基于DDC自動控制對空調系統(tǒng)節(jié)能的方法分析

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　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、通風和空調）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)水泵和空調機組、新風機組，都是耗能大戶。所以實有必要發(fā)展一種有效的空調系統(tǒng)節(jié)能方法，尤其用是在改善現有大樓空調系統(tǒng)自動化上方面。DDC（Directdigitalcontr01）直接數字化控制，是一項構造簡單操作容易的控制設備，它可借由接口轉接設備隨負荷變化作系統(tǒng)控制，如空調冷水循環(huán)系統(tǒng)、空調箱變頻自動風量調整及冷卻水塔散熱風扇的變頻操控等，可以讓空調系統(tǒng)更有效率的運轉，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來很大的經濟效益，而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運行，從而延長設備的使用壽命以及達到提供舒適的空調環(huán)境和節(jié)能之目的。

　　2.DDC自動控制系統(tǒng)介紹

DDC直接數字化控制是一種簡易的微電腦設備，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DDC內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節(jié)空調。DDC自動控制系統(tǒng)各周邊設備及控制功能。

　　2.1直接數字控制（DDC）系指一臺數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{系統(tǒng)常用的控制元件，例如風閘開關、閥開關、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整大小的動作或僅為開或關的動作，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整控制變數或依據操作人員的需要來控制制造程序。其中控制變數包括溫度、壓力、相對濕度、流量等。控制程序和設定點可利用軟件輸入電腦內，并能夠在操作人員的鍵盤上進行修正，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，與預先儲存在電腦內的希望數值相比較，如果測試的數值小于或大于所希望的數值，系統(tǒng)將會送出一系列的數字脈沖，這些脈沖則借助電動對氣動的轉換器（electrtC-to-pneUmatiCtransducer）或電動對電動的轉換器（electric-to-electrlctransducer）轉變成控制裝置的調整信號，然后通過電腦的調整，其所輸出的信號，再操作其轉換器，使原來系氣動或電動的組件按指示信號操作。若空調的控制器件，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備，即可作任何性能控制的操作。

　　2.2變頻器變頻器驅動電動機是利用二極管等整流器件將電源予以整流后，再經由電容器等平滑，使之由交流轉換成直流。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。用變頻器驅動感應電動機，除可避免電動機磁氣飽和外，同時亦可壓制起動電流，且由于驅動電動機而產生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應頻率的變化。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系統(tǒng)中，當室外的溫度低于室內溫度時，利用室外的低溫空氣調節(jié)室內溫度。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及回風溫度高低而將各風門關大、關小或全開、全關的。風量控制，可采取自動和手動雙重方式，由溫（濕）度的感測，經過風門和變頻雙重調節(jié)，以達到室內設定的溫度和濕度。

　　2.4冷卻水塔散熱風扇溫控器冷卻水塔風扇在不同的冷卻負載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費。故在冷卻水塔風扇使用變頻馬達，并利用冷卻水出口溫度控制風扇馬達起停及高低轉速，不但主機能在較低的冷卻水進水溫度下做高效率的運轉，并且可有效的減少冷卻水塔風扇的耗電。

　　3.大樓空調系統(tǒng)的架構

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

　　3.1定風量系統(tǒng)（ConstantAirVolume，簡稱CAV）。定風量系統(tǒng)為空調機吹出的風量一定，以提供空調區(qū)域所需要的冷（暖）氣。當空調區(qū)域負荷變動時，則以改變送風溫度應付室內負荷，并達到維持室內溫度于舒適區(qū)的要求。常用的中央空調系統(tǒng)為AHU（空調機）與冷水管系統(tǒng)（FCU系統(tǒng)）。這兩者一般均以定風量（CAV）來供應空調區(qū)，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統(tǒng)以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調節(jié)送風溫度。

　　3.2變風量系統(tǒng)（VAV）變風量系統(tǒng)（VarlableAirVolume，簡稱VAV）即是空調機（AHU或FCU）可以調變風量。常用的中央空調系統(tǒng)為AHU（空調機）與冷水管系統(tǒng)FCU系統(tǒng)。這兩者一般均以定風量（CAV）來供應空調區(qū)，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統(tǒng)以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調節(jié)送風溫度。然而這兩者在送風系統(tǒng)上浪費了大量能源。因為在長期低負荷時送風機亦均執(zhí)行全風量運轉而耗電，這不但不易維持穩(wěn)定的室內溫濕條件，也浪費大量的送風運轉能源。變風量系統(tǒng)就是針對送風系統(tǒng)耗電缺點的節(jié)能對策。變風量系統(tǒng)可分為兩種：一種為AHU風管系統(tǒng)中的空調機變風量系統(tǒng)（AHU―VAV系統(tǒng)）；一種為FCU系統(tǒng)中的室內風機變風量系統(tǒng)（FCU-VAV系統(tǒng)）。AHU-VAV系統(tǒng)是在全風管系統(tǒng)中將送風溫度固定，而以調節(jié)送風機送風量的方式來應付室內空調負荷的變動。FCU-VAV系統(tǒng)則是將冷水供應量固定，而在室內FCU加裝無段變功率控制器改變送風量，亦即改變FCU的熱交換率來調節(jié)室內負荷變動。這兩種方式透過風量的調整來減少送風機的耗電量，同時也可增加熱源機器的運轉效率而節(jié)約熱源耗電，因此可在送風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空調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。以上三種空調系統(tǒng)是目前大樓空調最常被設計的系統(tǒng)。中央空調控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調控制即能有效控制耗能，設計合乎節(jié)能的空調系統(tǒng)。

　　4.不同自調設備方式運用DDC的方法

　　DDC設備在市面上的產品，各廠家的型號、套件都有所不同，但系統(tǒng)大同小異。只要將類比訊號經數位化處理輸入電腦，就能作控制與設定。當這些數位控制運用在空調設備時，整合方式有下列幾種：

　　4.1FCU用在定風量系統(tǒng)（CAV）區(qū)域空調因為是定風量系統(tǒng)，所以我們控制冷水系統(tǒng)上的兩通閥。當室溫升高，室內感溫器送出信號給控制器，控制器接到信號與設定的溫度比較，輸出信號給冷水管上的兩通閥?？刂苾赏ㄩy打開，使循環(huán)風變冷送入室內。如室內溫度下降過多，盤管風機作卸載。室內溫度感溫器送信號至控制器為模擬輸入，控制器與設定溫度比較，輸出模擬信號至冷水管上的兩通閥關閉。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入冷排使空調更有彈性控制，維持室溫在設定值上下。見圖2所示。

　　4.2AHU用在變風量系統(tǒng)（VAV）區(qū)域空調大樓常用的空調系統(tǒng)，以出風溫度及預設定的比值為控制方式?？恐?、回風及外氣溫度SENSOR來控制馬達轉速?？刂瞥绦蛉缦拢?/p>

　　（1）出風溫度感應到感溫器（設定在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，調整出風溫度狀況，陸續(xù)利用DDC控制AHU變頻器改變馬達轉速送出理想出風溫度。

　　（3）當冷水閥門關小至12℃，DDC控制器打開外氣及回風風門，綜合送風溫度，直到外氣風門關至最小開度以維持12℃送風風溫，可兼外氣空調利用。

　?。?）低溫限制感應混合溫度控制以保護冷排不結冰。

　　4.3做冷水主機開關機及狀況記錄一般大樓空調系統(tǒng)每天的冷水主機開關機，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可以設定所有開關機程序并且標準一致，不怠班。主機控制系統(tǒng)加裝模擬信號適配卡轉換傳訊，再加一臺列表機，就能把一天中所有運轉情形顯示出來。遇有跳機又能即時通知技術人員前往查看。

　　5.結束語

　　利用DDCSystem來控制空調系統(tǒng)，最主要是把不理想的控制方式作改善。這些年來國產空調主機設備，在業(yè)者依政府所訂的高EER或COP標準加以改良后已經有不錯的產品。目前所需要的配套措施就是整合DDC自動控制系統(tǒng)，利用其隨負荷快速有效調整風機馬達轉速達到節(jié)能的目標。

　　基于DDC自動控制對空調系統(tǒng)節(jié)能的方法-圖