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子米電器帶您了解溫控器分析與應用

發布日期:2017-09-08 14:57:39 訪問次數:968

長期以來,由于能夠靈活控制各區域空調機組的啟停與室內溫度,并能節省建筑空間和工程造價,風機盤管(FCU)加新風空調系統一直是以客房和商務辦法用房出租為主業的賓館飯店和寫字樓等建筑首選的半集中式空調系統型式。房間溫度控制器是控制末端裝置——風機盤管機組(FCU)供冷/熱量,實現分室溫度控制和節能運行的關鍵。
普通風機盤管溫控器基本上是一個獨立的閉環溫度調節系統,主要由溫度傳感器、雙位控制器、溫度設定機構、手動三速開關和冷熱切換裝置組成。其控制原理是控制器根據溫度傳感器測得的室溫與設定值的比較結果發生雙位控制信號,控制冷熱水循環管路電動水閥(兩通閥或三通閥)的開關,即用切斷和打開盤管內水流循環的方式,調節送風溫度(供冷量),把室內溫度控制在設定值上下某個波動范圍(空調精度)之內(如圖1所示)。
第一代溫控器主要是電氣式產品,溫度傳感器采用雙金屬片或氣動溫包,通過“給定溫度盤”調整預緊力來設定溫度,風機三速開關和季節轉換開關為潑檔式機械開關。這類產品普遍存在“溫度設定分度值過粗”、“時間常數太大”、“機械開關易損壞”等問題。
第二代溫控器為電子式產品,溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻,部分產品的溫度設定和風速開關通過觸摸鍵和液晶顯示屏實現人機交互界面,冷熱切換自動完成,運算放大電路和開關電路實現雙位調節。這類產品改善了人機交互界面,解決了“溫度設定分度值過粗”等問題,但仍存在“控制精度不高”、“時間常數大”、“操作較復雜”等問題。
目前國內外生產廠家正在研究開發第三代智能型室溫控制器,應用新型控制模型和數控芯片實現智能控制?,F在已有國內廠家生產出了智能型室溫控制器,并已應用于實際工程。
1 新型智能溫控器的原理和特點
風機盤室溫控制器在空調系統中的應用“量大面廣”,且必不可少,產品質量和節能效果意義重大,產品改型換代又必須考慮成本和造價。北京泛析模糊技術研究所研制開發的FHK-1型智能溫控器采用一種全新的控制技術——“模糊開關控制”,在不改動原有控制接線、不增加造價的前提下實現了從簡單“雙位控制”到“智能模糊控制”的飛躍。
模糊開關控制技術的設計思想是:利用模糊推理方法實時調節雙位控制過程中的上下閥值,即為了減少被控響應上升過沖,提前T1秒停送熱風,同理為了防止被控響應下降過沖,提前T2秒送熱風(如圖2所示)。T1和T2是通過模糊推理方法在實時控制過程獲得的,這里的模糊推理機采用了自主產權開發的FC-3模糊推理機。該推理機具有“推理速度快”、“分辨率高”、“抗干擾能力強”和“價格便宜”等特點。(見圖2)
另外,該溫控器中有一組專家智能,根據室內人數和門窗狀況自動安排高、中、代三檔送風,以合理的風速、最快的跟蹤速度進行室溫調節,避免了誤操作,實現節約冷水能耗。
這種“智能模糊控制”方法仍屬于閉環控制系統,其控制原理如圖3所示。模糊推理機根據實測溫度與設定溫度值比較結果進行推理運算并發出開關控制信號,控制電動水閥或風機的開關,若室溫“高”則通冷水且開風機(供冷風);若室溫材“低”則斷冷水且停風機(停冷風)。專家智能系統根據室溫變化速率(導數)判斷室內人數和門窗等負荷特性,并以此自動控制風機轉速。(見圖3)
可以看出整個控制過程只需設定一個溫度值,即可實現全自動智能運行,避免了由于手工設定風機轉速不合理而可能出現的“室溫控制失效”問題。
2 空調精度、人體舒適性和空調節能
我們知道空調精度越高,人體感覺舒適性越好,過調能量損失越少。但由于傳統控制方法的控制精度越高,自控系統的造價就越高,出于經濟性考慮,一般舒適性空調系統對空調精度不做嚴格要求。這就造成一般舒適性空調系統缺乏有效的室溫自動控制手段,只能依靠運行管理或操作人員憑經驗手動調節,主觀性強,過調冷/熱損失大,能源浪費嚴重的局面。
“模糊開關控制”智能溫控器在風機盤管空調系統中的應用,最重要的意義在于“在不增加造價的前提下大大提高舒適性空調系統的控制精度”。圖4和圖5對比了普遍開關溫控器與智能溫控器控制空調室溫的過渡過程實驗記錄,可以看出,后者在“超調查”、“余差”和“回復時間”等品質指標方面具有明顯優勢。這種智能溫控器對于VAV變風量空調系統和普通全空氣集中空調系統中的溫濕度自動控制同樣具有重要意義。
通過對比實驗我們還發現,這種智能溫控器在相同的工況條件下維持室內溫度恒定需要的供冷/熱量比普通溫控器要少30%左右。對比分析兩種控制系統不同的工作特點可以發現:普通溫控器控制的空調系統風量恒定,室內空氣始終保持流動狀態,室內空氣與外墻外窗等得熱體保持較大的對流換熱系數,圍護結構傳熱得熱形成的冷負荷較大;而智能溫控器控制的空調系統風量不斷變化,且有很大一部分時間系統風量為零,即室內空氣基本靜止,室內空氣與外墻外窗等得熱體之間的對流換熱系數較小,圍護結構傳得熱形成的冷負荷較小,使得維持相同室溫所需的冷/熱量減少。
另外,應用智能溫控器的風機盤管空調系統送風量不斷變化,平均風速小、平均噪聲小、風機耗電量少等都對提高人體舒適性和空調品質、節省運行能耗具有重要意義。
3 風機盤管空調系統的設計、維護和改造
綜上所述,這種新型智能溫控器具有以下明顯優點:
①控制精度高,速度快,穩定性能好。
②自動化程度高,溫度和風速全自動控制,操作簡單可靠。
③對執行器要求低,只需繼電器或可控硅執行開關信號即可工作,成本低、效果好。
④風機盤管機組變風量自動運行,室內平均風速減小,什么性提高,減小了外圍護結構內表面的對流換熱系數,節省運行能耗。
⑤可以實現風機盤管機組無水閥定流量運行,故障率低、維修量小,初投資省。
所以我們建議在設計風機盤管加新風空調系統時應盡量取消電動水閥,選用智能溫控器,通過調節風機轉速控制室溫。這時就需要對風機盤管水系統做認真的水力平衡計算,必要時也可使用流量平衡閥,確保最大負荷時各房間均能達到設計溫度。同時請注意溫控器的安裝位置問題。因為溫度傳感器設于溫控器內,所以務必將溫控器設置在氣流穩定的回流區內,盡量不要安裝在氣流死角或擾流太多的門口附近,避免控制震蕩或失靈。
已經投入運行的半集中式空調系統,普遍存在電動水閥“堵”、“漏”、“失靈”等問題,檢修工作量較大。建議在系統改造時可以考慮拆掉或廢掉原電磁閥,安裝智能溫控器(無須改動FCU內部結構和電路),這樣可以利用較少的投資取得較好的改造效果。尤其是節能效果顯著,資金回收期短。
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