楼宇自动化课程设计(中央空调控制系统).docx

楼宇自动化课程设计(中央空调控制系统) 楼宇自动化(中央空调控制系统)课程设计 目录 摘要 (2) 第一章工程概况 (2) 第二章设计原则及依据 (2) 第一节设计原则 (2) 第二节设计依据 (2) 第三章中央空调系统 (3) 第一节中央空调系统原理与结构 (3) 第二节中央空调系统设计基本原则 (4) 第三节中央空调系统的冷负荷计算 (4) 第四章中央空调监控系统设计 (8) 第一节系统构成 (8) 第二节监控设计的注意事项 (8) 第三节机房监控系统设计 (9) 一、机房监控点位的布置 (9) 二、控制部分设计 (9) 第四节测点一览表 (11) 第五章新风系统监控设计 (11) 第一节系统功能及组成 (11) 一、系统功能 (11) 二、系统组成 (12) 第二节主要设备及选择 (12) 致谢 (13) 参考文献 (13) 附录 (13) 摘要 随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的舒适性要求也越来越高。空调系统尤其是中央空调系统在建筑物中得到了越来越多的应用，像宾馆、办公楼等这类对舒适性要求较高的建筑，普遍采用中央空调系统。 中央空调系统的使用可以达到经济节能，环保，节约空间，个性化，简化管理，提升档次，投资方便等优点，是未来空调的发展方向之一。其统一的管理，良好的舒适度，高档的品位，广阔的利用空间一定能使用户的生活提高一个档次。而统一供冷供暖的方式，可以节约一大部分能量，环保的特质也会让用户感到特别满意。 第一章工程概况 本建筑为一商贸综合楼，共10层，建筑面积5997平方米，主要功能有餐饮、客房、办公室等。本工程设计范围包括餐饮、客房、办公室等的多联机空调设计；空调系统采用MDV智能变频控制多联式空调系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。 在暖通空调负荷计算之前，按照公共建筑节能设计标准GB 50189-2022的要求，配合建筑专业对建筑围护结构热工进行了详细计算。通过计算使建筑热工设计满足节能标准的要求，为暖通空调节能设计奠定基础。 第二章设计原则及依据 第一节设计原则 1）设备保证是符合中华人民共和国最新执行标准，须为国内外知名品牌并通过国家、行业检测中心检测合格的设备。 2）产品及其所有零部件应是技术先进、设计正确、结构合理、安全可靠、节省能源、遵守机械、电器及建筑方面的通用技术要求，维护方便。制造产品的材料应具有足够的强度和合适的性能，且为原厂生产，并有该厂商标。产品必须是最新制造生产，不得有生锈、陈旧、过时的配件。 第二节设计依据 GBJ19-87采暖通风与空气调节设计规范 GB50333-2022医院洁净手术部建筑技术规范 GB50019-2022采暖通风与空气调节设计规范 JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范 GB/T50314-2022智能建筑设计标准 GB2050311-2022综合布线系统工程规范 GB50312-2022综合布线工程验收规范。 第三章中央空调系统 第一节中央空调系统原理与结构 中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。有主机和末段系统。按负担室内热湿负荷所用的介质可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂系统。按空气处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式。按被处理空气的来源可分为封闭式、直流式、混合式(一次回风二次回风)。主要组成设备有空调主机(冷热源) 风柜风机盘管等等.制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。 中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、冷媒(冷冻和冷热)循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制冷压缩机组通过压缩机将空调制冷剂(冷媒介质如R134a、R22等)压缩成液态后送蒸发器中，冷冻循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。冷媒在蒸发器中被充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量正是通过循环冷却水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。在冬季需要制热时，中央空调系统仅需要通过冷热水泵(在夏季称为冷冻水泵)将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供供暖热风。 一、制冷基本原理 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产 生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。 制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。 液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成。 中央空调有很多形式，较为常见的有：风管式机组、冷(热)水机组、变频一拖多机组。第二节中央空调系统设计基本原则 符合信息时代的技术要求，整体系统完全采用网络化结构。系统可独立工作,在网络故障的情况下,可临时在系统本机内存储数据。 系统完全网络化，通过内部IP和地址解析，可以跨地区监控；支持多种通讯方式在没有网络的情况下，可使用RS485或工业以太网通信协议。 系统采用模块化设计，安装简单。 内建 WEB管理网页，客户端无需安装任何特定软件。只要有网页浏览功能，通过授权就可管理、浏览任意地区的监控内容； 第三节中央空调系统的冷负荷计算 一、冷负荷构成及计算原理 1、围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法 具体计算见附录1 1）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算： LQ1=F·K·(t l n- t n) W （4.1） 式中：LQ 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W； 1 F外墙和屋面的面积，； K外墙和屋面的传热系数，W/(·),可根据外墙和屋面的不同构造，表16（a）或表16（b）1中查取； t 室内计算温度，； n t 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，根据外墙和屋面的不同类型分l n 别在表17（a）表17（g）1中查取 必须指出：(4.1)式中的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区气象参数为依据计算出来的，因此对不同地区和不同情况应按下式进行修正： t'l n=(t l n+t d)·k a· k p（4.2）式中: t d地区修正系数，见表18（a）及表18（b）1； k 不同外表面换热系数修正系数，见表1-91； a k p不同外表面的颜色系数修正系数，见表1-101； 2）内墙,楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷 当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按如下传热公式计算： LQ2=F·K·(t l s- t n) W （4.3）式中：F内维护结构的传热面积，m2； K内维护结构的传热系数，W /( m2·k) ； t 夏季空调房间室内设计温度，； n t 相邻非空调房间的平均计算温度，。 l s t' 按下式计算 t'l s=t +t l s（4.4）l s 式中：t夏季空调房间室外计算日平均温度，； t 相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的l s 差值,当相邻散热量很少(如走廊)时, t l s取3 ,；当相邻散热量在23116W /m2时,t l 取5 。 s 3）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷 在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算： LQ3=F·K·(t l t n) W（4.5）式中：F外玻璃窗面积，m2； K玻璃的传热系数，W /( m2·k) ； 本设计单层玻璃K=6.26 W /( m2·k) ； t 玻璃窗的冷负荷温度逐时值，见表1-131； l t 室内设计温度，。 n 不同地点对t l按下式修正：t l=t l+t d （4.6）式中：t d地区修正系数，见表1-141。 2、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷 透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算： LQ4=F·C Z·D j.max·C LQ W（4.7）式中：F玻璃窗的净面积,是窗口面积乘以有效面积系数Ca， 本设计单层钢窗C a=0.85； C Z玻璃窗的综合遮挡系数C Z=C s·C n； 其中，C s玻璃窗的遮挡系数，由表1-161查得，6mm厚吸热玻璃 C s =0.89； C n窗内遮阳设施的遮阳系数，由表1-171查得，中间色活动 百叶帘C n =0.6； D j.max日射得热因数的最大值，W/m2，由表1-181查得； C LQ 冷负荷系数，由表1-19（a）表1-19（b）1查得。 3、设备散热形成的冷负荷 设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算： Q 7 =Q q+Q·C LQ W (4.8)式中：Q7设备和用具实际的显热形成的冷负荷，W； Q q 设备和用具的实际显热散热量，W； C LQ 设备和用具显热散热冷负荷系数； 如果空调系统不连续运行，则C LQ 1.0。 设备和用具的实际显热散热量按下式计算 1）电动设备 当工艺设备及其电动机都放在室内时： Q1000·n 1 ·n2·n3·N/ (4.9)当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时： Q1000·n 1 ·n2·n3·N (4.10)当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时： Q1000·n 1·n2·n3· 1 - N (4.11) 式中：N电动设备的安装功率，kW； 电动机效率，可由产品样本查得； n 1 利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.70.9可用以反映安装功率的利用程度； n 2 电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比； n 3 同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.50.8。 2）电热设备散热量 对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算： Q1000·n 1 ·n2·n3·n4·N (4.12) 式中：n 4 考虑排风带走热量的系数，一般取0.5； 其中其他符号意义同前。 3）电子设备散热量 计算公式同(4.10)，其中系数n2的值根据使用情况而定，本设计对计算机n2取1.0。 4、照明散热形成的冷负荷 根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为： 白炽灯：LQ 5 =1000·N·C LQ W (4.13) 荧光灯：LQ 5 =1000·n1·n2·N·C LQ W (4.14) 式中：LQ 5 灯具散热形成的冷负荷，W； N照明灯具所需功率，KW； n 1镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n 1 1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n 1 1.0；本设计取 n 1 1.0； n 2 灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通 风散热与顶棚内时，取n 20.50.8；而荧光灯罩无通风孔时,取n 2 0.60.8；本设计取n 2 0.6； C LQ 照明散热冷负荷系数。 本设计照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为30w/m2。设备负荷为40 w/m2。 5、人体散热形成的冷负荷 人体散热引起的冷负荷计算式为： LQ6q s·n·n·C LQ +q l·n·n W (4.15) 式中：LQ 6 人体散热形成的冷负荷，W； q s 不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W(见表1-201)； n室内全部人数； n群集系数，办公楼群集系数为0.93； C LQ 人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数(见表1-211)。6、新风冷负荷 目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则, 办公楼的新风量取30 m3/h.p。 夏季，空调新风冷负荷按下式计算： CL W 1.2·L W·(h W-h N) W (4.16) 式中: CL W夏季新风冷负荷，KW； L 新风量，kg/s； W h 室外空气的焓值，kj/kg； W h 室内空气的焓值，kj/kg。 N 二、湿负荷人体散湿量 人体散湿量可按下式计算： D=n·n·w·10-3 kg/h (4.17) 式中：D人体散湿量，kg/h； n群集系数，办公楼群集系数为0.93； w成年男子的小时散热量，kg/(h·p)；26时，极轻劳动成年男子的小时散热量为0.109 kg/(h·p)。 第四章中央空调监控系统设计 第一节系统构成 中央空调监控系统主要包括对空调冷、热源系统、空气处理机系统、新风空调机系统、末端风机盘管系统的自动控制。其自动控制系统一般由敏感元件、控制器、执行机 典型的单回路自动控制系统控制流程图 第二节监控设计的注意事项 创造舒适宜人的生活和工作环境。它能对室内空气的湿度、相对湿度、清晰度等加以自动控制，保持空气的最佳品质。具有防噪音措施，提供给人们舒适的空气环境。对工艺性空调而言，可提供生产工艺所需要的空气的温度、湿度、洁净度的条件，从而保证了产品的质量。 节约能源。在建筑物的电气设备中，制冷空调的能耗是很大的。因此，对这类电气设备需要进行节能控制。现在已从个别环节控制，进入到综合能量控制，形成基于计算 机控制的能量管理系统，达到最佳控制，其节能效果非常明显。 创造了安全可靠的生产条件。自动控制的监测与安全系统，使空调系统正常上作，能及时故障并进行处理，能够创造出安全可靠的生产条件。 第三节机房监控系统设计 一、机房监控点位的布置 二、控制部分设计别的控制器 用户运转 设备动 阀门 换 器门 湿 器 风 机 风 机 盘管 单元 新风机组DDC 控制 冷冻站、冷却水系统的自动控制 开关控制 开关控制 冷水机组 冷水机组 MBC DI DI DODO DO DO DI DI DO DO DODO AI AI AO AO DO DO DI DO DI DO 动力盘 机组供水温度旁通控制 水泵状态 回水温度 冷却泵 状态故障启停状态故障启停故障启停故障启停 1#冷却塔 2#冷却塔 AI 第四节测点一览表 见附录 第五章新风系统监控设计 第一节系统功能及组成 一、系统功能 在中央空调系统中，为了提高室内舒适度及空气新鲜度等，需补充适量新风，并且新风量在空调冷热负荷中所占的比重很大，因此新风量控制在合适范围内是很有意义的。新风空调机主要对新风的供应进行调整，以保证智能楼宇内的空气清新，清除空气循环所积蓄的陈旧空气。新风空调机的一个非常重要的功能是完成对空调系统中的新风量的比例以及新风的温度和湿度进行控制，还可以根据新风温度改变送风温度的设定值。另外，从卫生的角度出发，智能楼宇内每人都必须保证有一定的新风量，但新风量取得过多，将增加新风耗能量。新风量大小可以根据室内CO2浓度来确定。因此，控制新风量大小时，可以考虑CO2浓度控制方法。 新风空调机系统温/湿度/CO2控制送风量控制原理图 监控功能： 根据时间程序控制风机的启/停； 测量送回风温湿度，根据回风温度控制冷/热水管调节阀开度，使回风温度控制到设定值；冬季加湿工况，按回风湿度调节电加热湿器加湿量，保持送风湿度为设定值。 空调机组对新/回风阀进行PID调节，保证新/回风的比例；新风风阀/回风风阀/电动水阀与送风机联锁，风机停止时自动关闭新风阀及水阀，风机启动前，延时自动打开风阀； 监视风机运行状态，累计运行时间，当累计值达到设定值时，提醒进行检修； 当过滤器两端的压差大于设定值时，发出报警信号并关闭风机，提醒清洗过滤器； 送风机故障报警； 在冬季，当热盘管后的温度低于5时，防冻开关动作，控制器将停止风机运行并将新风门开至0%将盘管水阀开至100，以防止盘管冻裂，同时中控室有报警。 在重要场所设二氧化碳探测点，根据其浓度调节新风比。 在工作站彩色图形显示、记录各种参数、状态、报警、运行时间、趋势图、动态流程图。 新风机组监控内容：送风温湿度监测；室内温湿度监测；冷、热水电动水阀调节