基于DDC自动化控制系统的空调系统节能技术
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摘要：随着人们生活水平的不断提高，以及全球气候环境的变化，目前空调已经成为了很多建筑物的必备设施，人们对于空调的使用率正在逐渐增加，用量若是继续加大，那么其所消耗的电力也会持续增加，这将导致很多城市的供电严重不足，特别是在南方城市，其夏季限电的问题一直限制着城市的发展。因此，我们需要有一套完整的、有效的空调节能系统。本文提出了DDC(Directdigital control)自动化控制系统的概念，随之提出利用DDC系统对建筑空调进行自动控制以实现空调的节能。
关键词：DDC；系统；空调
随着人们生活水平的不断提高，以及全球气候环境的变化，目前空调已经成为了很多建筑物的必备设施，人们对于空调的使用率正在逐渐增加，用量若是继续加大，那么其所消耗的电力也会持续增加，这将导致很多城市的供电严重不足，特别是在南方城市，其夏季限电的问题一直限制着城市的发展。因此，目前我们需要有一套完整的、有效的空调节能系统。
一、节能是自动化控制系统的出发点
众所周知，在我国现有的智能建筑当中，采暖、降温等系统所耗费的能量在整幢大楼的能源消耗量中占据了绝大部分，约50%～60%。如，循环水泵、冷冻机组、新风机组、冷却塔、空调机组等等都是耗能的大户，所以开发一种有效的空调系统节能方法是必须的，特别是需要改善现有的空调系统自动化控制。DDC (Directdigital control)即直接数字化控制，是一项构造简单、操作容易的控制设备，它可借由接口转接设备随负荷变化作系统控制，如空调水循环系统、空调箱风量变频自动调节及冷却塔散热风扇的变频操控等，这些措施可以让空调系统得到更有效率的运转，不仅可以为物业管理带来很大的经济效益，而且还可使整个空调系统在较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能的目的。
二、DDC自动控制系统简介
DDC直接数字化控制是一种操作简便的微电脑设备，它须与其它组件（如两通阀、变频器、焙差控制器、温度湿度传感器等）整合搭配才能发挥功效。这些组件的输入输出以模拟信号DCO―10V或低电流4―20mA作信号传送，传送至DDC控制器。经DDC的内置软件作相应判别后反向输出信号来控制阀部件或变频器等进行空调调节。DDC自动控制系统的周边设备及控制功能有以下几个部分：
1、DDC数字控制
DDC数字控制指一台数字电脑直接操作一个状态或者一套程序予以自动控制的作业。其所使用的数字电脑，可以采用小型微处理机，亦可配用于中央型的微电脑上去连线作业。空调系统中常见的控制元件，如水阀开关、风阀开关、阶动继电器等的操作，无论是气动式还是电动式的，无论其作用原为调节大小的动作或仅作开关的动作，均可改用DDC方式进行自动操作。
DDC系统利用软、硬件来调整控制参数或根据操作人员的需要来控制程序。其中控制参数包括压力、温度、流量、相对湿度等。控制程序和设定值可通过软件输入电脑中，并可由操作人员通过键盘输入进行修正。DDC系统可将检测到的压力、温度等控制参数，与事先储存在电脑内的设定值相对比，如果实际数值小于或大于设定值，系统将会输出一系列的数字脉冲信号，这些脉冲信号通过电动对气动的转换器或者电动对电动的转换器转变为控制装置的调整信号，然后通过电脑调整其所输出的信号，再操作其转换器，使原来为启动或电动的组件按指示信号操作。若空调的控制器件，原为气动式装置，则需要另加一套将气动动作变为电气信号的装置将电气信号输入电脑操作。
2、变频器
变频器驱动电动机是利用二极管等整流元器件将电源予以整流后，再经由电容器等使之由交流转成直流。利用Power Transister, SCR(Thynstor)等将直流换成任一频率，然后以交流电的方式输出。
采用变频器驱动感应电动机，不但可以避免电动机磁气饱和外，还可以压制起动电流，并且由于驱动电动机而产生必要的扭力矩，故必须控制变频器的输出电压，以适应频率的变化。变频器可分为电流形变频器和电压形变频器。电流形变频器通过SCR整流后，开启电抗器，可因SCR而具有电流源的作用。电压形变频器利用SCR或二极管整流后，可以再次利用平滑电容器使之成为电压源。
3、焓差控制器
焓差控制指的是在送风系统中，当室外的温度低于室内的温度时，利用室外的低温空气来调节室内的温度。烩差控制器是通过控制器比较室外温度及回风温度的高低来控制各风阀开大或关小的。风量控制可以采用自动和手动双重方式，通过感测温(湿)度，经过风阀和变频的双重调节，来达到室内设定的温度和湿度。
4、冷却塔风扇温控器
冷却塔风扇在不同的冷却负载下若其耗电量仍维持固定值则势必会造成电力的浪费。所以冷却塔风扇采用变频电机，并利用冷却水的出口温度来控制风扇电机的起停或转速的高低，不但能使主机在较低的冷却水进水温度下做高效的运转，而且可有效地节约冷却塔风扇的耗电量。
三、空调系统的不同类型
让我们来看一下大楼的空调系统架构图：
1、定风量系统(CAV)。
定风量系统为空调机送出的风量为恒定值，以提供空调区域所需的冷(暖)气。当空调区域的负荷发生变化时，则以改变送风温度的形式来改变室内负荷，实现维持室内温度于舒适区的要求。常用的中央空调系统为空调机(AHU或FCU)与冷水管系统。这两者一般均以定风量(CAV)来供应空调区，为了适应室内部分负荷的变动，AHU定风量系统以空调机的变温送风来处理，FCU系统则以冷水阀的开关来控制来调节送风温度。然而这两者在送风系统上会浪费大量能源。因为在长期低负荷时送风机仍均进行全风量运转而耗电，这不但不能维持稳定的室内温湿度条件，也造成送风运转能源的大量浪费。
2、变风量系统(VAV)
变风量系统即是空调机(AHU或FCU)可以调节送风量。变风量系统是针对送风系统耗电缺点的节能对策。
变风量系统一般分为两种：一种为AHU风管系统中的空调机变风量系统(AHU-VAV系统)；另一种为FCU系统中的室内风机变风量系统(FCU-VAV系统)。AHU-VAV系统是在全风管系统中将送风温度固定而以调节送风机送风量的方式来适应室内空调负荷的变动。FCU-VAV系统则是将冷水供应量固定，而在室内FCU设置变频控制器来改变送风量，即通过改变FCU的热交换率来适应室内负荷的变动。这两种变风量系统通过调节风量来减少送风机的耗电量，同时也可提高热源机组的运转效率而节约电能，故可在送风与热源两方面同时实现节能效果。
3、变流量系统(VWV)
变流量系统是以一定的水温供应空调机来提高热源机组的效率，而以特殊的水泵来改变送水量，顺便实现节约水泵用电的功效。变水量系统对水泵系统的节能效率因水泵的控制方式和VWV使用比例而异，一般VWV的控制方式有无段变速和双向阀控制方式两种。
以上三种空调系统是目前大楼空调设计中最常被采用的系统。中央空调控制也就是把管路、管件、阀门集中设定来控制流体提供冷气。所以有效组合中央空调控制可以有效控制耗能，设计出符合节能要求的空调系统。
四、不同的空调设备运用DDC的方法
DDC设备在市面上的产品都有所不同，但系统大同小异。只要将类比信号经数位化处理后输入电脑，就能作设定和控制。当这些数位控制运用在空调设备中时，整合方式主要有下列几种：
1、AHU用在变风量系统（VAV）区域空调
大楼常用的空调系统，以出风温度与预设温度的比值为控制方式。依靠送、回风及外气温度感应器来控制电机的转速。控制程序如下：
(1)出风温度感应到感温器(设定在12℃)，DDC控制两通阀打开。
(2)送冷气时，冷水感温器测得冷水离开冷排温度，调整出风温度状况，陆续利用DDC控制AHU变频器改变电机的转速送出理想的出风温度。
(3)当冷水阀门关小至12℃，DDC控制器打开外气及回风风阀，综合送风温度，直到外气风阀关至最小开度以维持12℃送风风温，可兼外气空调利用。
(4)低温限制感应混合温度控制以保护冷排不结冰。
2、做冷水主机开关机及状况记录
一般大楼空调系统每天的冷水主机开关机大多是依靠人工来操控。最主要的开机加载程序是由人来监视而比较具有弹性，所以操作人员的状态很重要。但人要休息、会有轮班，因此冷水主机的操作缺少一套有效的管理办法。DDC可以实现所有开关机程序并且标准一致。主机控制系统加装模拟信号适配卡转换传讯，再加一台列表机，就可以把一天中所有的运行情况显示出来。遇有跳机的情况又可以及时通知技术人员前往查看。
利用DDC系统来控制空调系统，主要是对不理想的控制方式进行改善。这些年来国产空调主机设备在通过业界的不断改良后已经有不错的产品面市。目前所需要的配套措施就是整合DDC自动控制系统，利用其随负荷快速有效地调节电机的转速来达到节能的目标。因此，在这方面，还需要我们各位相关技术人员不断地努力研究与开发，为空调系统的节能技术做出自己应有的贡献。
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