畢業(yè)設計---中央空調控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　中央空調控制系統(tǒng)設計</p><p>　　THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL AIR-CONDITIONING</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　

2、　本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學院及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。</p><p>　　作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期

3、：　　　 　 </p><p>　　指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　　 　 </p><p><b>　　使用授權說明</b></p><p>　　本人完全了解安陽工學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版

4、，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。</p><p>　　作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　　 </p><p>　　中央空調控制系統(tǒng)設計</p><p>　　摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑得到了迅猛發(fā)展，并已成為2

5、1世紀建筑業(yè)的發(fā)展主流。而空調系統(tǒng)是智能建筑中樓宇自動化的一個非常重要的組成部分，在各個行業(yè)、各個部門中得到了廣泛的應用，因此對空調系統(tǒng)的研究十分必要。</p><p>　　本課題的任務是在研究空調系統(tǒng)的數學模型基礎上，設計空調系統(tǒng)的控制方案，并對空調溫度控制系統(tǒng)進行仿真研究。</p><p>　　文章在介紹了空調系統(tǒng)的原理之后，通過熱力學和傳熱學的知識，利用機理法建立被控對象即空調房間在

6、定風量系統(tǒng)下的數學模型，求出了空調房間的傳遞函數，并給出了傳遞函數中各參數的確定方法。同時求出了表冷器及空調系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數學模型，從而建立了整個控制回路的數學模型。</p><p>　　文章介紹了過程控制系統(tǒng)中常用的PID控制，利用仿真軟件MATLAB得到了系統(tǒng)的響應曲線。</p><p>　　關鍵詞：空調系統(tǒng)，數學模型，常規(guī)PID控制，仿真</p><p>　　

7、THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL AIR-CONDITIONING</p><p>　　Abstract：Along with living standards improving, more and more intelligent buildings came to truth, and has become the mainstream of 21st cen

8、tury development of the construction industry. As an important part of intelligent buildings, air-conditioning system abstracts people's more attention, so the research of air conditioning system is necessary. </p

9、><p>　　The task is to study the subject air conditioning system based on a mathematical model, design air conditioning system control program, and simulate the air temperature control system.</p><p&g

10、t;　　This essay describes the principle of air-conditioning system, By the way of the knowledge of thermodynamics and heat transfer, and using the mechanism method to build the mathematical model of the object that is air

11、-conditioned room at constant air volume system, obtained the transfer function of air-conditioned room, and gives transfer function method for determining the parameters. Simultaneously, determine the air cooler and air

12、-conditioning systems in other sectors of the mathematical model</p><p>　　This essay introduces PID Control that is commonly used in the process control system， It has been the response curve that is obtaine

13、d by the simulation software MATLAB.</p><p>　　KEY WORDS: Air-conditioning system, mathematic model, routine PID control, simulation</p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　本文中的符號。

14、若文中沒有特別說明。其意義均如下所示。文中特別說明所賦符號意義僅限于說明處有效。</p><p>　　L：單位時間送風量， ：空氣密度，</p><p>　　c：空氣定亞比熱，KJ/(Kg·K) ：室內散熱量，KJ/h</p><p>　　c1：凈化室的熱容（包括室內空氣的蓄熱和設備與圍護結構

15、表層的蓄熱），KJ/(Kg·K)</p><p>　　N：凈化室的換氣次數，次/h V：凈化室的容積，</p><p>　　Tf1：冷流體溫度，℃ Tf2：熱流體溫度，℃</p><p>　　Tw1：低溫側平板溫度，℃ Tw2：高

16、溫側平板溫度，℃</p><p>　　ａ1：冷流體對流換熱系數， ａ2：熱流體對流換熱系數，</p><p>　　δ：平板壁厚度，m A：換熱面積，</p><p>　　λ：導熱系數， M：流體質量，Kg </p><p>　　K1

17、2：表冷器傳熱系數， K23：建筑物傳熱系數，</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 空調系統(tǒng)研究背景1</p><p>　　1.2 國內外空調研究發(fā)展及現狀1</p>

18、;<p>　　1.2.1 空調系統(tǒng)建模方面的國內外研究狀況及發(fā)展1</p><p>　　1.2.2 空調控制系統(tǒng)國內外研究現狀及發(fā)展2</p><p>　　1.3 本論文做的主要工作4</p><p>　　1.4 本課題研究的意義4</p><p>　　1.5 本文的組織5</p><p>　　

19、第二章 空調控制系統(tǒng)的原理及構成6</p><p>　　2.1 空調系統(tǒng)的原理6</p><p>　　2.2 中央空調系統(tǒng)的控制功能和要求8</p><p>　　2.2.1 空氣溫度調節(jié)系統(tǒng)8</p><p>　　2.2.2 空氣濕度調節(jié)系統(tǒng)9</p><p>　　2.2.3 空調控制系統(tǒng)的要求10<

20、/p><p>　　2.3 空調監(jiān)控系統(tǒng)的構成11</p><p>　　第三章 空調系統(tǒng)建模15</p><p>　　3.1 空調房間建模15</p><p>　　3.1.1 CAV空調系統(tǒng)的基本原理15</p><p>　　3.1.2 CAV方式下空調房間的數學模型16</p><p>　

21、　3.2 空調房間特性參數的估算19</p><p>　　3.3 表冷器的模型21</p><p>　　3.3.1 基于傳熱過程機理建立表冷器模型21</p><p>　　3.3.2 傳熱過程參數分析24</p><p>　　3.4 空調系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)的特性24</p><p>　　3.4.1 溫度檢測環(huán)節(jié)的

22、特性24</p><p>　　3.4.2 執(zhí)行機構的特性26</p><p>　　3.4.3 控制器的特性26</p><p>　　第四章 常規(guī)PID控制及仿真27</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)的性能指標27</p><p>　　4.2 PID控制器的基本原理28</p><p&g

23、t;　　4.3 PID參數整定30</p><p>　　4.4 溫度控制系統(tǒng)PID控制仿真33</p><p>　　4.4.1 MATLAB簡介33</p><p>　　4.4.2 單回路PID控制仿真34</p><p>　　4.4.3 PID控制抗干擾性仿真35</p><p><b>　　4.

24、5 小結37</b></p><p><b>　　第五章 結論38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p&

25、gt;<p>　　1.1 空調系統(tǒng)研究背景</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑得到了迅猛發(fā)展，并已成為21世紀建筑業(yè)的發(fā)展主流。所謂智能建筑，就是給傳統(tǒng)建筑加上“靈敏”的神經系統(tǒng)和“聰明”的頭腦，以提高人們生產、生活環(huán)境，給人們帶來多元化信息和安全、舒適、便利的生活條件。而空調系統(tǒng)是智能建筑中樓宇自動化的一個非常重要的組成部分，在各個行業(yè)、各個部門中得到了廣泛的應用。一方面，在

26、空調系統(tǒng)中，通過對空氣的凈化和處理，使其溫度、濕度、流動速度、新鮮度及潔凈度等指標均符合場所的使用要求，以滿足人們的生產、生活需要；另一方面，據統(tǒng)計，空調系統(tǒng)的能耗通常占樓宇能耗的60%以上，為使空調系統(tǒng)以最小的能耗達到最佳的運行效果，即滿足國際上最新的“能量效率”的要求，因此，研究空調的控制系統(tǒng)具有很大的經濟意義。</p><p>　　隨著科技的飛速發(fā)展，智能控制的應用范圍在逐漸拓展，并且引起了空調控制方案的變

27、革。同時，信息技術的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結構的變革，逐步形成了以網絡自動化系統(tǒng)為基礎的控制系統(tǒng)。而現場總線就是順應這一形勢發(fā)展起來的新技術?，F場總線中的Lonworks總線技術為智能控制的實施提供了廣泛的發(fā)展空間，促使智能控制向著分散化、網絡化方向發(fā)展，并且智能控制由于不依賴于系統(tǒng)的精確模型，而且具有超調小、調節(jié)迅速、上升時間短和很好的魯棒性的特點，使得智能PID控制應用會越來越廣泛。</p><p>　　

28、1.2 國內外空調研究發(fā)展及現狀</p><p>　　本文從兩個方面研究空調系統(tǒng)，一是從空調系統(tǒng)的數學模型方面，二是從空調系統(tǒng)的控制方案方面。</p><p>　　1.2.1 空調系統(tǒng)建模方面的國內外研究狀況及發(fā)展</p><p>　　要研究一個系統(tǒng)，必須知道這個系統(tǒng)的模型。系統(tǒng)模型是研究和掌握系統(tǒng)運動規(guī)律的有力工具，它是認識、分析、設計、預測、控制實際系統(tǒng)的基礎，

29、也是解決系統(tǒng)工程問題不可缺少的技術手段。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調系統(tǒng)的首要任務。實踐中有兩類基本方法可以獲得系統(tǒng)的數學模型，一種是理論的方法，即應用系統(tǒng)所遵循的物理定律進行理論推導，稱為數學建模；另一類是實驗方法，即分析實驗數據，找出系統(tǒng)中各物理量之間的關系，成為系統(tǒng)辨識。建立一個滿足需要的系統(tǒng)模型，沒有普遍的方法可循，因為不同的過程或系統(tǒng)都有各自的特點。</p><p>　　此外，良好控制器

30、的設計和控制參數的調節(jié)也有賴于系統(tǒng)的數學模型。所以近年來國內外的學者也都熱衷于建立空調系統(tǒng)的模型。</p><p>　　早在1985年美國學者ClarkDR等就已經在ASHRAE上發(fā)表文章，建立了送風管道的數學模型。由于當時此項工作剛處于起步階段，他建立的數學模型是在非常理想的條件下推導的，而且最后建立的送風管道的數學模型就是一個純滯后環(huán)節(jié)，這一結論對我們現在的工作仍有一定的指導意義。而且更重要的意義是他引起了人

31、們對空調系統(tǒng)建模的關注。1900年Underwood和Crawford合作，依據非線性控制理論的發(fā)展，在大量實驗的基礎上提出了水加熱器的數學模型，該模型是以熱水加熱器中熱水的流速為輸入量，以加熱器出口處空氣的溫度為輸出量的。同一時期，Maxwell也在實驗的基礎上獲得了冷卻器的模型。Len R. Glicksman在1997年給出了家用空調房間的模型，房間送風采用典型的側面送風，并且用隨機信號模擬房間內人員變化情況對控制系統(tǒng)的干擾，這一

32、點對我們研究空調控制系統(tǒng)很有啟發(fā)。隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，空調系統(tǒng)的建模越來越細化。由于國內外建筑風格、空氣參數、空氣質量及室內空氣控制的指標要求不同，所以國外對空調系統(tǒng)建立的數學模型不完全適合我國的空調系統(tǒng)，但是他們建模的一些方法及思想對我們研究空調系統(tǒng)很有價值。</p><p>　　國內的許多學者也做了大量的的空調建模方面工作。香港理工大學王盛衛(wèi)等在1999年通過分析空調系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的熱力學特性，用RC模型代替空

33、調系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的模型，此模型便于實驗分析。南京建筑工程學院的王建明工程師在2002年通過對空調房間的熱力學特性分析給出了變風量系統(tǒng)空調房間的數學模型。隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，人們開始關注基于現代智能控制理論的各環(huán)節(jié)模型，北京機械工業(yè)學院的劉元威在2003年利用三層前饋人工神經網絡，結合傳統(tǒng)的表冷器模型，建立了基于人工神經網絡的表冷器模型。同濟大學孟華老師在2004年從熱力學和傳熱傳質的基本原理出發(fā)，以TANSYS為仿真平臺，建立了表冷器的數

34、學模型。李紹勇則針對廣義預測控制，推導了空調房間的CARIMA模型（受控的自回歸積分滑動平均模型）。</p><p>　　1.2.2 空調控制系統(tǒng)國內外研究現狀及發(fā)展</p><p>　　伴隨著計算機控制技術的發(fā)展，世界上HVAC---供熱通風與空調工程（Heating Ventilation and Air Conditioning）系統(tǒng)的控制從五十年代就開始采用氣動儀表控制系統(tǒng)，六十年

35、代改進為電動單元組合儀表，七十年代采用小型專用微型計算機進行集中式控制系統(tǒng)。直到1984年，美國哈特福德市第一幢采用微型計算機集散式控制系統(tǒng)大廈的出現，標志著智能建筑時代的開始。集散式（即集中管理，分散控制）自控系統(tǒng)，目前技術趨于成熟，主要技術特征是采用了DDC（Direct Digital Control）。</p><p>　　作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國內外主要采用的是常規(guī)PID控制，因其控制簡單

36、、實用、成本低、技術成熟、易于實現、參數調整方便，并且具有一定的魯棒性---系統(tǒng)的健壯性，在空氣調節(jié)中的應用比較廣泛。1982年Shavit和Brandt等對由控制閥門和執(zhí)行器實現溫度和濕度控制的不同特性做了研究。1984年Brandt和Shavit對PID控制的廢棄溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應做了仿真研究。1995年Kalman等人將PID控制用于壓縮機和蒸發(fā)器的電極速度調節(jié)，以實現制冷去濕，并建立了系統(tǒng)的數學模型以及PID算法的三個參

37、數的解析整定方法，同時給出了系統(tǒng)的兩種控制策略。實際上，現在大多數空調系統(tǒng)都是采用PID控制。雖然PID控制在空氣調節(jié)中廣泛使用，但是由于PID算法只有在系統(tǒng)模型參數不隨時間變化的情況下才取得理想效果。當一個已經調好參數的PID控制器被應用于另外一個具有不同模型參數的系統(tǒng)時。系統(tǒng)性能就會變差，甚至不穩(wěn)定。再加上空調系統(tǒng)的高度非線性以及溫濕度之間的強耦合關系，研究者們又轉向其他高級控制方法，如最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制及神經網絡控制。

38、</p><p>　　智能控制與傳統(tǒng)的PID控制相比，它不完全或不依賴于被控對象的精確數學模型，同時具有自尋優(yōu)特點，并且在整個控制過程中，計算機在線獲取信息和實時處理并給出控制決策，通過不斷的優(yōu)化參數和尋找控制器的最佳結構形式，以獲取整體最優(yōu)控制性能。由于空調系統(tǒng)是一個大滯后、多干擾、大慣性的系統(tǒng)，獲取它的精確模型很困難，所以智能控制器成為中央空調系統(tǒng)中研究的熱點。1985年日本“三菱重工”就開發(fā)出了以溫度恒定為

39、目標的模糊變頻空調控制器。香港的Albert.P.SO等人于1994年開發(fā)出空調機組的熱舒適性模糊邏輯控制器。同年，香港的S.Huang和美國的Nelso對基于規(guī)則的模糊邏輯控制在空調系統(tǒng)的應用做了實驗研究，給出了建立和校正模糊控制規(guī)則的策略，并分析了控制器的多階繼電器特性。1999年Kasahara等設計了自適應PID控制器，此控制器可以應用于被控模型不太精確的場所。Ghiaus則證明了熱交換過程這一非線性過程可以用模糊控制來較好的實

40、現，并且可以克服PID控制過程出現的超調。國內學者對智能控制在空調中的應用研究成果也有很多。吳愛國等研究了參數自尋優(yōu)模糊控制器在中央空調溫度控制系統(tǒng)中的應用，該控制器</p><p>　　綜上可知，智能控制是今后控制界發(fā)展的必然趨勢，隨著計算機技術和智能控制理論的發(fā)展，智能PID控制必將在空調系統(tǒng)中得到廣泛的應用。</p><p>　　1.3 本論文做的主要工作</p>&l

41、t;p>　　本論文以空調系統(tǒng)為研究對象，主要做了以下工作：</p><p>　?。?）深入學習集中式空調系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，掌握各種空調系統(tǒng)原理和空調的控制要求及性能指標，同時討論了空調監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的設計方法。</p><p>　?。?）通過熱力學和傳熱學的知識，利用基理法建立空調房間的數學模型，并對空調房間的特性參數進行了估算。同時建立了表冷器和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數學模型。為控制方案的

42、確定和控制參數調整奠定了基礎。</p><p>　?。?）利用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)實現空調房間的溫度控制，利用工程整定法整定PID控制器參數，使系統(tǒng)取得良好的控制效果，利用仿真軟件仿真控制效果。并且用信號發(fā)生器產生特定的干擾信號模擬空調房間內人員進出的干擾情況，仿真系統(tǒng)有受干擾時的響應特性。</p><p>　　1.4 本課題研究的意義</p><p>　　本論文通過

43、學習熱力學知識，利用機理法建立空調房間的數學模型，并對空調房間的特性參數進行了估算，有利于空調系統(tǒng)控制參數的整定。同時建立了表冷器和其他環(huán)節(jié)的數學模型，從而建立了整個控制回路的數學模型，有利于選擇控制通道、確定控制方案、分析質量指標及調節(jié)器參數的最佳整定。通過對所設計的控制系統(tǒng)進行仿真研究，將調節(jié)器的參數特性與被控對象的參數特性相匹配，以達到最佳整定，對實際的工程實施奠定了基礎。并且對不同的工程，空調系統(tǒng)雖然有所不同，控制方案也會有所不

44、同，但其基本的分析方法、原理是想通的，故本次研究對于類似項目還有普遍意義。</p><p><b>　　1.5 本文的組織</b></p><p>　　本文從空調系統(tǒng)的控制原理出發(fā)，在分析了空調房間的數學模型后，對單回路PID控制系統(tǒng)進行仿真，并對其進行了仿真研究。</p><p>　　第一章——緒論。分析空調系統(tǒng)研究背景、從空調系統(tǒng)建模和控制

45、方案兩個方面分析了國內外發(fā)展及現狀，提出了本論文研究的主要內容及意義。</p><p>　　第二章——空調控制系統(tǒng)的原理及構成。從空調的溫、濕度控制兩個方面分析了集中式空調的基本原理及控制要求，同時給出了空調監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構。</p><p>　　第三章——空調控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的建模。利用機理法建立了空調系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數學模型并給出了根據空調房間的二維尺寸對其特性參數進行了估算的方法。<

46、;/p><p>　　第四章——常規(guī)PID控制及仿真。在分析了控制系統(tǒng)性能指標的基礎上對溫度控制系統(tǒng)進行PID參數整定并仿真研究，包括系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。</p><p>　　第二章 空調控制系統(tǒng)的原理及構成</p><p>　　2.1 空調系統(tǒng)的原理</p><p>　　要討論空調控制技術，就必須對控制對象即空調系統(tǒng)有全面、深入的了解。只有掌

47、握了其原理、特性、要達到的目的及實現手段才能決定采用何種控制策略。本文在此先對空調系統(tǒng)原理及組成作一介紹。</p><p>　　空氣調節(jié)，就是把經過一定處理之后的空氣，以一定方式送入室內，將室內空氣的溫濕度、流動速度和潔凈度等控制在一定范圍內。影響室內空氣環(huán)境參數的變化，主要是由以下兩方面造成的。一是外部原因，如太陽輻射和外界氣候條件的變化；另一方面是內部原因，如室內人和設備產生的熱、濕和其它有害物質。當室內空氣

48、參數偏離了規(guī)定值時。就需要采取相應的空氣調節(jié)措施和方法，使其恢復到規(guī)定的要求。</p><p>　　一般的空調系統(tǒng)包括以下幾個部分:</p><p>　　(1)進風部分:根據生理衛(wèi)生對空氣新鮮度的要求，空調系統(tǒng)必須有一部分空氣取自室外，常稱新風。進風口連同引入通道和阻止外來異物的結構等，組成了進風部分。</p><p>　　(2)空氣過濾部分:由進風部分取入的新風，

49、必須經過一次預過濾，以除去顆粒較大的塵埃。一般空調系統(tǒng)都裝有預過濾器和主過濾器兩級過濾裝置。根據過濾的效率不同可以分為初效過濾器、中效過濾器和高效過濾器。</p><p>　　(3)空氣的熱濕處理部分:將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過程組合在一起統(tǒng)稱為空調系統(tǒng)的熱濕處理部分。熱濕處理設備主要有兩大類型:直接接觸式和表面式。</p><p>　　直接接觸式:與空氣進行熱濕交換的介質

50、直接和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中。噴水室、蒸汽加濕器、局部補充加濕裝置以及使用固體吸濕劑的設備均屬于這一類。</p><p>　　表面式:與空氣進行熱濕交換的介質不和空氣直接接觸，熱濕交換是通過處理設備的表面進行的。表面式換熱器即我們簡稱的表冷器就屬于這一類。</p><p>　　(4)空氣輸送和分配部分:將調節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調房間內，以保證其合適的溫度

51、場和速度場。這是空調系統(tǒng)空氣輸送和分配部分的任務，它由風機和不同型式的管道組成。</p><p>　　(5)冷熱源部分:為了保證空調系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力，必須具備冷源和熱源兩部分。冷源有自然冷源和人工冷源兩種。自然冷源指深井水。熱源也有自然和人工兩種。自然熱源指地熱和太陽能。人工熱源是指用煤、煤氣等作燃料的鍋爐所產生的蒸汽和熱水，目前應用最為廣泛。</p><p>　　空氣調節(jié)的形式很多

52、，按照空氣處理設備的設置情況，一般可分為:集中式空調系統(tǒng)(又稱中央空調)、半集中式空調系統(tǒng)和全分散式空調系統(tǒng)。其中，集中式空調系統(tǒng)的所有空氣處理設備(包括風機、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等)都設在一個空調集中的空調機房內，其特點是，經集中設備處理后的空氣，通過風道分送到各空調房間，因而，系統(tǒng)便于集中管理、維護。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點，目前已被廣泛采用。</p><p>　　在集中式空調系

53、統(tǒng)中，常見的是混風式系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是采用一部分回風與新鮮空氣相混合。這樣既保證了室內空氣新鮮，又利用了回風的能量，提高了設備運行的經濟性。圖2.1為一典型的集中式空調系統(tǒng)。</p><p>　　圖2.1 典型的集中式空調系統(tǒng)</p><p>　　這種空氣處理機組能根據各種場合要求增減其中的部件，構成各種形式的空氣處理設備。在不同的工況中，AHU ( Air Handling Unit)

54、的部分部件可能不被使用。如在冬季加熱加濕工況下，表冷器是不工作的;而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的?？照{器的進風通過風閥取室外新風和部分回風混合，經過濾網去除雜質后送入熱交換段及加濕段，處理后符合溫濕度要求的空氣通過風機進入送風管，從而送到空調房間，使空調房間的溫濕度達到要求。部分回風與新風混合，對新風預處理，以節(jié)約能源。</p><p>　　此外，當室內空氣余熱Q值發(fā)生變化而又需要使室內溫度保持

55、不變時，可將送風量固定，而改變送風溫度，這種空調系統(tǒng)稱為定風量CAV ( Constant Air Volume )系統(tǒng);也可將送風溫度固定，而改變送風量，這種空調系統(tǒng)則稱為變風量VAV（Variable Air Volume)系統(tǒng)。本論文就是針對定風量空調系統(tǒng)的溫度控制部分進行研究的。</p><p>　　2.2 中央空調系統(tǒng)的控制功能和要求</p><p>　　空調系統(tǒng)控制的主要對象是

56、:空氣溫度及相對濕度。下面分別從溫度和相對濕度兩個方面介紹空氣調節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.1 空氣溫度調節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　1．一般空氣的溫度調節(jié)有以下幾種方式</p><p><b>　　(1)夏季制冷</b></p><p>　　A.采用噴水室噴冷水冷卻空氣的溫度調節(jié)</p><

57、;p>　　B.采用水冷式冷卻器冷卻空氣的溫度調節(jié)</p><p><b>　?。?)冬季加熱</b></p><p>　　A.熱水加熱器的加熱量調節(jié)</p><p>　　B.蒸汽加熱器的加熱量調節(jié)</p><p>　　C.電加熱器的加熱量調節(jié)</p><p>　　各種溫度控制方式都有其特點，

58、針對不同項目實際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。由于溫度控制分為夏季的冷卻和冬季的加熱兩種情況，其控制方式也會有所不同，下面分別加以介紹。</p><p>　　2.夏季制冷控制方案</p><p>　　由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會引起回水水質下降且容易漏水，故目前基本不采用。本次只討論水冷式表面冷卻器的空氣溫度調節(jié)方法。</p><p>　　對于空氣冷卻調節(jié)

59、一般有以下幾種方式：</p><p>　　(1)水量的量調節(jié):利用雙通閥改變通過冷卻器的冷水量來調節(jié)</p><p>　　(2)水溫的質調節(jié):利用三通閥改變冷凍水和回水的混合比調節(jié)水溫</p><p>　　(3)調節(jié)通過冷卻器的風量來調節(jié)最后混合后的送風溫度</p><p>　　3.冬季加熱控制方案</p><p>&

60、lt;b>　　加熱方式選擇：</b></p><p>　　加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。三種熱源發(fā)生方式及經濟性比較如下表2.1。</p><p>　　表2.1 空調加熱方式比較</p><p>　　從上表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡單的優(yōu)點，但其熱效率低、浪費能源、價格高，作為主調節(jié)不合適，一般用于恒溫室等對動態(tài)特

61、性要求特別高的區(qū)域的輔助調節(jié)手段。一般對動態(tài)特性沒有特殊要求的，不考慮采用。由于當地工業(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調節(jié)手段。如果控制對象產生的熱擾動較大，蒸汽系統(tǒng)調節(jié)閥全開仍不能滿足要求，為改善動態(tài)特性，將啟動熱泵機組提供熱水作為輔助調節(jié)。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網系統(tǒng)出現故障，也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。</p><p>　　2.2.2 空氣濕度調節(jié)系統(tǒng)</p>&l

62、t;p>　　空調系統(tǒng)中的相對濕度調節(jié)，可以采用定露點(間接)和不定露點(直接)的控制方法。</p><p>　　定露點法是采用使空氣經噴水室后或噴水表面冷卻器后露點相對恒定的方法，使空調房間內空氣的相對濕度保持在一定范圍內。自動控制點的露點一般是由空調系統(tǒng)設計時確定的。由于定露法不能反映室內余濕量或相對濕度的變化，存在著室內濕度的偏差，故此種方法一般用于室內余濕量變化幅度較小的場合。</p>

63、<p>　　不定露點的直接控制方法，即用在房間內及回風管內安裝的相對濕度傳感器，測量和調節(jié)系統(tǒng)中相應的執(zhí)行機構，以達到空調房間內相對濕度控制的目的。在夏季，由于空氣濕度較大，需要降低濕度;而冬季由于空氣干燥，又需要加大濕度。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來實現。</p><p>　　1．水冷式表面冷卻器的去濕控制</p><p>　　該去濕方法的原理其實就是冷卻，由

64、于相對濕度較大的空氣其露點溫度高?？諝饫鋮s降溫后，水蒸汽結露為水，從而降低空氣的濕度。在冬季空氣干燥或夏季高溫處于冷卻模式時，基本都不需要強制去濕。而當溫度不高，而濕度較大時，則根據室內濕度探測器的信號與設定值比較，根據其差值，調節(jié)冷凍水閥門開度，強制啟動制冷模式，調低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求。此時，由于送風溫度偏低，為滿足室內溫度要求，根據溫度探測器的信號，可能要啟動蒸汽加熱功能，以補償溫度的偏差。其工作原理如圖2.2。&l

65、t;/p><p>　　圖2.2 水冷式表面冷卻器的去濕控制</p><p>　　2．噴蒸汽加濕的控制</p><p>　　采用蒸汽加濕空調系統(tǒng)，它是由裝于室內的相對濕度傳感器ME、電動雙通調節(jié)閥MV、及相對濕度調節(jié)器MC組成。它在調節(jié)過程中，根據濕度傳感器所測得的室內相對濕度值，由調節(jié)器進行比較、放大后發(fā)出調節(jié)信號，使電動調節(jié)閥動作，改變噴入空氣中的蒸汽量，達到調節(jié)室內

66、濕度的目的。示意圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 噴蒸汽加濕控制</p><p>　　2.2.3 空調控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　為達到要求的控制精度且便于用戶使用，中央空調控制系統(tǒng)必須完成以下主要功能:</p><p>　　(1)空調區(qū)域溫、濕度檢測與顯示。根據空調區(qū)域的面積，采用若干個溫、濕度傳感器，將其信號取平均

67、值計算?？照{區(qū)域溫、濕度的自動控制。</p><p>　　(2)新風溫、濕度檢測與顯示。</p><p>　　(3)送、回風機運行狀態(tài)(開機/停機)顯示，及其啟?？刂?可通過自動和手動兩種方式)、過載故障報警。</p><p>　　(4)送、回風機與防火閥聯鎖，發(fā)生火災時防火閥報警并自動關閉送、回風機與風閥。</p><p>　　(5)過濾器

68、過阻報警，提醒運行人員及時清洗更換過濾器。</p><p>　　(6)自動調節(jié)表冷器或加熱器上的三通閥和電動風閥的開度，以調節(jié)冷凍水或蒸汽的流量。</p><p>　　中央空調系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求一般可概括為對控制區(qū)域的溫濕度、新風量、冷凍水流量的控制等幾個方面。其中，空氣處理機組是指集中在空調機房的集中式空氣處理設備，包括送、回風機、過濾器、冷卻器或加熱器、加濕器等，它是整個中央空調系統(tǒng)

69、的重要組成部分和核心?？刂频哪繕耸菍⑹覂鹊臏貪穸葏当３衷谶m宜的水平，并且盡量使系統(tǒng)的能耗最小。</p><p>　　2.3 空調監(jiān)控系統(tǒng)的構成</p><p>　　本論文討論采用Lonworks現場總線控制系統(tǒng)。Lonworks現場總線技術的特點是可靠性高、便于容錯、全數字化、通信距離長、多節(jié)點、通信方式靈活、造價低廉、抗干擾能力強。本系統(tǒng)中用分布在現場被控設備處的多臺智能控制器(其核心

70、為神經元芯片)實現對被控設備的實時監(jiān)控。由于智能控制器分布在現場，控制功能較為明確，同時任何一臺智能控制器發(fā)生故障都不會影響其它設備的正常運行，大大縮小了故障或事故的影響范圍，因此，可靠性大大提高。幾種有影響的現場總線技術的比較見表2.2。</p><p>　　表2.2幾種有影響的現場總線技術的比較</p><p>　　相比表2.2中的各種現場總線，Lonworks網絡完全滿足了未來發(fā)展對

71、測控網絡的要求。目前較流行的現場總線，如FF、 Profibus等，都達不到這種要求。</p><p>　　空調監(jiān)控網絡系統(tǒng)的基本結構見圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構</p><p>　　它可將數據檢測、數據處理、系統(tǒng)監(jiān)控相結合。它主要由PC機、現場智能節(jié)點、網絡適配器、路由器和通信介質等組成，由現場總線擔任過程現場與安裝在控制室中的

72、PC機之間的串行數字通信鏈路。由于現場總線是基于數字通信的，因此在現場與控制室之間，能實現多變量雙向通信。路由器通常只有中繼器及不同通信介質間信息轉換的功能，傳輸的距離受節(jié)點中收發(fā)器類型的限制。</p><p>　　1）網絡監(jiān)視用 PC機主要實現網絡管理方面的各種功能，監(jiān)視和管理所連子網及所有現場智能節(jié)點，包括溫濕度節(jié)點、登錄節(jié)點，監(jiān)視節(jié)點的運行狀態(tài)，管理顯示屏幕，實現對某些節(jié)點的手動操作或控制等。</p

73、><p>　　2）網絡適配器 它是控制網絡與PC機以及具有數據通信功能的儀器、儀表之間相互連接的接口。網絡信息可以通過該網絡適配器進、出PC機，這樣能充分發(fā)揮PC機的顯示和計算能力，使PC機成為控制網絡的一個組成部分。通過PC機的人機界面，完成收集和監(jiān)視各個現場節(jié)點的信息，實現數據計算、執(zhí)行控制節(jié)點動作等操作。</p><p>　　3)現場智能節(jié)點 它們是一些帶有Neuron芯片的、能進行

74、現場數據(開關量、模擬量)采集和處理的、且具有可靠網絡通信功能的現場智能裝置。提供有數據測量、數據處理、過程監(jiān)視和過程控制等功能?？梢灾苯优c工業(yè)生產過程〔如溫濕度傳感器、執(zhí)行器)相連，進行數據采集或輸出控制信息。</p><p>　　空調監(jiān)控系統(tǒng)主要由三級組成。監(jiān)控級主要設操作員站，必要時也可加設工程師站。操作員站通過人機交互及友好的界面對整個空調系統(tǒng)進行集中監(jiān)控和在線管理。工程師站的主要任務則是進行離線管理，如

75、完善系統(tǒng)運行的組態(tài)軟件和下載記錄相關數據等。從智能建筑系統(tǒng)集成的角度考慮，管理級是較為重要的一級，其主要任務是將管理部門的決策引入到監(jiān)控層的控制決策中去，實現各相關子系統(tǒng)間的協(xié)調與信息共享?，F場控制器構成系統(tǒng)的第三級，其主要功能是接收安裝于被控設備上的各種傳感器、檢測器傳達的數據，按控制器內部預選設置的參數和預選編制的控制程序來進行相應的運算(如PID、延時等)，并對各被監(jiān)控設備進行控制，且隨時根據操作站由網絡控制器發(fā)出的各種指令來調整

76、參數或啟動有關程序以改變或啟動相應設備的監(jiān)控。</p><p>　　第三章 空調系統(tǒng)建模</p><p>　　3.1 空調房間建模</p><p>　　要研究一個系統(tǒng)，必須知道這個系統(tǒng)的模型。系統(tǒng)模型是研究和掌握系統(tǒng)運動規(guī)律的有力工具，它是認識、分析、設計、預測、控制實際系統(tǒng)的基礎，也是解決系統(tǒng)工程問題不可缺少的技術手段。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調

77、系統(tǒng)的首要任務。系統(tǒng)的數學模型又分為動態(tài)數學模型和靜態(tài)數學模型兩種，動態(tài)數學模型是表示輸入變量和輸出變量直接隨時間變化的動態(tài)關系的數學描述。靜態(tài)數學模型是輸入變量和輸出變量之間不隨時間變化的數學關系?？刂葡到y(tǒng)的設計方案都是依據被控對象的控制要求和動態(tài)特性進行的。因此我們主要研究空調系統(tǒng)的動態(tài)數學模型。</p><p>　　根據第一章中所講的幾種建模方法，我們知道被控過程可以通過分析其過程的機理，根據物料平衡和能量

78、平衡等關系，應用數學描述的方法，建立過程的數學模型。這種方法具有較大的普遍性。同時，我們知道房間的溫、濕度的值是由很多因素決定的，如室外大氣的溫濕度、房間外墻的結構和材料、房間的朝向、房間內發(fā)熱設備的功率、人員的數量，以及人員的工作性質等。而且有些因素本身又有其不確定性，不可能通過過程辯識來準確確定空調房間溫、濕度的數學模型。由于被控空調房間的空間一般均較大，其內的溫濕度變化自然具有很大惰性，它自身有一定的抗干擾能力，所以決定采用機理推

79、導的方法來建立被控過程的數學模型。</p><p>　　3.1.1 CAV空調系統(tǒng)的基本原理</p><p>　　全空氣空調系統(tǒng)設計的基本要求，是要向空調房間內輸送足夠數量的、經過一定處理了的空氣，用以吸收室內的余熱和余濕，從而維持室內所需要的溫度和濕度。進入房間的風量按下式確定：</p><p><b>　　（3-1）</b></p&g

80、t;<p>　　式（3-1）中Q為空調每小時送風所要吸收的全熱余熱和濕熱余熱，單位為KJ/h; 這里我們取ρ=1.2，取c=1.01 ( p, c的定義見前面的符號說明)；、為室內空氣溫度(或者回風溫度) 和送風溫度，單位為℃。由(3-1 )式可知，當室內空氣余熱Q值發(fā)生變化而又需要使室內溫度保持不變時，可將送風量L固定，而改變送風溫度，這種空調系統(tǒng)稱為定風量CAV ( Constant Air Volume)系統(tǒng);也可

81、將送風溫度固定，而改變送風最L，這種空調系統(tǒng)則稱為變風量VAV(Variable Air Volume)系統(tǒng)。因為變風量系統(tǒng)存在嚴重的藕合問題所以在我國還很少采用。本次主要研究的對象是定風量(CAV)系統(tǒng)。圖3.1是典型的空調系統(tǒng)示意圖。</p><p>　　圖3.1 空調房間對象</p><p>　　3.1.2 CAV方式下空調房間的數學模型</p><p>　　

82、1.空調房間的特性分析</p><p>　　自動控制空調系統(tǒng)中，空調房間的輸入可歸納為兩類，一類是控制器的輸出p（t），稱為對象的“基本擾動”或“內部擾動”。對于內擾而言，關鍵是確定人員密度、室內照明和設備負荷。另一類為對象的擾動作用， ...，稱為“外部擾動”?？照{系統(tǒng)的外擾主要來自室外氣象參數的影響。其中主要影響參數有室外溫度、濕度、太陽直射輻射、風速、風向。風速和風向主要影響表面換熱系數和滲透風量大小。這樣

83、在多個輸入信號的作用下，對象的輸出為:</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式（3-2）中，為 ...不變時，被控量y(t)與控制作用p(t)之間的傳遞函數; 為p(t)、...不變時，被控量y(t)與擾動作用之間的傳遞函數;......為p(t)、n1(t)... 不變時，被控量y(t)與擾動作用之間的傳遞函數;Y(s)、P(s)、

84、N(s) 分別為被控量y(t)、控制信號p(t)及擾動信號n(t)的拉氏變換?？照{負荷(冷負荷)主要由各種傳熱、照明、室內發(fā)熱設備、人體等散熱負荷以及太陽輻射等因素構成。</p><p>　　2.空調房間數學模型的推導</p><p>　　為了分析方便，我們把圖3.1所示的空調房間室可以看成一個單容對象，在建立數學模型時，暫不考慮它的純滯后。這里我們只考慮外表面換熱系數。另外考慮到空調房間

85、比較嚴密，且冷風滲透量遠遠較新風量小，在計算中未考慮滲透風。因此本文中外部擾動主要與室外溫度、濕度、太陽直射輻射、太陽散射輻射有關四個因素有關。對于不透明的外圍護結構，如外墻，各種外擾作用的影響是以傳熱得熱的方式進行的，一般以室外綜合溫度來表達室外溫度、太陽直射輻射、太陽散射輻射對外圍護結構的綜合熱作用。</p><p>　　對于半透明的玻璃，外擾得熱既有傳熱得熱又有太陽輻射透射得熱，太陽輻射透射得熱是指太陽直射

86、輻射、散射輻射等中短波輻射直接透過玻璃進入室內的熱量，傳熱得熱包括室內外溫度差形成的傳熱量和被玻璃吸收的太陽輻射又以輻射和對流的形式進入室內的熱量。另外玻璃和周圍環(huán)境之間長波輻射熱交換，由于玻璃對長波熱輻射幾乎是不透明體，因此這部分熱量不會成為透射得熱，可以用室外空氣綜合溫度的形式考慮到傳熱計算中去。這樣，窗玻璃的外擾得熱計算主要是太陽輻射透射得熱計算和用于計算傳熱得熱的室外空氣綜合溫度。</p><p>　　根

87、據熱力學第一定律，單位時間內進入凈化室的能量減去單位時間內由凈化室流出的能量等于凈化室中能量蓄熱量的變化率。即</p><p>　　由此可得出如下的數學表達式：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式(3-3)中r為凈化室內圍護結構的熱阻，℃/KJ;為室外空氣溫度，℃，其它符號同(3-1)式相同（，見前面符號說明

88、）。</p><p>　　3.定風量（CAV）方式下空調房間的數學模型</p><p>　　對于定風量（CAV）方式，即固定送風量L而改變送風溫度空調系統(tǒng)，將式〔3-3 )整理為:</p><p><b>　　或 </b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><

89、;p>　　式（3-4）中。其中，為凈化室的時間常數（表示對象的熱容和熱阻的乘積，即, 其中R1為凈化室的熱阻，℃/KJ；為凈化室的放大系數；為室內外干擾量換算成送風溫度的變化，℃。式（3-4）就是凈化室在定風量(CAV) 方式下的數學模型。式中和是凈化室的輸入參數，又稱輸入信號，其中起調節(jié)作用,而起干擾作用；而是凈化室的輸出參數，又稱輸出信號。調節(jié)作用至被控參數的信號聯系稱為調節(jié)通道，干擾作用至被控參數的信號聯系稱為干擾通道。&l

90、t;/p><p>　　在自動調節(jié)系統(tǒng)中，主要考慮被調量偏離給定值的過渡過程，則用增量的形式表示為:</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　如果式(3-4)中的為常量，即=，則有，上式稱為調節(jié)通道的微分方程式。</p><p>　　如果式( 3-4 )中的為常量，=，則有，上式稱為干擾通道的微分方

91、程式。</p><p>　　當考慮凈化室純滯后影響時，并用傳遞函數來表示，則在定風量（CAV）方式下空調房間對象用一階純滯后的慣性環(huán)節(jié)來表示，即傳遞函數如圖3.2所示為:</p><p>　　圖3.2 定風量系統(tǒng)下凈化室模型的結構</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　3.2 空調房間特性參

92、數的估算</p><p>　　對于定風量空調系統(tǒng)，空調房間的特性，傳遞滯后τ1 、時間常數T1和放大系數K1這三個參數，國內外都做過人量的測定工作。由于空調房間的工藝特性、圍護結構、送風方式和換氣次數的不同，測得的結果也不相同。對于同一個房間，在不同的換氣次數下測得的結果也不一樣。文獻《室溫自動調節(jié)原理和應用》在理論分析的基礎上，綜合了我國許多單位在凈化室測定中所得到的大量數據，提出了這三個參數的估算公式，見表3

93、-1。</p><p>　　表3.1 空調房間特性參數的估算公式</p><p>　　注:L=NV為凈化室送風量，單位是m3/h ； N,V見符號說明，V=a·b·h，式中a、 b、 h分別是凈化室的長寬高，單位為m 。</p><p>　　應用表3.1的估算公式，只要知道空調房間的送風方式和三維尺寸，就可以很方便地估算出定風量方式下空調房間的特

94、性參數。至于換氣次數N，目前舒適性空調系統(tǒng)通常采用一次回風全空氣系統(tǒng)，而且采用機器露點送風，所以送風溫差較大，送風量較小，換氣次數均較小。但是對于潔凈度要求比較高的場所，要求的換氣次數要大一些?！恫膳L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB119-87)中提出，舒適性空調的換氣次數不宜小于5/h。在實際工程中可能大一些。</p><p>　　我們以某工程中的房間為例，a=11.74m ， b=8.38m ， h=2.9m

95、，送風方式為側面送風，換氣次數按N=12計算?？芍?=45s ，K1=0.30 ，T1=450s 。由此，根據估算法可得該房間的傳遞函數為:</p><p>　　3.3 表冷器的模型</p><p>　　3.3.1 基于傳熱過程機理建立表冷器模型</p><p>　　室溫自動調節(jié)系統(tǒng)示意圖如圖3.4所示，其傳熱學過程可簡述如下:</p><p&

96、gt;　　圖3. 4 室溫自動調節(jié)原理圖</p><p>　　由冷源(冷水機組)產生的低溫冷凍水，經由水泵，送入表面冷卻器。其冷量通過表面冷卻器的管簇及其肋片進行量釋放，使經由表面冷卻器的空氣溫度降低，從而達到降溫目的。當冷水提供的冷量與被控房間的熱源相等時，被控環(huán)境內溫度便穩(wěn)定下來。分析表冷器的傳熱過程可以看到，過程中串聯著三個環(huán)節(jié):</p><p>　　圖3.5 一般傳熱過程</

97、p><p>　　(1)由冷流體到管壁內側的冷量傳遞。</p><p>　　(2)冷量由管壁內側到管壁外側的冷量傳遞。</p><p>　　(3)冷量由管壁外側向熱流體即空氣流體的冷量傳遞。</p><p>　　如圖3.5所示，對于一般的傳熱過程，可以用以下的傳熱學公式進行描述：</p><p><b>　?。?-

98、7） </b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p&

99、gt;　　M ：流體質量（Kg）；</p><p>　?。何矬w的比熱容（KJ/(Kg·℃)）</p><p>　　由式(3-7 ,(3-8) , (3-9) 整理可得:</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　令 </p>&l

100、t;p>　　K：傳熱系數，單位KJ/(Kg·℃)</p><p>　　因此，對于空氣冷卻過程，依據傳熱學原理，可建立如下方程:</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　（3-13）</b></p><p><b>　　（3-14）<

101、;/b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　各參數定義為：</b></p><p>　　T1 、T2 、T: 冷水定性溫度、被控區(qū)空氣定性溫度、被控區(qū)外界溫度;</p><p>　　C1 ：表面冷卻器的比熱容；KJ/(Kg·℃)</p

102、><p>　　C2 ：建筑物比熱容；KJ/(Kg·℃)</p><p>　　：單位時間需要輸入的總冷量;</p><p>　　Q :表面冷卻器與被控區(qū)的傳熱功率;</p><p>　　Q23 ：被控區(qū)與環(huán)境傳熱功率;</p><p>　　A1 、A2:表冷器、被控區(qū)的換熱面積(m2);</p>&l

103、t;p>　　M1、M2 :冷水質量、被控區(qū)空氣質量( Kg)。</p><p><b>　　令 </b></p><p>　　代入式(3-12)~(3-15)得:</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p><b>　　(3-17)</b><

104、;/p><p><b>　　(3-18)</b></p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b>　　設 </b></p><p>　　由于一次實驗中，外界環(huán)境溫度變化很小，所以 。</p><p>　　對(3-16 )~(3

105、-19)進行拉氏變換得:</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　（3-21）</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><

106、p><b>　　整理，消去得：</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　（3-25） </p><p><b>　?。?-26）</b></p>

107、<p><b>　　（3-27）</b></p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　3.3.2 傳熱過程參數分析</p><p>　　從式(3-25)~(3-28)看出，根據空調系統(tǒng)所標稱的物理參數，可以精確計算出K’、B、T2 、A’等參數，但是在實際系統(tǒng)中，由于表面冷卻器內的垢層和

108、建筑空間的構造，K12 、K23實際數值與理論數值有較大差異，并且很難測量。其次，由于空氣冷卻過程中，表面冷卻器的肋片與管簇表面將產生凝結水膜。水膜的存在，一方面改變了傳熱系數，另一方面也改變了換熱面積。因此，空調系統(tǒng)的理論參數與實際參數存在差值。但是由(3-24)可知，該系統(tǒng)為一個二階慣性系統(tǒng)，可以利用一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后模型近似：</p><p><b>　?。?-29）</b><

109、/p><p>　　式中:K:對象放大倍數;T:慣性環(huán)節(jié)時間常數;τ:純滯后時間。</p><p>　　3.4 空調系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)的特性</p><p>　　3.4.1 溫度檢測環(huán)節(jié)的特性</p><p>　　在空調系統(tǒng)的自動調節(jié)系統(tǒng)中用于溫度信號的檢測和變送的元件常采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻傳感器分為無套管熱電阻和有套管熱電阻。由于無套管的熱電

110、阻溫度熱慣性小，因此可以較快的跟上和迅速反映出所測介質的實際溫度，而有套管的熱電阻溫度計則由于熱慣性大，時間延長較長，因而使調節(jié)器的動作延遲，從而降低了調節(jié)精度，嚴重時甚至使調節(jié)系統(tǒng)產生振蕩，所以在空調控制系統(tǒng)中應盡量采用無套管的熱電阻作為溫度控制系統(tǒng)的傳感器。</p><p>　　根據熱平衡原理，熱電阻每小時從周圍介質所吸收的熱量與每小時由周圍介質所傳入的熱量相等，故無套管的熱電阻溫度計的熱量平衡方程式為:&l

111、t;/p><p><b>　?。?-30）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C：熱電阻的熱容量（KJ/℃）； θz ：熱電阻的溫度，℃；</p><p>　　θa ：熱電阻周圍介質的溫度，℃; F ：熱電