《建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)》PPT課件.ppt

項(xiàng)目4 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),主講人：趙瑞軍,課題4 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),1,【知識(shí)點(diǎn)】 BAS的功用及構(gòu)成;基本PID控制;空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí);傳感器、執(zhí)行器和DDC控制器；BAS各子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)與控制方法。 【能力目標(biāo)】 1掌握BAS的構(gòu)成、DDC的構(gòu)造及其在樓宇設(shè)備控制中所起的作用； 2掌握各子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)及控制方法； 3熟悉系統(tǒng)安裝和布線的方法； 4了解BAS設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制。,建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)又稱為樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)(Building Automation System，簡稱為BAS)，是對(duì)建筑物或建筑群內(nèi)的建筑設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行和節(jié)能的監(jiān)測(cè)與控制。按民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的劃分，建筑設(shè)備共有七個(gè)子系統(tǒng)： (1) 冷凍水及冷卻水系統(tǒng)； (2) 熱交換系統(tǒng)； (3) 采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)； (4) 給水與排水系統(tǒng)； (5) 供配電系統(tǒng)； (6) 公共照明系統(tǒng)； (7) 電梯和自動(dòng)扶梯系統(tǒng)。,課題4 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),BAS按工作范圍有兩種定義方法，即廣義的BAS主要包括樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)三大部分，狹義的BAS專指樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)。本課題以狹義的BAS定義來進(jìn)行敘述。,課題4 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,將濕度、溫度、壓力等非電物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓、電流等電氣信號(hào)并非最終目的，還需對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行深入分析、比較和調(diào)整，達(dá)到對(duì)其進(jìn)行有效控制的目的。 樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)主要由數(shù)字控制器、傳感器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。而數(shù)字控制器又是樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的核心部分，其控制手段、控制策略和控制方式以及調(diào)節(jié)特性決定了整個(gè)樓宇控制系統(tǒng)的可靠性、有效性和智能性。,4.1.1 控制系統(tǒng)基本原理 按照控制系統(tǒng)是否具有反饋環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。沒有反饋環(huán)節(jié)的稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，反之稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1開環(huán)控制系統(tǒng) 如果系統(tǒng)的輸出量不被引回來對(duì)系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。由于沒有反饋控制作用，開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、容易實(shí)現(xiàn)，并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。對(duì)于那些輸入量和輸出量之間的關(guān)系固定不變，而且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動(dòng)因素不大，或者這些擾動(dòng)能預(yù)先確定并能進(jìn)行補(bǔ)償，則應(yīng)盡量采用開環(huán)控制系統(tǒng)。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,但是,開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度低，抗干擾能力差,所以只能用在干擾不強(qiáng)烈、控制精度要求不高的場合。開環(huán)控制原理如圖4.1所示。,圖4.1 開環(huán)控制原理圖,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,2閉環(huán)控制系統(tǒng) 如果系統(tǒng)的輸出量被引回來作用于系統(tǒng)的控制部分，形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)，也稱反饋控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是由輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制量有直接的影響。將檢測(cè)出來的輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)相減的過程稱為負(fù)反饋。輸入信號(hào)(又稱給定值)與反饋信號(hào)(又稱測(cè)量值)之差稱為偏差。偏差作用在控制器上，使系統(tǒng)的輸出值趨近于給定值。閉環(huán)控制的實(shí)質(zhì)即是利用負(fù)反饋的作用來減少系統(tǒng)的偏差。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,應(yīng)用在工程上就是通過測(cè)量元件對(duì)被控制對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，與給定值進(jìn)行比較，如有偏差，控制器就產(chǎn)生控制作用驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，直到被控參數(shù)值滿足預(yù)定需求為止。 無論造成偏差的因素是外來干擾(如環(huán)境條件等)還是內(nèi)部干擾(如給定值變化)，閉環(huán)系統(tǒng)的控制作用總是使偏差趨向下降。因此，它具有自動(dòng)修正被控量偏離給定值的能力，且精度高、適應(yīng)面廣，是基本的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制原理如圖4.2所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.2 閉環(huán)控制原理圖,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,4.1.2 控制系統(tǒng)性能指標(biāo) 樓控系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)可以用穩(wěn)定性、能控性、能觀測(cè)性、穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性等來表征，相應(yīng)地可以用穩(wěn)定裕度、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)和綜合指標(biāo)來衡量一個(gè)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,1系統(tǒng)的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指控制系統(tǒng)在受到外界或內(nèi)部各種因素的擾動(dòng)作用，使得平衡狀態(tài)被破壞以后，經(jīng)過自動(dòng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，偏離了原來的平衡狀態(tài)，而在擾動(dòng)消失以后，如果系統(tǒng)不能回到原來的平衡狀態(tài)，則這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的;反之，如果擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)經(jīng)過自身的調(diào)節(jié)作用，使偏離逐漸減小，最后恢復(fù)到平衡狀態(tài)，那么這種系統(tǒng)就是穩(wěn)定的?？刂葡到y(tǒng)只有穩(wěn)定才有可能談得上系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,2系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性 控制系統(tǒng)的能控性和能觀測(cè)性在多變量最優(yōu)控制中是兩個(gè)重要的概念，能控性和能觀測(cè)性從狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的測(cè)辨能力兩個(gè)方面揭示了控制系統(tǒng)的兩個(gè)基本問題。 3動(dòng)態(tài)指標(biāo) 在經(jīng)典控制理論中，用動(dòng)態(tài)時(shí)域指標(biāo)來衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。動(dòng)態(tài)指標(biāo)能夠比較直觀地反映控制系統(tǒng)的過渡過程特性，動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間ts、峰值時(shí)間tp、衰減比和震蕩次數(shù)N。過渡過程特性 如圖4.3所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.3 過渡過程特性圖,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,4穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)是衡量控制系統(tǒng)精度的指標(biāo)，用穩(wěn)態(tài)誤差eSS來表征。穩(wěn)態(tài)誤差表征了控制精度，因此穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。穩(wěn)態(tài)誤差與控制系統(tǒng)本身的特性有關(guān)，也與系統(tǒng)的輸入信號(hào)的形式有關(guān)。 5綜合指標(biāo) 在現(xiàn)代控制理論中，如最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)常使用綜合性指標(biāo)來衡量一個(gè)控制系統(tǒng)。選擇不同的性能指標(biāo)，使得系統(tǒng)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等也不同。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況和要求，正確選擇性能指標(biāo)。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,4.1.3 基本PID控制 按偏差的比例、積分、微分（PID）進(jìn)行控制是連續(xù)系統(tǒng)控制理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便，是在長期的工程實(shí)踐中總結(jié)出來的一套有效的控制方法。PID調(diào)節(jié)在樓控系統(tǒng)中有著大量的應(yīng)用。針對(duì)樓宇設(shè)備控制，由于難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，人們往往采用PID控制技術(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行在線調(diào)整，從而得到滿意的控制效果。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,1比例調(diào)節(jié)(P) 比例調(diào)節(jié)的特性為：當(dāng)被調(diào)節(jié)參數(shù)與給定值有偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器能按被調(diào)參數(shù)與給定值的偏差大小與方向發(fā)出與偏差成正比例的控制信號(hào)。比例調(diào)節(jié)器的方程為： 式中u(t)調(diào)節(jié)器的輸出； e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，它是測(cè)量值與給定值之差； Kp比例常數(shù)，也就是調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,比例調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度快、穩(wěn)定性高、不容易產(chǎn)生過調(diào)節(jié)現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)過程最終有殘余偏差，而且被調(diào)參數(shù)不能回到給定值，特別是負(fù)載變化幅度較大時(shí)，殘余偏差更大。對(duì)于擾動(dòng)大且慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)則很難兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。比例調(diào)節(jié)通常用在調(diào)節(jié)精度要求不太高，調(diào)節(jié)時(shí)允許有殘余偏差且工藝要求變化較快的地方，如鍋爐水位控制及高容量貯罐中壓力、流量的調(diào)節(jié)等。比例調(diào)節(jié)器特性如圖4.4所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.4 比例調(diào)節(jié)器特性圖 (a) 輸入波形；(b) 輸出波形,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,2積分調(diào)節(jié)(I) 積分調(diào)節(jié)是當(dāng)被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，一直到被調(diào)參數(shù)與給定值之間偏差消失為止。因而調(diào)節(jié)工程結(jié)束時(shí)，被調(diào)參數(shù)回到給定值，即誤差殘余為零，其方程為 式中u(t)調(diào)節(jié)器輸出； Ti積分時(shí)間常數(shù)； e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，它是測(cè)量值與給定值之差。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,采用積分調(diào)節(jié)要求被調(diào)參數(shù)具有自平衡能力，自平衡能力越大，調(diào)節(jié)的質(zhì)量越好。且調(diào)節(jié)速度要求較低，干擾的作用不能變化太快，因此積分調(diào)節(jié)器單獨(dú)使用的場合不多，只能用在一些小型的調(diào)節(jié)上。積分調(diào)節(jié)多用于壓力、流量和液位的調(diào)節(jié)，而不宜用于溫度調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)器特性如圖4.5所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.5 積分調(diào)節(jié)器特性圖 (a) 輸入波形；(b) 輸出波形,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,3比例積分調(diào)節(jié)(PI) 要真正做到無偏差調(diào)節(jié)，更多的是用比例積分調(diào)節(jié)。比例積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是當(dāng)被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不僅與輸入偏差保持比例關(guān)系，同時(shí)還與偏差存在的時(shí)間長短成比例，比例積分調(diào)節(jié)綜合了比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。其方程為： 式中u(t)調(diào)節(jié)器輸出； Kp比例常數(shù)，也就是調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)； Ti積分時(shí)間常數(shù)； e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，它是測(cè)量值與給定值之差。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,對(duì)于PI調(diào)節(jié)器，只要有偏差存在，積分調(diào)節(jié)就不斷起作用。PI調(diào)節(jié)器能夠?qū)⒈壤{(diào)節(jié)的快速性與積分調(diào)節(jié)消除靜差的作用結(jié)合起來，所以PI調(diào)節(jié)既克服了單純比例調(diào)節(jié)存在靜差的缺點(diǎn)，又避免了積分調(diào)節(jié)響應(yīng)慢的缺點(diǎn)，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均得到了改善。比例積分調(diào)節(jié)器特性如圖4.6所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.6 比例積分調(diào)節(jié)器特性圖 (a) 輸入波形；(b) 輸出波形,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,4比例微分調(diào)節(jié)(PD) 比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是:當(dāng)被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)不僅與輸入偏差保持比例關(guān)系，同時(shí)還與偏差的變化速度有關(guān)。其方程為 式中u(t)調(diào)節(jié)器輸出； Kp比例常數(shù)； Td微分時(shí)間常數(shù)； e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，它是測(cè)量值與給定值之差。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,在調(diào)節(jié)器中加入微分作用，即在偏差剛出現(xiàn)、偏差值尚不大時(shí)，根據(jù)偏差變化的速度，提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快消除。由于調(diào)節(jié)及時(shí)，可以大大減少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差及調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。比例微分調(diào)節(jié)器特征如圖4.7所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.7 比例微分調(diào)節(jié)器特性圖 (a) 輸入波形；(b) 輸出波形,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,5比例積分微分調(diào)節(jié)(PID) 比例積分微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是:當(dāng)被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)不僅與輸入偏差信號(hào)大小及偏差存在時(shí)間長短有關(guān)，還與偏差變化的速度有關(guān)。其方程為 式中u(t)調(diào)節(jié)器輸出； Kp比例常數(shù)； Ti積分時(shí)間常數(shù)； Td微分時(shí)間常數(shù)； e(t)調(diào)節(jié)器的輸入，它是測(cè)量值與給定值之差。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,PID調(diào)節(jié)器首先是比例、微分作用，使其調(diào)節(jié)作用加強(qiáng)，然后再進(jìn)行積分，直到最后消除靜差為止。因此，PID調(diào)節(jié)器無論從靜態(tài)還是從動(dòng)態(tài)角度看，調(diào)節(jié)品質(zhì)均得到了改善，從而使PID調(diào)節(jié)器成為一種應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器。由于微分作用發(fā)生在過渡過程的初期，可以大大改善慣性滯后較大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)常常用在慣性滯后大的場合，如溫度測(cè)量等。比例積分微分調(diào)節(jié)器特性 如圖4.8所示。,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,圖4.8 比例積分微分調(diào)節(jié)器特性圖 (a) 輸入波形；(b) 輸出波形,4.1 控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,空氣調(diào)節(jié)是使室內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度、氣流速度和壓力等參數(shù)按不同的需求保持在一定范圍的技術(shù),由此給人們的工作、生活提供一個(gè)舒適的環(huán)境，為生產(chǎn)提供適宜條件。在特殊情況下，有時(shí)還要求對(duì)空氣的壓力、成分、氣味及噪聲進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中，空調(diào)暖通設(shè)備是最復(fù)雜的部分之一，為了提高空調(diào)的舒適性，更好地發(fā)揮空調(diào)設(shè)備的性能，要對(duì)調(diào)節(jié)的對(duì)象空氣的物理特性有所了解。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),將濕度、溫度、壓力等非電物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓、電流等電氣信號(hào)并非最終目的，還需對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行深入分析、比較和調(diào)整，達(dá)到對(duì)其進(jìn)行有效控制的目的。 樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)主要由數(shù)字控制器、傳感器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。而數(shù)字控制器又是樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的核心部分，其控制手段、控制策略和控制方式以及調(diào)節(jié)特性決定了整個(gè)樓宇控制系統(tǒng)的可靠性、有效性和智能性。,4.2.1 空氣的物理性質(zhì) 1空氣的成分 自然界的空氣主要是由干空氣和水蒸氣組成的，稱之為濕空氣。干空氣按質(zhì)量比是由75.55氮(N2)、23.1氧(O2)、0.05二氧化碳(CO2)和一些其他的稀有氣體(1.3)所組成。另外,空氣中還含有不同程度的灰塵、微生物和其他氣體雜質(zhì)。空氣中水蒸氣的不同含量將會(huì)造成不同的空氣狀態(tài)。濕空氣是我們生活的真實(shí)空氣環(huán)境，而空氣調(diào)節(jié)以濕空氣為對(duì)象，主要是解決空氣的溫度和濕度問題。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),2空氣的狀態(tài)參數(shù) 空氣的物理性質(zhì)不僅取決于它的組成成分，而且也與它所處的狀態(tài)有關(guān)?？諝獾臓顟B(tài)可用一些物理量來表示，例如溫度、壓力和濕度等，這些物理量統(tǒng)稱為空氣的狀態(tài)參數(shù)。在空氣調(diào)節(jié)的過程中，常涉及的空氣狀態(tài)參數(shù)有：,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(1) 壓力 一般情況下人們把流體作用于單位面積上的垂直作用力稱為壓強(qiáng)。而在空調(diào)工程中，習(xí)慣把壓強(qiáng)簡稱為壓力。大氣壓力(P)會(huì)隨著季節(jié)、天氣變化而稍有變化。通常以北緯45海平面上的平均氣壓作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，或稱物理大氣壓,它相當(dāng)于101.325 kPa(760 mmH2O)。由于大氣壓力的不同，空氣的一些性質(zhì)也會(huì)有所不同。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),任何氣體分子，由于不停的熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使它們都具有一定的壓力。水蒸氣當(dāng)然也不例外。空氣的壓力是由水蒸氣和干空氣共同作用的結(jié)果，兩種氣體各有自己的壓力，稱為分壓力，而兩者之和應(yīng)該是空氣的總壓力。由道爾頓定律可知，混合氣體各成分分壓力與其他氣體存在與否無關(guān)，水氣分壓力（Pc）的大小反映了水蒸氣的多少，是空氣濕度的一個(gè)指標(biāo)?？諝庠匠睗瘢畾夥謮毫υ酱?。濕空氣中水蒸氣的飽和壓力與濕空氣溫度之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，這可以在熱工手冊(cè)中查到。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(2) 溫度 溫度是表示空氣冷熱程度的指標(biāo)，它反映了空氣分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。一般用t表示攝氏溫度()，用T表示絕對(duì)溫度(K),二者之間的關(guān)系為： T273+t 空氣溫度的高低對(duì)人體的舒適性和健康程度影響很大,它是衡量空氣環(huán)境對(duì)人體和生產(chǎn)是否合適的一個(gè)重要參數(shù)。一般居住條件的室溫，夏季應(yīng)保持在2527 ，冬季應(yīng)保持在1620 。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),空氣溫度通常用干球溫度(t)和濕球溫度(tsh)來表示。普通的水銀（或酒精）溫度計(jì)的示值稱為干球溫度，也就是通常所說的溫度。用紗布將溫度計(jì)的溫包裹住，并保證紗布上始終浸潤著蒸餾水，由此來測(cè)量濕球溫度。由于濕空氣在未達(dá)到飽和之前，濕布上的水分就會(huì)蒸發(fā)，吸收了一部分汽化潛熱，所以濕球溫度計(jì)上的讀數(shù)總比干球溫度計(jì)的讀數(shù)低些?？諝獾南鄬?duì)濕度愈小，濕球上的水分蒸發(fā)得就愈快，濕球溫度降低的幅度就愈大。比較這兩個(gè)溫度值便可計(jì)算出相對(duì)濕度。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(3) 露點(diǎn)溫度 空氣在某一溫度下，如果水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)即相對(duì)濕度等于100，此時(shí)，空氣中的水汽便開始結(jié)露凝結(jié)成水，對(duì)應(yīng)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。 可由空氣性質(zhì)從表中查出飽和含濕量對(duì)應(yīng)的溫度，這個(gè)溫度就是露點(diǎn)溫度t1。因此，根據(jù)空氣的含濕量可以確定露點(diǎn)溫度。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(4) 濕度 人體所感覺的冷熱程度不僅與空氣溫度的高低有關(guān)，而且還與空氣中水蒸氣的多少有關(guān)，即與濕度有關(guān)?？諝庵械臐穸扔幸韵卤硎痉椒ǎ?絕對(duì)濕度(X) 1 m3濕空氣中含有的水氣量(kg)，稱為空氣的絕對(duì)濕度，即 式中GC水汽的重量，kg； VC濕空氣的體積，m3。 絕對(duì)濕度實(shí)際上是水蒸氣的密度。由于濕空氣的體積受許多因素的影響，很難精確測(cè)量，因此在工程上一般不采用絕對(duì)濕度。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí), 含濕量 用1 kg干空氣含有的水氣量來代表空氣濕度，這樣就可以排除空氣溫度和水氣量變化時(shí)對(duì)濕度這個(gè)概念造成的影響，這種濕度習(xí)慣上稱為含濕量。 在空調(diào)技術(shù)中，含濕量和溫度一樣，是一個(gè)十分重要的參數(shù)，它反映了空氣帶有水氣量的多少。在任何空氣發(fā)生變化的過程中，例如加濕或干燥，可以用含濕量來反映水氣量增減的情況。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí), 相對(duì)濕度() 在一定溫度下，濕空氣中水蒸氣的含量有一最大限度，超過這個(gè)限度，多余的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成水。相對(duì)濕度表示絕對(duì)濕度接近飽和絕對(duì)濕度的程度。通常用Xb來表示飽和絕對(duì)濕度,則相對(duì)濕度可以表示為: 相對(duì)濕度的值在0100%范圍內(nèi)變化。在一定的溫度下，相對(duì)濕度愈大，空氣就愈潮濕；相對(duì)濕度愈小，空氣就愈干燥。在空調(diào)中，相對(duì)濕度是衡量空氣環(huán)境的潮濕程度對(duì)人體和生產(chǎn)是否合適的一項(xiàng)重要指標(biāo)。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(5) 焓 焓反映了一定狀態(tài)下空氣所含能量的多少，也決定了空調(diào)系統(tǒng)加熱或制冷單位空氣所需的能量。它的計(jì)算以1 kg干空氣為基礎(chǔ)，一般近似認(rèn)為0 時(shí)干空氣焓為零，這樣，如果濕空氣溫度為t ，含濕量為d g/kg(干空氣)，則該濕空氣焓為干空氣焓和水蒸氣焓之和。(1+d) kg濕空氣焓值用公式表達(dá)為: 式中ig1 kg干空氣焓； ipd kg水蒸氣焓； I(1+d) kg濕空氣的焓值,kJkg。,Iig+ip,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),空氣的焓主要是由與空氣溫度有關(guān)的t項(xiàng)以及與含濕量有關(guān)的d項(xiàng)這兩部分組成。前者隨溫度變化，稱為顯熱部分；后者隨含濕量變化，稱為潛熱部分。 3空氣狀態(tài)參數(shù)相互間的關(guān)系 如果已知兩個(gè)相互獨(dú)立的空氣狀態(tài)參數(shù)，就可以推算出其余的狀態(tài)參數(shù)。為了方便直觀，工程上將它們之間的關(guān)系用一張線算圖來表示，該圖的橫坐標(biāo)為含濕量，縱坐標(biāo)為溫度，下方為焓，該圖稱為焓濕圖， 如圖4.9所示。每一張焓濕圖都是在一定的大氣壓條件下繪制的，空氣狀態(tài)參數(shù)都可在圖上表示。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),圖4.9 焓濕圖,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),三個(gè)狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中兩個(gè)就可在圖中查得另外一個(gè)。例如,圖4.9所示焓濕圖上有一點(diǎn)A，過A點(diǎn)沿等濕線作一直線，向上交含濕量刻度線于B，再向上交水蒸氣分壓力刻度線于B，則可從B點(diǎn)讀出空氣的焓濕量值，從B點(diǎn)可讀出水蒸氣分壓力值。將BA向下延長，交相對(duì)濕度為100的線于點(diǎn)F，過點(diǎn)F作一條等溫線，交溫度坐標(biāo)軸于點(diǎn)F，則從F點(diǎn)可讀出露點(diǎn)溫度。 過A作一條等溫線，交溫度坐標(biāo)軸于點(diǎn)C，則C點(diǎn)讀數(shù)為干球溫度。 過A作一條等焓線，交相對(duì)濕度為 100的線于點(diǎn)E，交焓坐標(biāo)軸于點(diǎn)D，從D點(diǎn)可讀出空氣的焓值。過E點(diǎn)作一條等溫線，交溫度坐標(biāo)軸于點(diǎn)E，從E點(diǎn)可讀出空氣的濕球溫度。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4.2.2 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成與分類 空調(diào)系統(tǒng)一般由空氣調(diào)節(jié)處理系統(tǒng),冷熱媒輸送系統(tǒng)和冷、熱源系統(tǒng)三部分組成。樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中空調(diào)控制就是針對(duì)以上幾部分進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量及自動(dòng)控制。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4.2.2.1 空氣調(diào)節(jié)處理系統(tǒng) 1按空氣處理設(shè)備的設(shè)置位置情況分類 (1) 集中式系統(tǒng) 即空氣處理設(shè)備(過濾、冷卻、加熱、加濕設(shè)備和風(fēng)機(jī)等)集中設(shè)置在空調(diào)機(jī)房內(nèi)，空氣經(jīng)處理后由風(fēng)管送入各房間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)便于集中管理、維護(hù)。在智能建筑中，一般采用集中式空調(diào)系統(tǒng)。對(duì)空氣的處理集中在專用的機(jī)房里，對(duì)處理空氣用的冷源和熱源也有專門的冷凍站和鍋爐房。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(2) 半集中空調(diào)系統(tǒng) 除了集中空調(diào)機(jī)房外，還設(shè)有分散在被調(diào)節(jié)房間的二次設(shè)備 (又稱末端裝置)。其功能主要是在空氣進(jìn)入被調(diào)節(jié)房間前對(duì)來自集中處理設(shè)備的空氣做進(jìn)一步的補(bǔ)充處理。其典型設(shè)備為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。 (3) 全分散系統(tǒng) 也稱局部空調(diào)機(jī)組，這種機(jī)組通常把冷、熱源和空氣處理、輸送設(shè)備(風(fēng)機(jī))集中設(shè)置在一個(gè)箱體內(nèi)，形成一個(gè)緊湊的空調(diào)系統(tǒng)。常用的窗式和柜式空調(diào)屬于這種情況，它們都不需要集中的機(jī)房，安裝方便，使用靈活。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),2按負(fù)擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)荷所用輸送介質(zhì)分類 (1) 全空氣系統(tǒng) 房間的全部負(fù)荷均由集中處理后的空氣負(fù)擔(dān)。由于空氣的比熱容較小，全空氣系統(tǒng)需要較多的空氣才能達(dá)到消除余熱、余濕的目的。因此，這種系統(tǒng)需要較大斷面的風(fēng)道，占用建筑空間較多。定風(fēng)量或變風(fēng)量的集中式空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣系統(tǒng)。 (2) 全水系統(tǒng) 房間負(fù)荷全部由集中供應(yīng)的冷、熱水負(fù)擔(dān)。由于水的比熱容比空氣大得多，所以在相同負(fù)荷的情況下，全水系統(tǒng)的輸送管道占用的建筑空間較少。但這類系統(tǒng)僅能調(diào)節(jié)溫度，不能調(diào)節(jié)濕度，并且不能解決通風(fēng)換氣問題，室內(nèi)空氣品質(zhì)較差，所以用得不多。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(3) 空氣水系統(tǒng) 即房間的負(fù)荷由集中處理的空氣負(fù)擔(dān)一部分，其他負(fù)荷由水作為介質(zhì)在送入空調(diào)房間前對(duì)空氣再次處理(加熱或冷卻)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是既可解決全空氣系統(tǒng)風(fēng)道占用空間大的問題，又可以向空調(diào)房間輸送一定量的新風(fēng)來換氣，以改善空調(diào)房間的衛(wèi)生條件。常見的空氣水系統(tǒng)有空氣風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組系統(tǒng)、空氣水輻射板系統(tǒng)。 (4) 制冷劑系統(tǒng) 即室內(nèi)負(fù)荷由制冷和空調(diào)機(jī)組組合在一起的小型設(shè)備負(fù)擔(dān)。它按直接蒸發(fā)機(jī)組的安裝組合情況可分為窗式、立柜式和分體式等。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),3按使用空氣的來源分類 (1) 全回風(fēng)式系統(tǒng)（又稱封閉式系統(tǒng)） 指全部采用再循環(huán)空氣的系統(tǒng)，即室內(nèi)空氣經(jīng)處理后再送回室內(nèi)，以消除室內(nèi)的熱濕負(fù)荷。 (2) 全新風(fēng)系統(tǒng)（又稱直流式系統(tǒng)） 指全部采用室外新鮮空氣的系統(tǒng)，即新風(fēng)經(jīng)處理后送入室內(nèi)，消除室內(nèi)的熱濕負(fù)荷后，再排到室外。 (3) 新、回風(fēng)混合式系統(tǒng) 指采用一部分新鮮空氣和室內(nèi)空氣（回風(fēng)）混合的全空氣系統(tǒng)，它介于上述兩種系統(tǒng)之間。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4按空氣流量狀態(tài)分類 (1) 定風(fēng)量系統(tǒng)即系統(tǒng)在運(yùn)行過程中風(fēng)量始終保持恒定。 (2) 變風(fēng)量系統(tǒng)即系統(tǒng)在運(yùn)行過程中風(fēng)量按一定的控制要求不斷調(diào)整，以滿足不同工況的需要。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4.2.2.2 冷熱媒輸送系統(tǒng) 1按冷、熱水管道的設(shè)置方式劃分 (1) 雙管制系統(tǒng) 進(jìn)行熱濕處理的表面換熱器的供、回水管在供熱水或冷水時(shí)共用，即這套供、回水管內(nèi)冬天供的是熱水,夏天供的是冷水，管網(wǎng)內(nèi)有冬夏轉(zhuǎn)換閥門。 (2) 三管制系 統(tǒng)進(jìn)行熱濕處理的表面換熱器的供、回水管按冷、熱水管分別設(shè)置，共3根管，分別為熱水供水管和回水管、冷水供水管和回水管、回水管合用。 (3) 四管制系統(tǒng) 進(jìn)行熱濕處理的表面換熱器的供、回水管按冷、熱水管分別設(shè)置，共4根管，分別為熱水供水管和回水管、冷水供水管和回水管。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),2按水量特征劃分 (1) 定水量系統(tǒng) 在空調(diào)水系統(tǒng)中，系統(tǒng)水量基本不變，系統(tǒng)水量由水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)決定。 (2) 變水量系統(tǒng) 在空調(diào)水系統(tǒng)中，終端設(shè)備常用電動(dòng)二通閥，而電動(dòng)二通閥的開度又是經(jīng)常變化的，則系統(tǒng)的水量也一定是變化的。為使變化的水量系統(tǒng)能與恒水量工作冷水機(jī)組相適應(yīng)，常用方法是在供、回水總管上設(shè)置壓差旁通閥，根據(jù)供、回水總量的水壓差來調(diào)節(jié)電動(dòng)旁通閥的開度，以保持冷水機(jī)組的恒水量工作。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),3按水的性質(zhì)劃分 (1) 冷卻水系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻水系統(tǒng)是專為冷水機(jī)組或直接蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組而設(shè)置的。冷卻水帶走機(jī)組中的熱量，保證機(jī)組正常工作。 從冷卻塔來的冷卻水(通常為32 )經(jīng)冷卻泵加壓后送入冷水機(jī)組，帶走冷凝器的熱量，溫度升高的冷卻回水(通常設(shè)計(jì)為37 )被送至冷卻塔上部進(jìn)行噴淋。由于冷卻塔風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，使冷卻水在噴淋下落過程中不斷與室外空氣發(fā)生熱交換而冷卻，冷卻后的水落入冷卻塔集水盤中，又重新送入冷水機(jī)組以完成冷卻水循環(huán)。在冷卻水的循環(huán)過程中損失的部分可通過補(bǔ)水箱進(jìn)行補(bǔ)充。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(2) 冷凍水系統(tǒng) 冷凍水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的水循環(huán)系統(tǒng)。由冷水機(jī)組提供的7 的冷凍水經(jīng)冷凍泵加壓后送入空調(diào)機(jī)組，在表冷器中與空氣進(jìn)行熱濕處理，處理后的冷凍水溫度升高，并重新回到冷水機(jī)組進(jìn)行冷凍處理。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(3) 熱水系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)中的熱水系統(tǒng)也是一個(gè)封閉的水系統(tǒng)。由城市管網(wǎng)或蒸汽鍋爐提供的高溫蒸汽或熱水鍋爐提供的高溫?zé)崴?jīng)過換熱器轉(zhuǎn)換成空調(diào)系統(tǒng)所需的6570 的熱水。熱水經(jīng)熱水泵加壓后送入空調(diào)機(jī)組，在表面換熱器(表冷器)中與空氣進(jìn)行熱濕處理，處理后的熱水溫度降低，并重新回到換熱器進(jìn)行加熱處理。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),4.2.2.3 冷、熱源系統(tǒng) 能為空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理設(shè)備對(duì)空氣進(jìn)行熱濕處理提供冷熱量的物質(zhì)和裝置，都可以作為空調(diào)的冷、熱源。這樣的物質(zhì)有地下水、冰等，其裝置主要是各種制冷設(shè)備和鍋爐。 1冷源裝置 冷水機(jī)組是中央空調(diào)系統(tǒng)采用最多的冷源，它是可向空調(diào)系統(tǒng)提供處理空氣所需的低溫水(又稱為冷凍水)的制冷裝置。冷水機(jī)組的類型繁多，目前常用的主要有兩大類：一類是電力驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式冷水機(jī)組，另一類是熱力驅(qū)動(dòng)的吸收式冷水機(jī)組。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(1) 壓縮式制冷 低壓制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮為高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進(jìn)行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的熱交換而發(fā)生汽化，吸收冷凍水的熱量而成為低壓蒸汽，再經(jīng)過回氣管重新吸入壓縮機(jī)，開始新的一輪制冷循環(huán)。很顯然，在此過程中制冷量即是制冷劑在蒸發(fā)器中進(jìn)行相變時(shí)所吸收的汽化潛熱。 從壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，壓縮式制冷大致可分為往復(fù)壓縮式、螺桿壓縮式和離心壓縮式三大類，近年來新研制的渦旋壓縮式制冷機(jī)也已開始在一些小型機(jī)組上逐漸應(yīng)用。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),(2) 吸收式制冷 吸收式制冷與壓縮式制冷一樣，都是利用低壓制冷劑蒸發(fā)產(chǎn)生的汽化潛熱進(jìn)行制冷的。兩者的區(qū)別是：壓縮式制冷以電為能源，而吸收式制冷則是以熱為能源。在高層民用建筑的空調(diào)制冷中，吸收式制冷所采用的制冷劑通常是溴化鋰水溶液，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。因此，通常溴化鋰制冷機(jī)組的蒸發(fā)溫度不可能低于0 ，從這一點(diǎn)上可以看出溴化鋰制冷的適用范圍不如壓縮式制冷廣。但在高層民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中，由于要求空調(diào)冷水的溫度通常為67 ，因此還是比較容易滿足的。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),從溴化鋰制冷機(jī)組的制冷循環(huán)中可以看出，它的用電設(shè)備主要是溶液泵，電量為510 kW，這與壓縮式冷水機(jī)組數(shù)百千瓦相比是微不足道的。因此，當(dāng)建筑物所在地的電力緊張且無法滿足空調(diào)設(shè)備要求的前提下，可以選擇溴化鋰吸收式冷水機(jī)組；如果當(dāng)?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)允許的話，還是應(yīng)優(yōu)先選擇壓縮式冷水機(jī)組。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),2熱源裝置 (1) 熱源分類 按熱源性質(zhì)不同可分為蒸汽和熱水兩大類； 按熱源裝置不同可分為鍋爐和熱交換器兩大類。 (2) 冷熱水機(jī)組 直燃吸收式冷水機(jī)組(簡稱直燃機(jī))就是把鍋爐與溴化鋰吸收式冷水機(jī)組合二為一，通過燃?xì)饣蛉加彤a(chǎn)生制冷所需要的能量。直燃機(jī)按功能不同可分為三種形式：單冷型只提供夏季空調(diào)用冷凍水；冷暖型在夏季提供空調(diào)用冷凍水，而冬季供應(yīng)空調(diào)用熱水；多功能型除能夠提供空調(diào)用冷、熱水外，還能提供生活用熱水。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),直燃機(jī)由高低壓發(fā)生器、高低壓換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、冷水泵、溶液泵、控制設(shè)備及輔機(jī)等主要設(shè)備組成，它的工作原理分為制冷循環(huán)、供熱循環(huán)和衛(wèi)生熱水循環(huán)三種不同方式。 空調(diào)供熱循環(huán)產(chǎn)生的熱水溫度一般為5560 ，在空調(diào)供熱循環(huán)中，蒸發(fā)器用作冷凝器，通過閥門的切換使高壓發(fā)生器產(chǎn)生的冷凝水蒸氣直接進(jìn)入蒸發(fā)器，與熱水進(jìn)行熱交換后變?yōu)槔渌M(jìn)入吸收器，高壓發(fā)生器產(chǎn)生的中間溶液流入吸收器中，吸收由蒸發(fā)器來的經(jīng)放熱后的冷水而成為稀溶液，通過溶液泵重新送入高壓發(fā)生器中，完成了一個(gè)供熱循環(huán)過程。在這一過程中，冷水泵停止運(yùn)行。,4.2 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí),一個(gè)樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)由測(cè)量變送裝置、計(jì)算處理裝置、執(zhí)行裝置幾個(gè)部分組成。系統(tǒng)通過傳感器完成對(duì)濕度、壓力和溫度等非電物理量的監(jiān)測(cè)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)量，而變換后的電量作為被調(diào)參數(shù)送到計(jì)算處理裝置。計(jì)算處理裝置將被調(diào)參數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，出現(xiàn)偏差后，按系統(tǒng)的不同要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，輸出控制信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。 將非電量 (例如壓力、溫度、流速等) 轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器。把非電量轉(zhuǎn)換為電量，然后進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于樓宇控制系統(tǒng)來說，占有極為重要的地位，其精度及可靠性在某些場合甚至成為解決實(shí)際問題的關(guān)鍵。,4.3 傳感器,系統(tǒng)需要的被測(cè)信號(hào)以輸出狀態(tài)劃分，一般分為開關(guān)量和模擬量兩種。所謂開關(guān)量輸入，是指輸入信號(hào)為狀態(tài)信號(hào)，其信號(hào)電平只有兩種，即高電平和低電平。對(duì)于這類信號(hào)，只需經(jīng)放大、整形和電平轉(zhuǎn)換處理后，即可直接送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)于模擬量輸入，由于模擬信號(hào)的電壓或電流是連續(xù)變化的信號(hào)，因此對(duì)其進(jìn)行處理就比較復(fù)雜，在進(jìn)行小信號(hào)放大、濾波量化等處理過程中須考慮干擾信號(hào)的抑制、轉(zhuǎn)換精度及非線性等諸多因素。這種信號(hào)在樓宇控制系統(tǒng)中主要有對(duì)溫度、濕度、壓力、流量、液位、濃度等的處理。同樣，樓宇控制系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制也需要開關(guān)量和模擬量的輸出。,4.3 傳感器,傳感器的主要作用是拾取外界有效信息，如同人類在從事生產(chǎn)勞動(dòng)時(shí)通過五官等器官感知周圍信息一樣。在現(xiàn)代化的樓宇設(shè)備控制中，傳感器是必不可少的基礎(chǔ)組成部分，它實(shí)現(xiàn)兩種不同形式的量值之間的變換，目的是為了便于計(jì)量和檢測(cè)。傳感器一般是由敏感元件、傳感元件和其他輔助器件組成。 由于建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)處理的控制過程響應(yīng)時(shí)間通常比傳感器響應(yīng)時(shí)間大得多，因此傳感器的選擇主要考慮精度和量程。,4.3 傳感器,1傳感器精度 傳感器的精度應(yīng)滿足系統(tǒng)控制及參數(shù)測(cè)量的要求,必須高于要求的過程控制精度1個(gè)等級(jí)。 2傳感器量程 (1) 溫度傳感器量程應(yīng)為測(cè)點(diǎn)溫度的1.21.5倍。 (2) 壓力（壓差）傳感器的工作壓力（壓差）應(yīng)大于測(cè)點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大壓力（壓差）的1.5倍，量程應(yīng)為測(cè)點(diǎn)壓力（壓差）的1.21.3倍。 (3) 流量傳感器量程應(yīng)為系統(tǒng)最大流量的1.21.3倍，且應(yīng)耐受管道介質(zhì)最大壓力，并能瞬態(tài)輸出。流量傳感器的安裝部位應(yīng)滿足上游10D（管徑）、下游5D的直管段要求。當(dāng)采用電磁流量計(jì)或渦輪流量計(jì)時(shí)，其精度宜為1.5%。,4.3 傳感器,(4) 液位傳感器宜使正常液位處于儀表滿量程的50%處。 (5) 成分傳感器的量程應(yīng)按檢測(cè)氣體濃度進(jìn)行選擇，一氧化碳?xì)怏w宜為0300 ppm或0500 ppm，二氧化碳?xì)怏w宜為02000 ppm或010000 ppm。 (6) 風(fēng)量傳感器宜采用皮托管風(fēng)量測(cè)量裝置，其測(cè)量的風(fēng)速范圍應(yīng)為216 m/s,測(cè)量精度不應(yīng)小于5%。 此外，傳感器應(yīng)能反映現(xiàn)場的真實(shí)情況，如濕度傳感器應(yīng)安裝在附近沒有熱源、水滴且空氣流通并能反映被測(cè)房間或風(fēng)道空氣狀態(tài)的位置，其響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于150 s。對(duì)于智能傳感器，應(yīng)有以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線通信接口。,4.3 傳感器,4.3.1 溫度傳感器 溫度是樓宇控制中一個(gè)非常重要的參數(shù)，溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)不僅可給人們提供一個(gè)舒適的生活和工作環(huán)境，從節(jié)能的角度出發(fā)，溫度的恰當(dāng)控制還可為現(xiàn)代化樓宇節(jié)約大量的能源。 溫度傳感器按采取測(cè)量被測(cè)介質(zhì)溫度的方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。 接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被檢對(duì)象有良好的熱接觸，通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，這時(shí)，溫度傳感器的示值即表示被測(cè)對(duì)象的溫度。如熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)等都屬于接觸式溫度傳感器。,4.3 傳感器,非接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被檢對(duì)象互不接觸。目前最常用的是通過輻射熱交換實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，如紅外測(cè)溫傳感器等，通常用于高溫測(cè)量，如煉鋼爐內(nèi)溫度測(cè)量。 在樓宇自動(dòng)化中對(duì)溫度的檢測(cè)范圍為： (1) 室內(nèi)、室外氣溫-4045 。 (2) 風(fēng)道氣溫-40130 (3) 水管內(nèi)水溫0100 。 (4) 蒸汽管內(nèi)蒸汽溫度100350 。,4.3 傳感器,1熱電阻 利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化而變化的特性制成的傳感器，稱為熱電阻性傳感器。它是利用金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性進(jìn)行測(cè)溫的。用金屬電阻作為感溫材料，要求金屬電阻的溫度系數(shù)大，電阻與溫度呈線性關(guān)系，因此在常用感溫材料中首選鉑和銅。,4.3 傳感器,金屬電阻與溫度的近似線性關(guān)系如下： 式中Rtt 時(shí)電阻值； R00 時(shí)電阻值； 電阻的溫度系數(shù)。 鉑具有耐氧化特性，在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)有相當(dāng)好的穩(wěn)定性，且純度越高，電阻溫度特性越穩(wěn)定。但鉑電阻價(jià)格很高。 銅的特點(diǎn)是易氧化，只能在低溫及沒有侵蝕性的介質(zhì)中工作。另外，銅的電阻率比鉑低得多，所以同樣阻值的熱電阻，銅電阻要更細(xì)更長，這使其機(jī)械強(qiáng)度差，體積也更大。,RtR。(1+t),4.3 傳感器,用鎳制成的熱電阻在性能上介于銅與鉑之間。所以，在高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量回路中通常用鉑熱電阻材料的傳感器；要求一般、具有較穩(wěn)定性能的測(cè)量回路可用鎳電阻傳感器；檔次低，只有一般要求時(shí)，可選用銅電阻傳感器。 在使用熱電阻測(cè)溫時(shí)，要充分注意熱電阻與外部導(dǎo)線的連接，在傳感器和控制器之間的引線過長會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。引線電阻對(duì)鉑電阻不超過R0的0.2，對(duì)銅電阻不超過R0的0.1。精密測(cè)量中則要考慮溫度誤差補(bǔ)償。,4.3 傳感器,2熱敏電阻 利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的屬性制成溫度傳感器是常采用的又一種方法。目前使用的熱敏電阻大多屬陶瓷熱敏電阻。半導(dǎo)體的電阻對(duì)溫度的感受靈敏度特別高。上述提及的銅電阻，當(dāng)溫度每變化1 ，其阻值變化0.40.6；而熱敏電阻溫度每變化1 ，其阻值變化可達(dá)26，所以其靈敏度要比其他金屬電阻高一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是它的特性是非線性的，因此，后續(xù)的非線性校正處理比較復(fù)雜。如果是通過計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。此外，熱敏電阻的互換性差，這給系統(tǒng)的維護(hù)帶來一定的困難。,4.3 傳感器,熱敏電阻按其阻值隨溫度變化的特性可分為三類： (1) 負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻其阻值隨溫度的上升呈非線性減小。 (2) 正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻其阻值隨溫度的上升呈非線性增大。 (3) 臨界溫度電阻式(CTR)熱敏電阻它具有正或負(fù)溫度系數(shù)特性，且存在一臨界溫度，超過此臨界溫度，其熱敏電阻的阻值會(huì)急劇變化。,4.3 傳感器,3熱電偶 兩種不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，由于兩邊自由電子密度不同，連接成閉合回路時(shí)，在交界面上會(huì)產(chǎn)生電子的相互擴(kuò)散，致使在A、B接觸處產(chǎn)生電場，以阻礙電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，達(dá)到最后平衡。平衡時(shí)接觸電動(dòng)勢(shì)取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。接點(diǎn)處溫度不同，回路中出現(xiàn)的熱電動(dòng)勢(shì)也不同。通過測(cè)量電動(dòng)勢(shì)來間接測(cè)取溫度的裝置稱為熱電偶。 熱電偶是溫度測(cè)量中使用最為廣泛的傳感器之一，其測(cè)量的溫度范圍在-1802800 。熱電偶測(cè)量的準(zhǔn)確度和靈敏度都較高，尤其在高溫范圍內(nèi)有較高的精度。因此，熱電偶在一般的測(cè)量和控制系統(tǒng)中常用于中高溫區(qū)的溫度檢測(cè)。,4.3 傳感器,將熱電偶材料一端溫度保持恒定(稱為自由端)，而將另一端插在需要測(cè)溫的地方，這樣兩端的熱電勢(shì)就是被測(cè)溫度(工作端)的函數(shù)，測(cè)出這個(gè)電勢(shì)值就能確定被測(cè)溫度。熱電偶在使用中需要注意的一個(gè)重要問題是如何解決自由端溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。通常需采用補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接，補(bǔ)償導(dǎo)線的作用就是將熱電偶的自由端延長到距熱源較遠(yuǎn)、溫度比較穩(wěn)定的地方。,4.3 傳感器,對(duì)組成電偶的材料，必須是在測(cè)溫范圍內(nèi)有穩(wěn)定的化學(xué)與物理性質(zhì)，且熱電勢(shì)要大，溫度接近線性關(guān)系。 鉑及其合金屬于貴金屬，其組成的熱電偶價(jià)格最貴，但優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)非常穩(wěn)定；銅、康銅價(jià)格最便宜；鎳鉻考銅價(jià)格居中，而它的靈敏度最高。,4.3 傳感器,4集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是利用集成化技術(shù)把溫度傳感器(如熱敏晶體元件)與放大電路、補(bǔ)償電路等制作在同一芯片上的功能器件。這種傳感器輸出信號(hào)大，與溫度有較好的線性關(guān)系，且具有小型化、使用方便、測(cè)溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用日益廣泛。 集成溫度傳感器按輸出量的不同可分為電壓型和電流型兩種。這種傳感器具有絕對(duì)零度時(shí)輸出電量為零的特性，利用這一特性可制作絕對(duì)溫度測(cè)量儀。集成電路溫度傳感器的工作溫度范圍一般在-50150 。,4.3 傳感器,4.3.2 濕度傳感器 智能建筑中對(duì)濕度的檢測(cè)主要用于室內(nèi)外空氣濕度和風(fēng)道空氣濕度的檢測(cè)。濕度測(cè)量一般用濕敏元件，常用的濕敏元件有電阻式和電容式兩種。 1電阻式濕度傳感器 電阻式濕度傳感器主要利用高分子材料吸濕后電阻發(fā)生變化的特性制成，可以通過測(cè)出電阻值間接測(cè)出濕度。例如，硒膜濕度傳感器是利用硒薄膜具有較大的吸濕面這一特點(diǎn)研制而成的，即在絕緣管上鍍上一層鉑膜作為兩個(gè)電極，在兩個(gè)電極之間蒸發(fā)上硒，兩極間電阻大小隨著吸濕面上硒的濕度大小而變化。這種傳感器能在高濕度上連續(xù)使用，性能穩(wěn)定，并且可以用單個(gè)元件測(cè)量0100RH范圍的濕度。,4.3 傳感器,2電容式濕度傳感器 電容式濕度傳感器主要是利用高分子薄膜在吸濕后介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容發(fā)生改變的特性制成的。由于高分子薄膜可以做得很薄，容易吸收空氣中的水分，也容易將水分散發(fā)掉，這就決定了其滯后誤差小和響應(yīng)速度快。而且電容與濕度基本呈線性關(guān)系。電容式濕度傳感器元件尺寸小，響應(yīng)快，濕度系數(shù)小，有良好的穩(wěn)定性，因而也是常選用的濕度傳感器。,4.3 傳感器,4.3.3 壓力傳感器 在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中對(duì)壓力的檢測(cè)主要用于供回水管壓力、壓差，風(fēng)道靜壓和房間微正壓的檢測(cè)，有時(shí)也用來測(cè)量液位，如水箱的水位等。大部分的應(yīng)用屬于微壓測(cè)量，量程一般為05000 Pa。 壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)成電流或電壓的器件，可用于測(cè)量壓力和物體的位移。由于壓力測(cè)量的條件不同，測(cè)量精度的要求不同，因此所使用的傳感器件也不一樣。,4.3 傳感器,利用金屬材料的彈性制成彈性測(cè)壓元件是常用的一種方法。在智能建筑中最常用的彈性測(cè)量元件有彈簧、彈簧管、波紋管和彈性膜片。而上述測(cè)壓元件是先將壓力變化轉(zhuǎn)換成位移的變化，然后再將位移的變化通過磁電或其他電學(xué)的方法轉(zhuǎn)成能方便檢測(cè)、處理、顯示的電學(xué)量。 1電阻式壓差傳感器 電阻式壓差傳感器是將測(cè)壓彈性元件的輸出位移變換成電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)的位移，因而被測(cè)壓力的變化就可轉(zhuǎn)換成電位器阻值的變化。若把這個(gè)電位器與其他電阻接成橋路，當(dāng)阻值發(fā)生變化時(shí)，電橋輸出一不平衡電壓。,4.3 傳感器,2電容式壓差傳感器 電容式壓差傳感器是最常見的一種壓力傳感器。它是用兩塊彈性性能好的金屬平板作為差動(dòng)可變電容器的兩個(gè)活動(dòng)電極，被測(cè)壓力分別置于兩塊金屬平板兩側(cè)，在壓力的作用下能產(chǎn)生相應(yīng)位移。當(dāng)可動(dòng)極板與另一電極的距離發(fā)生變化時(shí)，則相應(yīng)的平板電容器的容量發(fā)生變化，最后由變送器將變化的電容轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流。,4.3 傳感器,3霍爾壓力傳感器 霍爾壓力傳感器是將彈性元件感受的壓力變化引起的位移通過霍爾元件轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)?；魻栐?shí)際上是一塊半導(dǎo)體元件，其賴以工作的物理基礎(chǔ)是霍爾效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)電荷受磁場中洛侖磁力作用產(chǎn)生電位，稱為霍爾電勢(shì)。當(dāng)霍爾元件隨壓力變化而運(yùn)動(dòng)時(shí)，則作用于霍爾片上的磁場強(qiáng)度變化，霍爾電勢(shì)也隨之變化，霍爾電勢(shì)的大小正比于位移的變化，這樣就可間接測(cè)壓力。,4.3 傳感器,4壓電傳感器 有些電介材料在一定方向上受到外力作用而變形時(shí)，在其表面會(huì)產(chǎn)生電荷，當(dāng)去掉外力時(shí)，它又會(huì)重新返回不帶電的狀態(tài)，這種機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。利用壓電現(xiàn)象可實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。壓電傳感器是利用某些材料的壓電效應(yīng)原理制成的，具有這種效應(yīng)的材料有壓電陶瓷、壓電晶體等。 壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點(diǎn)。由于它沒有運(yùn)動(dòng)部件，因此結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可靠性和穩(wěn)定性高。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測(cè)量最終變換為力的非電物理量，如動(dòng)態(tài)力、動(dòng)態(tài)壓力、振動(dòng)加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)測(cè)量。,4.3 傳感器,4.3.4 流量傳感器 流量數(shù)據(jù)是樓宇設(shè)備控制和工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的一個(gè)很重要的參數(shù)。在樓宇控制系統(tǒng)中主要有冷凍水流量、冷卻水流量、供熱蒸汽流量、風(fēng)道空氣流量等參數(shù)需要測(cè)量。感受流量的方法很多，常用的有節(jié)流式、渦流式、容積式、電磁式和超聲波式，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)精度、測(cè)量范圍的不同要求來選擇。,4.3 傳感器,1節(jié)流式流量傳感器 在被測(cè)管道上放一節(jié)流元件（如孔板等），流體流過這些阻擋體時(shí)流動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)流體對(duì)節(jié)流元件的推力和節(jié)流元件前后的壓力差，可以測(cè)定流量的大小。再把節(jié)流元件兩端的壓差或節(jié)流元件上的推力轉(zhuǎn)換成需求的電量。 孔板壓差式流量計(jì)、靶式流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)均屬于節(jié)流式流量傳感器。,4.3 傳感器,孔板壓差式流量計(jì)是在管道中安裝一孔板作為節(jié)流元件，當(dāng)流體經(jīng)過這一孔板時(shí)截流面縮小，測(cè)出孔板前后壓力差，把壓力差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流，就可測(cè)量出液體流量。 靶式流量計(jì)則是把節(jié)流元件做成一懸掛在管道中央的一個(gè)小靶，輸出信號(hào)取自作用于靶上的壓力。 轉(zhuǎn)子流量計(jì)是把一個(gè)轉(zhuǎn)子放在圓錐形的測(cè)量管道中，當(dāng)被測(cè)流體自下而上流入時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的節(jié)流作用，在轉(zhuǎn)子前后會(huì)產(chǎn)生一壓差，而轉(zhuǎn)子在這個(gè)壓差的作用下上下移動(dòng)，把轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，也就直接反映了流量的大小。,4.3 傳感器,2渦流式流量傳感器 該流量計(jì)則是在導(dǎo)管中心軸上安裝一個(gè)渦輪裝置，液體流過管道時(shí)推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而渦輪的轉(zhuǎn)速正比于液體的流量。渦輪在管道里轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速只能通過非接觸的電磁感應(yīng)方法才能測(cè)出。渦輪的葉片采用導(dǎo)磁材料制成，在非導(dǎo)磁材料做成的導(dǎo)管外面安放一組套有感應(yīng)線圈的磁鐵。渦輪旋轉(zhuǎn)，每片葉片經(jīng)過磁鐵下面都會(huì)改變磁鐵的磁通量，磁通量變化感應(yīng)出電脈沖。在一定流量范圍內(nèi)，產(chǎn)生的電脈沖數(shù)量與流量成正比。 為了保證流體沿軸向推動(dòng)渦輪，以提高測(cè)量精度，在渦輪前后均裝有導(dǎo)流器。盡管如此，還要求在渦輪流量計(jì)前后安裝一段直管，入口直段的長度應(yīng)為管徑的10倍，出口長度應(yīng)為管徑的5倍。,4.3 傳感器,3容積式流量傳感器 常用的為橢圓齒輪流量計(jì)，它靠一對(duì)加工精良的橢圓齒輪在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期里，排出一定的液體，只要累計(jì)計(jì)出齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，就可以得知一段時(shí)間內(nèi)的流體總量。這種流量計(jì)是按照固定的排出量計(jì)算流體的流量，只要橢圓齒輪加工精確，沒有腐蝕和磨損，則可達(dá)到極高的測(cè)量精度，一般可達(dá)到0.20.55，所以經(jīng)常作精密測(cè)量用。該流量計(jì)經(jīng)常用于高黏度的流體測(cè)量。,4.3 傳感器,4電磁式流量傳感器 電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理，以導(dǎo)電流體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為輸出的。電磁流量計(jì)的使用具有局限性，主要是由于要求所測(cè)的流體必須是電的導(dǎo)體。然而，這種傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)：由于在測(cè)量管道中沒有節(jié)流元件，因而其壓力損失??；其輸出信號(hào)與流速之間呈線性關(guān)系；在使用中具有工作可靠、精度高、測(cè)量范圍大、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。,4.3 傳感器,4.3.5 液位檢測(cè)傳感器 在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中，需要對(duì)供排水的水位、各種水箱的水位進(jìn)行檢測(cè)和控制。傳統(tǒng)的浮球開關(guān)作為開關(guān)量的傳感器，仍被廣泛用于液位的監(jiān)測(cè)，但它僅能對(duì)液位上限或下限進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)的傳感器可分為電阻式、電容式和壓力式幾種。,4.3 傳感器,1電阻式液位傳感器 電阻式液位傳感器是利用液體的電阻作為監(jiān)控的對(duì)象，在液體介質(zhì)中安裝幾個(gè)金屬接點(diǎn)，利用介質(zhì)的導(dǎo)電性接通檢測(cè)控制回路，檢測(cè)液體液位的高低。為了更精確地連續(xù)反映液位的高低，也可在容器內(nèi)置滑動(dòng)電阻器，隨著液位升降，滑動(dòng)電阻器的阻值也相應(yīng)發(fā)生變化。,4.3 傳感器,2電容式液位傳感器 電容式液位傳感器是用以對(duì)液位進(jìn)行連續(xù)精密測(cè)量的儀器。它用