基于DDC自動(dòng)控制對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的方法

1．引言

　　節(jié)能可以說是樓字自動(dòng)控制系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。眾所周知，在智能建筑中，HVAC(采暖、通風(fēng)和空調(diào))系統(tǒng)所耗費(fèi)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(jī)組、冷卻塔、循環(huán)水泵和空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組，都是耗能大戶。所以實(shí)有必要發(fā)展一種有效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法，尤其用是在改善現(xiàn)有大樓空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化上方面。DDC(Directdigitalcontr01)直接數(shù)字化控制，是一項(xiàng)構(gòu)造簡(jiǎn)單操作容易的控制設(shè)備，它可借由接口轉(zhuǎn)接設(shè)備隨負(fù)荷變化作系統(tǒng)控制，如空調(diào)冷水循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)箱變頻自動(dòng)風(fēng)量調(diào)整及冷卻水塔散熱風(fēng)扇的變頻操控等，可以讓空調(diào)系統(tǒng)更有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣，不僅為物業(yè)管理帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可使系統(tǒng)在較佳的工況下運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命以及達(dá)到提供舒適的空調(diào)環(huán)境和節(jié)能之目的。

2.DDC自動(dòng)控制系統(tǒng)介紹

　　DDC直接數(shù)字化控制是一種簡(jiǎn)易的微電腦設(shè)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(hào)DC0~10V或低電流4-20mA作信號(hào)傳送，送至DDC控制器。經(jīng)DDC內(nèi)置軟件作判別后反向輸出信號(hào)來控制閥部件或變頻器來調(diào)節(jié)空調(diào)。DDC自動(dòng)控制系統(tǒng)各周邊設(shè)備及控制功能。

2．1直接數(shù)字控制(DDC)

　　系指一臺(tái)數(shù)字電腦直接操作一個(gè)狀態(tài)，或者一套程序予以自動(dòng)控制的作業(yè)。所配用的數(shù)字電腦，可以采用小型微處理機(jī)，亦可配用于中央型的微電腦上去連線作業(yè)?？照{(diào)系統(tǒng)常用的控制元件，例如風(fēng)閘開關(guān)、閥開關(guān)、階動(dòng)繼電器等的操作，不論其原為氣動(dòng)式還是電動(dòng)式的，亦不論其作用原為調(diào)整大小的動(dòng)作或僅為開或關(guān)的動(dòng)作，均可改用DDC方式作自動(dòng)的操作。

　　DDC系統(tǒng)利用硬件和軟件來調(diào)整控制變數(shù)或依據(jù)操作人員的需要來控制制造程序。其中控制變數(shù)包括溫度、壓力、相對(duì)濕度、流量等?？刂瞥绦蚝驮O(shè)定點(diǎn)可利用軟件輸入電腦內(nèi)，并能夠在操作人員的鍵盤上進(jìn)行修正，如此可以取代過去對(duì)硬件控制器的校正。DDC系統(tǒng)亦可將檢測(cè)到的溫度、壓力等控制變數(shù)，與預(yù)先儲(chǔ)存在電腦內(nèi)的希望數(shù)值相比較，如果測(cè)試的數(shù)值小于或大于所希望的數(shù)值，系統(tǒng)將會(huì)送出一系列的數(shù)字脈沖，這些脈沖則借助電動(dòng)對(duì)氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器(electrtC-to-pneUmatiCtransducer)或電動(dòng)對(duì)電動(dòng)的轉(zhuǎn)換器(electric-to-electrlctransducer)轉(zhuǎn)變成控制裝置的調(diào)整信號(hào)，然后通過電腦的調(diào)整，其所輸出的信號(hào)，再操作其轉(zhuǎn)換器，使原來系氣動(dòng)或電動(dòng)的組件按指示信號(hào)操作。若空調(diào)的控制器件，原系氣動(dòng)式，則需要另加一套將氣動(dòng)動(dòng)作變?yōu)殡娖餍盘?hào)的裝置，將電器信號(hào)輸入電腦操作。原系電動(dòng)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(shè)備，即可作任何性能控制的操作。

2．2變頻器

　　變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是利用二極管等整流器件將電源予以整流后，再經(jīng)由電容器等平滑，使之由交流轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，除可避免電動(dòng)機(jī)磁氣飽和外，同時(shí)亦可壓制起動(dòng)電流，且由于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應(yīng)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(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)室外的溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)，利用室外的低溫空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及回風(fēng)溫度高低而將各風(fēng)門關(guān)大、關(guān)小或全開、全關(guān)的。風(fēng)量控制，可采取自動(dòng)和手動(dòng)雙重方式，由溫(濕)度的感測(cè)，經(jīng)過風(fēng)門和變頻雙重調(diào)節(jié)，以達(dá)到室內(nèi)設(shè)定的溫度和濕度。

2．4冷卻水塔散熱風(fēng)扇溫控器

　　冷卻水塔風(fēng)扇在不同的冷卻負(fù)載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費(fèi)。故在冷卻水塔風(fēng)扇使用變頻馬達(dá)，并利用冷卻水出口溫度控制風(fēng)扇馬達(dá)起停及高低轉(zhuǎn)速，不但主機(jī)能在較低的冷卻水進(jìn)水溫度下做高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可有效的減少冷卻水塔風(fēng)扇的耗電。

3．大樓空調(diào)系統(tǒng)的架構(gòu)

　　一般大樓常用的空調(diào)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(fēng)量系統(tǒng)(ConstantAirVolume，簡(jiǎn)稱CAV)。

　　定風(fēng)量系統(tǒng)為空調(diào)機(jī)吹出的風(fēng)量一定，以提供空調(diào)區(qū)域所需要的冷(暖)氣。當(dāng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，則以改變送風(fēng)溫度應(yīng)付室內(nèi)負(fù)荷，并達(dá)到維持室內(nèi)溫度于舒適區(qū)的要求。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為AHU(空調(diào)機(jī))與冷水管系統(tǒng)(FCU系統(tǒng))。這兩者一般均以定風(fēng)量(CAV)來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動(dòng)，在AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。

3．2變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)

　　變風(fēng)量系統(tǒng)(VarlableAirVolume，簡(jiǎn)稱VAV)即是空調(diào)機(jī)(AHU或FCU)可以調(diào)變風(fēng)量。常用的中央空調(diào)系統(tǒng)為AHU(空調(diào)機(jī))與冷水管系統(tǒng)FCU系統(tǒng)。這兩者一般均以定風(fēng)量(CAV)來供應(yīng)空調(diào)區(qū)，為了應(yīng)付室內(nèi)部分負(fù)荷的變動(dòng)，在AHU定風(fēng)量系統(tǒng)以空調(diào)機(jī)的變溫送風(fēng)來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冷水閥ON／OFF控制來調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度。然而這兩者在送風(fēng)系統(tǒng)上浪費(fèi)了大量能源。因?yàn)樵陂L(zhǎng)期低負(fù)荷時(shí)送風(fēng)機(jī)亦均執(zhí)行全風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)而耗電，這不但不易維持穩(wěn)定的室內(nèi)溫濕條件，也浪費(fèi)大量的送風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)能源。變風(fēng)量系統(tǒng)就是針對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)耗電缺點(diǎn)的節(jié)能對(duì)策。變風(fēng)量系統(tǒng)可分為兩種：一種為AHU風(fēng)管系統(tǒng)中的空調(diào)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)(AHU—VAV系統(tǒng))；一種為FCU系統(tǒng)中的室內(nèi)風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)(FCU-VAV系統(tǒng))。AHU-VAV系統(tǒng)是在全風(fēng)管系統(tǒng)中將送風(fēng)溫度固定，而以調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的方式來應(yīng)付室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變動(dòng)。FCU-VAV系統(tǒng)則是將冷水供應(yīng)量固定，而在室內(nèi)FCU加裝無段變功率控制器改變送風(fēng)量，亦即改變FCU的熱交換率來調(diào)節(jié)室內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)。這兩種方式透過風(fēng)量的調(diào)整來減少送風(fēng)機(jī)的耗電量，同時(shí)也可增加熱源機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率而節(jié)約熱源耗電，因此可在送風(fēng)及熱源兩方面同時(shí)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(jiǎn)稱VWV)，是以一定的水溫供應(yīng)空調(diào)機(jī)以提高熱源機(jī)器的效率，而以特殊的水泵來改變送水量，順便達(dá)成節(jié)約水泵用電的功效。變水量系統(tǒng)對(duì)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(diào)系統(tǒng)是目前大樓空調(diào)*常被設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。中央空調(diào)控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設(shè)定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調(diào)控制即能有效控制耗能，設(shè)計(jì)合乎節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

4．不同自調(diào)設(shè)備方式運(yùn)用DDC的方法

　　DDC設(shè)備在市面上的產(chǎn)品，各廠家的型號(hào)、套件都有所不同，但系統(tǒng)大同小異。只要將類比訊號(hào)經(jīng)數(shù)位化處理輸入電腦，就能作控制與設(shè)定。當(dāng)這些數(shù)位控制運(yùn)用在空調(diào)設(shè)備時(shí)，整合方式有下列幾種：

4．1FCU用在定風(fēng)量系統(tǒng)(CAV)區(qū)域空調(diào)

　　因?yàn)槭嵌L(fēng)量系統(tǒng)，所以我們控制冷水系統(tǒng)上的兩通閥。當(dāng)室溫升高，室內(nèi)感溫器送出信號(hào)給控制器，控制器接到信號(hào)與設(shè)定的溫度比較，輸出信號(hào)給冷水管上的兩通閥?？刂苾赏ㄩy打開，使循環(huán)風(fēng)變冷送入室內(nèi)。如室內(nèi)溫度下降過多，盤管風(fēng)機(jī)作卸載。室內(nèi)溫度感溫器送信號(hào)至控制器為模擬輸入，控制器與設(shè)定溫度比較，輸出模擬信號(hào)至冷水管上的兩通閥關(guān)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(jìn)入冷排使空調(diào)更有彈性控制，維持室溫在設(shè)定值上下。見圖2所示。

4．2AHU用在變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)區(qū)域空調(diào)

　　大樓常用的空調(diào)系統(tǒng)，以出風(fēng)溫度及預(yù)設(shè)定的比值為控制方式?？恐?、回風(fēng)及外氣溫度SENSOR來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速?？刂瞥绦蛉缦拢?p>(1)出風(fēng)溫度感應(yīng)到感溫器(設(shè)定在12℃)，DDC控制兩通閥打開。

(2)送冷氣時(shí)，冷水感溫器測(cè)得冷水離開冷排溫度，調(diào)整出風(fēng)溫度狀況，陸續(xù)利用DDC控制AHU變頻器改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速送出理想出風(fēng)溫度。

(3)當(dāng)冷水閥門關(guān)小至12℃，DDC控制器打開外氣及回風(fēng)風(fēng)門，綜合送風(fēng)溫度，直到外氣風(fēng)門關(guān)至*小開度以維持12℃送風(fēng)風(fēng)溫，可兼外氣空調(diào)利用。

(4)低溫限制感應(yīng)混合溫度控制以保護(hù)冷排不結(jié)冰。

4．3做冷水主機(jī)開關(guān)機(jī)及狀況記錄

　　一般大樓空調(diào)系統(tǒng)每天的冷水主機(jī)開關(guān)機(jī)，大都靠人工來操控。*主要開機(jī)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(huì)輪班，也因此冷水主機(jī)的操作沒有一套有效管理。DDC可以設(shè)定所有開關(guān)機(jī)程序并且標(biāo)準(zhǔn)一致，不怠班。主機(jī)控制系統(tǒng)加裝模擬信號(hào)適配卡轉(zhuǎn)換傳訊，再加一臺(tái)列表機(jī)，就能把**中所有運(yùn)轉(zhuǎn)情形顯示出來。遇有跳機(jī)又能即時(shí)通知技術(shù)人員前往查看。

5．結(jié)束語

　　利用DDCSystem來控制空調(diào)系統(tǒng)，*主要是把不理想的控制方式作改善。這些年來國(guó)產(chǎn)空調(diào)主機(jī)設(shè)備，在業(yè)者依政府所訂的高EER或COP標(biāo)準(zhǔn)加以改良后已經(jīng)有不錯(cuò)的產(chǎn)品。目前所需要的配套措施就是整合DDC自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用其隨負(fù)荷快速有效調(diào)整風(fēng)機(jī)馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。