完整word版某办公楼空调系统设计Word格式.docx
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该系统采用空气—水空调系统,采用新风机组加风机盘管形式.完成该办公区域空调系统的监控点设置和控制策略的设计。
(1)要求对监控的传感器、控制器、执行器进行初步选型,统计监控信号(I/O)点数,选择一种控制方案,确定其控制策略。
(2)统计BAS监控点表
(3)编写课程设计说明书。
主要参考资料
1.李玉云,建筑设备自动化,机械工业出版社,2013年6月
2.曲云霞,暖通空调施工图解读,中国建筑工业出版社,2009年4月
3.郑爱平,空气调节工程,科学出版社,2002年8月
4.智能建筑设计标准GB/T50314—2006。
中国计划出版社,2006。
5.建筑设备监控系统设计与安装,03X201—2.中国建筑标准设计研究所。
完成期限:
2013年1月11日
指导教师签章:
专业负责人签章:
2013年1月4日
摘要
中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段,人们对生活环境的要求也越来越高,而生活环境最主要的就是居住环境,这种需求带动了中国的空调制冷业的发展.随着信息技术的发展,电子技术、自动控制技术、计算机及网络技术和系统工程技术得到了空前的高速发展,对空调系统的控制也提出了新的要求。
对办公楼空调系统控制好坏,从某种角度也决定的其内部工作人员的工作效率.本设计为某综合办公楼的空调控制系统设计,该办公楼的空调系统采用空气-水空调系统,采用新风机组加风机盘管形式。
设计内容主要包括系统监控点的设置和控制策略的设计.
关键词:
传感器监控点风机盘管控制策略传感器
1工程概况及设计依据
1。
1工程概况
本工程建筑面积为1800m,空调面积约为874m,功能是办公室。
该办公楼采用空气—水空调系统,采用新风机组加风机盘管形式。
详见下图.
送风机位置及风量
普通办公室送风口位置图
会议室风口设置
1.2设计原则
(1)实用性和先进性
本工程空调水系统控制按照智能建筑设计标准进行设计,系统的设置既强调先进性也注重实用性,以实现功能和经济的优化设计。
(2)标准化和结构化
系统设计依照国家有关标准外,还根据系统的功能要求,作到系统的标准化和结构化,能综合体现出当今的先进技术。
(3)集成性和可扩展性
系统设计遵循全面规划的原则,并有充分的余量,以适应将来发展的需要。
保证楼宇自控系统总体结构的先进性、合理性、兼容性和可扩展性。
1.3设计依据
本工程主要依据下列标准及文件:
《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50254—50259—96
《建筑智能化系统工程设计标准》DB32/181-1998
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
《智能建筑工程质量验收统一标准》GB50307-2002
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《电气工程施工质量验收规范试验方法》GB50303—2002
《中国采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-872001
《通信系统机房设计》GBKJ—90
2.空调系统的监控
2.1风机盘管的监控
风机盘管机组:
风机盘管机组是空调系统的一种末端装置。
它由风机、盘管(换热器)以及电动机、空气过滤器、室温调节器和机壳组成.
风机盘管机组的工作原理是借助机组不断地循环室内空气,使之通过盘管被冷却或加热,以保持室内一定的温、湿度。
盘管使用的冷水和热水,由集中冷源和热源供应。
机组有变速装置,分别设置为高、中、低三档,可调节风量,以达到调节冷、热量和噪声的目的。
风机盘管的工作原理图,如图
(1).
图
(1)
风机盘管装有当地控制器,即图中的温控器。
通过温控器,使用者可以设定风机盘管风速于高、中、低、停四个状态之一.使用者可以通过当地控制器设定房间温度,控制器根据房间实测温度与设定值之差,控制风机盘管的相关执行器的通/断状态,从而实现对房间温度的控制。
温控器应测量供水温度,从而确定系统是出于供冷还是供热状态,进而正确的控制冷热水阀的开闭.实测房间温度,房间温度设定值,风机盘管风机状态,这三类参数应送到实际管理计算机中记录、显示和分析。
基于上述风机盘管的调节功能,风机盘管自控原理图如图
(2)。
图
(2)
图中各类数字符号的控制信息如下表:
1
设备起停控制制
2
制冷/热模式设定
3
风机转速设定
4
风机转速控制
5
风机状态监视
6
冷热水阀门调节
7
室内温度设定
8
室内温度检测
9
与BAS通信
M
阀门调节电动机
T
室内温度
DI
数据输入通道
DO
数据输出通道
AI
模拟量输入通道
AO
模拟量输出通道
TE1
温度传感器
VA1
两线电动阀
TC1
温控器
N
零线
L
火线
风机盘管系统中被控对象为室内的空气温度,空气温度参数为供冷时:
16—36℃,供热时:
10—30℃;
空气相对湿度≤90%。
通过已知的参数进行控制系统的设置,然后由系统传感器采集到的室内空气参数与设定参数对比,两者之间的差别带动自动控制系统,由计算机管理和输出所需要的指令,传达到执行器中改变风机的转速。
2。
2新风机组的监控
新风机组是提供新鲜空气的一种空气调节设备。
功能上按使用环境的要求可以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气。
工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过除尘、除湿(或加湿)、降温(或升温)等处理后通过风机送到室内,在进入室内空间时替换室内原有的空气。
其工作原理为:
电动调节阀与风机连锁,以保证切断风机电源时风阀亦同时关闭.电动调节阀亦可实现与风机的联动,当风机切断电源时关闭电动调节阀。
新风机组温度控制系统由比例积分温度控制器、安装在送风管内的温度传感器和电动调节阀组成。
控制器的作用是把置于送风风道的温度传感器所检测到的送风温度传送至温控器与控制器设定的温度进行比较,并根据PI运算的结果,温控器给电动调节阀一个开/关阀的信号,从而使送风温度保持在所需要的范围。
当过滤网堵塞时或当其超过规定值时,压差开关给出开关信号。
在需要制冷时,温控器置于制冷模式,当传感器测量的温度达到或低于设定温度时,温控器给电动阀一个关阀信号,电动阀的关阀接点接通阀门关闭。
如果测量温度没达到设定温度,温控器给电动阀一个开阀信号,电动阀开阀接点接通阀门打开.在需要制热时,温控器置于制热模式,当传感器测量的温度达到或高于设定温度时,温控器给电动阀一个关阀信号,电动阀的关阀接点接通阀门关闭。
如果测量温度没达到设定温度,温控器给电动阀一个开阀信号,电动阀开阀接点接通阀门打开。
当盘管温度过低时,低温防冻开关给出开关信号,风机停止运行,防止盘管冻裂。
如图(3)是新风机组各控制点的配置.
图(3)新风机组控制点图
3.控制策略与方法
3.1风量控制策略
(1)定静压法。
定静压法是经典的系统风量控制,该系统采用送风管中的最低静压点测量値作为被控参数,表征负荷的风量需求。
其难点在于寻找稳定、合适的最低压点位置,可根据ASHRAE90。
1-2001标准规定“静压传感器位置的设定静压不应大于风机总设计静压的1/3"
,在实测中确定.定静压法控制简单,但是在运行工况中静压波动,而不同工况下静压设定值却没有相应变化,导致定静压法的实践成果变差。
(2)变定静压法。
变定静压法以末端装置中的最大风门开度作为被控参数,表征最不利的负荷需求风量,以此调节静压设定値来满足最不利点的负荷需要,解决静压设定值需要跟随工况条件而变化的问题,但依然采用了静压传感器作为控制系统的设定基准.变定静压法同样无法处理静压波动引起的系统波动问题静压波动。
(3)总风量法。
总风量法直接对末端装置的静压值作为基准参照点.尽管总风量法取消了静压传感器而回避了静压波动问题,但是忽略了最不利点的负荷需求,在最不利点变化趋势与总需求风量变化趋势相反时容易产生误动。
(4)变静压法。
变静压法采用超驰控制技术,以末端装置的需求风量求和作为正常工况下的主调节参数,在非正常工况下以最不利点的风门开度微调主调节参数作为优选调节项,结合总风量法与变定静压法的各自优势解决了设定值与设定值变化两大难题。
但是,由于受到DDC的计算容量制约,变静压法尚无法应用于大系统。
对比以上各种方法,本设计采用变静压法控制风量的大小。
3.2送风温度控制策略
针对混合新风而言,通过变频器调节送风机实现对风量的随动控制,通过冷水阀的温度调节实现对温度的定值控制,在形式上温度控制与风量控制构成比值控制系统。
在本质上,风量控制的最终对象也是温度,因此这是典型的串级调节系统。
内环系统通过系统风量控制构成对供冷量的细调,外环系统通过送风温度调节构成对供冷量的粗调。
(1)送风温度调节。
针对相同的冷负荷,较低的送风温度可减少系统风量,较高的送风温度需要较大的系统风量,建议在负载系数较高时调低送风温度来降低风机能耗,在负载系数较低时调高送风温度以便维持必要的系统风量.送风温度按照系统送风温度设定值来调节,由于各个末端装置所需要的最佳送风温度常常相互矛盾,按照末端装置的最低设定温度最高设定温度、各种设定温度平均值来确定送风温度设定值都不合理,因此通常依据节能规范要求预设系统启动设定温度,也可以采用投票法设定该值.根据各个末端装置的许可送风温度范围,加入各个末端装置占系统风量的权重,根据不同温度范围的得票率确定整个系统的最大许可送风温度范围,结合系统的负载率,根据许可送风温度范围的上限或下限来确定系统所需的最佳送风温度。
(2)送风温度设定值的动态调节.由于混合新风可以同时影响室内新风与温度两个被控数,随着室内环境的变化,在保持送风量的基础上调节送风温度就产生了新问题,具体而言就是保持设定温度的随动性调整。
依据末端装置的设定温度与负荷温度进行调节,依然存在众口难调的问题,由于系统风量调节与送风温度调节构成耦合参数,直接利用风量与冷量作为送风温度调节参数将引起系统失稳而被禁止.在工程实例中主要有高低负荷和最大负荷法高低负荷法根据变频器的上下限值确定风量调节的控制范围,超过这个范围才进行设定温度值的时间累进调节。
最大负荷法按照末端装置的最大负荷率确定温度设定值的修正值,依据积分时间进行温度调节.
3.3新风量控制策略
在变风量系统中,送风量根据室内温度而随动调节,随着温度趋近于设定值而不断降低送风量,在小风量工况下如何保障新风供应就成了变临的主要问题。
建议采用选择控制系统,在正常工况下根据总风量与最大固定新风比来调节新风阀开度,以最不利点的空气质量低于最小新风量作为非正常工况的判断依据,根据偏差值针对新风阀实施PID调节,同时保持排风阀与混风阀的比例随动性。
4。
设备选型
1传感器的选择
(1)温度传感器的选择
温度传感器用于测量室内温度,通常是以铂、镍、热电阻或热电偶作为传感元件.温度传感器将温度与电阻或热电势值相对应,将其变化信号经线性化处理,再转换成城与温度变化成比例的DC0—10V或4—20mA的输出信号,或者按其阻值或热电势变化作为相应温度变化的校正曲线进行量程的变换。
本系统的温度传感器安装位置有两处,一处在回风口,测量室内温度;
一处在盘管处测量盘管的温度,从而实现制冷和供热的自动切换。
温度传感器选择型号为:
MF5E—103F(10KΩ/25℃,B25/50:
3935,B值容许误差:
±
1%)。
(2)湿度传感器的选择
在空调制冷自控系统中所用到的湿度传感器都是相对湿度传感器。
采用多孔材料的湿敏元件由于吸湿快而脱湿慢,故选择湿度传感器位置时,尽量将传感器置于气流速度较大的地方。
如测量室内相对湿度时,一般将湿度传感器安装在回风道内;
测量室外空气相对湿度时,一般将湿度传感器安装在新风道内.按安装位置可分为风管型、室外型及室内型.
(3)压力传感器(模拟信号输入AI)
压力传感器与压差开关的区别仅在导压管。
压力传感器只有一支导压管,弹性元件的位移直接反映了该点压力,而压差传感器有两支导压管,分别接在两个不同的地点,弹性元件的位移反映了两点之间的压力差.压力传感器在建筑层面上的同一个水系统中安装有多个时,应尽量使它们处在同一标高上,降低静水压力的影响。
安装要求:
在系统中安装压力传感器时,还要注意测压点的选择。
一般来说,测压点要选择在被测介质作直线流动的直管段上,避免安装在弯头、三通、变径、管路附件等可能产生涡流的地方。
如果被测介质是液体,测压点应在管路的下方;
被测介质是气体,测压点应在管路上方。
无论介质如何,压力传感器的导压管都应与被测介质的流动方向垂直。
风管压力传感器应安装在直管段部分,且应在保温层完成以后再安装。
水管型压力传感器应安装在直管段部分,加缓冲弯管和截至阀。
(4)压差开关(数字信号输入DI)
风管压差开关通常用来检测空调过滤器堵塞、空调机风机运行状态等。
风管压差开关安装时,应注意压力的高低。
过滤器前端接高压侧,过滤器后端接低压侧。
空调风机出口接高压侧,空调风机进风口接低压侧。
水管压差开关宜安装在管道的直管部分,应有缓冲弯管和截至阀,最好加旁通阀。
(5)水流开关
水流开关用来检测水管中水流状态,安装时应注意:
水流开关应安装在水平管段上,垂直安装.不应安装在垂直管段上。
水流开关的水流叶片长度应大于管径的1/2。
(6)防霜冻开关
防霜冻开关主要用来保护空调盘管防止意外冻坏。
安装时注意:
防霜冻开关的感温铜管应由附件固定在空调箱内,空调机盘管前部,不可折弯、压扁.
2执行器选择
执行器接受现场控制器的控制信号,改变控制风量,使建筑设备按预定的工艺要求运行。
执行器由执行机构与调节机构组成。
执行机构按照现场控制器的控制信号产生推动力或位移,调节机构则在执行机构的动作下去改变控制变量。
在建筑设备监控系统中的调节机构多为风阀、水阀和蒸气阀等。
(1)调节阀选择:
由于常规调节器的控制规律是线性的,调节器参数整定后希望能适应一定的工作范围,不需要经常调整。
这就要求广义过程是线性的,即在遇到负荷、阀前压力变化或设定值变动时,广义过程特性基本保持不变。
从自动控制系统角度看,调节阀工作特性的选取原则是使整个广义过程具有线性特性.即在广义过程中,除调节阀外其余部分为线性时,调节阀也应该是线性的;
当广义过程中除调节阀外其部分具有非线性特性时,调节阀应该能够克服它的非线性影响而使广义过程接近为线性.可以采用等百分比特性的调节阀,以实现线性的广义过程。
(2)风法调节器的选择:
风量调节阀一般用在空调,通风系统管道中,用来调节支管的风量,也可用于新风与回风的混合调节。
在等压降和无外部阻力部件(过滤器、盘管等)条件下,风阀叶片开度和通过风阀风量之间的关系(风量调节阀的流量特性指流过风阀的相对流量与风阀转角的关系。
)。
多叶对开阀型风阀的特性类似等百分比特性;
多叶平行型风阀的特性近似线性特性.两者之间在风量上有很大的差别,在工程应用时,要根据使用条件选择合适的风阀.结合本工程选择对开多叶风阀。
4.3控制器选择
直接数字控制器(DDC)
(1)DDC系统组成原理
DDC系统是用一台计算机取代模拟控制器,对生产过程中多种被控参数进行巡回检测,并按预先选用的控制规律(PID、前馈等),通过输出通道,直接作用在执行器上,以实现对生产过程的闭环控制.它作为一个独立的数字控制器,安装在被控生产过程设备的附近,能够完成对不同规模的生产过程的现场控制.
(2)组成:
直接数字控制器是一种多回路的数字控制器,它以计算机微处理器为核心,加上过程输入、输出通道组成.
(3)DDC系统具有如下的特点:
计算机运算速度快,能分时处理多个生产过程(被控参数),代替几十台模拟控制器,实现多个单回路的PID控制。
计算机运算能力强,可以实现各种比较复杂的控制规律,如串级、前馈、选择性、解耦控制以及大滞后补偿控制等。
4温控器的选择
温控器的工作原理是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控,当环境温度高于控制设定值时控制电路启动,可以设置控制回差.如温度还在升,当升到设定的超限报警温度点时,启动超限报警功能。
当被控制的温度不能得到有效的控制时,为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行.本系统选择的温控器为HW-TC5901V2系列.
5总结
经过一周的课程设计,我从中学到了许多知识,不仅加深了我对这门课程的理解,更提高了我的设计能力与实践能力。
在刚开始的过程中,我先从熟悉图纸开始,由最初的不懂到慢慢看懂图纸,让我更加明确了此设计工程的目的和意义.这次设计使我对空气—水系统的专业知识有了新的认识,尤其在空调系统的控制方面,通过本次设计,学到了很多以前在课堂上没有学到的内容。
在设计过程中,主要学到了以下几个方面:
(1)知识系统化能力得到提高。
设计过程中运用了很多的知识,因此如何将知识系统化就成了关键。
如本设计中空调系统的监控方案设计,因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养,为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。
(2)计算和应用能力得到提高。
通过本次锻炼,使自己计算准确度有了进步,对AUTOCAD、WORD、protel等软件更加熟练了。
(3)自学能力提高。
此次设计过程中虽然遇到了很多的困难,但我持着敢于面对困难的精神,在设计院师傅及老师同学的帮助下终于克服了重重困难,在此要感谢他们的帮助!
总而言之,此次课程设计的完成带给我了很大的收获,为以后的习和工作打下了坚实的基础。
不仅为我提供了很好的学习机会,也为接下来的学习提供了更有利的帮助.
参考文献
[1]李玉云,建筑设备自动化,机械工业出版社,2010年6月
[2]曲云霞,暖通空调施工图解读,中国建筑工业出版社,2009年4月
[3]郑爱平,空气调节工程,科学出版社,2002年8月
[4]智能建筑设计标准GB/T50314—2006,中国计划出版社,2006
[5]建筑设备监控系统设计与安装,03X201—2,中国建筑标准设计研究所。
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