空调与冷热源系统终.ppt

,第3章 空调与冷热源系统,3.空调与冷热源系统,3.1 空调系统组成3.2 空调系统的物理性质3.3 空气的调节原理3.4 空气的处理方法和设备3.5 冷热源系统3.6 空气调节系统3.7 空调系统的运行控制3.8 冷热源系统的监控,3.空调与冷热源系统,2.任务 根据使用对象的要求，使室内空气温度、相对湿度、气流速度和洁净度部分或全部达到规定的指标。,概述,1.定义 空气调节简称空调。（包括家庭空调、中央空调、暖气供暖系统都属于空调）,3.组成 进风、过滤、热湿处理、输送和分配、冷热源部分。,3.空调与冷热源系统,2.任务 根据使用对象的要求，使室内空气温度、相对湿度、气流速度和洁净度部分或全部达到规定的指标。,概述,1.定义 空气调节简称空调。（包括家庭空调、中央空调、暖气供暖系统都属于空调）,3.组成 进风、过滤、热湿处理、输送和分配、冷热源部分。,3.空调与冷热源系统,2.任务 根据使用对象的要求，使室内空气温度、相对湿度、气流速度和洁净度部分或全部达到规定的指标。,概述,1.定义 空气调节简称空调。（包括家庭空调、中央空调、暖气供暖系统都属于空调）,3.组成 进风、过滤、热湿处理、输送和分配、冷热源部分。,3.空调与冷热源系统,3.1空调系统组成,（1）进风部分,根据人对空气新鲜度的生理要求，空调系统必须有一部分空气从室外进来，称为新风。空气的进风口和风管等，组成了进风部分。,（2）空气过滤部分,一般空调系统都装有预过滤和主过滤两级过滤装置。根据过滤的效率不同，可以分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。,3.空调与冷热源系统,3.1空调系统组成,将空气加热、冷却、加湿、减湿等不同处理过程组合在一起，统称为空调系统的热湿处理部分。热湿处理主要有两大类型：直接接触式和表面式。,（3）空气热湿处理部分,直接接触式：与空气进行热湿交换的介质直接和被处理空气接触，通常是将其喷淋到被处理的空气中。表面式：与空气进行热湿交换的介质不直接和被处理空气直接接触，热湿交换是通过处理设备表面进行的。表面式换热器属于这一类。,3.空调与冷热源系统,3.1空调系统组成,（4）空气的输送和分配部分,将调节好的空气均匀的输入和分配到空调房间内，以保证其合适的温度场和速度场。它由风机和不同型式的管道组成。,3.空调与冷热源系统,3.1空调系统组成,（5）冷热源部分,为了保证空调系统具有加温和冷却能力，必须具备冷源和热源两部分。,3.空调与冷热源系统,例子,集中式空调系统,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,空气：由干空气和水蒸汽组成的混合气体，故又称为湿空气。,干空气水蒸气空气（湿空气）,干空气：按重量由氮（N2）75.55%、氧（O2）23.1%、二氧化碳（CO2）0.05%和稀有气体1.3%等组成。另外，空气中还含有灰尘、微生物等杂质。,空调是以湿空气为调节对象的,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,空气的物理性质不仅取决于它的组成成分，而且也与它所处的状态有关。湿空气的状态可以利用一些称为状态参数的物理量来表示。,常用的状态参数,压力,温度,湿度,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,（1）压力,大气压力P,地球表面的空气作用在单位面积上的压力，称为大气压力。大气压力的国际制单位是帕斯卡（Pa）。,由于水汽是和干空气同时存在的，所以两种气体各有自己的压力，称为分压力，并且二者之和是空气的总压力,P=Pg+Pc,Pg干空气的分压力，单位为kPa；Pc水汽的分压力，单位为kPa。,水汽分压力的大小反映了空气中所含水汽的多少，是空气湿度的一个标志。,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,（1）压力,空气加湿或干燥处理过程，是水分加到空气中去或水汽从空气中冷凝出来的交换过程。这种交换过程与空气中的水汽分压力有着密切的关系。,（2）温度t或T,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,空气的温度是表示空气冷热程度的物理量，它反映了空气分子热运动的剧烈程度。,t,摄氏温度 单位0C,T,热力学温度 单位是K,T=273+t,空气温度的高低直接影响着人体的舒适感，甚至是人的健康状况。,空气调节过程中，温度是衡量空气环境对人体、生产、工作和生活是否合适的一个重要参数。,（3）湿度,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,人体对冷热程度的感觉，不仅与空气温度的高低有关，而且还与空气的湿度有关。,1）绝对湿度x,在1立方米（m3）湿空气中所含的水汽量（kg），称为空气的绝对湿度。,Rc水汽的气体常数，等于,T空气的热力学温度，单位是K。,Pc水汽的分压力，单位为kPa。,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,2）含湿量d,在湿空气中，1kg干空气中所对应的水汽量（g），称为空气的含湿量d。,3）相对湿度,相对湿度表示空气湿度接近饱和绝对湿度的程度，以百分数表示。,在空调中，相对湿度是衡量空气环境的潮湿程度对人体和生产是否合适的一项重要指标。,3.2 空气的物理性质,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,（4）露点温度t1,空气的相对湿度达到了100%、开始结露的温度，称为露点温度，记为t1。,空气在某一温度下，其相对湿度小于100%。若使其温度降到另一适当的温度，则其相对湿度达到了100%。这时，空气中的水汽便开始凝结成水结露。,在空调系统中，通常利用结露现象进行减湿。,空气的状态参数,3.空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,图3-1 t、d、Pc关系图,空气的状态参数关系,空气的状态参数关系,3 空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,图3-2 t、Pc关系图,（1）当空气的水汽分压力Pc不变时，空气温度t越低，相对湿度越大；空气温度t越高，相对湿度越小。（2）当空气的相对湿度不变时，空气温度t越低，水汽分压力Pc越小；空气温度t越高，水汽分压力Pc大。（3）当空气的温度不变时，水汽分压力Pc越大，相对湿度越大；水汽分压力Pc越小；相对湿度越小。,空气的状态参数关系,3 空调与冷热源系统,3.2 空气的物理性质,3 空调与冷热源系统,3.3空气调节原理,空气调节的任务，就是按照使用的目的，对房间或建筑物内的空气状态参数进行调节，为人们的工作和生活创造一个温度和湿度适宜的舒适环境。,空气调节就是对空气的温度和相对湿度进行控制,空气调节的过程实际上是空气从一个状态变化到另一个状态的过程，当被调节的空气状态（温度、相对湿度）偏离了设定值时，就需要进行空气调节。,3 空调与冷热源系统,3.3 空气调节原理,利用空气状态参数之间的关系，通过适当、合理的加热升温、冷却降温、加湿、去湿等步骤，使空气的状态发生变化，达到设定的状态。,对空气加热时，最容易实现的是等Pc加热升温过程，其含义是在加热的过程中，没有水汽交换。常用的表面热交换加热法，均符合等Pc加热升温过程,（1）空气加热,等Pc加热升温过程,3 空调与冷热源系统,图3-3 等Pc加热升温过程,（1）空气加热,随着空气加热升温，其相对湿度下降，空气会变得干燥。,3.3 空气调节原理,3 空调与冷热源系统,（2）空气降温,对空气降温时，最容易实现的是等Pc冷却降温和结露降温过程。常用的表面冷交换降温，在表冷器温度高于露点温度时，符合等Pc冷却降温过程，而在表冷器温度低于露点温度时，则进入结露降温过程。,3.3 空气调节原理,等Pc冷却降温、和结露降温,3 空调与冷热源系统,图3-4 两种降温过程,随着空气冷却降温，其相对湿度上升，空气会变得潮湿。,（2）空气降温,3.3 空气调节原理,空气状态调节过程,3 空调与冷热源系统,图3-5 空气状态调节过程,3.3 空气调节原理,空气调节处理流程,3 空调与冷热源系统,图3-6 空气调节处理流程,3.3 空气调节原理,冬季新空气加热加湿处理,3 空调与冷热源系统,图3-7 冬季新空气加热加湿处理,加湿是采用定温饱和加湿的方式,3.3 空气调节原理,夏季新空气减温去湿处理,3 空调与冷热源系统,图3-8 夏季新空气减温去湿处理,去湿是采用定露点的去湿方式,3.3 空气调节原理,去湿处理,3 空调与冷热源系统,图3-9 抽湿机的运行工况,南方地区和海边潮湿地区需要做去湿处理,3.3 空气调节原理,（1）空气加热方法,3 空调与冷热源系统,3.4 空气处理的方法和设备,空调系统中所用的加热器一般是以热水或蒸汽为热媒的表面式空气加热器和电热丝发热加热器。,表面式空气加热器,热媒,热水或蒸汽,分类,光管式,肋管式,（1）空气加热方法,3 空调与冷热源系统,图3-10肋管式空气加热器原理,热媒在肋管内流动，空气在肋管外侧流过，并与热媒进行热交换。,3.4 空气处理的方法和设备,（1）空气加热方法,3 空调与冷热源系统,如果肋管内流过冷媒，则称为表面式空气冷却器。表面式空气冷却器与表面式空气加热器没有本质的区别，只是管内流过的媒体不同而已。二者统称为表面式换热器。,3.4 空气处理的方法和设备,（1）空气加热方法,3 空调与冷热源系统,电加热器,裸线式,管式,裸线式电加热器加热迅速、热惯性小、结构简单，但易断线和漏电，安全性差。,加热均匀、热量稳定、经久耐用、安全性好，可以直接安装在风道内，但其热惯性较大，结构复杂。,3.4 空气处理的方法和设备,电加热器：利用电阻丝将电能转化为热能来加热空气的设备。,优点：加热均匀、加热量稳定、效率高、结构紧凑、易于控制。,（2）空气的降温方法,3 空调与冷热源系统,空气的降温可以通过表冷器来实现。与空气加热器结构类似，表冷器也是肋片管式换热器。表冷器与加热器的工作原理类似,表冷器的安装与以热水为媒体的空气加热器安装方式基本相同，但表冷器下部应设积水盘，用来收集空气被表冷器冷却后产生的冷凝水。表冷器内流动的冷媒有制冷剂和冷水(深井水、冷冻水、盐水等)二种。以制冷剂为冷媒的表冷器称为直接蒸发式表冷器（又称蒸发器），多用于局部的分体空调中。以冷水作为冷媒的表冷器称为水冷表冷器，多用于集中式空调系统和半集中式空调系统的末端设备中。,3.4 空气处理的方法和设备,3 空调与冷热源系统,（2）空气的降温方法,表冷器温度的调节方法,水量调节,水温调节,在水温不变的情况下，改变进入表冷器的冷水流量，使表冷器的传热效果发生变化。,在水流量不变的情况下，通过改变表冷器进水的温度，使表冷器的传热效果发生变化。,3.4 空气处理的方法和设备,（3）空气的加湿方法,3 空调与冷热源系统,常用的喷蒸汽加湿方法有干蒸汽加湿和电加湿两种。干蒸汽加湿是将由锅炉房送来的具有一定压力的蒸汽由蒸汽加湿器均匀地喷入空气中。而电加湿则是用于加湿量较小的机组或系统中。,在空调系统中一般均采用向空气中喷蒸汽的办法进行加湿。,3.4 空气处理的方法和设备,（4）空气减湿处理方法,3 空调与冷热源系统,空气减湿处理的主要方法,加热通风法减湿,冷却减湿,液体吸湿剂吸收减湿,固体吸湿剂吸附减湿,（1）加热通风法减湿如果室外空气的含湿量低于室内空气的含湿量，则可以将室外的空气加热，使其相对含湿量降低后再送入室内，同时从室内排除同样数量的湿空气，以达到减湿的目的。,3.4 空气处理的方法和设备,（4）空气减湿处理方法,3 空调与冷热源系统,（2）冷却减湿冷却减湿是空调系统中常用的方法,使表冷器的温度低于空气的露点温度运行，空气中的一部分水蒸气将凝结出来，此时表冷器处于湿工况，从而达到对空气进行降温减湿处理的目的,（3）液体吸湿剂吸收减湿 液体吸湿剂吸收减湿是利用盐水喷淋到空气中实现的，这类盐水溶液又称为吸湿剂。在温度一定时，盐水溶液的浓度越高，其吸湿的能力也越强。当盐水溶液吸收了空气中的水分后，其浓度就会降低，吸湿的能力也会逐渐下降。因此，重复使用稀释了的盐水溶液，需要对其进行再生处理，除去其中部分水分，提高溶液的浓度。由于溶液再生系统比较复杂，故在空调系统中很少应用。,3.4 空气处理的方法和设备,（4）固体吸湿剂吸附减湿 利用固体吸湿剂减湿的方法，称为吸附减湿。有一些固体，如硅胶、活性炭、氯化钙、生石灰等，具有很强的吸水性，可以用作为吸湿剂。,（4）空气减湿处理方法,3 空调与冷热源系统,3.4 空气处理的方法和设备,（5）空气净化处理设备,3 空调与冷热源系统,空气过滤器是空气净化的主要设备,按作用原理分为金属网格浸油过滤器、干式纤维过滤器和静电过滤器三类,3.4 空气处理的方法和设备,（6）喷水室,3 空调与冷热源系统,图3-11 喷水室结构图,喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿、减湿等多种处理。,3.4 空气处理的方法和设备,空气调节的过程是一个热湿交换的过程，对空气的升温或降温都离不开冷热源。,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,最常用的冷热源,冷冻水,热水或蒸汽,夏季冷源,冬季热源,冷冻水供水温度为70C，回水温度为120C,热水供水温度为650C，回水温度为550C,冷源制冷方式,压缩式制冷方式,溴化锂吸收式制冷方式,3 空调与冷热源系统,压缩式制冷方式,制冷剂（冷媒）一般采用R420A或R421A，载冷剂一般为水,3.5 冷热源系统,压缩式制冷方式,3 空调与冷热源系统,7.3.4 冷热源系统,图3-12 压缩式制冷机原理图,空调系统冷源,3.5 冷热源系统,压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和管路等组成，构成一个封闭的循环系统。在系统工作时，来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，被压缩机吸入，压缩成高温高压制冷剂蒸汽后，进入冷凝器。在冷凝器中，高温高压的制冷剂蒸汽被冷却水冷却，放出热量，被冷却水吸收，而制冷剂蒸汽却冷凝成低温高压液体，然后经膨胀阀节流降压后，变成低温低压液体，进入蒸发器。在蒸发器中，低温低压制冷剂液体吸收冷冻水的热量，蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，再进入压缩机，开始下一遍循环。冷冻水失去热量后，温度下降，送到空调系统作冷源用。,压缩式制冷方式,3 空调与冷热源系统,7.3.4 冷热源系统,3.5 冷热源系统,实际上，压缩式制冷系统是整个空调系统热量传递过程中的一个环节。在空调系统中，被调节的室内空气，由于种种原因其温度升高。为了降低室内空气温度，就需要排除热量,热量传递过程,3 空调与冷热源系统,7.3.4 冷热源系统,3.5 冷热源系统,热量传递过程,3 空调与冷热源系统,7.3.4 冷热源系统,图3-13空调系统热量传递原理,冷冻水（供水温度70C）经冷冻水泵供给空调制冷的冷源，与空气进行热交换后将室内热量带走；在冷水机组内将热量传递给冷却水，冷却水回水经冷却水泵进入冷却塔，经冷却塔将热量散发到户外大气中，完成空调系统的热量传递。,3.5 冷热源系统,溴化锂吸收式制冷方式,3 空调与冷热源系统,溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以水为制冷剂（冷媒），利用水在高真空、低压力情况下蒸发吸热的原理而达到制冷目的的制冷设备。,溴化锂水溶液是一种无色、无味、无毒、透明的中性液体，其沸点远高于水的沸点，并具有很强的吸水性，故被用来作为吸收式制冷机的吸收剂。,吸收器发生器冷凝器蒸发器,组成,3.5 冷热源系统,溴化锂吸收式制冷方式,3 空调与冷热源系统,图3-14 溴化锂吸收式制冷机的原理,3.5 冷热源系统,在蒸发器中，冷剂（冷媒）水被送到低压高真空的蒸发器内，喷淋到冷冻水管壁，吸收管内冷冻水的热量，发生低温沸腾蒸发，产生大量的冷剂（冷媒）水蒸汽，同时制备了低温冷冻水。为了能够使制冷过程不断地进行下去，蒸发后的冷剂（冷媒）水蒸汽被送到吸收器，由溴化锂溶液所吸收。溴化锂溶液由于吸收了冷剂（冷媒）水蒸汽而变稀，然后利用泵将变稀了的溴化锂水溶液送到发生器中，将其加热到1600C左右，使其中的水分蒸发分离出来，变成高压冷剂（冷媒）水蒸汽，同时，由于溴化锂的沸点远高于水的沸点，不会蒸发，溴化锂溶液就变浓了。在发生器中所得到的高压冷剂（冷媒）水蒸汽，被送到冷凝器中，由冷却水冷却，变成高压冷剂（冷媒）水。,溴化锂吸收式制冷方式,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,直燃吸收式溴化锂冷、热水机组，又称为“非电空调”机组，是直接燃烧天然气、煤气、柴油等各种燃料，以水/溴化锂作为介（媒）质的冷热源设备,由于直燃吸收式溴化锂冷、热水机组不以电能为能源，可以大幅度地削减电力投资。,直燃吸收式溴化锂冷热水机组,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,直燃吸收式溴化锂冷热水机组,3 空调与冷热源系统,图3-15 直燃吸收式溴化锂冷热水机组实物图,3.5 冷热源系统,直燃吸收式溴化锂冷热水机组原理,3 空调与冷热源系统,图3-16 直燃吸收式溴化锂冷热水机组原理图,3.5 冷热源系统,直燃吸收式溴化锂冷热水机组还可以利用太阳能阳光跟踪系统启动集热板跟踪太阳，将阳光聚焦到集热管上，将管内的热源水温度加热到1800C，输送到发生器中作为加热热源，使溴化锂冷、热水机组实现制冷/制热。冷热水机组可以使用两种能源，白天利用太阳能，夜间或阴雨天可以利用天然气和煤气等其他能源。,太阳能非电空调机组,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,太阳能非电空调机组,3 空调与冷热源系统,图3-17太阳能非电空调机组原理图,3.5 冷热源系统,3 空调与冷热源系统,热源系统,凡是采暖的地区，均离不开热源,形式,集中供热，其热源来自热电厂或集中供热锅炉房等；,分散供热，其热源来自设在一个单位或一座建筑物的锅炉房,（1）锅炉,智能建筑应配备现代化的锅炉房，作为空调、采暖、生活热水供应，以及厨房、卫生等供热的热力站。,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,图3-19 燃气发动机驱动热泵系统,燃气热泵的工作原理是：将燃气（包括天然气、液化石油气、煤气或沼气等）送入内燃机，由内燃机将燃气燃烧后，释放的热能转化为动力，启动热泵系统的压缩机，从而实现热泵系统的逆向热力学循环，达到制热/供冷的目的。,3.5 冷热源系统,燃气发动机直接启动热泵的压缩机，热泵冷凝器的冷凝热作为热源，为建筑物供热或供热水，而由热泵蒸发器的蒸发吸热作用则作为冷源，为建筑物供冷或制冰。回收燃气发动机的高温废热（发动机的冷却水温度为800C，发动机的排气温度为5006000C）和热泵冷凝热一起用于供热，或者作为吸收式冷水机的启动热源，从而进一步提高系统的供热性能和效率。由于燃气发动机启动热泵系统具有蒸发热、冷凝热和发动机的排热等三种热量可以利用，所以可以实现冷暖空调、冷冻、供热水和除湿等多种功能。,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,（2）燃气发动机驱动热泵系统,在有条件的情况下，发电机组与直燃机组可一体化整合，形成冷、热、电联产系统，其显著特征是直燃机直接回收发电机烟气（或缸套冷却水），热量不经过中间2次换热，转化为冷、热能量，系统能源效率比传统热电联供提高20%以上，大幅降低了燃料量。大型热电冷联产是利用热电系统发展供热、供电和供冷为一体的能源综合利用系统。冬季用热电厂的热源供热，夏季采用溴化锂吸收式制冷机供冷，使热电厂冬夏负荷平衡，高效经济运行。,冷、热、电联产系统,3 空调与冷热源系统,3.5 冷热源系统,冷、热、电联产系统,3 空调与冷热源系统,图3-18 冷、热、电联产系统,3.5 冷热源系统,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,影响室内空气参数主要原因,（1）外部原因，如太阳辐射和外界气候条件的变化；（2）内部原因，如室内人员与设备产生的热、湿及其他有害物质。,当室内空气参数偏离规定值时，就要采取相应的空气调节措施，使其恢复到规定值。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,为了保证空调系统的正常运行，并在满足技术要求的前提下最有效的节约能源与提高经济效益，自动控制的技术水平非常重要，而且成为空调系统的重要组成部分。,空调系统的自动控制技术,空调系统发展,自动控制技术,控制设备,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,为了便于理解自动调节系统的基本概念，首先以室温下人工进行调节的例子来分析人工调节 的过程。,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的概念,操作人员根据房间内要求的温度，借助温度计读数判断室温是否符合要求，若不符合，需调节热水量（或风门、风机的转速等）,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,缺点：人工调节劳动强度大，效率低，调节精度不高，不能及时、合理地满足系统对冷、热量的要求，不经济。,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的概念,自动调节就是模仿人工的调节过程，用自动调节器及时、准确、合理地控制空调装置，以达到恒温、恒湿的目的。,在要求恒温精度不大于1 或恒湿精度不大于 5%的情况下,应用场合,空调房间较多，或系统规模较大，即使空调精度要求不高也应考虑采用自动调节。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动控制和调节的内容,调节水阀、风阀的开度，保持系统内各房间的参数稳定；,内容,室内外参数和处理后设备参数的检测（数字显示和打印记录）；,电、水、蒸汽的量及其他参数的测量和记录；,工况的自动转换；,设备的连锁与自动保护；,中央监控与管理等。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动控制和调节的目的,防止事故和保证系统设备的运行安全。如：当发生火灾时，空调风机自动停止，电加热器无风断电保护；制冷压缩机的高压、低压、油压保护等。,目的,保持室内参数的稳定。采用自动控制和中央监控，可以确保室内参数的稳定。,自动控制节约能源。对于大面积空调，采用自动控制防止过热、过冷，以最大限度的利用新风和一、二次回风防止冷热抵消，尤其对室内温湿度要求不严的系统，其节能的效果是显著的。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的结构,自动调节系统主要由：测量元件（敏感元件）、调节器、执行机构和调节机构组成。,自动调节方框图,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的结构,过程：当调节对象（例如房间内的温度和相对湿度）受到外界干扰（房间的热负荷和湿负荷的变化）参数变化时，由敏感元件测出其偏离整定值后，发出信号，由调节器将其信号放大和其他处理（反馈、比较、选择等），然后发出信号，通过执行机构（电机等）操纵调节机构进行调节，使调节对象达到规定的参数。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统组成,敏感元件：能直接反映被调量的实际值，并及时发出信号给调节器或测量仪表的部件。如铂电阻温度计、氯化锂温度计等,组成,调节器：能把敏感元件发来的信号与给定值进行比较（必要时再经过放大），得到偏差，并根据偏差的性质和大小发出指令，指挥执行机构动作。,执行机构：是执行调节器指令、驱动调节机构动作的部件。如电加热器的接触器、电动调节阀的电动机等。,调节机构：是受执行机构驱动、直接发挥调节作用的部件。如调节热量的电加热器、调节风量的多叶阀等有时，执行机构与调节机构组合成一个整体，如启动播磨调节阀、电磁阀等。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统组成,被调对象：一般人们为了分析、研究自动调节系统的共性问题，常把系统中除自动调节装置以外的部分，比如要求恒温的房间、淋水室等，统称为被调对象。,概念,被调量（被调参数）：被调对象中需要保持的恒定参数。,给定值：对被调量规定的数值，可通过设在调节器内的给定装置，在测量的范围内由人工给定。,偏差：被调量与给定值之差。,干扰：引起被调量发生变化的因素。例如，被调节房间中的照明、机电设备、人体等发热量的变化，就是直接影响室温的干扰因素。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,室温自动调节系统框图,用方框图可以简单而明确的说明自动调节系统各部件的作用和它们之间的相互关系。以一个空调房间自动调节系统为例进行说明。,室温自动调节系统框图,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的要求,当由于外来的扰动而使调节对象的平衡状态遭到破坏时，应由调节器发生作用，使调节对象过渡到新的平衡状态。过渡过程：从一个旧的平衡状态转入到一个新的平衡状态所经历的过程。,要求,保证过渡过程的稳定性,满足一定的调节质量指标,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的要求,过渡过程稳定性,曲线1：衰减的振荡过程，属于稳定的过渡过程曲线2：非周期性的过渡过程，即被调量能一次接近给定值而无周期性的变化 曲线3：等幅振荡过程，即被调量总是周而复始在给定值上下波动。发散的振荡，是自动调节过程中所不允许的,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的要求,过渡过程质量要求,质量指标,静态偏差：调节过程结束后，系统中所存在的偏差。对于恒温要求的房间，静差不得大于0.2，静差是由调节器的精度所决定的，对静差的要求直接关系到对调节器的要求。,动态偏差：等幅振荡中指温度的波幅，对于过渡过程是实际温度短时偏离给定值的最大偏差。,调节时间：是自动调节系统过渡过程时间,区域温差：空调系统允许区域温差，保证测量点温度恒定,动态偏差持续时间：动态偏差所在的半个周期的持续时间,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,自动调节系统的要求,能否满足要求,内因：组成系统各部分的固有性质，如对象特性、调节器特性、敏感元件特性等，因此不能片面理解高档次的调节器，关键在于各环节的相互配合，并按照被调节对象的特性正确的选择调节器。,外因：作用在对象上的干扰，干扰越强烈，调节质量越难得到保证。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,空调系统的自动调节,空调系统中，空气的自动调节，主要是温度和相对湿度的调节。,（1）一次加热 空气一次加热又称预加热。是用来加热新风或加热新风与一次回风的混合风。一次加热一般只用于冬季很冷的地区。将新风预热，再与一次回风混合，以免造成混合风达到饱和，产生水雾或结冰。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,空调系统的自动调节,（2）二次加热 空气二次加热通常设在喷水室或表面冷却器之后，或者设在二次回风混合段后。二次加热的目的是在有相对湿度要求的情况下，为了保证送风温度或空调室内温度。,（3）三次加热 空气三次加热或称精加热，通常是在高精度温度控制时，用于温度微调而设置的加热。通常安装在空调房间入口风管中。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,空调系统的自动调节,一次回风系统：是将回风加在各处理装置之前，并与新风混合，然后再进行处理。,二次回风系统：是将回风分成两部分加入处理系统，一部分加在处理段之前，即一次回风；另一部分加在处理段之后，与处理后的空气混合，并称为二次回风。,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,空调系统的自动控制技术,空调系统的自动调节,空调系统中，空气的自动调节，主要是温度和相对湿度的调节。,空调系统组成,3 空调与冷热源系统,图3-20 空调系统组成,一般空调系统包括进风、过滤、热湿处理、输送和分配、冷热源几部分,3.6 空气调节系统,空调系统组成,3 空调与冷热源系统,（1）进风部分,根据人对空气新鲜度的生理要求，空调系统必须有一部分空气从室外进来，称为新风。空气的进风口和风管等，组成了进风部分。,（2）空气过滤部分,一般空调系统都装有预过滤和主过滤两级过滤装置。根据过滤的有效率不同，可以分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。,将空气加热、冷却、加湿、减湿等不同处理过程组合在一起，统称为空调系统的热湿处理部分,（3）空气热湿处理部分,（4）空气的输送和分配部分,将调节好的空气均匀的输入和分配到空调房间内，以保证其合适的温度场和速度场,3.6 空气调节系统,空调系统组成,3 空调与冷热源系统,（5）冷热源部分,为了保证空调系统具有加温和冷却能力，必须具备冷源和热源两部分。,3.6 空气调节系统,3 空调与冷热源系统,空调系统的分类,（1）集中式空调系统,（2）半集中式空调系统,（3）全分散式空调系统,3.6 空气调节系统,按照空气处理设备的设置情况,（1）集中空调系统,3 空调与冷热源系统,图3-21 集中式空调系统,集中空调系统的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等）都设在一个集中的空调机房内,3.6 空气调节系统,其特点是，经过集中设备处理后的空气，用风道分别送到各空调房间，因而，系统便于集中管理、维护。此外，某些空气处理的质量，如温度、湿度精度，洁净度等，也可以达到较高的水平。,（1）集中空调系统,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,（2）半集中空调系统,3 空调与冷热源系统,图3-22 半集中式空调系统,在半集中空调系统中，除了集中空调机房外，还设有分散在被调节房间的二次设备（又称末端装置），这种也是智能建筑应用最广泛的空调系统方式。,3.6 空气调节系统,变风量系统、风机盘管（Fan Coil Unit，FCU）系统等，均属于半集中式空调系统。,（2）半集中空调系统,3 空调与冷热源系统,3.6 空气调节系统,全分散控制式空调系统,3 空调与冷热源系统,全分散式空调系统又称为局部空调机组。这种机组通常将冷热源、空气处理、风机等集中设置在一个箱体内，形成一个紧凑的空调系统。如窗式空调器、柜式和壁挂式分体空调器均属于这类机组。,3.6 空气调节系统,集中供冷/热，分散控制式空调系统,3 空调与冷热源系统,图3-23 集中供冷/热，分散控制式空调系统,还有一类全分散式空调系统，如下图所示，是集中供冷/热、分散控制式空调系统。在我国北方地区，冬季集中供热系统就是这种方式。,3.6 空气调节系统,大学城集中供冷/分散控制式空调系统,3 空调与冷热源系统,图3-24 某大学城集中供冷/分散控制式空调系统,3.6 空气调节系统,3 空调与冷热源系统,空调系统的选择,在智能建筑空调系统的设计中，应根据实际情况，选择使用以上几种空调系统。,（1）对公共部分，如大堂、会议厅、展览厅、商场、歌舞厅、餐厅等，宜采用集中式空调系统。（2）当建筑物的面积比较大时，可按楼群或楼层划分区域，每个区域设置一台集中式空调机组。（3）对办公用房、商务用房、客房等具有个性的建筑物的空调，应采用半集中式空调系统，通常是集中新风机组加分散的风机盘管系统。（4）对通信和计算机机房、监控中心、值班室等，可采用分散式空调系统。,3.6 空气调节系统,3 空调与冷热源系统,空调冷热水系统,无论是集中式还是半集中式空调系统，都需要由集中的冷、热源来供冷或供热。根据冷、热水管道的不同组合方式，冷、热水系统可分为两管制和四管制两种。,3.6 空气调节系统,两管制冷热水系统,3 空调与冷热源系统,图3-25 两管制冷热水系统,两管制冷热水系统如下图所示，系统给末端空调机组/FCU输送冷、热水的管路只有供水和回水管路，系统不能同时给末端空调机组/FCU既输送冷水又输送热水,3.6 空气调节系统,四管制冷热水系统,3 空调与冷热源系统,图3-26 四管制冷热水系统,四管制冷热水系统如图3-26所示，系统给末端空调机组/FCU输送冷、热水的管路由四条总管，分别是供冷水管、回冷水管、供热水管、回热水管，系统能同时给末端空调机组/FCU既输送冷水又输送热水。,3.6 空气调节系统,集中式空调运行控制,3 空调与冷热源系统,3.7 空调运行控制方式,图3-27 中央空调系统的运行方式,集中式空调系统又称之为中央空调系统，按照所处理空气的来源，集中式空调系统可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统,集中式空调运行控制,3 空调与冷热源系统,封闭式系统,新风量为零，全部使用回风，其冷、热消耗量最省，但空气质量最差。,直流式系统,回风量为零，全部采用新风，其冷、热消耗量大，但空气质量好,混合系统,采用适当比例的新风和回风相混合，这种混合系统既能满足空气质量要求，经济上又比较合理，因此是应用最广的一种集中式空调系统。,3.7 空调运行控制方式,集中式空调运行控制,3 空调与冷热源系统,集中式空调系统的控制方式分为定风量（Constant Air Volume，CAV）控制方式和变风量（Variable Air Volume，VAV）控制方式。,变风量控制方式通过调节送风量的多少来满足和维持室内空气状态参数使系统的送风温度不变，在所要求的范围内。变风量可以利用变频调速风机和电动风门，根据新风和回风的温度来调节风机转速或电动风门的开度、新风阀和回风阀开度的比例来实现。,定风量控制方式是系统的送风量不变，通过调节送风或回风的温度和湿度来满足和维持室内空气状态参数在所要求的范围内。定风量可以根据新风和回风的温、湿度来调节冷/热水流量、加湿阀的开度、新风阀和回风阀开度的比例来实现。,3.7 空调运行控制方式,末端调节变风量系统,3 空调与冷热源系统,集中式空调运行控制,变风量系统与定风量系统有着根本的区别，它利用能量管理系统（Energy Management System，EMS）的直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）软件，采用如图3-28所示的“末端调节变风量系统”（Terminal Regulation Variable Air Volume，TRAV），根据室内负荷的变化，实时控制送风机和末端装置（VAV Box），自动调节风量，满足和维持室内空气状态参数在所要求的范围内。,3.7 空调运行控制方式,末端调节变风量系统,3 空调与冷热源系统,图3-28 末端调节变风量系统图,（TRAV，Terminal Regulation Air Volume），如图3-28所示，根据末端风量的变化实时控制送风机，末端装置（VAV Box）随室内负荷的变化自动调节风量维持室温。,集中式空调运行控制,3.7 空调运行控制方式,集中式空调的空气热、湿处理系统,3 空调与冷热源系统,集中式空调运行控制,系统主要组成,风阀（门）及其驱动器,风管式温、湿度传感器,压差开关,电动调节阀,压力传感器,风机和现场控制器,3.7 空调运行控制方式,集中式空调的空气热、湿处理系统,3 空调与冷热源系统,图3-29 空气热湿处理系统框图,系统主要由风门驱动器、风管式温度传感器、湿度传感器、压差报警开关、二通电动调节阀、压力传感器以及现场控制器等组成。,集中式空调运行控制,3.7 空调运行控制方式,集中式空调的空气热、湿处理系统,3 空调与冷热源系统,集中式空调运行控制,空调的空气热、湿处理系统的监控功能,（1）回风温度的控制检测回风管的温度，使其与设定值进行比较，利用比例积分微分（PID）控制规律，调节冷/热水电动调节阀的开度，改变冷/热水的流量，使回风温度保持在设定的范围内。（2）送风湿度的控制检测送风管的湿度，使其与设定值进行比较，利用比例积分微分（PID）控制规律，调节喷湿电动调节阀的开度，改变喷流量，使送风湿度保持在设定的范围内。,3.7 空调运行控制方式,集中式空调的空气热、湿处理系统,3 空调与冷热源系统,集中式空调运行控制,空调的空气热、湿处理系统的监控功能,（3）节能控制检测新风管和回风管的温度和湿度，计算新风和回风的焓值，按新风和回风的焓值比，控制新风阀和回风阀的开度比例，从而达到节能的效果。（4）送风压力的控制检测送风管内接近尾端的送风压力，调节送风机的转速，改变送风量，以保证送风管内具有足够的压力。（5）其他方面包括风机的启动/停止控制、风机运行状态的监视与故障报警、过滤网堵塞