精選製冷技術論文範例

DDC自控令空調系統節能方法

簡介： 空調的用量愈大，消耗電力也愈多，直接造成城市供電不足和夏季限電問題的出現。所以實有必要發展一種有效的空調系統節能方法。本文整合了DDC自動控制系統，提出了利用DDC對建築物空調系統自動控制的思路，既可以讓空調系統更有效率的運轉，又可以提供舒適的環境和達到節能的目的。

1．引言

節能可以說是樓字自動控制系統的出發點和歸宿。衆所周知，在智能建築中，HVAC(採暖、通風和空調)系統所耗費的能量要佔到大樓消耗的總能量的極大部分比例，大致在50％~60％左右。特別是冷：東機組、冷卻塔、循環水泵和空調機組、新風機組，都是耗能大戶。所以實有必要發展一種有效的空調系統節能方法，尤其用是在改善現有大樓空調系統自動化上方面。 DDC(Directdigitalcontr01)直接數字化控制，是一項構造簡單操作容易的控制設備，它可藉由接口轉接設備隨負荷變化作系統控制，如空調冷水循環系統、空調箱變頻自動風量調整及冷卻水塔散熱風扇的變頻操控等，可以讓空調系統更有效率的運轉，這樣，不僅爲物業管理帶來很大的經濟效益，而且還可使系統在較佳的工況下執行，從而延長設備的使用壽命以及達到提供舒適的空調環境和節能之目的。

自動控制系統介紹

DDC直接數字化控制是一種簡易的微電腦設備，它須與其它組件，如變頻器、溫度溼度傳感器、焓差控制器、兩通閥等組件整合搭配才能發揮功效。這些組件的輸入輸出以模擬信號DC0~10V或低電流4-20mA作信號傳送，送至DDC控制器。經DDC內置軟件作判別後反向輸出信號來控制閥部件或變頻器來調節空調。DDC自動控制系統各周邊設備及控制功能。

2．1直接數字控制(DDC)

係指一臺數字電腦直接操作一個狀態，或者一套程序予以自動控制的作業。所配用的數字電腦，可以採用小型微處理機，亦可配用於中央型的微電腦上去連線作業。空調系統常用的控制元件，例如風閘開關、閥開關、階動繼電器等的操作，不論其原爲氣動式還是電動式的，亦不論其作用原爲調整大小的動作或僅爲開或關的動作，均可改用DDC方式作自動的操作。

DDC系統利用硬件和軟件來調整控制變數或依據操作人員的需要來控制製造程序。其中控制變數包括溫度、壓力、相對溼度、流量等。控制程序和設定點可利用軟件輸入電腦內，並能夠在操作人員的鍵盤上進行修正，如此可以取代過去對硬件控制器的校正。DDC系統亦可將檢測到的溫度、壓力等控制變數，與預先儲存在電腦內的希望數值相比較，如果測試的數值小於或大於所希望的數值，系統將會送出一系列的數字脈衝，這些脈衝則藉助電動對氣動的轉換器(electrtC-to-pneUmatiCtransducer)或電動對電動的轉換器(electric-to-electrlctransducer)轉變成控制裝置的調整信號，然後透過電腦的調整，其所輸出的信號，再操作其轉換器，使原來系氣動或電動的組件按指示信號操作。若空調的控制器件，原系氣動式，則需要另加一套將氣動動作變爲電器信號的裝置，將電器信號輸入電腦操作。原系電動操作元件者亦相同。至於輸入DDC系統後，則不需另加任何硬件設備，即可作任何性能控制的操作。

2．2變頻器

變頻器驅動電動機是利用二極管等整流器件將電源予以整流後，再經由電容器等平滑，使之由交流轉換成直流。利用PowerTransister、SCR(Thynstor)等將直流換成任一頻率，然後以交流電方式輸出。用變頻器驅動感應電動機，除可避免電動機磁氣飽和外，同時亦可壓制起動電流，且由於驅動電動機而產生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應頻率的變化。變頻器可分爲電壓形變頻器和電流形變頻器。電壓形變頻器利用SCR或二極管整流後，可再用平滑電容器使其成爲電壓源。另一方面，電流形變頻器利用SCR整流後，開啟電抗器，便可因SCR而具有電流源的作用。其控制方式有電壓控制和電流控制兩種。

2．3焓差控制器

焓差控制是指在送風系統中，當室外的溫度低於室內溫度時，利用室外的低溫空氣調節室內溫度。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及迴風溫度高低而將各風門關大、關小或全開、全關的。風量控制，可採取自動和手動雙重方式，由溫(溼)度的感測，經過風門和變頻雙重調節，以達到室內設定的溫度和溼度。

2．4冷卻水塔散熱風扇溫控器

冷卻水塔風扇在不同的冷卻負載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費。故在冷卻水塔風扇使用變頻馬達，並利用冷卻水出口溫度控制風扇馬達起停及高低轉速，不但主機能在較低的冷卻水進水溫度下做高效率的運轉，並且可有效的減少冷卻水塔風扇的耗電。

3．大樓空調系統的架構

一般大樓常用的空調系統有CAV、VAV、VWV等，各有不同操控方式，都可以用DDC控制。

3．1定風量系統(ConstantAirVolume，簡稱CAV)。

定風量系統爲空調機吹出的風量一定，以提供空調區域所需要的冷(暖)氣。當空調區域負荷變動時，則以改變送風溫度應付室內負荷，並達到維持室內溫度於舒適區的要求。常用的中央空調系統爲AHU(空調機)與冷水管系統(FCU系統)。這兩者一般均以定風量(CAV)來供應空調區，爲了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統則以冷水閥ON／OFF控制來調節送風溫度。

> 3．2變風量系統(VAV)

變風量系統(VarlableAirVolume，簡稱VAV)即是空調機(AHU或FCU)可以調變風量。常用的中央空調系統爲AHU(空調機)與冷水管系統FCU系統。這兩者一般均以定風量(CAV)來供應空調區，爲了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統則以冷水閥ON／OFF控制來調節送風溫度。然而這兩者在送風系統上浪費了大量能源。因爲在長期低負荷時送風機亦均執行全風量運轉而耗電，這不但不易維持穩定的室內溫溼條件，也浪費大量的送風運轉能源。變風量系統就是針對送風系統耗電缺點的節能對策。變風量系統可分爲兩種：一種爲AHU風管系統中的空調機變風量系統(AHU—VAV系統)；一種爲FCU系統中的室內風機變風量系統(FCU-VAV系統)。AHU-VAV系統是在全風管系統中將送風溫度固定，而以調節送風機送風量的方式來應付室內空調負荷的變動。FCU-VAV系統則是將冷水供應量固定，而在室內FCU加裝無段變功率控制器改變送風量，亦即改變FCU的'熱交換率來調節室內負荷變動。這兩種方式透過風量的調整來減少送風機的耗電量，同時也可增加熱源機器的運轉效率而節約熱源耗電，因此可在送風及熱源兩方面同時獲得節能效果。

3．3變流量系統(VWV)

所謂變流量系統(VariableWaterVolume，簡稱VWV)，是以一定的水溫供應空調機以提高熱源機器的效率，而以特殊的水泵來改變送水量，順便達成節約水泵用電的功效。變水量系統對水泵系統的節能效率依水泵的控制方式和VWV使用比例而異，一般VWV的控制方式有無段變速(SP)與雙向閥控制方式。以上三種空調系統是目前大樓空調最常被設計的系統。中央空調控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調控制即能有效控制耗能，設計合乎節能的空調系統。

4．不同自調設備方式運用DDC的方法

DDC設備在市面上的產品，各廠家的型號、套件都有所不同，但系統大同小異。只要將類比訊號經數位化處理輸入電腦，就能作控制與設定。當這些數位控制運用在空調設備時，整合方式有下列幾種：

4．1FCU用在定風量系統(CAV)區域空調

因爲是定風量系統，所以我們控制冷水系統上的兩通閥。當室溫升高，室內感溫器送出信號給控制器，控制器接到信號與設定的溫度比較，輸出信號給冷水管上的兩通閥。控制兩通閥開啟，使循環風變冷送入室內。如室內溫度下降過多，盤管風機作卸載。室內溫度感溫器送信號至控制器爲模擬輸入，控制器與設定溫度比較，輸出模擬信號至冷水管上的兩通閥關閉。兩通閥也有比例式型式，這種比例式兩通閥控制冷水大小進入冷排使空調更有彈性控制，維持室溫在設定值上下。

4．2AHU用在變風量系統(VAV)區域空調

大樓常用的空調系統，以出風溫度及預設定的比值爲控制方式。靠着送、迴風及外氣溫度SENSOR來控制馬達轉速。控制程序如下：

(1)出風溫度感應到感溫器(設定在12℃)，DDC控制兩通閥開啟。

(2)送冷氣時，冷水感溫器測得冷水離開冷排溫度，調整出風溫度狀況，陸續利用DDC控制AHU變頻器改變馬達轉速送出理想出風溫度。

(3)當冷水閥門關小至12℃，DDC控制器開啟外氣及迴風風門，綜合送風溫度，直到外氣風門關至最小開度以維持12℃送風風溫，可兼外氣空調利用。

(4)低溫限制感應混合溫度控制以保護冷排不結冰。

4．3做冷水主機開關機及狀況記錄

一般大樓空調系統每天的冷水主機開關機，大都靠人工來操控。最主要開機加載的程序由人來監視比較有彈性。所以操作人員很重要，但人要休息會輪班，也因此冷水主機的操作沒有一套有效管理。DDC可以設定所有開關機程序並且標準一致，不怠班。主機控制系統加裝模擬信號適配卡轉換傳訊，再加一臺列表機，就能把一天中所有運轉情形顯示出來。遇有跳機又能即時通知技術人員前往檢視。

5．結束語

利用DDCSystem來控制空調系統，最主要是把不理想的控制方式作改善。這些年來國產空調主機設備，在業者依政府所訂的高EER或COP標準加以改良後已經有不錯的產品。目前所需要的配套措施就是整合DDC自動控制系統，利用其隨負荷快速有效調整風機馬達轉速達到節能的目標。