基于DDC自動控制對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方法

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘要：空調(diào)的用量愈大，消耗電力也愈多，直接造成城市供電不足和夏季限電問題的出現(xiàn)。所以實有必要發(fā)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法。本文整合了DDC自動控制系統(tǒng)，提出了利用DDC對建筑物空調(diào)系統(tǒng)自動控制的思路，既可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運轉(zhuǎn)，又可以提供舒適的環(huán)境和達(dá)到節(jié)能的目的。

　　1.引言

　　節(jié)能可以說是樓字自動控制系統(tǒng)的出發(fā)點和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，HVAC（采暖、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)所耗費的能量要占到大樓消耗的總能量的極大部分比例，大致在50％~60％左右。特別是冷：東機組、冷卻塔、循環(huán)水泵和空調(diào)機組、新風(fēng)機組，都是耗能大戶。所以實有必要發(fā)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法，尤其用是在改善現(xiàn)有大樓空調(diào)系統(tǒng)自動化上方面。DDC（Directdigitalcontr01）直接數(shù)字化控制，是一項構(gòu)造簡單操作容易的控制設(shè)備，它可借由接口轉(zhuǎn)接設(shè)備隨負(fù)荷變化作系統(tǒng)控制，如空調(diào)冷水循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)箱變頻自動風(fēng)量調(diào)整及冷卻水塔散熱風(fēng)扇的變頻操控等，可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運轉(zhuǎn)，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來很大的經(jīng)濟效益，而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運行，從而延長設(shè)備的使用壽命以及達(dá)到提供舒適的空調(diào)環(huán)境和節(jié)能之目的。

　　2.DDC自動控制系統(tǒng)介紹

　　DDC直接數(shù)字化控制是一種簡易的微電腦設(shè)備，它須與其它組件，如變頻器、溫度濕度傳感器、焓差控制器、兩通閥等組件整合搭配才能發(fā)揮功效。這些組件的輸入輸出以模擬信號DC0~10V或低電流4-20mA作信號傳送，送至DDC控制器。經(jīng)DDC內(nèi)置軟件作判別后反向輸出信號來控制閥部件或變頻器來調(diào)節(jié)空調(diào)。DDC自動控制系統(tǒng)各周邊設(shè)備及控制功能。

　　2.1直接數(shù)字控制（DDC）

　　系指一臺數(shù)字電腦直接操作一個狀態(tài)，或者一套程序予以自動控制的作業(yè)。所配用的數(shù)字電腦，可以采用小型微處理機，亦可配用于中央型的微電腦上去連線作業(yè)?？照{(diào)系統(tǒng)常用的控制元件，例如風(fēng)閘開關(guān)、閥開關(guān)、階動繼電器等的操作，不論其原為氣動式還是電動式的，亦不論其作用原為調(diào)整大小的動作或僅為開或關(guān)的動作，均可改用DDC方式作自動的操作。

　　DDC系統(tǒng)利用硬件和軟件來調(diào)整控制變數(shù)或依據(jù)操作人員的需要來控制制造程序。其中控制變數(shù)包括溫度、壓力、相對濕度、流量等?？刂瞥绦蚝驮O(shè)定點可利用軟件輸入電腦內(nèi)，并能夠在操作人員的鍵盤上進(jìn)行修正，如此可以取代過去對硬件控制器的校正。DDC系統(tǒng)亦可將檢測到的溫度、壓力等控制變數(shù)，與預(yù)先儲存在電腦內(nèi)的希望數(shù)值相比較，如果測試的數(shù)值小于或大于所希望的數(shù)值，系統(tǒng)將會送出一系列的數(shù)字脈沖，這些脈沖則借助電動對氣動的轉(zhuǎn)換器（electrtC-to-pneUmatiCtransducer）或電動對電動的轉(zhuǎn)換器（electric-to-electrlctransducer）轉(zhuǎn)變成控制裝置的調(diào)整信號，然后通過電腦的調(diào)整，其所輸出的信號，再操作其轉(zhuǎn)換器，使原來系氣動或電動的組件按指示信號操作。若空調(diào)的控制器件，原系氣動式，則需要另加一套將氣動動作變?yōu)殡娖餍盘柕难b置，將電器信號輸入電腦操作。原系電動操作元件者亦相同。至于輸入DDC系統(tǒng)后，則不需另加任何硬件設(shè)備，即可作任何性能控制的操作。

　　2.2變頻器

　　變頻器驅(qū)動電動機是利用二極管等整流器件將電源予以整流后，再經(jīng)由電容器等平滑，使之由交流轉(zhuǎn)換成直流。利用PowerTransister、SCR（Thynstor）等將直流換成任一頻率，然后以交流電方式輸出。用變頻器驅(qū)動感應(yīng)電動機，除可避免電動機磁氣飽和外，同時亦可壓制起動電流，且由于驅(qū)動電動機而產(chǎn)生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應(yīng)頻率的變化。變頻器可分為電壓形變頻器和電流形變頻器。電壓形變頻器利用SCR或二極管整流后，可再用平滑電容器使其成為電壓源。另一方面，電流形變頻器利用SCR整流后，打開電抗器，便可因SCR而具有電流源的作用。其控制方式有電壓控制和電流控制兩種。

　　2.3焓差控制器

　　焓差控制是指在送風(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)室外的溫度低于室內(nèi)溫度時，利用室外的低溫空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及回風(fēng)溫度高低而將各風(fēng)門關(guān)大、關(guān)小或全開、全關(guān)的。風(fēng)量控制，可采取自動和手動雙重方式，由溫（濕）度的感測，經(jīng)過風(fēng)門和變頻雙重調(diào)節(jié)，以達(dá)到室內(nèi)設(shè)定的溫度和濕度。

　　2.4冷卻水塔散熱風(fēng)扇溫控器

　　冷卻水塔風(fēng)扇在不同的冷卻負(fù)載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費。故在冷卻水塔風(fēng)扇使用變頻馬達(dá)，并利用冷卻水出口溫度控制風(fēng)扇馬達(dá)起停及高低轉(zhuǎn)速，不但主機能在較低的冷卻水進(jìn)水溫度下做高效率的運轉(zhuǎn)，并且可有效的減少冷卻水塔風(fēng)扇的耗電。

　　3.大樓空調(diào)系統(tǒng)的架構(gòu)

　　一般大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)有CAV、VAV、VWV等，各有不同操控方式，都可以用DDC控制。如圖1.

　　3.1定風(fēng)量系統(tǒng)（ConstantAirVolume，簡稱CAV）。

　　定風(fēng)量系統(tǒng)為空調(diào)機吹出的風(fēng)量一定，以提供空調(diào)區(qū)域所需要的冷（暖）氣。當(dāng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷變動時，則以改變送風(fēng)溫度應(yīng)付室內(nèi)負(fù)荷，并達(dá)到維持室內(nèi)溫度于舒適區(qū)的要求。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為AHU（空調(diào)機）與冷水管系統(tǒng)（FCU系統(tǒng)）。這兩者一般均以定風(fēng)量（CAV）來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動，在AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機的變溫送風(fēng)來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。

　　3.2變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）

　　變風(fēng)量系統(tǒng)（VarlableAirVolume，簡稱VAV）即是空調(diào)機（AHU或FCU）可以調(diào)變風(fēng)量。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為AHU（空調(diào)機）與冷水管系統(tǒng)FCU系統(tǒng)。這兩者一般均以定風(fēng)量（CAV）來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動，在AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機的變溫送風(fēng)來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。然而這兩者在送風(fēng)系統(tǒng)上浪費了大量能源。因為在長期低負(fù)荷時送風(fēng)機亦均執(zhí)行全風(fēng)量運轉(zhuǎn)而耗電，這不但不易維持穩(wěn)定的室內(nèi)溫濕條件，也浪費大量的送風(fēng)運轉(zhuǎn)能源。變風(fēng)量系統(tǒng)就是針對送風(fēng)系統(tǒng)耗電缺點的節(jié)能對策。變風(fēng)量系統(tǒng)可分為兩種：一種為AHU風(fēng)管系統(tǒng)中的空調(diào)機變風(fēng)量系統(tǒng)（AHU—VAV系統(tǒng)）；一種為FCU系統(tǒng)中的室內(nèi)風(fēng)機變風(fēng)量系統(tǒng)（FCU-VAV系統(tǒng)）。AHU-VAV系統(tǒng)是在全風(fēng)管系統(tǒng)中將送風(fēng)溫度固定，而以調(diào)節(jié)送風(fēng)機送風(fēng)量的方式來應(yīng)付室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變動。FCU-VAV系統(tǒng)則是將冷水供應(yīng)量固定，而在室內(nèi)FCU加裝無段變功率控制器改變送風(fēng)量，亦即改變FCU的熱交換率來調(diào)節(jié)室內(nèi)負(fù)荷變動。這兩種方式透過風(fēng)量的調(diào)整來減少送風(fēng)機的耗電量，同時也可增加熱源機器的運轉(zhuǎn)效率而節(jié)約熱源耗電，因此可在送風(fēng)及熱源兩方面同時獲得節(jié)能效果。

　　3.3變流量系統(tǒng)（VWV）

　　所謂變流量系統(tǒng)（VariableWaterVolume，簡稱VWV），是以一定的水溫供應(yīng)空調(diào)機以提高熱源機器的效率，而以特殊的水泵來改變送水量，順便達(dá)成節(jié)約水泵用電的功效。變水量系統(tǒng)對水泵系統(tǒng)的節(jié)能效率依水泵的控制方式和VWV使用比例而異，一般VWV的控制方式有無段變速（SP）與雙向閥控制方式。以上三種空調(diào)系統(tǒng)是目前大樓空調(diào)最常被設(shè)計的系統(tǒng)。中央空調(diào)控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設(shè)定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調(diào)控制即能有效控制耗能，設(shè)計合乎節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

　　4.不同自調(diào)設(shè)備方式運用DDC的方法

　　DDC設(shè)備在市面上的產(chǎn)品，各廠家的型號、套件都有所不同，但系統(tǒng)大同小異。只要將類比訊號經(jīng)數(shù)位化處理輸入電腦，就能作控制與設(shè)定。當(dāng)這些數(shù)位控制運用在空調(diào)設(shè)備時，整合方式有下列幾種：

　　4.1 FCU用在定風(fēng)量系統(tǒng)（CAV）區(qū)域空調(diào)

　　因為是定風(fēng)量系統(tǒng)，所以我們控制冷水系統(tǒng)上的兩通閥。當(dāng)室溫升高，室內(nèi)感溫器送出信號給控制器，控制器接到信號與設(shè)定的溫度比較，輸出信號給冷水管上的兩通閥。控制兩通閥打開，使循環(huán)風(fēng)變冷送入室內(nèi)。如室內(nèi)溫度下降過多，盤管風(fēng)機作卸載。室內(nèi)溫度感溫器送信號至控制器為模擬輸入，控制器與設(shè)定溫度比較，輸出模擬信號至冷水管上的兩通閥關(guān)閉。兩通閥也有比例式型式，這種比例式兩通閥控制冷水大小進(jìn)入冷排使空調(diào)更有彈性控制，維持室溫在設(shè)定值上下。見圖2所示。

　　4.2 AHU用在變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）區(qū)域空調(diào)

　　大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)，以出風(fēng)溫度及預(yù)設(shè)定的比值為控制方式?？恐汀⒒仫L(fēng)及外氣溫度SENSOR來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速?？刂瞥绦蛉缦拢?/p>

　?。?）出風(fēng)溫度感應(yīng)到感溫器（設(shè)定在12℃），DDC控制兩通閥打開。

　?。?）送冷氣時，冷水感溫器測得冷水離開冷排溫度，調(diào)整出風(fēng)溫度狀況，陸續(xù)利用DDC控制AHU變頻器改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速送出理想出風(fēng)溫度。

　?。?）當(dāng)冷水閥門關(guān)小至12℃，DDC控制器打開外氣及回風(fēng)風(fēng)門，綜合送風(fēng)溫度，直到外氣風(fēng)門關(guān)至最小開度以維持12℃送風(fēng)風(fēng)溫，可兼外氣空調(diào)利用。

　　（4）低溫限制感應(yīng)混合溫度控制以保護冷排不結(jié)冰。

　　4.3 做冷水主機開關(guān)機及狀況記錄

　　一般大樓空調(diào)系統(tǒng)每天的冷水主機開關(guān)機，大都靠人工來操控。最主要開機加載的程序由人來監(jiān)視比較有彈性。所以操作人員很重要，但人要休息會輪班，也因此冷水主機的操作沒有一套有效管理。DDC可以設(shè)定所有開關(guān)機程序并且標(biāo)準(zhǔn)一致，不怠班。主機控制系統(tǒng)加裝模擬信號適配卡轉(zhuǎn)換傳訊，再加一臺列表機，就能把一天中所有運轉(zhuǎn)情形顯示出來。遇有跳機又能即時通知技術(shù)人員前往查看。

　　5. 結(jié)束語

　　利用DDCSystem來控制空調(diào)系統(tǒng)，最主要是把不理想的控制方式作改善。這些年來國產(chǎn)空調(diào)主機設(shè)備，在業(yè)者依政府所訂的高EER或COP標(biāo)準(zhǔn)加以改良后已經(jīng)有不錯的產(chǎn)品。目前所需要的配套措施就是整合DDC自動控制系統(tǒng)，利用其隨負(fù)荷快速有效調(diào)整風(fēng)機馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。