大厦的中央空调系统智能控制的应用方法开题报告

1. 研究目的与意义

研究目的：该选题的直接目的就是设计分析合理的中央空调控制系统，来达到节约能源，保证大厦中央空调智能控制系统的合理应用。本课题的研究目标是在最大可能满足人们对生活、工作环境的舒适度要求外，合理地设计空调系统以达到最小的能源消耗，做节能型的舒适中央空调。在遵循先进性、成熟性、开放性、标准性与可靠性等设计原则的基础上，充分考虑大厦的实际使用需求，在满足实用性要求的前提下，通过对大厦原有的中央空调系统的改造和升级，使整个系统便利、节能。

研究意义：随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，目前在楼宇自动控制系统（bas）领域对空调系统自动控制的要求越来越高，空调系统自动控制技术也随之发展起来，它综合了建筑、装饰、给排水、空气净化、送/排风控制、温度/湿度控制、变配电控制等多方面的技术。在现代商业及工业楼宇中，空调系统设备较多，自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证。同时，由于建筑业的发展，空调系统日趋复杂庞大，对室内空气环境的控制也更加严格，空调系统的能耗随之增长。在一些发达国家，空调系统的运行节能具有非常重要的意义。空调的能源消耗占总能源消耗的 40%以上，因此空调节能是节能的重要手段，对高层建筑而言更是如此。空调系统能量主要用在热源及输送系统上，据智能楼宇能量使用情况分析，空调部分占整个楼宇能量消耗的50%，其中热冷源使用能量占40%，输送系统占60%。为使空调系统在最佳工况下运行，在近十年内，空调控制系统得到突飞猛进的发展，最明显的例证就是微机控制用于空调控制系统。在智能楼宇中采用微机控制可以实现对空调系统设备进行监督，控制和调节。利用起功能强，储存量大，计算速度快的特点，实现复杂的调节，改善系统的调节品质，提高可靠性，降低能耗。

采用空调自控产品，相对与老式空调机的单一运行模式，具有以下优势：

2. 国内外研究现状分析

变风量空调系统最早起源于国外，在国外得到了长足的发展。在设计高层建筑空调时，北美国家常将整个建筑划分成几个空调段，每段采用一个空调系统，平面主风管布置成环形，外区采用带加热器的单风道型或者风机动力型末端装置，而内区设置不带加热器的单风道型或者风机动力型末端装置。北美国家采用这种大型空调系统有其深刻的技术、经济和历史原因。美国在空调系统节能方面做了大量工作，ashrae 手册应用篇(2003)中关于公共建筑的节能措施可采用：把外区的供热系统从整个供冷系统中分离出来，采用双风道型变风量空调系统、诱导型变风量系统或风机盘管机组，而内区仍采用常规的全空气变风量系统。

与美国不同，日本的变风量空调系统有其显著的特点：1 否认再热理论，把外区加热与变风量空调系统分开；2 系统规模小，每个标准层一般设置 2 个以上的空调系统；3 一般采用单风道型变风量系统，风机动力型的变风量系统很少采用； 4 采用低速常温送风方式；5 系统化整为零，即不同朝向的外区采用独立的空调系统，用小系统采用不同的送风温度，通过末端风量调节和送风温度调节的双重手段来适应外区负荷的变化特点。这种方式避免了某些朝向的外区当末端输送最大风量还过热或输送最小风量还过冷的现象。

在理论上，国外最开始是建立 vav 系统模型进行模拟实验，1989 年 maxwell通过对 ahu 控制的模拟达到分析运行和控制的目的。1991 年 zaheer-uddin 对vav 送风系统的运行及控制特性进行模拟评估。house 等建立了风机的模型，并将轴流风机的流量、压头和输入功率三个变量进行无量纲化，模拟叶片角度的变化和风机转速对它们的影响，为变角度和变速风机控制器的设计提供了参考。与定风量空调系统相比，变风量空调系统的最大特点是在部分负荷下能够在很大程度上节约风机的能耗，englander s l 和 norford l k 通过模拟和实验验证了这一结果, 并在保证室内热舒适性要求的前提下对送风管道静压设定值进行了优化。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：本课题主要针对中央空调的监控进行分析,根据要求确定控制点,包括AI、AO、DI、DO，结合各楼层的具体情况,选择合适的DDC和传感器、执行器等。采用合适的ABS楼宇控制软件，设计BAS控制结构。中央空调监控系统主要通过对冷源系统、空调通风及新风系统等进行监控，实现温度调节、湿度调节、 通风气流速度调节、空气洁净度的调节及节能。主要是分析两种典型的空调监控系统定风量空调控制系统的监测和变风量空调系统的监测，对其原理图进行分析，对DDC现场控制单元的数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）和模拟量输出、（AO）四种信号进行仔细的分析，从而设计出节能、舒适、健康符合标准的大厦的中央空调系统。

该选题主要研究的两种典型的空调监控系统，即定风量空调控制系统的监测，变风量空调控制系统的监测。

定风量空调系统,是通过随负荷的变化调节送风温度,达到调节房间温度的。在定风量条件下,送风状态点仅与室内负荷有关。尽管室内负荷受到室内热源和围护结构负荷两方面的影响,但多工况分区的目的是为了解决室外状态变化对空调系统的干扰,而室内热源的干扰。通过调节热湿处理设备的容量即可解决。故在分析室外空气状态与送风状态之关系时,假定室内热负荷与湿负荷不变,室内负荷的变化 都是由围护结构引起的。定风量空调系统的监控原理图中显示：

共有12个AI输入点，其中有新风入口处的温度和湿度，新风出口处的温度和湿度，回风网的温度和湿度，新风网的电动调节信号，表冷器和加湿器的电动调节阀信号，送风机的压差超限报警，房间入口的温度。

共有5个AO输出点，包括新风网，回风网，排风网，表冷器，加湿器的电动调节阀信号。

共有5个DI输入信号，包括过滤器的压差超限报警送风机的故障信号，FZS501的FZ信号，回风机的状态信号，还有回风机的故障信号。

共有3个DO输出信号，包括送风机的起停信号，回风机的起停信号，加湿器的电动调节阀信号。

变风量空调系统,是通过随负荷的变化调节送风量,达到调节房间温度的。在整个运

行过程中,送风温度保持不变。变风量空气处理机组是变风量空调系统的重要设备，其主要功能是为空调系统提供足量的新风、维持送风温度和送风管道静压在其设定值等。空气处理机组对空调系统能耗和室内热湿环境有较大的影响，系统总风量通过对管道静压的控制来实现，即在负荷变化的情况下，维持管道某处的静压在某一设定值附近（当然这一设定值可以根据具体需要而改变）即变静压控制，其原则是尽量使风阀开度开大，使系统阻力减小，在满足风量要求的前提下使得静压设定值最小，这样就要降低风机转速，实现节能的目的。另一方面，当负荷减少时，系统所需的风量也随之减少，但当风量减少到一点程度时，会造成新风量不足，室内空气流动不畅混合不均匀等现象，这时就要提高送风温度以增大所需风量。

因此，研究变风量空调空气处理机组送风温度的优化控制方法，对节约空调系统能耗、改善室内热舒适性和空气品质、提高工作人员的工作效率均具有现实意义。

由变风量空调系统的监测与自动控制原理图分析可得：

共有6个AI输入点，包括送风机出口温度及湿度，新风机的出口温度及湿度，表冷器的电动阀门控制信号，加湿器的电动阀门控制信号。

共有2个AO输出点，包括表冷器的电动阀门的开度显示，加湿器的电动阀门的开度显示。

共有5个DI输入点，包括空气过滤器两端压差显示，防冻开关信号，新风机状态信号，新风机的故障信号，新风网电动阀数字信号输入。

共有3个DO输出点，包括新风网电动阀输出信号，加湿器蒸汽阀门输出信号，新风机的起停信号。

研究计划：总的研究计划是首先自己通过阅读老师指定的参考文献，对整个课题的研究有一个总的思路，然后仔细研读，确定本课题的研究方向。接下来通过老师的指导和讨论，对本课题有一个清晰的了解和认识。自己再通过实地考察，分析自己所确定的研究对象的大厦的中央空调情况，理论结合实际去不断完善自己的想法和思路。最后确定自己的研究内容，开始撰写毕业论文，并通过与老师同学的讨论和交流，不断完善自己的毕业论文。

本课题关于大厦的中央空调的研究，计划选取类似于南林大厦这样的大厦建筑作为主要的研究对象，大厦的空调特点主要为：

1）建筑特点 本建筑物为南京地区的南林大厦。主要有大厅、中餐厅、西餐厅、办公室、会议室，宾馆住房等多种规格用房。

4. 研究创新点

本课题的名称是大厦的中央空调系统智能控制的应用方法，主要是通过对定风量空调控制系统和变风量空调控制系统的研究，针对这两种不同的方法对大厦的中央空调智能控制系统进行分析和研究，分析不同的情况下应该使用什么样的控制方法，来达到节约电能和能源的目的。

近几年由于智能楼宇的出现，定风量空调（cav）的使用有增多的趋势，这主要是智能楼宇内办公自动化和通信自动化系统的设备比较贵重，为防止空调水管结露和滴水损坏设备而采用定风量空调系统。这种系统属于全空气送风方法，水管不进入空调房间，从而避免了一些意外发生。在定风量条件下,送风状态点仅与室内负荷有关。尽管室内负荷受到室内热源和围护结构负荷两方面的影响,但多工况分区的目的是为了解决室外状态变化对空调系统的干扰,而室内热源的干扰。通过调节热湿处理设备的容量即可解决。故在分析室外空气状态与送风状态之关系时,假定室内热负荷与湿负荷不变,室内负荷的变化 都是由围护结构引起的。

而变风量空调系统的使用也明显增多，主要是因为变风量空调控制系统有其特定的特点，主要有以下特点：