单元 15 空调系统的运行调节

单元15 空调系统的 运行调节

【知识点】空调系统在室外参数和室内负荷变化时的调节方法；空调系统自动控制的基本原理、自动控制基本特征及对控制参数的要求。【学习目标】掌握空调系统在室外参数和室内负荷变化时的调节方法；了解空调系统自动控制的基本原理、自动控制基本特征及对控制参数的要求。空调系统的空气处理方案、设备选型、输送管道的设计等，都是根据夏、冬季节室内外设计计算参数和相应室内最大负荷确定的，是空调系统的最不利工况。系统安装好后，经过调试，一般都能达到设计要求。

但是，在实际运行过程中，室外空气参数会因气候的变化而与设计计算参数有差异，而室内冷、热、湿负荷也会因室外气象条件的变化以及室内人员的变化、灯光和设备的使用情况而变化。显然室外的最不利工况只有在夏季最热月和冬季最冷月的某几天出现，室内的热湿负荷高峰在一年中也并不多见。因此，空调系统若不根据实际的负荷变化情况做出调整，而始终按最大负荷工作，则室内空气参数达不到设计要求，造成空调系统冷量和热量的不必要浪费，增加系统运行的能耗(电、气、油、煤等消耗)和费用开支。但是，在实际运行过程中，室外空气参数会因气候的变化而与设计计算参数有差异，而室内冷、热、湿负荷也会因室外气象条件的变化以及室内人员的变化、灯光和设备的使用情况而变化。显然室外的最不利工况只有在夏季最热月和冬季最冷月的某几天出现，室内的热湿负荷高峰在一年中也并不多见。因此，空调系统若不根据实际的负荷变化情况做出调整，而始终按最大负荷工作，则室内空气参数达不到设计要求，造成空调系统冷量和热量的不必要浪费，增加系统运行的能耗(电、气、油、煤等消耗)和费用开支。

所以，一个完善的空调系统应根据室外气象条件和室内负荷变化情况随时进行调节，保证空调系统既能发挥出最大效能，满足用户需求，又能用最经济节能的方式运行，且使用寿命长。空调系统的运行调节实质上是研究在部分负荷条件下空调系统工况及可能采取的节能措施。及时了解在部分负荷条件下空调系统的工况，也是确定空调系统实现自动控制的基础。所以，一个完善的空调系统应根据室外气象条件和室内负荷变化情况随时进行调节，保证空调系统既能发挥出最大效能，满足用户需求，又能用最经济节能的方式运行，且使用寿命长。空调系统的运行调节实质上是研究在部分负荷条件下空调系统工况及可能采取的节能措施。及时了解在部分负荷条件下空调系统的工况，也是确定空调系统实现自动控制的基础。

目录 15.1 室外空气参数变化的系统调节室内负荷变化的系统调节 15.2 空调系统的自动控制 15.3

15.1 室外空气参数变化的系统调节 一年四季气候的变更，使室外气象参数发生很大的变化，空调系统应随其变化做相应的调整。室外空气状态的变化，主要从两方面来影响室内空气状态：一方面是当空气处理设备不作相应的调节时，会引起空调系统送风参数的变化，从而造成空调房间内空气状态参数的波动；另一方面，由于室外气象参数的变化引起围护结构传热量的变化，从而引起室内负荷的变化，导致室内空气状态的波动。为讨论问题的方便，设定下面条件： (1)空调房间的室内热湿负荷(即工作人员数、运转设备的台数、电热设备数以及照明设备开启的数量等)保持不变。 (2)空调房间在全年使用中所要求的空气状态参数、温度相对湿度均为一定值。因此，这时室内的送风量和送风状态是一全年不变的值，该系统称为定风量空调系统。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 室外空气状态变化过程通常在焓湿图上进行分析。若把全年各时刻干湿球温度状态点在焓湿图上的分布进行统计，算出这些点全年出现的频率值，就可得到一张焓频图，点的边界线称室外气象包络线。图15-1上可显示出室外空气焓值的频率分布。按照室外空气状态全年的变化情况，将全年室外空气状态所处的位置划分为四个区域，即四个工况区，对于每一个空调工况区采用不同的运行调节方法。每一个空调工况区，空气处理都应尽可能按最经济的运行方式进行，而相邻的空调工况都能自动转换。图15-1为在室外设计空气参数下的一次回风空调系统的流程及冬夏季的处理工况。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 按照室外的空气状态全年的变化情况，将全年室外空气状态所处的位置划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域，冬夏季允许有不同的室内状态点，如图中的和。在焓频图上用等焓线作为分界线来分区，这样比较方便。其中区为冬夏季室内设计参数不同所特有的，若两者相同则不存在这个区。下面以一次回风空调系统为例，根据焓频图分析在室外空气状态点位于每一工况区内时的调节过程。 1.第I工况区域的运行调节方法当室外空气状态处于第I区域时，则有 < ，属于冬季寒冷季节。从节能角度考虑，可把新风阀门开最小，按最小新风比送风，同时开启系统的一次加热器(即空气一次加热器)，将新风处理至的等焓线上，

15.1 室外空气参数变化的系统调节 在冬季特别冷的一些地区，当按照最小新风比混合，点处于线以下时，应新风预热后再与一次回风混合后达到点(即的等焓线上)，一次混合后的空气经循环水绝热加湿后处理至系统机器露点，再经二次加热器加热将空气处理至送风状态点后送入室内。随着室外空气焓值的增加，可逐步减少一次加热量。当室外空气焓值等于时，室外新风和一次回风的混合点也就自然落在线上，此时，一次加热器可以关闭。该处理过程为：一次加热过程也可以在室外空气和室内空气混合后进行。如图15-2所示

15.1 室外空气参数变化的系统调节 如果冬季不用喷水室而采用喷蒸汽加湿（），则处理过程为：对于有蒸汽源的地方，这是经济实用的方法。从上面的分析可以看出，在第一阶段里，随着室外新风状态的改变，只需要调节一次加热器的加热量就能保证达到要求的L点。当室外空气状态在线上时，一次加热器关闭，第一阶段调节结束，将进入第二阶段的调节。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 调节一次加热器加热量的方法有两种，一是调节进入一次加热器的热媒流量，这可以通过调节一次加热器管道上的供回水阀门来实现(图15-3(a))；二是控制一次加热器处的旁通联动风阀，以调节通过一次加热器处的风量和不通过一次加热器风量的比例来进行调节(图15-3(b))。上述两种方法，前者常用于热媒为热水的加热器，此方法温度波动大，稳定性差；后者多用于热媒为蒸汽的加热器，其调节特点是温度波动小，稳定性好。当调节质量要求高时，可将两种方法结合起来使用。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 2.第Ⅱ工况区的运行调节方法第Ⅱ区室外空气焓值在与之间，从焓频图上可以看出，当室外空气状态到达该区域时，这时应是所谓的过渡季，即春季或秋季。如果仍按最小新风比m％混合新风，则混合点的焓值必然大于；如果要维持混合点的焓落在上，就不能再用喷循环水的方法，而要启动制冷设备，用一定温度的低温水处理空气才能达到，这显然是不经济的。这时可采用改变新回风混合比(即增加新风量，减少回风量)的方法，使新回风混合点仍然落在上，然后再用循环水喷淋处理至机器露点，再经二次加热器加热升温至送风状态点后送入房间即可满足系统运行调节的需要，如图15-4所示。显然，此方法不但符合卫生要求，而且由于充分利用新风冷量，可以推迟启动制冷设备的时间，从而达到节能的目的。室外空气焓值恰好等于时，这时可采用100%的新风，完全关闭一次回风，进入第三阶段的调节。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 新回风混合比的调节方法，是在新、回风口处安装联动多叶调节阀，使风口同时按比例一个开大，另一个关小，如图15-5所示。根据L点的温度控制联动阀门的开启度，使新、回风混合后的状态点正好在线上。在整个调节过程中，为了不使空调房间的正压过高，可开大排风阀门。在系统比较大时，有时可设双风机系统来解决过渡季节取用新风问题。按照这一阶段的要求，在空调系统设计时新风口和风管尺寸应按全新风计算，排风口和排风管道尺寸按全排风确定。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 3.第工况区的运行调节方法第区是冬季和夏季要求室内参数不同时才有的工况区，即室外空气焓值在冬、夏季的露点焓值之间的区域。如果室内参数在允许的波动范围内，则新回风阀门不用调节，这时室内状态点随新风状态变化而变化。如果工艺要求室内参数有相对稳定性，则可将室内参数的值调整到夏季的参数，采用与Ⅱ区的同样方法处理空气，即调节新风和回风的混合比进行调节。如果机器露点仍然保持在点上，则在区内就要启动制冷机。用改变室内整定值的方法可以推迟冷机开启的时间，从而节省冷量，达到节能的目的。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 4.第Ⅲ工况区的运行调节方法第Ⅲ区室外空气焓值在和之间，如图15-6所示。这时开始进入夏季，总是大于室外空气状态点，如果利用室内回风将会使混合点的焓值比原有室外空气的焓值更高，显然这是不合理的。所以为了节约冷量，应该关掉一次回风，采用全新风。从这一阶段开始，需要启动制冷机，喷水室喷冷冻水，空气处理过程将从降温加湿（）改为降温减湿（）处理。喷水温度应随着室外参数的增加从高到低地进行调节。喷水温度的调节可用三通阀调节冷冻水量和循环水量的比例(图15-7)。此外，如空调房间的相对湿度要求不严，也可用手动调节喷淋水量的方法来控制露点温度。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 5.第Ⅳ工况区的运行调节方法第Ⅳ区是空气状态处于全年的高温高湿季节，由于室外空气焓值高于室内空气焓值，如继续全部使用室外新风将增加冷量的消耗，此时就应该采用回风。为了节约冷量，可采用最小新风比m％，喷水室或表冷器用冷冻水对空气进行降温减湿处理才能满足空调房间所要求的空气状态参数。当室外空气焓值增高至室外设计参数时，水温必须降到设计工况(夏季)时的喷水温度。调节过程为: 如图15-8所示。

15.1 室外空气参数变化的系统调节 上述的调节方案主要是从经济上合理，管理上方便考虑的，由于控制简单，性能可靠，所以应用较广。如空调系统所需冷量不多，也可采用新、回风比例全年不变的方案，即全年只分两个阶段，这样，虽然要提早一些使用冷源，在冷量上也要浪费一些，但运行调节方案却更简单了。一次回风空调系统的调节过程可归纳为图15-9。对于二次回风空调系统全年的运行调节见图15-10，二次回风空调系统的全年运行工况是：全年调节新风，充分利用室外空气的冷却能力，同时利用二次回风和补充再热来调节室温。

15.2 室内负荷变化的系统调节 空调系统的设备容量是在空气处于设计参数下选定的，并且能满足室内最大负荷的要求。但是室外空气的状态参数在一年四季中并不总处于设计状态参数下，所以室内的冷热负荷也并不总是最大值，都在不停的发生变化。如果空调系统不作相应的调节，室内参数将发生变化，一方面达不到设计参数的要求，另一方面也浪费空调装置的冷量和热量。利用焓湿图分析空气处理过程时，认为室内空气状态参数是一点。但空调房间一般允许室内参数有一定的波动范围，则可将室内空气状态视为一个允许波动区，如图15-11所示。图中的阴影面积称为“室内空气温湿度允许波动区”。只要空气参数落在这一阴影面积的范围内，就可认为满足要求。允许波动区的大小，根据空调工程的精度来确定。

15.2 室内负荷变化的系统调节 空调房间内室内热湿负荷变化可由室内产生热，湿量的变化引起，如工作人员的多少，照明灯具以及工艺生产设备投入的多少，生产工艺过程的改变等，也可由室外气象参数的变化引起。为了满足空调房间内所要求的温、湿度参数，就必须对空调系统进行相应的调节。室内热湿负荷变化有不同的特点，一般可分三种情况：一即热负荷变化而湿负荷基本不变；二即热湿负荷按比例变化，如以人员数量变化为主要负荷变化的对象；三即热、湿负荷均随机变化。

15.2 室内负荷变化的系统调节 15.2.1 室内热负荷变化,湿负荷不变时的运行调节当室内余热量变化，余湿不变时，常用的调节方法是定机器露点再热调节法。此种调节方法适用于围护结构传热变化，室内设备散热发生变化,而人体、设备散湿量比较稳定等类似情况。这种变化过程的分析如下：设计工况下，空气从点沿变化到点。如果余热减少而余湿不变，则热湿比变为。室内状态点也相应地由变为。若仍在允许波动范围内，则不用调节。若超出了允许波动范围，则应采取调节再热量的方法调节。通过前面送风量计算公式可知，在定风量系统下，调节工况下送风状态点的含湿量和设计状态点的相同，这表明无论热湿比线怎样随热负荷变化，送风状态点总是沿着同一条等湿线变化，显然在这种情况下，仍然可以在控制露点不变的情况下，通过改变再热量使调节工况下的N点不变化。如图15-12所示。

15.2 室内负荷变化的系统调节 15.2.2 室内热负荷、湿负荷均有变化时的运行调节定风量空调的特点是保持送风量全年固定不变，其风量不能随负荷变化而改变。故这种系统的运行调节只能从改变送风温度，调节新回风混合比等角度来考虑。当空调房间内余热量和余湿量均发生变化时，则室内的热湿比将随之发生变化(除非余热量和余湿量成比例的变化)。如果空调房间内的余热量和余湿量同时减少时，根据两者的变化程度不同，则有可能使变化后的热湿比变大或变小。如图15-13所示，在维持露点不变的情况下，新的状态点偏离了原来的状态。当室内热湿负荷变化较小，空调精度要求不严格，且仍在允许范围内，则不必重新调节。如新的状态点超出了允许范围，为了保证空调房间内空气温湿度保持不变的要求，一般可采用以下几种方法来达到运行调节的目的。

15.2 室内负荷变化的系统调节 （1）调节一次加热器再热量如图15-14 所示，当空调房间内的热湿负荷发生变化后，设其变化后的室内热湿比为，此时可采用调节一次加热器的加热量，使一次加热后的空气状态点由点等湿升温而变化到点，再经循环水喷水绝热加湿处理至新的机器露点，调节二次加热器加热量使之处于新的送风状态点即可。（2）调节新回风混合比如图15-15 所示，如室外气温较高，不需要预热，可调节新回风混合比，使新的混合点位于过新机器露点的等焓线上，之后沿送风，达到。

15.2 室内负荷变化的系统调节 （3）调节喷水温度当空调房间内热、湿负荷发生变化后，其热湿比由变化至，或由变化至，如图15-16所示。要保证空调房间内所要求的空气参数保持不变，就需改变机器的露点温度。当 >时，空调系统的机器点应由L点移至，其喷水温度应比设计条件为高，即提高冷水温度。但如果当 > 其喷水温度则应比设计条件为低，即降低冷水温度。（4）调节一、二次回风混合比对于具有一、二次回风空调系统，可以采用调节一、二次回风比的方法，充分利用二次回风的热量，这样可节省二次加热器的加热量，在满足室内空气温、湿度要求的前提下达到节能的目的。

15.2 室内负荷变化的系统调节 在室内热、湿负荷发生变化时，其热湿比由原来的变化至，这时改变一、二次回风混合比(在定风量空调系统中，总风量不变，在满足最小新风量的前提下，总回风量就为定值，那么加大二次回风量就意味着减少一次回风量)，使新风与一次回风混合后的空气降温除湿至空调系统的机器露点L。而后L点的空气再与二次回风混合，以达到室内热湿比改霸后所需的送风状态点，将状态点的空气送入室内即可满足要求。（5）调节空调箱旁通风门在工程实践中，还有一种设有旁通风门的空调箱。这种空调箱与二次回风空调箱不同的地方是室内回风经与新风混合后，除部分空气经过喷水室或表冷器处理以外,另一部分空气可通过旁通风门,然后再与处理后的空气混合送入室内。旁通风门与处理封门是联动的,开大旁通风门则处理风门关小.以改变旁通风量与处理风量的混合比来改变送风状态.如图15-18所示。

15.2 室内负荷变化的系统调节 15.2.2.2 变风量空调系统的运行调节变风量空调系统是一种较先进的空调系统，它可根据室内负荷变化自动调节送风量。如果室内负荷下降，该系统在减少送风量，满足舒适需要的同时，还具有非常显著的节能效果。发达国家在70年代就对变风量系统有所研究和应用。我国从80年代起对其进行研究，并在工程中应用。但因诸多方面的原因，我国变风量空调系统成功运行的工程实际极少。但从长远的观点看，这种系统很有发展潜力，在此对其运行方式做以简要介绍。变风量空调系统方调节方式复杂，种类繁多，但归纳起来主要有如下四种方式：

15.2 室内负荷变化的系统调节 1．使用节流型末端装置进行调节系统原理如图15-19所示，在每个房间送风管上安装有变风量末端装置。当房间负荷变化时，装在房间内的温控器发出指令，使末端装置内的节流阀动作，改变房间内的送风量。如果多个房间负荷减少，那么多个节流阀节流，则风管内静压升高。压力变化信号送给控制器，控制器按一定规律计算，把控制信号送给变频器，降低风机转速，进而减少总风量。送风温度敏感元件通过调节器，控制冷水盘管三通阀，保持送风温度一定，即随着室内显热负荷的减少，送风量减少，室内状态点从 L变为，设计工况下处理过程为：负荷减少时处理过程为：

15.2 室内负荷变化的系统调节 节流型变风量末端装置最大缺点是存在风压耦合。当几个房间节流减少风量后，会造成风管内总压升高，导致一些没有负荷变化的房间风量增大，如此形成连锁效应，造成整个系统振荡。 2．使用旁通型末端装置进行调节系统原理如图15-20所示。在通往每个房间的送风管道上(或每个房间的送风口之前)安装旁通型变风量末端装置。该装置根据室显热负荷的变化，由室内温控器发出指令产生动作，减少(或增加)送往空调房间的风量，系统送来的多余的风量则通过末端装置的旁通通路至房间的顶棚内直接由回风系统返回空气处理室。在运行过程中系统总的送风量保持不变，只是送入房间内的风量发生变化。它的优点是在一定程度上可解决风压耦合问题。设计负荷下，处理过程是：

15.2 室内负荷变化的系统调节 负荷减少时，处理过程是： 3．使用诱导型末端装置进行调节系统如图 15-21 所示。在通往每个空调房间的送风管道上(或每个房间的送风口之前)安装诱导型变风量末端装置。诱导型末端装置可根据空调房间内热负荷的变化，由室内温控器发生指令产生动作，调节二次空气侧的阀门，使室内或顶棚内热的二次空气(与一次空气相比)与一次空气相混合后送入室内，以达到室内温度的调节。

15.2 室内负荷变化的系统调节 4．使用变频变风量空调系统进行调节我国近几年有较多文献对此系统工作原理和性能做过探讨。国内有生产该种系统设备、配件的厂家，也有较成功的工程实例。系统原理如图 15-22所示。其调节过程为：室内温控器检测室内温度，与设定温度进行比较，当检测温度与设定温度出现差值时，温控器改变风机盒内风机的转速，减少送入房间的风量，直到室内温度恢复为设定温度为止。室内温控器在调节变风量风机盒转速的同时，通过串行通讯方式，将信号传入变频控制器，变频控制器根据各个变风量风机盒的风量之和调节空调机组的送风机的送风量，达到变风量目的。

15.2 室内负荷变化的系统调节 15.2.2.3 风机盘管空调系统的运行调节对一般舒适性空调系统来说，主要由风机盘管负担空调负荷，其调节过程非常简单。而对于要求较高的场所，新风和风机盘管对空调负荷有明确分工，其调节过程相对复杂。下面对这两种不同的调节过程进行分析。 1、风机盘管机组负担室内全部负荷的调节方法这种调节方法适用于大多数风机盘管调节系统。在调节过程中，新风不承担室内负荷，所有负荷全部由风机盘管承担。该调节主要分为以下两种方式。（1）水量调节如图 15-23 所示，在设计工况下，空气在盘管内进行冷却减湿处理，从N变化到L，然后送到室内。当负荷减少时，室内温控器自动调节电动直通或三通阀，以减少进入盘管的水量，盘管中的水温随之上升。露点从L变为，室内状态点从N变为，新的室内状态点含湿量较原来有所增加。

15.2 室内负荷变化的系统调节 这种系统中的温控器和电动阀的造价较高，故系统总投资较大。（2）风量调节如图15-24所示，在设计工况下，风机盘管对空气的处理过程为从N到L。如果系统负荷减少，则应降低风机转速，减少风量。风机转速可根据需要在三速开关的高、中、低三档之间进行切换（也有的风机盘管可进行无级调速）。风速降低后，盘管内冷水温度下降，露点下移到，通过送风，达到。当风机在最低档运行时，风量最小，回水温度偏低，容易在风口表面结露，且室内气流分布不理想。 2、风机盘管负担室内渐变负荷时的调节方法（1）负荷性质和调节方法室内负荷分为瞬变负荷和渐变负荷两部分。瞬变负荷是指室内照明、设备、人体散热和太阳辐射热产生的负荷。这部分负荷具有随机性大的特点，房间不同差异很大，可由风机盘管来承担。

15.2 室内负荷变化的系统调节 渐变负荷是通过围护结构的室内外温差传热。和瞬变负荷相比较，渐变负荷比较稳定，且大多数房间差异不大。这部分负荷可通过集中调节新风温度来适应，即由新风负担室内的渐变负荷。在室外气温逐渐降低的过程中，一定存在这样一个时刻，室内向室外传递热量，即渐变冷负荷为负，新风需加热处理。但瞬变冷负荷仍可能为正（例如室内人员众多，有大功率的发热设备等），风机盘管还要送冷风。很明显这是不经济的。在这种情况下，通常采用另外一种处理方法，用室外新风来吸收室内的的冷负荷。

15.2 室内负荷变化的系统调节 （2）双水管风机盘管系统的调节方法双水管风机盘管系统在同一时刻只能供应冷水或只能供应热水，不能满足同时供冷、供热的需要（如大型建筑的内区可能全年要求供冷，而外区在冬季却要求供热）。三水管系统和四水管具有同时供冷、供热的功能，但造价较高，使用较少。可采用新风和风机盘管负担的负荷做较严格的区分，不进行转换的运行调节，即新风负担渐变的传热负荷，而风机盘管负担瞬变的室内负荷，互相不做转换，不为对方分担。这种系统的投资较少，管理方便。但存在的问题是当冬季特别冷时，温差传热占最主要的地位，如果不做转换，则新风负担室内全部热负荷，将造成新风管道尺寸过大，集中加热设备的容量过大。

15.3 空调系统的自动控制 空调系统的自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。因而自动控制的任务就是对以空调房间为主要调节对象的空调系统的温度、湿度及其他有关要求保证的参数进行自动的检测、自动的调节，对有关的信号报警和连锁保护控制，以及制冷系统的自动控制和供冷、供热与空调配合的自动控制、测量等，以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足舒适性要求或工艺性要求的环境条件。空调系统自动化程度也是反映空调技术先进性的一个重要方面。因此，随着自动调节技术和电子技术的发展，空调系统的自动控制必将得到更广泛的应用。

15.3 空调系统的自动控制 15.3.1 空调系统自动控制的组成 15.3.1.1 空调自动控制系统的基本概念 1. 空调自动控制系统中常用术语 (1)调节对象。指自动控制系统中需要进行控制的设备或所需控制的生产过程的一部分或全部。如某空调房间、某空气处理设备、冷水机组、热交换设备及装置等，简称对象。 (2)调节参数。在空调系统中，为维持各环节的空气温度及湿度恒定在允许范围内变化的参数称作调节参数，或叫被调参数。例如温度、湿度、压力以及水位等参数。 (3)给定值。对调节参数的给定范围，即需要保持恒定或预先规定的规律随时间而变化的数值叫做给定值。例如空调房间要求温度、湿度值为：24℃，50％，即为室内参数的给定值。

15.3 空调系统的自动控制 (4)偏差。调节参数实际值与给定值之间的差值称为偏差。它是调节器的输入信号，也是反馈控制系统用于控制的信号。如某空调房间要求室内温度为20℃，而经过调节系统调节后的房间温度为2l℃，则2l－20=1即为偏差。偏差有动态偏差和静态偏差之分。 (5)扰动。引起调节参数产生偏差的原因称为扰动或干扰。如室温调节产生的偏差可能会由于室外空气参数的变化或由于调节器热媒的温度或流量变化而引起，则室外天气的变化、热媒温度或流量的变化就是干扰。 2. 空调自动控制系统的基本构成空调自动控制系统可以用图15-25的方框图表示。由于外扰的作用，使调节对象的调节参数发生偏差，经敏感元件测量并传送给调节器，调节器根据调节参数与给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，使调节对象的调节参数保持在给定值的规定偏差范围内。

15.3 空调系统的自动控制 1）敏感元件(传感器) 敏感元件就是感受被调参数的大小，测出被控制量对给定值的偏差，并及时发出信号给调节器。在空调系统中，主要有感温元件、感湿元件、测压元件和水位指示设备等。因此，敏感元件的输入是被调参数，输出是检测信号。如铂电阻温度计、氯化锂湿度计等。 2）调节器调节器是一种放大元件，其作用是将敏感元件发来的偏差信号经过放大变为调节器的输出信号，指挥执行机构，对调节对象起调节作用。按被调参数的不同，有温度调节器，湿度调节器、压力调节器等；按调节规律(调节器的输出信号与输入偏差信号之间的关系)不同，有位式调节器，比例调节器和比例积分微分调节器等。

15.3 空调系统的自动控制 3）执行机构执行机构接受调节器的输出信号，驱动调节机构相应的动作，如接触器，电动阀门的电动机，电磁阀的电磁铁，气动薄膜部分等都属于执行机构。 4）调节机构调节机构与执行机构紧密相连，有时与执行机构合成一个整体，它随执行机构动作而动作。如电加热器、调节风量的阀门，冷热媒管路上的阀门等。当执行机构和调节机构组装在一起并成为一个整体时，则称之为执行调节机构。如电磁阀、电动二、三通阀和电动调节风阀等。

15.3 空调系统的自动控制 3．空调自动控制系统的调节质量在自动控制系统中，当由于扰量破坏了调节对象平衡时，经调节作用使调节对象过渡到新的平衡状态。如图15-26所示。图中为调节时间，在这段时间内。当时间在以前，调节调节参数等于给定值，调节对象处于平衡状态。在末突然受扰动，平衡被破坏，调节参数开始升高，逐渐达到最大值，由于调节器的调节作用，开始返向给定值，但是调节参数不能一下子就平息下来，经过两次反复后，最后达到新的平衡状态。这时调节参数与给定值之差为。所以，对自动控制系统的基本要求是能在较短的时间内，使调节参数能够达到新的平衡。此外，还有以下调节质量指标： 1）静差，即自动调节系统消除扰量后，从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态时，调节参数的新稳定值与原来给定值之偏差。静差愈小愈好，其大小由调节器决定。

15.3 空调系统的自动控制 2）动态偏差，即在过渡过程中，调节参数对新的稳定值的最大偏差值。常指第一次出现的超调，愈小愈好。 3）调节时间：调节系统从原来的平衡状态过渡到另一个新的平衡状态所经历的时间，叫做调节时问(如图15-26中的 )。显然调节时间短好。以上三项指标根据要求不同而定。对于一般精度恒温室的自动调节系统，要求动差和静差不超过恒湿精度。例如室温要求 ℃。那么它们一定要小于1℃，而且过渡过程要短。对于高精度恒温调节系统，要求比较严格。 4.调节器种类及调节特性在空调自动调节系统中，调节器的种类很多。空调中多采用位式调节器、比例调节器和比例积分微分调节器。简述如下。

15.3 空调系统的自动控制 1）两位式调节器两位式调节器的动作特点是；当调节参数产生偏差时，输出信号使执行机构通或断，从而带动调节机构全开或全关，调节参数经常在上下两个极限之间波动。一般常用于允许有一定波动、反应时间长、滞后时间小、负荷变动不频繁的场合，如用于是室温调节。为了改善两位式调节的品质，空调中还采用三位式调节器，实际就是两个双位调节环节组成上下限定值，进行三位调节。它比两位式偏差小。 2）比例调节器比例调节在各种连续调节作用中，是一种基本的调节方式。它的特点是，当调节参数与给定值发生偏差时，调节器按偏差的大小和方向，发出与偏差成比例的信号，不同的偏差相应有不同的调节机构位置。调节机构的动作仅仅与偏差大小有关，而与调节参数的变化速度和偏差存在的时间没有关系。

15.3 空调系统的自动控制 比例调节器的调节速度快、稳定性好，一般不发生“振荡过程”，调节参数能稳定下来，但调节稳定后存在静差。 3）比例积分微分调节器(PID调节器) 比例积分微分调节器是比例、积分、微分三种调节的组合体。积分调节特点是：调节机构的移动速度与调节参数的偏差成比例。偏差越大，调节机构的移动就越快。只要有偏差存在，调节机构就继续移动，直到偏差消除为止。调节信号是偏差信号按时间酌叠加(积分)，因此称为积分作用。积分调节的最大特点是不存在静差，但稳定性差。微分调节的特点是：只受偏差变化的影响。微分作用只阻止调节参数的一切变化。当的调节参数在较大扰动下发生突然而又剧烈的变化时，微分元件会立即产生—个较大的校正动作，有一种预先调节的作用。微分作用可以缩短过渡过程和减小动差。但因为它不能消除偏差，所以不能单独使用，而是同比例积分等组成联合动作的调节器。

15.3 空调系统的自动控制 用上述不同调节规律的元件，即可组成各种调节器。比如比例积分调节器(PI调节器)、比例积分微分调节器(PID调节器)等。PID调节器是用积分调节消除静差，用微分调节来缩短过渡过程利减小动差。是动作比较完整的调节器。空调中用的XCT-192、TA-192(092)等调节器就是连续PID调节器。它用于负荷变化又大又快和滞后很大的对象。一般用于高恒温精度的空调自动调节系统中。由于调节器的调节规律不同，因此必须与所服务调节对象的特性相适应，这样才会得到好的调节效果。上述各种调节器适用情况及调节特点见表15-1。空调房间要求的参数不论是温度还是湿度都允许有一个波动范围。为满足要求，对于自动控制系统调节器给定值的确定，就必须合适。

15.3 空调系统的自动控制 在空调自动调节系统中，两位式调节，只有一个给定值；三位式调节，有上下限两个给定值；比例积分微分调节和比例调节，也只有—个给定值。仪表定值的原则是，对于只有一个给定值的自动调节系统，给定值应定值在调节参救的基数上；对于三位式调节，其上下给定值之差值应小于调节参数的波动值。如果上下限之差值太小，易出现系统稳定不下来，而过大会出现较大误差。 15.3.1.2空调系统自控的基本内容根据空调房间要求的室内参数情况及精度，空调的运行调节系统既有简单的回路自动控制系统，又有采用多回路、多功能的节能自动控制系统。在自动调节装置方面，既有采用简易、廉价的调节器，也有采用专用、多功能、系列化的调节器控制系统，更有采用可编程序控制器及微型计算机作为空调控制系统中数据处理、监督和控制的系统。

15.3 空调系统的自动控制 不论采用什么样的控制系统，什么样的调节器，其目的都是实现空调系统的自动控制，以保证空调系统的正常运行。主要包含内容有： (1)空调房间的温度、湿度的检测与调节。 (2)新风干、湿球温度的检测与报警。 (3)一、二次混合风温度的检测与调节。 (4) 送、回风温、湿度的检测与调节。 (5) 表面冷却器出口空气温度的检测。 (6) 喷水室“露点”温度的检测与调节。 (7) 喷水室或表面冷却器输水出口冷水温度、压力的检测和自动调节。 (8) 不同运行工况的自动转换。 (9) 空调设备工作时的自动连锁与保护。 (10) 空调房间内要求的正(负)静压的检测与控制。

15.3 空调系统的自动控制 (11) 变风量空调系统风管静压的检测与调节。 (12) 空气过滤器进出口静压差的检测、显示与报警 (13)制冷系统中各部分温度、压力、流量的检测、调节、报警、连锁与保护。 15.3.2 空调系统自动控制的方法室温控制是空调自动控制系统中的一个重要环节。它是用室内干球温度敏感元件来控制相应的调节机构，使送风温度随扰量的变化而变化。

15.3 空调系统的自动控制 调节送风温度的方法有：调节加热器的加热量和调节新、回风混合比或一、二次回风比（通过控制风量调节阀的开度，调节通过加热器通路与旁通的风量比例）等。调节热媒为热水或蒸汽的空气加热器的加热量来控制室温，主要用于一般工艺性空调系统；而对温度精度要求高的系统，则需使用电加热器对室温进行微调。室温控制方式可以有双位，三位，比例及比例积分微分控制方式等几种。应根据室内参数的精度要求以及房间围护结构和扰量的情况，选用合理的室温控制方式。

15.3 空调系统的自动控制 (1)热水加热器的调节。为了使加热器后的空气温度恒定，就要调节加热器的进出口上的阀门，不断的改变热媒的流量，或者调节冷热媒的温度。如图15-27所示。图(a)用双通阀来调节，图(b)用三通阀来调节。当双通阀4改变热水流量的同时，将使供水干管的总流量发生变化，导致供水干管的静压也发生变化，对整个系统的压力分布和流量分布产生影响，其他设备的工作就会不稳定，这是双通阀调节的不足之处。当使用三通阀来调节时，就克服了上述缺点，使一部分热水通过加热器，另一部分热水通过旁通管。要适应负荷的变化，就可以用调节这两部分水量的比例来达到。这种方法的优点是供水干管的静压稳定，但水泵的流量不变，水泵耗电量大，对节能不利。这种调节方式室内的空气温度升降变化较快，送风温度波动较大，适宜在冬季刚开车时或需加热量较大变化时使用。应避免频繁开启，以防送风温度波动较大。

15.3 空调系统的自动控制 夏季，为了节省能量，有一段时间可不用二次加热(停止供热媒)，用调节二次回风量来满足送风温度要求。一般采用一二次回风阀联动，即开大二次回风阀就同时关小一次回风阀，这样基本可保证回风量不变，自然新风就变化不大。这种方法室内空气温度变化较慢，送风温度波动小，稳定性好。 (2)蒸汽加热器的调节：如图15-28所示。图中(a)是调节阀装在进汽管道上，图中(b)是阀门装在凝结水管道上。前一种调节方法反应灵敏并跟踪较好，后一种方法是通过改变加热器的面积来进行调节的。这种方法疏水器可连续排水，不会产生振荡，但加热器的惯性大，反应不灵敏。对蒸汽加热器的调节也通常采用比例调节和比例积分调节。

15.3 空调系统的自动控制 (3)电加热器的调节：电加热器一般使用在恒温恒湿机组内以及用在集中式空调系统的末端加热，安装简单，起动迅速。，对电热器的常采用一开一关的双位控制和控制通过电加热器的电流大小的比例调节。这两种方式，如图15-29所示，(a)图是双位调节，(b)图是PID的比例调节。在一些工业与民用建筑中，空调房间不要求全年固定室温，因此可以采用室外空气温度补偿控制和送风温度补偿控制。它与全年固定室温的情况比较起来，不仅能使人体适应室内外气温的差别，感到更为舒适，而且可大大减少空调全年运行费用，夏季可节省冷量，冬季可节省热量。对于一些民用建筑空调，室温是以室外干球温度作为室内温度调节器的主参数按照图15-30进行控制的。这种控制方法是根据室外气温的变化，改变室内温度敏感元件的给定值，故称为室外气温补偿控制法。

单元 15 空调系统的 运行调节