中央空调空气调节自动测控系统设计
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1.1 题 目：中央空调空气调节自动测控系统设计IV 中央空调空气调节自动测控系统设计摘要随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的建筑物使用了中央空调系统，而变风量中央空调系统由于其较低的能耗，而被大量采用本设计介绍了国外变风量（VAV）中央空调系统的研究和应用现状，分析了国内VAV系统研究和应用中存在的问题总结了变风量空调系统的发展趋势和技术关键，分析了目前我国变风量空调系统主要所采用的几种控制方法：定静压控制方法、变静压控制方法及风量控制法，并对于各种控制方法进行了优劣的分析在此基础上，本设计对中央空气调节系统进行了自动测控设计主要内容有：新风量控制系统、冷/热水泵进水量控制系统、送风湿度控制系统、风道压力控制系统、房间温度控制系统、回风量控制系统并对中央空调空气调节系统进行了MCGS监控控制程序设计关键词：中央空调；空气调节系统；风量控制；MCGSCentral air-conditioning Automatic monitoring and control systemsAbstractWith the development of national economy and improvement of the living Standards of people, more and more buildings have used air conditioning systems. Because Variable Air Volume (VAV) can reduce equipment and systematic energy consumption, it has been used in a large amount.This paper presents the current research and application status of VAV systems at abroad. Points out the problems existed in study and applications in China. Summaries the trends and key techniques of VAV systems. This paper analyzes at present several kinds of control methods adopted by air conditioning system: constant pressure control method, variable pressure control method, total air volume control method. In addition, it has carried out analysis to several control methods. On this basis, the design of central air-conditioning system for the automatic monitoring and control design. The main contents are as follows: volume of outdoor air control systems, cold / hot water into the water control systems, air supply and humidity control systems, air pressure control system, room temperature control system, return air volume control system. Central air-conditioning and air-conditioning system design MCGS monitoring control procedures.Key words: Central air-conditioning; Air-conditioning systems; air volume control;MCGS目录摘要 IAbstract II第一章 绪论 11.1 课题背景 11.2 国内外研究现状 11.3本论文研究的主要内容和要解决的关键问题 3第二章 中央空调系统的组成及原理 42.1 中央空调系统的组成 42.2 全空气空调系统（AAA） 52.3 变风量空调系统（VAV） 62.3.1 变风量与定风量的区别 72.3.2 变风量空调系统的末端装置 7第三章 中央空调空气调节系统 93.1 空气湿处理 93.1.1 喷水室的构造 93.1.2 喷水室中空气与水直接接触时的状态变化过程分析 103.2 空气热处理 113.2.1 表面式换热器的构造与类型 113.2.2 表面冷却器的设计与选型 123.3 新风量的控制及回风方式 153.3.1 新风量的控制和空气平衡 153.3.2 回风方式 17第四章 中央空调空气调节系统控制方案设计 184.1 变风量控制系统的特点及分类 184.2.1 定静压温度控制法（CPT法） 204.2.2变静压温度控制法（VPT法） 224.2.3最小总风量控制 234.2.4 定静压、变静压及总风量控制方法的比较 264.2.5 TRAV 控制方法 274.3 末端装置 294.4 新风量的确定 314.5空气调节部分自动测控系统设计 324.5.1温度的分程控制 324.5.2温度设定值的再调控制 334.5.3送风温度高、低限值控制和自动补偿 344.5.3湿度的控制 354.6风机机组部分控制器给定值的确定 36第五章 中央空调空气调节监测系统设计 385.1 MCGS组态软件概述 385.1.1 MCGS组态软件简介 385.1.2 MCGS组态软件构成 395.1.3 MCGS组态软件的功能和特点 405.2中央空调空气调节系统监控系统设计 415.2.1中央空调空气调节系统监控任务要求 415.2.2本监测程序实现的功能 425.2.3中央空调空气调节系统监控画面显示 425.3中央空调空气调节系统监控软件设计 425.3.1中央空调空气调节系统工艺流程图 425.3.2中央空调空气调节实时曲线 435.3.3中央空调空气调节综合趋势 44第六章 总结 47参考文献 48附录A中央空调空气调节自动测控系统图 50附录B温度控制系统接线图 51致谢 52第一章 绪论1.1 课题背景 众多空调系统形式中，全空气集中空调是最重要的系统形式之一。
它以空气品质高，温、湿度控制精确、易调整新风比等优点，广泛应用于商场、大型体育馆、星级酒店、影剧院、机场候机大厅等多种场所——这类建筑具有面积大、空间广、空气品质要求高，区域应用功能复杂、区域间无隔断、人员密集、流动性大等特点对于此类建筑的空调系统，一般都采用全空气集中空调系统除此之外，大量的工艺性空调也大多采用全空气集中空调系统但是，传统的全空气集中空调系统也存在着系统复杂，设计、施工周期长，运行管理要求高、维护工作量大等一系列缺点，在新技术、新的空调系统形式不断出现的今天，已显得越来越不合时宜了因此，如何发掘其优势，避免其劣势，进而发展出新的系统形式，成为空调系统研究的一项重要任务全空气集中空调系统是出现较早的系统，也是最为经典的空调系统形式自从其出现后，就成为空调系统的主要系统形式但随着时代的发展，越来越多的小空间、多房间的民用建筑采用空调，尤其是高层建筑的出现，半集中空调系统应运而生，像诱导器，风机盘管，多联机等系统，并且各自具有自己的优势，使得全空气集中空调的市场份额显著下降，但其仍有自己的特点，仍发挥着不可替代的作用全空气空调系统可以完成对全年空调系统提出的各种功能要求，包括：供给足够量的新鲜空气，实现对某房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等调节与控制，也就是说，全空气空调系统可以实现对建筑的热、湿以及空气品质的全面控制。
如何利用自动控制技术对整个空调系统进行管理，使之运行经济合理，满足实际使用要求，本文就自动测控在全空气空调系统中的应用进行探讨1.2 国内外研究现状变风量空调系统（Variable Air Volume Air Condition System，简称VAV系统)20世纪60年代诞生在美国变风量技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低变风量系统出现后并没有得到迅速推广，当时美国占主导地位的仍是定风量系统加末端再热和双风道系统西方20世纪70年代爆发的石油危机促使变风量系统在美国得到广泛的应用，并在其后20年内不断发展，已成为美国空调系统的主流，并在其它国家也得到了应用20世纪90年代后，欧美日大约有80%的高层空调系统采用变风量空调系统其起源于美国，在日本得到发展，现在许多发展国家得到广泛应用在国外及香港地区，VAV系统的应用十分普遍，但是在我国却经历了应用-停滞-在应用的阶段由于在国内VAV系统的早期应用多数不尽人意，造成设计者或建设者在是否采用VAV系统上犹豫不决中央空调变风量是指空调系统根据区域负荷变化和要求自动调整送风量的一种空调系统。
最大优点是节能显著，同时，还具有使用舒适、灵活、可用新风作冷源等优点我国在20世纪80年代曾经引进过变风量系统，但由于对系统的性能了解不够，致使系统不能按设计要求运行一时间变风量系统的应用和研究停顿了下来近年来，工程师又把目光转向了变风量系统主要因为一是定风量系统暴露出一些缺点，凝水污染、霉菌问题和改扩建较麻烦二是受变风量系统节能的诱惑业主也希望采用变风量系统以节约运行费用目前在北京、上海等一些城市的空调系统很多都采用变风量系统，但在西北地区采用变风量方式的空调系统还是很少，尚未得到广泛的应用，技术还不很成熟，尚需做很多进一步的研究工作随着空调专业在建筑行业中的迅速发展，目前国内商业建筑的空调设计更趋于复杂、庞大，空调系统所占整个建筑物能耗的比重越来越大，业主对建筑物内的舒适度及节能的要求也越来越高为了对建筑物内部的空调系统进行有效的控制和管理，使空调设备的运行维护费用降至最低，充分利用节能技术，在近几十年来，空调自动控制系统得到了突飞猛进的发展定风量式的全空气空调系统中，一般按房间最大热湿负荷确定风量，风量确定后全年不变实际上，在大多数情况下，空调房间的负荷低于最大负荷但实际负荷低于最大负荷时，为了维持室温设计水平，必须减少送风温差，其方法是通过再热或混合，以热量抵消部分冷量。
这样无论在热量上还是在冷量上都造成一定的浪费其次，当室内负荷不是最大负荷时，送风量大于实际需要量为了输出多余风量，风机要多消耗能量为了克服定风量系统的这些缺点，发展了变风量系统变风量空调系统通过自动控制可以达到舒适性高，节能显著因为在设备的能源消耗中，空调耗能占了70%左右而其中风机能耗占较大一部分变风量空调自控系统较好的降低了风机的能耗，在目前建筑节能中，起到了重要的作用1.3本论文研究的主要内容和要解决的关键问题熟悉中央空调的系统结构及工作原理，重点掌握的结构、原理及运行特性并且根据中央空调空气调节系统参数变化特性及控制要求，设计相应的自动测控系统和自动保护系统，采用MCGS设计监控程序本设计主要是以全空气式变风量中央空调空气调节部分的自动监测控制为主要内容对其系统各个部分进行分析，设计自动测控系统第二章 中央空调系统的组成及原理2.1 中央空调系统的组成一个空调房间内的空气环境，一般要经受来自内部产生的热、湿和其他有害物的干扰及来自空间外部气候变化、太阳辐射和外气中有害物的干扰消除上述干扰的技术手段是通过空气和水等介质，经热、质交换将多余的热、湿和有害物转移、置换或冲淡一个中央空调一般由图2.1所示的各部分组成，其中空气处理装置—空调机组是实现热、湿交换的核心部分。
图2.1中央空调系统的组成E—供电；W—供排水；C—供冷；H—供热；FA—新风采集；RC—回风；CS—自动控制；ER—能量回收；AD—送风；EX—排风中央空调的任务：（1）要创造出适合人体舒适感的空气系统；（2）空调工艺生产所需的空气环境；（3）排除空气中有害气体和集中散发的热量和湿度根据中央空调系统的基本任务，对商场空调系统进行分析商场空调负荷中维护设备结构传热负荷所占比例较小，大部分是新风负荷以及人与照明发热引起的负荷由于各地区、各类型商场的客流密度差别计算较大，因此商场空调负荷需因地因类而宜，按照维护结构、人员发热、照明负荷等累加得到宜用全空气集中式中央空调系统，原因如下：（1）空调机置于机房内，运转、维护容易，能进行安全的空气过滤；产生振动，噪声传播的问题较小2）送风量大，换风充分，空气排污小；特别是过渡季节可实现全新风运行，节约运行能耗3）分区数少时，设备费用比其他方式少2.2 全空气空调系统（AAA）全空气空调（all-air air conditioning system）可简写为AAA，是全空气、单风管、低速中央空调系统的简称全空气、单风管、低速中央空调系统是最典型、出现最早、至今仍采用最广泛的空调系统。
如按承担室内负荷的介质来分类，空调系统可分为全空气系统、全水系统、空气—水系统及冷剂系统所谓全空气系统，即指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来承担按其送风量的变化与否，可分为定风量系统和变风量系统两大类全空气空调系统可以完成对全年空调系统提出的各种功能要求，包括:供给足够量的新鲜空气，实现对某房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等调节与控制，也就是说，全空气空调系统可以实现对建筑的热、湿以及空气品质的全面控制同时，也为充分利用自然能源，进行变新风运行提供条件作为出现最早且发展也较成熟的全空气系统，还具有以下一些突出优点:① 空气品质高全空气中央空调系统送入的空气都是先经空气处理机组进行处理过的，因此，其空气品质可以得到控制可以在机组中设置粗、中效过滤器，甚至高效过滤器，来达到送风的洁净要求同时，还可以按需调整系统的新风量，甚至在过渡季节全新风运行，可以实现在节能的基础上的最优空气品质因此，全空气中央空调系统广泛应用于商场影剧院会堂等对空气品质要求较高的场所② 温湿度控制精确在全空气系统中，可通过控制空气处理过程的机器露点温度及相应的再热过程，在温度控制的同时，也可以实现较为精确的湿度控制。
而在其他系统中，如空气—水系统、制冷剂系统可以实现温度的控制，但湿度却难以保证，特别是实现温、湿度的同时精确控制因此，在温、湿度控制要求较高的场所，如恒温恒湿实验室，全空气中央空调系统还是不可替代的空调系统形式③ 无冷凝水由于全空气中央空调系统所有空气处理过程都在机房内完成，室内没有空调末端，送到房间内的只有冷风，所以避免了产生冷凝水，符合水不进房间的原则而冷凝水不仅易造成排水不畅，污染建筑结构，并且更是滋生病菌的根源因此，在很多特殊性质房间，如手术室，无菌病房、安全实验室，电信机房等场所，全空气中央空调系统还是必选的系统形式④ 易于气流组织全空气中央空调系统还容易实现室内空气的气流组织通过设置送风口位置、数量、出口风速及回风口的位置、数量等参数，可以控制室内送风的定向流动，从而控制室内空气的速度场、温度场尤其是有洁净度要求的空间，需要流型控制，如单向流、辐射流等，全空气中央空调系统更是必不可少常用的为一次或二次回风方式，根据节能、室内恒温等设计要求，本设计采用二次回风方式2.3 变风量空调系统（VAV）当送风量一定时，为适应各空调房间的负荷，要相应改变送风温度，这种系统成为定风量系统，从调节角度来说成为“质调节” 。
相反，如送风温度一定，为适应负荷需要而改变送入各房间的风量，这种系统称为变风量系统，又称为“量调节”系统，它们统称为VAV系统按处理空调负荷所采用的输送介质分类，变风量空调系统是属于全空气式的一种空调方式，即全空气系统的一种该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比，并相应调节空调机的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的一种空调系统普通集中式空调系统是定风量系统，而且送风量是按空调房间最大时设计的实际上房间负荷不可能总是最大值因此，当热负荷减少时就要靠提高送风温度的方法，当湿负荷减少时就要靠提高送风含湿量的方法来满足室内温、湿度的要求显然，热负荷减少时，需要增加再热量以提高送风温度，其结果是既浪费了热量也浪费了冷量然而从风量计算公式及可以看出，为了适应负荷变化，除了维持G不变，改变to口或do之外，也可以采用维持(tN –to)或（dN-dO）不变，而改变G的方法这就是变风量系统的基本原理但是从风量计算公式也可以看出，当房间负荷发生变化时，要想通过变风量的方法来适应负荷的变化，并使(tN –to)及（dN-dO）均不变不大可能，除非是Q及W按相同比例变化因此，只有当室内仅仅一个参数要求严格保证，而另一个参数允许有较大的波动范围时，才宜采用单一的变风量方法，否则在设计时除采用变风量方法外，还应考虑辅助措施。
通常是采用：变风量控制室内温度，变露点控制室内湿度；或者，变风量控制室内湿度，变再热量控制室内温度2.3.1 变风量与定风量的区别变风量与定风量系统的主要区别如表2.1所示表2.1 变风量与定风量系统的主要区别名称定风量变风量基本原理原理图式h-d图分析能耗情况能耗结论建筑物空调负荷大部分时间在部分负荷工况下运行，全风量再热运行能耗大通过全年变风量运行，大量节约能耗控制质量室内相对湿度控制质量高室内相对湿度控制质量差新风量新风比不变时，新风量不变新风比不变时，新风量改变，调小时影响室内空气质量室内气流气流分布稳定风量室内空气气流分布受影响造价末端设备简单，控制系统比变风量简单，造价较低末端装置(VAV风口)价高，控制系统亦较复杂，故造价高2.3.2 变风量空调系统的末端装置其基本构造是单元内装有一个节流风阀和一个风量计其工作原理是自动控制器根据风量设定值与测定值的偏差来控制风阀开度风量设定值与测定值之间产生偏差的原因有两个,一是自动控制器根据室温偏差修改了设定风量,一是当其他变风量末端装置的风阀开度变化时引起了风管内静压发生变化这种利用自动控制来补偿因风管内静压变化而引起的送风量变化的变风量末端装置,较之利用机械原理的变风量末端装置,制作简单,性能可靠,控制精度高。
这里所谓的风量计实际上是风速计它依照感受到的风速大小输出相应比例的电信号因风管的截面积是不变的,因而可作为风量计使用常用的风速计有5种：双金属板式、半导体式、电磁感应式、风力发电机式、超声波式为了压低成本,风速计一般都没有设复杂的线性输出补偿线路如果自动控制中没有用风量测定值来进行物理量计算,只是用其相对值进行控制的话,则风速计的输出值是否精确就无关紧要了在数字自动控制中可能要用风量测定值来进行物理量计算,对于数字自动控制器来说,用输入输出对照表来校正风速计的输出值是极其简单的事情,因此也无须要求风速计设置线性输出补偿线路第三章 中央空调空气调节系统3.1 空气湿处理室内相对湿度控制系统根据室内空气相对湿度的变化，控制通过表冷器的冷水流量或喷水室的进水流量来控制出口空气的含湿量，进而达到调节送风含湿量的目的3.1.1 喷水室的构造喷水室是生产工艺性空调常用的一种处理空气的方式喷水室借助喷嘴向流动空气中均匀喷洒细小水滴，以实现空气与水在直接接触条件下进行热湿交换他所独具的能够实现多种空气处理过程、具有一定的空气净化能力、结构上易于现场加工构筑且节省金属耗量等优点，使之成为应用最早而且相当普遍的空气处理设备。
但是限于它对水质要求高、占地面积大、水系统复杂、运行费用高等缺点，处在一些适度调控为目的的场合还大量使用，一般建筑已不常使用或仅作加湿设备使用鉴于VAV空调有另外的制冷设备，本文中喷水室主要进行加湿使用喷水室系由喷嘴、供水排管、挡水板、集水底池和外壳组成，底池还包括有多种管道和附属部件如图3.1所示图3.1 卧室喷水室构造1―前挡水板；2―喷嘴与排管；3―后挡水板；4―底池；5―冷水管；6―滤水器；7―循环水管；8―三通混合阀；9―水泵；10―供水管；11―补水管；12―浮球阀；13―溢水器；15―泄水管；16―防水灯；17―检查门；18―外壳喷水室的横截面积应根据通风量和～的流速条件来确定，长度则取决于喷嘴排数、排管布置和喷水方向喷水室中通常设置1～3排喷嘴，喷水方向根据与空气流动方向流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷—单排多用逆喷、双排多用逆喷、在喷水量较大时才采用3排（1顺2逆）供水排管间距约为600～1000mm，前后挡水板的贴近距离分别取为200mm和250mm 3.1.2 喷水室中空气与水直接接触时的状态变化过程分析当空气以一定速度流经喷水室时，它与水滴之间通过水滴表面饱和空气边界层不断进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者的温差，潜热交换和湿（质）交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换按照Lewis关系则是以焓差为推动力。
这一热湿交换过程其实可以看成是一部风与水直接接触的空气与另一部分尚未与水接触的空气不断混合的过程，空气自身状态因之发生相应变化假如空气与水接触处于水量无限大、接触时间无限长这一假想条件下，其结果全部空气都将达到具有水温的饱和状态点，就是说空气终状态将处于h-d图中的饱和曲线上，且终温也将等于水温显然，一旦给定不同水温，空气状态变化过程也就有所不同，由此可以在h-d图上得到如图3.2所示的7中典型空气状态变化过程图3.2 喷水处理空气的典型状态变化过程这些过程各具特点（见表3.1），从中不难看出3个过程更具典型意义：A-2是空气加湿―减湿的分界线；A-4是空气增焓―减焓的分界线；而A-6则是空气升温―降温的分界线表3.1 用喷水室处理空气时几种典型状态变化过程的特点过程线水温特点t或d或h或过程名称A-1减减减减湿冷却A-2减不变减等湿冷却A-3减增减减焓加湿A-4减增不变等焓加湿A-5减增增增焓加湿A-6不变增增等温加湿A-7增增增增温加湿注：1.，，为空气的干球温度、湿球温度和露点温度，为水温 2.、、分别为现热量、潜热量、总热量对实际的喷水室来说，喷水量总是有限的，空气与水接触时间也不可能足够长，因而空气终状态很难达到饱和（双极喷水室属例外），水的温度也将不断变化。
人们习惯于将空气井喷水处理后所达到的这一接近饱和但尚未饱和的状态点称为“机器露点”3.2 空气热处理3.2.1 表面式换热器的构造与类型目前在舒适性空调工程中广泛使用表面式换热器表面式换热器因具有构造简单、占地少、水质要求不高、水系统阻力小等优点，已成为常用的空气处理设备表面式换热器包括空气加热器和表面式冷却器两类前者用热水或蒸汽做热媒，后者用冷水或制冷剂做冷媒因此，表面式冷却器又可分为水冷式和直接蒸发式两类表面式换热器与喷水室相比，它设备结构紧凑，占地面积小，水系统简单且多采用闭式循环，故对水质没有卫生要求且输送能耗低，在处理相同空气质量时能实现较大的空气焓降和较高的空气温升，从而节约用水量该设备是由工厂规格化、系列化进行生产，设计选用、施工安装及维护管理方便因此，它在空调工程中得到相当广泛的应用，但它也存在耗用金属材料多、对空气净化作用差、只能对空气进行加热、等湿冷却和减湿冷却等局限性为强化传热效果，目前空调中应用的大多都是肋管式表面换热器，它主要由管子、联箱、肋片和护板组成肋片管的加工方法很多根据肋片管加工方法的不同，常用的表面式换热器由绕片管、镶片管、串片管和轧片管等类型绕片管又分为皱褶式绕片管和光滑绕片管。
前者是将铜带、钢带用绕片机紧紧地绕制在铜管或钢管上，皱褶的存在既增加了肋片与管子间的接触面积，也增加了气流的扰动，从而提高传热系数但也增加了气流阻力，且容易集灰，不便清理后者是用延展性好的铝带绕成，不带皱褶，其肋片平滑，具有较小的空气阻力GL型、S型、UI型表面式换热器均为皱褶式绕片管，JW型、SRL型表面式换热器为光滑绕片管镶片管是将金属带绕在螺旋槽管子的槽内，再经挤压使金属带紧密地镶嵌在槽内，SXL型表面式换热器的肋管属于此种类型串片管是在肋片上事先冲好相应的孔，然后将肋片与管子串在一起，经对管子进行机械或液压胀管使之与肋片紧密结合轧片管是用专门的轧片机在光滑的铜管或铝管的外表面直接轧出肋片由于肋片与管子是一个整体，没有缝隙，无接触热阻，故具有较好的传热性能KL表面式换热器的肋片管为轧片管此外，使用在多工位连续冲床上经多次冲压、拉伸、翻边、再翻边的方法，可得到二次翻边肋片用这种肋片制成的换热器由更好的传热性能为了进一步提高传热性能，增加气流的扰动以提高外表面换热系数，近年来还出现了其他的肋片片型，如波纹型片、条缝型片、百叶缝型片和针刺型片等研究表明，采用上述措施后，可使表面式换热器的传热系数提高10%～70%。
3.2.2 表面冷却器的设计与选型① 表冷器传热系数当表冷器的传热面积和交换介质间的温差一定时,其换热能力可用传热系数的大小来评价对于既定结构的表冷器,影响其传热系数的主要因素为其内、外表面的传热系数和析湿系数表冷器外表面的传热系数与空气的迎面风速有关,当以水为传热介质时,内表面的传热系数与水的流速ω有关；析湿系数与被处理空气的初状态和管内水温有关对于减湿冷却过程,当结构一定时,传热系数的经验公式为 (3-1)式中为湿工况下表冷器的传热系数,W/(m2℃)； 为被处理空气通过表冷器时的迎面风速,m/s；ω为水在表冷器管内的流速,m/s；ζ为析湿系数；A,B为由实验得出的系数；m,p,n为由实验得出的指数② 表冷器热交换效率表冷器的热交换效率有全热交换效率和通用热交换效率两种表冷器的仿真属于校核性计算,可采用全热交换效率进行计算,计算全热交换效率时同时考虑空气和水的温度变化根据传热理论可推导出全热交换效率的计算公式为 (3-2)式中 t1为处理前空气的干球温度,℃；t2为处理后空气的干球温度,℃；tw1为冷水初温,℃。
表冷器的通用热交换效率只考虑空气状态变化,也称接触系数,其计算公式为 (3-3)式中 为表冷器在理想条件下（接触时间非常充分）工作时,空气终状态的干球温度,℃；αw为表冷器外表面的传热系数,W/(m2℃)；F为迎风面积,m2；G为空气流量,kg/h；cp为空气比定压热容,J/(kg℃)经推导可将写成和N的函数形式=(,N), 随表冷器排数N的增大而增大,随迎面风速的增大而减小③ 表冷器热平衡方程稳定状态下,表冷器吸收的热量应该等于空气放出的热量,其数学表达式为 (3-4)式中为制冷量,J/h； ,分别为空气初、终状态的比焓,J/kg；W为冷水流量,kg/h；c为冷水的比热容,J/(kg℃)； ,分别为冷水的初温、终温,℃④ 表冷器选型计算对于包含析湿系数的效率系数法,模型的输入参数为表征表冷器热工性能的各项参数以及流体的工况参数,如表冷器迎风面积、水通路截面积、表冷器排数、空气的进口干球温度、空气的进口湿球温度、水的进口温度、空气流量、水流量根据以上参数及式(3-1)～(3-4),可求得,,, （为选用的表冷器所能达到的热交换效率,可用公式计算，其中为为传热单元数, 为热容量比）,然后进行误差判断等循环计算,其具体流程见图3.3,图中为处理后空气湿球温度,δ为给定误差。
图3.3 表冷器选型计算流程3.3 新风量的控制及回风方式对于变风量空调系统最小新风量的控制主要用于保证室内的空气品质（IAQ），目前现行的变风量空调控制系统的最小新风量控制方法很多，包括新风量直接测量法、二氧化碳（CO2）浓度测量法、新风风机新风量控制法、送回风风量测量控制法等图3.4为二氧化碳（CO2）浓度测量法的方式，通过直接测量进入空调系统的CO2浓度，与设定的最小CO2，浓度相比较，控制新风阀门的开度，来达到最小新风控制的目的图3.4变风量空调系统新风量控制框图3.3.1 新风量的控制和空气平衡变风量系统的新风量控制是当前国内外变风量系统研究中的一个难题，是20世纪90年代以来变风量系统的研究重点对于变风量系统新风量的控制既要考虑室内空气品质（IAQ），又要考虑节能新风量的有效控制对空调系统的节能意义重大为了解决新风量不足的问题相继提出了各种控制方法，主要有以下几种基本形式：CO2浓度控制法、风机跟踪控制法、稳压控制法、设置独立的新风风机① CO2浓度控制法以CO2浓度作为指标来控制新风量最早是由Kusuda提出的，他认为CO2的浓度不仅代表CO2本身作为污染物对室内空气的污染程度，而且还能反映室内人员的状况，即人数及活动状况，能体现室内人员对新风的要求。
针对这种以CO2浓度作为指标的DCV通风控制方案，Haghigha，Warren[26]等分别在办公楼、音乐厅以及住宅楼中进行了试验，发现与传统的固定新风量的控制方案相比，在保证室内空气品质不变的前提下，这种控制方案有潜在的节能效果，最大可达50%以上，其通过调整风量实现节能的优点得到了公认但是近年来众学者认为该方法的缺点[27]主要是二氧化碳浓度不能作为衡量室内空气质量好坏的指标因为影响人的舒适及健康的气体污染物还包括人、建筑物、家具、装饰材料散发的种类复杂的有机污染物这种控制方法在空调发展中有一定的局限性有待于进一步研究开发出空气综合质量传感器，通过此信号来调节新风量以满足要求目前这种方法适用于人员密度比较大的场合② 稳压控制法这种压差检测控制的方法能够既精确又方便地控制VAV空调系统中的最小新风量，而且能耗小，适用性强，在国外已经逐渐得到了广大工程师们的接受和赞同，应用也越来越广泛该方法是通过压差传感器DPI测量新风遮板和阀门前后的压力差来控制回风阀门其新风阀门的最小位置是按照在最大送风量时所需要的最小新风量的标准来设置的，并在系统运行过程中始终保持不变当送风量减小时，新风遮板和阀门前后的压力差将会降低，控制系统就调整回风阀门的开度，减小回风量，以维持所需的新风量不被减小。
新风阀的最小新风量设定开度在小于极大最小新风量设定的开度的范围内可通过减小循环风阀开度来重新设置压力差的设定值可以在37 Pa到87 Pa这样一个易于实现精确控制的范围之间变化，这种方法在大量的实践工程中已经被证明可以达到很高的控制精度另外，该该方法还具有以下两个优点：①它带来的能量损耗很小；②它适用性强，在有或没有回风机的系统都可以使用，而且无论是新系统还是对已有系统的改造都很方便近几年来，国内对空调自动控制系统的研究也有了突破性的进展，相信在原来的控制基础上再结合一些先进的自动控制算法，该控制系统的运行将更稳定应用也会更加广泛③ 设置独立的新风机目前认为设置独立的新风机是变风量系统新风量控制最好的方法之一它通过新风机入口处的风速传感器来调节风阀，维持最小新风量该法简单实用，只需在新风风道中，安装一台风量等于所需新风量、全压等于新风风道阻力的新风风机即可当采用这种控制时，可以不用回风机，或代之以排风机，这样控制起来更容易，也更稳定该方法的优点是：因直接测定新风量，因此误差比通过测定送风机和回风机的风量来调节新风量要小得多该方法的缺点是：需要另设最小新风风管，从而需要额外的新风管道不适于改建工程。
各种新风量的确定和控制方法都有自身的优缺点，不论采用何种方法，都必须结合系统自身的特点，对于不同的情况应采用不同的控制方法，以满足不同的要求另外随着设备品种的增加和控制技术的进步，将会有更多的控制方法可供选择3.3.2 回风方式中央空调空气调节系统的回风方式常用一次或二次回风，根据节能、室内恒温等设计要求，本设计采用二次回风方式对于室内允许温、湿变化较小，或者有一定送风温度温差的恒温室来说，随着室内显热负荷的减少，可以充分利用室内回风热量来代替再热量，带有二次回风的空调系统就采用这种调节方案如表3.2所示为冷热量计算表3.2 二次回风方式的空气处理过程及冷热量计算系统二次回风方式冷处理方式用喷水室处理空气用表冷器处理空气h-d图上的处理过程夏季过程与计算处理过程耗冷量计算/kW再热量计算/kW冬季过程与计算处理过程一次加热计算/kW二次加热计算/kW加湿量计算/注：h—焓值，kJ/kg；d—含湿量，g/kg；W—新风状态点；N—室内空气状态点；C—新、回风混合状态点；L—机器露点；—角系数第四章 中央空调空气调节系统控制方案设计4.1 变风量控制系统的特点及分类图4.1是一个典型的单风道变风量空调系统简图。
在这个系统中，除了送回风机、末端装置、阀门及风道组成的风路外，还有五个反馈控制环路一室温控制、送风静压控制、送回风量匹配控制、新排风量控制及送风温度控制在供冷季中，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节变风量末端装置中的风阀开度减少送入该房间的风量由于系统阻力增加，送风静压会升高当超过设定值时，静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转速减少系统的总送风量送风量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量匹配控制器会减少回风量以维持设定值风道压力的变化将导致新排风量的变化，控制器将调节新风、回风和排风阀来保持新排风量图4.1 单风道变风量空调系统简图在冬季，对于有内外区的建筑，内区继续供冷，外区末端装置值提供最小风量以保证新风和气流组织，由末端再热装置或其它供暖系统供热变风量控制系统特点如下：（1）优点① 节能：由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可大幅度减少送风风量的动力能耗同时在确定系统总风量还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量有关文献介绍，VAV系统与定风量系统相比大约可以节能30%～70%。
② 舒适性高：能实现各局部区域的灵活控制，可以根据负荷的变化或个人的要求自行设置环境温度与一般定风量系统相比，能更有效地调节局部区域的温度，实现温度的独立控制，避免在局部区域产生过冷或过热现象并由此可以减少制冷或供热负荷③ 新风作冷源：VAV系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，可以利用新风作冷源消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉变问题④ 系统的灵活性较好：易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑，例如出租写字楼等当室内参数改变或重新隔断时，可能只需要更换支管和末端装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内温控器2）缺点从用户的角度看，主要有：①缺少新风，室内人员感到憋闷；②房间内正压或负压过大导致房门开启困难；③内噪声偏大从运行管理方面看，主要有：①系统运行不稳定，尤其是带“经济循环”的系统；②节能效果有时不明显此外，变风量系统还存在一些固有的缺点：①系统的初投资比较大；②对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用室温控制而又没有末端再热装置，往往很难保证室内湿度要求现有VAV系统控制方法有以下几种：① 定静压控制法定静压控制法的主要控制原理为在系统风管上某一点（通常此点设在送风系统管网的适当位置，常在离风机出口处约2/3处）设置静压传感器，以保持该点静压固定不变为前提。
室内要求的风量由VAV风阀调节，而整个系统的送风量通过不断改变空气处理机送风机输入频率来进行调节，同时还可以通过改变送风温度来满足室内环境舒适度的要求这种控制方法比较简单，调节周期短，运行稳定可靠，在国内已相当成熟但定静压控制法由于系统送风量根据风管中某点静压值来控制，会使风机的转速较高，达不到最佳的节能效果；同时当VAV所带风阀阀门开度过小时，气流通过噪声加大，影响室内环境再者，在管网较复杂时，静压点位置很难确定，且节能效果不好② 变静压控制法变静压控制法的控制思想是尽量使VAV风阀处于全开（80%～90%）状态，把系统静压降到最低，因而能最大限度地降低风机转速以达到节能目的该方法在VAV装置中设置阀门开度传感器，各VAV装置之间建立控制网络，根据系统控制器的计算来调节风机变频器，使入口静压值最大的VAV装置的阀门处于接近全开状态该控制方法弥补了定静压法的不足之处，采用改变系统送风静压和送风温度等手段来实现变风量系统的功能这种控制方法在提高被控房间室内舒适度、系统节能、噪声控制等方面有明显的优势但这种控制方法调试周期长且调试困难，系统运行不稳定，系统容易产生振荡③ 总风量控制法总风量控制法是直接根据末端设计风量计算出要求的风机转速。
这种控制方法具有某种程度上的前馈控制含义，而不同于静压控制的反馈控制它可以避免使用压力测量装置，减少了一个风机的闭环控制环节，简化了控制系统，使系统的可靠性提高，节能效果接近于变静压控制，优于定静压控制4.2 变风量控制系统控制方法4.2.1 定静压温度控制法（CPT法）当节流式变风量空调系统处于低负荷时,若采用定送风静压控制方式,系统末端装置的风阀不得不关小开度以减小风量这时消耗在末端装置上的静压很显然要比风阀全开状态提供同样大小风量所需静压要大于是,在保证系统风量要求的同时尽量降低送风静压的节能方式随之而生,这就是所谓的最小静压控制最小静压控制要求不停地调节送风静压,在保证系统风量要求的同时始终保持系统中至少有一个末端装置的风阀开度为全开但是,在最小静压控制的设想诞生后很长一段时间里,因为没能找到以末端装置的风阀开度来计算送风机转速的方法,只好用试错法(Trial and errormethod)控制送风机转速来寻找最小静压其控制方法是,当系统处于静压不足状态时,以一定的变化率提高送风机转数；当系统处于静压过剩状态时,以一定的变化率降低送风机转速；当系统处于最小静压状态时,固定送风机转速。
静压不足状态的定义为,系统中有一个以上末端装置的风阀开度超过了设定最大开度上限静压过剩状态的定义为,系统中没有一个末端装置的风阀开度达到了设定最大开度下限最小静压状态的定义为,系统中有一个以上末端装置的风阀开度在设定的最大开度范围内这种方法由于只知变化方向,不知具体的目标值,无法迅速改变送风机转速以追随风阀开度变化但是由于风量变化没有送风温度变化对室温的影响大,加上房间的温度响应很慢,所以试错法最小静压控制的效果并不坏只是试错法是根据风阀位置来进行控制的,因此它要求末端装置带有阀位信号发送器这就增加了末端装置的成本一些制造商用阀位控制信号代替实际阀位信号,这种用法虽省掉了阀位信号发送器,却增加了调试上的困难,因为它不允许阀位信号振荡由于各空调系统的热特性不同,现场调试工作周期是很长的,至少要经过冬夏两季的一次调试要想得到比较满意的结果的话,一般要两三年用模拟式自动控制器进行最小静压控制时,因难于使用试错法以外的控制方法,所以造成送风系统的低频振荡几乎是不可避免的这种振荡往往造成室温的低频振荡但是若用数字式自动控制器进行最小静压控制,则可以避免这一现象用数字式自动控制器进行最小静压控制时,只要知道了末端装置的风阀全开时的开度—压差—流量特性,风管的流量—阻力特性,风机的转速—扬程—流量特性,就可以根据风量求得满足最小静压控制的送风机转速。
这种方法不使用阀位信号,但须使用数字式自动控制器,被称为计算法适合于计算法最小静压控制的变风量空调系统须具备以下几个条件：各房间设有温度传感器,各末端装置里设有风量计,各末端装置的风阀开度和送风机转速均可控制,控制器可进行数字计算计算法最小静压控制按以下几个步骤进行：① 给出各末端要求风量各末端温度控制器（图4.2的1#）根据室温偏差给出要求风量一般常用比例积分控制方式因此,无论末端温度控制器为模拟式自动控制器还是数字式自动控制器,均可输出要求风量信号图4.2 变风量空调系统静压控制框线图② 计算风管阻力根据各末端要求风量和风管流量—阻力特性计算风阀全开时各风管回路的阻力③ 选择最不利回路和计算最小静压状态的送风机扬程根据①②的计算结果选择最不利回路,该回路的总阻力为送风机所需扬程④ 计算送风机转速以各末端要求风量的和为送风机所需风量,根据风机的转速—扬程—流量特性即可算出送风机转速设定值同时可以算出耗电量⑤ 控制根据送风机转速设定值控制送风机转速但对风机转速变化率必须加以限制,以防止电机过载4.2.2变静压温度控制法（VPT法）变静压变温度控制法（Variable Pressure Variable Temperature）简称VPT法，又称之为变静压法。
它克服了定静压变温度法的上述缺点，于20世纪90年代后期开发并普及推广的定静压变温度控制法（Constant Pressure Variable Temperature）简称CPT法，又称之为定静压法它是在定静压定温度控制法的基础上发展起来的其控制原理如图4.3所示图4.3 变静压变温度控制法原理图该控制方法弥补了CPT法能耗大、噪声高的缺点它是在定静压控制运行的基础上，阶段性地改变风管中压力测点的静压设定值，在适应所需流量要求的同时，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机的能耗由各VAV的要求风量计算出系统的要求风量进行前馈控制；同时根据各VAV的阀位开度判断系统送风静压是否满足，由此进行反馈控制如图4.4所示，具体控制如下：首先，各末端风量的和得出系统的要求风量，由此风量值确定风机频率，即进行前馈控制；每个VAV末端均向静压设定控制器发出阀位信号，若有一个末端阀门全开，则认为系统静压不能满足此末端装置的风量要求，应提高系统静压的设定值，即提高风机转速；若全部末端阀门开度低于85％，则表明此时的静压设定值偏高，系统提供的风量大于每个末端装置所需要的风量，此时应减少系统的静压设定值，即降低风机转速；若处于这两种情况之外，则表明静压满足末端装置的要求，锁定静压设定值，风机转速不变。
图4.4 风机转速控制原理4.2.3最小总风量控制① 总风量控制方法的提出传统的变风量空调系统控制方法一直视静压为调节风机转速的唯一参数，但无论是定静压和变静压两者均存在许多不足之处，定静压方法控制简单，但风机能耗较高，末端阀位多处于偏小状态，相应的带来了噪声问题；变静压方法虽然能最大限度的节省风机能耗，但控制算法复杂，实现较为困难此外，这两种方法均使用压力控制，系统就必然有不稳定的因素在变风量控制系统中，排除机组的控制环节后，风系统中只有房间温度控制环节和风机转速控制环节，风机转速如果不使用静压控制，可能的方法就是对风机实行某种前馈控制故充分利用计算机强有力的计算功能，算出风机合适的转速来直接控制风机② 总风量控制方法的基本原理风机总风量控制方法是基于压力无关型的VAV末端研究出的一种新的简单易行的空调系统的控制方法图4.5中压力无关型末端装置控制环节的控制线路放大如图4.6所示图4.5 压力无关型末端装置控制框图通过对压力无关型末端控制环路的分析，发现了各个末端的设定风量是一个很有价值的量，它反映了该末端所带房间目前要求的送风量，那么所有末端设定风量之和则显然是系统当前要求的总风量，并且体现了系统希望达到的流量状态。
图4.6 压力无关型末端装置控制线路图根据风机相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速是一个正比关系： (4-1)根据这一正比关系，在设计工况下有一个设计风量和设计转速，那么在运行过程中有一要求的运行风量自然可以有对应这一要求的风机运行转速，虽然设计工况和实际运行工况下系统的阻力有所变化，但可将其近似为正比的关系表示为： (4-2)上述公式在空调定风量系统时是适用的，因为定风量系统的阻力系统在运行时是不发生变化的但对于空调变风量系统，由于系统运行时阻力系数不断发生变化，所以简单地运用上式是不行的如果所有末端的风量变化都按照同一比例变化，则可以运用上式来控制风机转速但由于实际运行时各个末端的风量变化经常不一致，不能简单运用上式，引入下列概念作为安全系数，来反映末端的风量变化的不均衡性 (4-3)式中，┈运行工况下第i个末端的设定风量，┈设计工况下第i个末端的设计风量，┈相对设定风量。
显然由于各个末端要求风量的差异而使各末端的相对设定风量不一致，这种不一致的程度，可以用误差理论中的均方差概念来反映首先计算出各个末端的相对设定风量的平均值： (4-4)式中 n┈变风量系统中末端的个数则均方差可以表示为： (4-5)有了上述基本概念之后，根据风机相似性原理和考虑安全系数后，转速的调节公式为： (4-6)式中┈运行工况下的风机设定转速，┈设计工况下的风机设计转速，┈所有末端相对设定风量的均方差，┈自适应的整定参数，缺省值为1.0有了这个转速关系之后，就可以实时地根据末端设定风量的变化对风机进行转速调节③ 总风量控制方法的控制原理图风机总风量控制方法的控制原理图如图4.7所示：其调节过程为：温度控制器TCI感受房间温度变化，与设计温度相比较，确定所需要的送风量来调节VAV末端的送风量，同时将设定风量输入风量控制器，空调机组A。
