电气自动化在中央空调中的应用

就目前发展现状来看，我国自动化技术主要以系统集成化为基础，配合结构化综合布线与信息化网络技术检测设备(诸如PC、控制设备)等等来实现系统相互关联，最终构成协调统一系统，达成建筑内电气自动化资源共享目的。在这一过程中，电气自动化的灵活广泛应用就集中展现了高效能源的战略性对策，特别是为商业建筑综合性功能优化带来了福音。在商业建筑的中央空调系统中，电气自动化能够为空调系统大幅节能并创建节能创新设计方案，这进一步优化了中央空调系统电气自动化应用的合理性。

1、关于电气自动化

1．1电气自动化的基本概述

电气自动化作为一项强调高新技术创新改变的产业性技术，它目前已经成为我国高新技术产业发展的重要组成部分，承担着巨大的经济价值与社会价值。就目前来看，电气自动化技术所涉猎的产业领域已经相当广泛，从人们生活中所常见的小型电器用品到关乎国家重要发展进程的大型航天设备，电气自动化的应用无处不在。客观讲，该技术主要针对当前系统运行与自动控制展开，再配合电子信息技术来实现技术功能优化升级。比如说目前比较流行的变频技术、节能技术等等，这些都是电气自动化技术的主要应用范畴。而基于系统集成的综合应用自动化技术则强调人性化、智能化控制，对人类社会的发展帮助具有更大推动作用。

1．2电气自动化技术的节能设计原则

电气自动化技术在节能设计方面目前正在尝试创新突破，例如在商业建筑这样的大型综合功能建筑中，它的建筑内部空间面积范围巨大，且内部结构相对较为复杂，再考虑到它属于公共性场合，因此必须安装中央空调系统才能维持内部空间舒适环境。为了满足国家建筑的节能减排现实政策要求，也同时为大型建筑节约能耗成本，就必须考虑电气自动化节能技术的实践应用，合理高效发挥能源优势，实现资源合理分配。具体来讲，电气自动化技术在中央空调中的节能应用主要应遵循以下三个原则。

首先是节能性原则，它的目标是实现建筑内电气能源的最高效利用过程，要明确资源浪费价值的有机控制。例如在商业建筑中，任何与空调系统运行无关的电气化设备消耗都应该被列为资源浪费。所以在空调设计过程中应该考虑电气设备自身消耗与线路损耗等等主观因素，并将它们合理纳入到中央空调系统设计目标当中，为协调电气设备能源创造均衡消耗有利环境。

其次是适用性原则，在电气节能设计方面必须遵循建筑节能整体设计原则与要求，换言之就是要结合建筑实际功能用途与使用目标来制定合理设计方案。举例来说，在中央空调设计过程中应该考虑各个电气设备运行时所消耗的动力资源，包括用电设备可能消耗的最大用电荷载量。另外就是要在设计安装与后期运行过程中特别注重空调系统用电设备的基本质量与安全可靠性因素，必要时要配合配电线路进行优化设计，这样能够进一步提升电气自动化在中央空调中电能部分的安全合理使用。

再次是实际性原则，要从实事求是角度来设计中央空调，明确电气自动化整体设计方案，绝对不能盲目设计投资，这也是为了商业建筑项目本身节约总体投资成本。在设计安装过程中应该做到合理谨慎挑选节能材料，配合材料、现场状况来制定节能控制方案，在对建筑的基本结构、商业用途与设计风格进行初步勘察了解后再进行进一步深入的技术分析，展开中央空调电气自动化的节能设计过程。

2、商业建筑电气自动化在中央空调中的节能应用技术流程分析

2．1商用建筑项目概况

某商业建筑拥有大型中央空调系统，它占用了商用建筑约45%的耗能，如果为该建筑中央空调系统中融入电气自动化技术，则可以为建筑节约能耗约20%，同时能节省近50%的人力资源。更重要的是，一旦建筑中央空调系统出现任何故障，其电气自动化技术体系还能对事故进行第一时间调查处理，确保建筑本身不会蒙受巨大损失。为此，本文希望为该商业建筑项目进行中央空调系统的电气自动化控制改造，提高空调系统实际运行效率。

2．2商业建筑项目的空调系统冷热源设备设计

冷热源设备系统是该商业建筑中央空调体系中的重要核心部分，它能够实现对建筑内空间温度的自动灵活调节。考虑到该商业建筑空调系统整体负荷偏大，所以经过实践调查数据表明该建筑可承受的最大冷负荷在8000kW，而最大热负荷在5000kW，因此可以见得该商业建筑的冷热源设备规模之大。为了针对大规模冷热源设备系统进行中央空调电气化自动节能设计，该项目考虑将冷热源系统布置于建筑地下层和顶层位置。这样做能够有效节约空间，同时也能缩短管道距离，最大限度避免能源消耗浪费。考虑到该商业建筑是多层建筑(7层) ，所

以整体空调冷热源输配管线偏长，需要针对这一问题来解决负荷负担，所以该建筑也采用了大温差系统，配合系统参数智能化调节功能，对季节温差变化进行合理控制调配，有效提高冷热源，特别是为冷源系统降低输配能耗，为商业建筑本身提高节能要求，达到节能目标。

在设计加入电气自动化系统以后，对冷热源系统的控制主要针对冷却水/冷冻水系统、冷却塔系统、分水器、集水器与膨胀水箱监控系统展开。这些系统可以实现日常智能化预先编排时间程序，配合商业建筑供冷供暖基本需求来调整实际温度监测点，做到对中央空调中冷源系统的启停与设备监视，确保设备始终保持运行时间平衡状态，为中央空调系统节约系统运行能耗。具体来讲，融入了电气自动化技术的中央空调冷热源设备系统其启停联动顺序应该如下: 打开电动蝶阀( 启动) →冷冻水泵/冷却水泵→冷却塔风机→冷水机组→停止冷冻机→冷却/冷冻水泵→冷却塔风机→关闭电动蝶阀。

在满足上述启停联动流程时，冷热源设备系统中循环水泵与冷冻机组必须满足启停运行状态实际要求，合理累计冷冻冷却机组运行时间，要做到每1h进行一次自动记录累加，确保数据自动显示于冷冻冷却机组的动态画面中，当数据累计到一定时间程度后备用冷冻/冷却机组就会自动切换启动，如此循环保证了冷热源设备系统的有效轮换，客观延长了系统整体使用寿命。再一方面，该冷热源系统也配备了“迟开机早关机”原则，希望控制冷冻/冷却机组在合理时间启停以达到节能目标。

另外在中央空调的热源系统方面也加入了电气自动化系统控制功能，它针对系统锅炉供暖管道、蒸汽冷凝水循环泵、热水循环泵以及集分水器进行实时监控。具体讲，它会对热源系统的自动状态、手动状态、运行状态与故障状态进行分析，基于供水温度、水流状态与压力状态来控制设备系统启停切换过程，实现时序控制。考虑到电气自动化的节能要求，它也为热源系统增设了水管式温度传感器，其具体安装位置为热水供回水总管位置，以便于测量热源系统所供应热水的实际温度。如果热水温度偏低，则要基于电气自动化系统来控制调大蒸汽阀开度，以实现对热水温度的提高。

2．3商业建筑项目的空调风柜冷冻水控制系统节能设计

在融入电气自动化控制以后，该商业建筑的空调风柜冷热水阀调节控制也相应趋于稳定，且电气自动化控制也为其专门制定了PID闭环调节策略。该策略主要针对空调风柜冷冻水控制设备的状态进行监测，同时实现信号采集，以确保达到环境温度与湿度控制效果。

以冷热水阀门的调节控制为例，在冬季会采用室内温度配合回风温度控制系统，其空调系统主要供应热水。这一阶段室内温度、回风温度可能与设定值之间存在偏差，所以可以考虑用比例积分微分运算规律来对电气自动化控制设备进行回水电动二通阀开度控制，确保阀门动作始终为逆向动作。以下给出冷热水二通阀门的理想控制曲线图，如图1。

图1 冷热水电动二通阀门的理想控制曲线图(冬季模式)

如图1，SP 表示商业建筑室内温度与回风温度设定值，T表示室内温度或回风温度，而V1则表示水阀具体开度。

如果此时回风温度小于标准设定值，则要逐渐控制增大水阀开度，确保室内温度与回风温度提高，达到设定值标准; 而如果室内温度或回风温度此时大于设定值，则要控制水阀开度逐渐减小，达到降低回风温度效果，使得室内温度值与回风温度值小于设定值，此时建筑室内回风温度应该达到恒定效果，基本满足用户实际需求。

在夏季，商业建筑同样采用室内温度配合回风温度控制，此时空调系统供水系统所提供的是冷水，主要根据室内与回风温度设定值偏差来确定电气自动化控制设备，而设备本身则通过比例积分微分运算规律来控制回水电动二通阀的实际开度，保证电动二通阀阀门动作始终为正向动作，以下给出电动二通阀的理想控制曲线图，如图2。

图2 冷热水电动二通阀的理想控制曲线图(夏季模式)

如图2，SP表示了商业建筑室内温度或回风温度设定值，T表示室内温度或回风温度，V1表示电动二通阀水阀实际开度。如果室内温度、回风温度小于设定值，水阀开度则会逐渐减小，而室内温度与回风温度会相应提升，室内供冷效果被削减，此时逐渐达到设定值标准。而如果室内温度或回风温度大于设定值，水阀开度则会逐渐增大，此时室内温度与回风温度会逐渐降低，最终逐渐趋于设定值标准，促使室内温度与回风温度逐渐恒定，最后达到商业建筑内用户的实际需求值，此时也同时达到了中央空调系统的节能效果。

由于采用的PID闭环调节系统，所以这里需要对其比例积分微分闭环控制方案之于空调风柜冷冻水电动阀的控制系统进行分析，基于此给出闭环控制方案模型图，如图3。

图3 PID闭环控制方案模型示意图

首先为中央空调系统中的空调风柜冷冻水电动阀设计PID控制模型，基于模型来推导空调风柜冷热水阀调节控制过程，最终确立控制方案，明确各个设定值之间的控制关系。这里假设控制切入点D进入模型时平滑，则说明该控制调解阶段相对稳定，控制基本能够达到设定值平稳目的。这一PID闭环控制过程也真正体现了PID的优势，其控制曲线相对平滑且没有刺激曲线出现，非常适用于空调风柜覆盖区域的冷热温度控制平稳，保证建筑内部人员感觉舒适，不会出现温度剧烈变动，也不会导致空调负荷加大，如此便能够实现节能目的。

传统商业建筑中央空调系统应该融入电气自动化技术理念，强调“以人为本”的人性化建设进程，展示当前建筑节能理念与电气自动化的相互趋同融合，循序渐进的实现技术完善与创新过程，实现现代建筑的绿色节能发展目标。