空调自动启动

空调系统自动化原理

概述

空调是使室内空气的温度、适度以及洁净度等参数按不同需求保

持在一定范围内的技术。

温度调节：夏季（25度-27度）、冬季（16度-20度）

湿度调节：夏季（50%-60%）、冬季（40%-50%）

洁净度调节：正压调节—以免不满足要求的空气进入而损害洁净

间的清洁度；负压调节---以免有毒、有害气体泄露造成空气的污染与

破坏。

中央空调系统的基本构成

楼宇自动化系统涉及的空调系统专指集中式中央空调系统。一

般的局部空调如窗式空调机、柜式空调机、专用恒温恒湿机等自带冷、

热源和控制系统，不是楼宇自动化系统的主要监控内容。当然，有时

候也需要将建筑中的局部空调机纳入楼宇自动化控制系统，这是只是

对他们的启停状态进行监视或控制，这些空调机本身的运行控制由其

自身配备的控制系统完成。中央空调系统可以简单划分为冷热源和末

端设备两大主要组成部分。

中央空调的冷热源系统

空调系统的冷源通常为冷冻水。空调冷冻水由制冷机（也称冷

水机组）提供。空调系统中应用最为广泛的制冷机有压缩式（活塞式、

离心式、螺杆式、涡旋式等）和吸收式两种。制冷机的选择应根据建

筑物用途、负荷大小和变化情况、制冷机的特性、电源、热源和水源

情况以及初次建设投资、运行费用、维护保养、环保和安全因素综考

虑。

空调系统的热源通常为蒸汽或热水，可由城市热网或自备锅炉

提供。而直接型溴化锂机组和风冷热泵机组可通过模式转换，直接转

换成热源装置为空调末端设备提供热源。

空调系统末端设备

影响室内空气参数的变化是有内外两个方面的原因造成的。一是

外部原因（太阳辐射和外界气候调节的变化）二是内部原因（室内设

备和人员的散热量）。

当室内空气参数偏离设定值时，采取相应的空气调节技术使其恢

复设定值。完成空气调节的设备称为空气处理设备或空调机组，也称

末端设备。空调机组和冷热源一起构成空调系统。

常见的空调末端设备有新风机组、空调机组、风机盘管、变风量

系统等多种类型。由于功能要求和适用条件不同，没一类又有多种形

式。

空调系统冷热源自动控制

制冷自动控制

空调冷源系统一般由多台制冷机和冷冻水循环泵、冷却水循环

泵、冷却塔、补水箱、膨胀水箱等设备组成。制冷机、循环水泵、集

水器|分水器、补水箱等设备以及水处理装置等辅助设备通常安装在

专用的设备间----制冷站。制冷站经常建设在建筑物的地下室。而冷

源系统的冷却塔安装在室外（一般选在辅助建筑物屋顶或裙楼屋顶），

膨胀水箱一般安装在建筑物最高顶层。

为了保护空调系统的设备，冷冻水在进入系统之前经过处理（如

除盐、除氧等），水处理设备也安装在制冷站。由于水处理设备运行

时间相对较短，一般不纳入楼宇自动化系统进行在线监视。大多数情

况下，热源装置如锅炉、换热器也安装在制冷站。

制冷站系统监控原理

空调制冷站一般有数台冷水机组。冷水机组所制成的冷冻水进入

分水器，由分水器向各空调区域的新风机组、空调机组或风机盘管等

空调末端设备，冷冻水与末端设备的空调系统进行水|气热交换、吸

热升温后返回到集水器，再由冷冻水循环泵加压进入冷水机组循环制

冷，这样就实现了冷冻水的循环过程。

冷冻水系统由冷水机组、冷冻水循环泵、分水器|集水器、差压

旁路调节和空调末端组成。通过冷冻水供回水温度、流量、压力检测

和差压旁路调节、冷水机组运行台数、循环泵运行台数的监控，实现

冷水（循环）系统的控制以满足空调末端设备对空调冷源冷冻水的需

要，同时达到节约能源的目的。

制冷系统运行参数

楼宇自动化系统对制冷系统的运行参数监控，监控内容主要包括以下各项。

冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测，以了解冷冻机组的制冷温度是否

在合理的范围之内；

集水器回水与分水器供水温度测量（一般情况下与冷水机组进|出口冷冻水

温度相同，二者可以只选其一），以了解末端冷负荷的变化情况；

冷冻水供|回水流量监测，测量流量和供回水温度结合，可计算出空调系统

的冷负荷量，以此作为能源消耗计量和系统效率评价的依据；

分水器和集水器压力差测量，用压力传感器分别测量分水器进水口，集水器

出水口的压力，或用差压传感器测量分水器进水口、集水器出水口的压力差。根

据供回水差压调节压差旁通阀的开度；

冷水机组运行状态和故障检测，取自冷水机组控制器输出触点或主接触器触

点；

冷冻水循环泵运行状态、故障状态检测，用安装在水泵电机配电柜接触器、

热继电器的触点和安装在水泵出水管上的水流指示器共同检测。当水泵处于运行

状态时，其出口管内即有水流，在水流的作用下水流开关迅速动作，显示水泵进

入工作状态。

制冷站水系统的运行控制

1.冷水机组的连锁控制

为了保证冷水机组的安全，冷水机组的启停必须与辅助系统的启停实行连锁控制。

启动顺序：冷却塔风机-冷却水泵-冷冻水泵-冷水机组

可以通过设备之间的电气连锁，对冷水机组的非正常启动进行保护。另外，

冷水机组本身也具有自锁保护功能，比较常见的是冷水机组通过自身配备的水流

开关检测冷却水回路和冷冻水回路的水流状态，只有当冷却水流量和冷冻水流状

态都满足要求时，才会解除自锁，允许冷水机组启动。

停机顺序控制：冷水机组-冷冻水泵-冷却水泵-冷却塔风机

为了保证系统的正常运行和设备安全，在编制控制程序时，要严格按照启停

顺序的工艺要求设计启停控制程序。

2.设备相互备用切换与均衡运行控制

冷冻水系统的各种设备基本上都是多台配套，同类之间互为备用。如果正在

运行的设备发生故障需要停机，或由于其他原因退出正常的工作状态时，其他同

类设备应能替代发生故障的设备投入运行，使整个系统的正常工作不受影响。发

生故障的设备修复或更换后恢复正常，可重新进入系统并使系统恢复最初的工作

状态。

为了延长各设备的使用寿命，并使设备和系统处在高效率的工作状态，通常

要求设备累计运行时间尽可能相同，即同类设备均衡运行。因此，每次启动系统

时，都应该优先启动累计运行小时数最小的设备，并在合适的时候进行设备切换，

尽可能保持设备的均衡运行。因此，控制系统应具有自动统计设备运行时间和均

衡运行调度功能。

3.冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行I---差压旁路调节

在二管制的空调系统中，空调末端采用两通调节阀的空调水系统，在两通

阀的调节过程中，系统末端负荷侧水量常发生变化，这些变化势必引起冷冻水流

量的改变。而对于冷冻水机组来说，是不宜进行变水量运行的。大多数冷水机组

内部都设有自动保护元件，当水量过小时（通过测量机组进出水量判断），自动

停止运行，保护冷水机组。通过在冷冻水供回水总管之间设置旁路，并根据末端

流量的变化来调节旁路流量以抵消末端流量的改变对冷水机组一侧冷冻水流量

的影响旁路通常由旁通电动两通阀及压差控制器组成。通过测量冷冻水供水、回

水之间压力差来控制冷冻水供水、回水之间旁通电动二通阀的开度使冷冻水供水、

回水之间压力维持恒定，也就达到了使冷水机组一侧工作在恒水流状态的目的。

由于旁路控制用于压差恒定，所以被称为压差旁路控制。

4、冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行II----两级冷冻水泵

协调控制

在冷冻水回路采用一级循环泵的系统中，为了协调空调冷冻水回路冷水机组

一侧要求恒流量于末端一侧变流量之间的矛盾，压差旁路调节控制是最常用的方

案。但当空调系统负荷很大、空调末端设备数量特别多、设备分布分散、冷冻水

管路长、管路阻力大的情况下，冷冻水回路必须采用二级泵才能满足空调末端对

冷冻水的压力要求。

5.膨胀水箱与补水水箱

膨胀水箱与补水水箱属于辅助设备。膨胀水箱与冷水管路连通，当管路中的

水随着温度改变，体积发生热胀、冷缩的变化时，增加体积可排入膨胀水箱，减

少体积可由膨胀水箱中的存水予以补充。补充水箱存放经过除盐、除氧处理的冷

冻用水，当需要时通过补水箱向管路补水。通过水箱的高低液位开关对水箱液位

进行监视，水位低于下限时补充，高于上限时停止，以免外溢。

6.冷水机组的节能群控运行

制冷系统由多台冷水机组及其辅助设备组成。一般都是按照满足最大负荷需

求设计冷水机组总冷量和冷水机组台数。系统满负荷运行的时间有限，大部分时

间系统不是满负荷工作，这就为系统在满足要求的情况下，选择合适的负荷实现

节能运行提供了条件。冷水机组常用的节能群控有两种基本方式。一种是冷冻水

回水温度控制法，一种是冷量控制法。

由于冷水机组输出冷水的温度是一定的，一般为7度左右，冷冻水在空调末

端进行能量交换后，水温上升，回水温度的高低，基本上反映了系统的冷负荷大

小。在冷冻水回水温度控制法中，监控系统可以用回水温度来调节冷水机组和冷

冻水泵运行台数，达到节能的目的。

在冷量控制法中，监控系统根据冷冻水供回水温度与流量求出空调系统的实

际冷负荷，根据所得结果重新计算，选择匹配的制冷机台数投入运行。同时按照

工艺规定启动配套的辅助设备与系统。

根据冷负荷情况自动控制冷水机组、冷冻水泵的运行台数，从而达到节能的

目的。冷水机组节能的群控要与设备的均衡运行控制相互协调，以达到系统运行

费用与设备维护费用总体降低的目标。

7.冷却塔的节能运行控制

冷水机组对冷却水进水（冷却水泵进口）温度也有一定的要求，并不是越

低越好。因此，为保证冷水机组正常工作，必须满足冷却水进水的设计温度。

从冷却塔出来的低温冷却水（冷却水进水，通常为32度），经冷却塔加压

后送入冷水机组，带走冷凝器的热量。高温的冷却回水（冷水机组出口，通常设

计为37度）重新送至冷却塔上部的喷淋。由于冷却塔风扇的转动，使冷却水在

喷淋下落过程中，不断与室外空气发生热交换而冷却，又重新送入冷水机组完成

冷却书循环。

冷却水进水温度的高低基本反映了冷却塔的冷却效果，用冷却水进水温度来

控制冷却塔风机（风机工作台数控制或变速控制）以及控制冷却水泵的运行台数

就可以达到节能的效果。

利用冷却进水温度来控制冷却塔风机的运行，不受冷水机组运行情况的限制，

可以进行独立控制。如室外温度较低时，仅靠水从冷却塔流出后的自然冷却，而

不用风机强制冷却即可满足水温要求，关闭冷却塔的风机，就可以达到节能的效

果。