主要參考書<

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