文档介绍：第3章楼宇智能化的空调系统
空调系统是现代建筑的重要组成部分,是楼宇自动化系统的主要监控对象,也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。现代建筑中的空调及其自动控制系统的重要性体现在以下几个方面:首先,智能建筑的主要功能之一就是为人们提供一个舒适的生活和工作环境,而这一功能主要是通过空调及其控制系统来实现的;其次,空调系统是整个建筑最主要的耗能系统之一,有资料表明,空调系统的耗能已占到建筑总能耗的50%左右。
空调系统组成
空气调节简称空调,它的目的是创建一个合适的(室内)大气环境,使人在该环境中感到舒适;或者是保证(室内)大气环境满足生产工艺过程或科学研究、实验过程的需要。为实现这一目的,空气调节所依靠的技术手段主要是通风换气,具体地说,就是加工和处理一定质量的空气送入室内,使室内大气环境满足要求。对空气的处理过程包括加温(降温)、加湿(除湿)、净化等,即常说的热湿处理。空气调节主要包括温度调节和湿度调节。
空调系统的特点
中央空调系统的基本构成
楼宇自动化系统对空调系统的监控主要是针对集中式中央空调系统。一般的局部空调如窗式空调机、柜式空调机、专用恒温湿机等都自带冷、热源和控制系统,不是楼宇自动化系统的主要监控内容。当然,有时候也需要将建筑中的局部空调机纳入楼宇自动化系统,这时只是对他们的启/停状态进行监视或控制,这些空调机本身的运行控制由其自身配备的控制系统完成,一般不纳入楼宇自动化系统。因此,楼宇自动化系统涉及的空调系统专指中央空调系统。中央空调系统可简单分为冷源、热源和前段设备两个主要组成部分。中央空调的冷源系统包括冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水系统。中央空调的热源系统包括锅炉机组、热交换器等。
中央空调的工作原理
(1)冷(热)水机组的基本工作过程:室外的制冷机组对冷(热)媒水进行制冷降温(或加热升温),然后由水泵将降温后的冷媒(热)水输送到安装在室内的风机盘管机组中,由风机盘管机组采取就地回风的方式与室内空气进行热交换实现对室内空气处理的目的。
(2)风管(道)式机组的基本工作过程:供冷时,室外的制冷机组吸收来自室内机组的制冷剂蒸气,经压缩、冷凝后向各室内机组输送液体制冷剂;供热时,室外的制冷机组吸收来自冷凝器的制冷剂蒸气,经压缩后向各室内机组输送汽体制冷剂
控制对象的特点
空调的耗电量W可简化认为与室内外的温度差成正比,即
式中,为室外温度;为室内温度。在夏季,假设室外平均气温为30℃,将室内平均温度维持在20℃和25℃相比,耗电量相差可达50%左右。因此,应通过对空调系统的控制,将夏季室温保持在舒适温度的上限附近,而冬季则应将室温保持在舒适温度的下限附近,从而达到良好控制效果和节能效果。
变风量空调系统
变风量(Variable Air Volume,VAV)空调系统在智能楼宇等方面的应用日益广泛。在低负荷下,其节能效果大大优于定风量(CAV)系统。与定风量系统(固定送风量而改变送风温度的空调系统)相比,变风量系统增加了系统总送风量控制,并在室内不同的空调区域设置了变风量的末端设备。在常规控制下,系统通常控制其送风静压不变,VAV末端装置通过增加气流阻力而达到降低送风量的效果。变风量空调方式起源于高速送风空调系统,近几年来,变风量空调方式在低速送风空调系统中的应用越来越普遍,其主要原因在于变风量空调方式具有良好的可控性。VAV空调系统的成功与否在很大程度上取决于是否采用最佳的系统控制方法以及有无良好的调试服务。
变风量空调系统的起源、背景和发展现状
变风量空调系统于20世纪60年代起源于美国,原本是为了改进高速送风空调系统的,因为减少送风量对于高速送风空调系统有明显的节能效益。变风量空调系统出现以后并没有立刻得到推广,在很长一段时间内,美国占主导地位的空调方式仍是定风量空调系统加末端再热和双风道系统,直到1973年西方石油危机之后,能源危机推动了变风空调系统的研究和应用,此后20年中不断发展,并已经成为美国空调系统的主流。进入20世纪90年代以后,大量70年代以前建造的空调系统在翻新过程中,越来越多的工程从定风量空调系统改造为变风量空调系统。
利用变风量空调系统,可以有效地减少建筑物电耗,如在我国南方地区,典型办公楼每平方米、每年节电40~50kW·h(地板面积)。从风量角度来讲,因春、夏、秋、冬风量可分别减少34%、25%、42%和44%,而使整个VAN系统的能耗比定风量系统减少20%~30%。
变风量空调系统基本原理
全空气空调系统设计的基本要求是要决定向空调房间输送足够数量的、经过一定处理的空气,用