陈延祥

（德州亚太集团有限公司，山东 德州 253000）

暖通空调自动控制系统的现状综述

陈延祥

（德州亚太集团有限公司，山东 德州 253000）

随着住户对居住环境日益严苛的要求，暖通空调自动控制系统变得日益重要，我国也制定了相应的标准，对该系统进行了规范化管理。文章回顾了我国的暖通空调自动控制系统的发展历程，并着重讲解了目前正在使用的自动控制技术，最后提出了对于暖通空调自动控制系统发展趋势的展望，以供参考。

暖通空调；自动控制；现状

暖通空调系统，即HVAC（Heating，Ventilating and Air Conditioning），是现代建筑中不可缺少的室内环境调节系统。目前，广泛认为暖通空调系统的主要功能有三个：室内空气调节、室内温度控制以及通风。在现代化的建筑设计中，常常将上述的暖通空调功能进行统筹、整合设计，这就对暖通空调系统的自动化运行提出了更高的要求。上文所述的“自动控制”，采用国标《采暖通风与空气调节属于标准GB50155-92》中的定义，是指“在无人直接参与下，采用控制装置是被控设备、系统、生产过程或环境按照预定的方式运行或使被控参数保持规定值的操作”。对这一定义进行分析我们可知，暖通空调自动调节系统，应当具有以下几个方面的内涵：①作为一个系统而言，暖通空调自动控制系统的各个组成环节或装置，应当具有相应的逻辑关系，在这样的关系之下，其可以被称之为“系统”；②这一系统所作用或针对的对象，应当是目标建筑物的环境、工业控制过程、暖通系统以及空调等装备，即暖通空调系统所涉及到的一切环境以及装置；③这一系统所追求的最终目标，应当是使被控制的暖通装置按照预想的方式进行运行，并且保持目标环境的各项参数符合预期并且保持稳定；④自动控制，应当具有双重含义：A.保证暖通系统的工作状态随环境参数而实时改变；B.这一改变过程不需要人的参与。

1　我国暖通空调自动控制系统的发展

在我国，暖通空调自动调节系统的发展大致可分为四个阶段。

（1）设备集中化管理控制阶段。这是暖通空调自动控制系统发展的雏形阶段。集中化管理控制，是指使用传统的电力设备，如继电器、开关等，将建筑各项暖通装置的控制开关延伸到一个集中的地方，一般而言是控制间中，然后通过声、光等信号对各种设备的运行状态进行指示。管理人员根据建筑环境的变化，而对空调设施的运行状态进行调节，最终实现对空调暖通系统的集中控制。严格地说，设备集中化管理控制系统不能被称为自动控制系统，但这一系统却为暖通自动化控制系统提供了思路与雏形。

（2）模拟仪表控制系统。模拟仪表控制系统诞生于20世纪80年代之前，其通过各项各种装置对室内空气环境进行调节，对室内环境的各项参数进行监测，将检测结果返回系统，并根据这一检测数值对暖通装置的工作状态进行调节。这一系统为以后的暖通自动调节系统奠定了基本的思路，对暖通自动控制系统的发展具有重要的意义。上述的系统是一个最基本的反馈调节系统，在室内暖通系统的设计中，这一反馈调节系统往往通过弱电系统进行控制。这一系统的核心是控制器，其控制着整个系统中各项暖通设备的开关启停与运行状态。在此系统中，最常见的控制器有PID控制器（比例积分微分控制器）、P控制器（比例控制器）、PI控制器（比例积分控制器），较为简单地有双位控制器（即简单的开关控制器）等。模拟仪表控制系统是一种较为陈旧的控制系统，但由于其设计思路简单、可靠性高且应用较为广泛，再加上各项控制装置技术的革新，因此，即使在今天，也可以见到一些模拟仪表控制系统的应用案例。

（3）集散式监控系统。在20世纪80年代初，集散式控制系统被引入我国的暖通设计中。集散式控制系统，是指在模拟仪表控制系统的基础上，采用更加先进的数字化信息传输技术，代替了传统模拟仪表控制系统的参数传递方式，使集中控制系统的性能得到了较大幅度地提升。数字化信息传输，是指将传感器所输出的信号通过数字化传输的形式输入集中控制计算机中，从而实现对设备的集中控制。集散式监控系统，使得显示界面更加人性化和高效化，使操作者可以一目了然地知道目前系统运行状况，大大提高了系统运行效率，使得暖通自动化控制系统在大型建筑中的应用成为可能。

（4）直接数字控制系统。直接数字控制系统，其核心是直接数字控制器，简称DDC控制器。直接数字控制器的使用，使得暖通自动控制系统的性能得到了大幅提升。直接数字控制系统仍是目前世界主流的暖通控制系统，并且在我国应用广泛。DDC控制器，其核心是微处理器。DDC控制器通过对检测信号进行捕捉，通过A/D转换器将信号转换为微处理器可识别的形式并且输入到微处理器中，在微处理器中进行加工与处理，得到的结果再通过D/A转换器进行转换，之后通过输出端输出控制信号，实现对暖通系统的控制。DDC控制器的控制原理示意图如图1所示［1］。

图1　DDC控制器原理示意图

基于DDC控制器，可实现DDC系统网络的架构。目前应用较为普遍的DDC网络架构主要有BUS总线以及环流结构两种方式。这两种架构方式都有着自己的特点，其中，BUS总线结构的应用原理比较简明，其通过一条主线连接多个BUS控制器，以实现对设备的集中监控与管理。在BUS总线中还可以产生分支，以连接支线BUS总线结构（见图2）。这种连接方法对于DDC控制器使用不多的系统，可以说非常简单便捷且便于施工人员的理解，但如果DDC控制器使用数量较多，则对于网络技术的要求较高，需要在一定的技术条件下进行使用。

环流结构的设计主要是有利于系统的扩充，其通过环网接口可以很方便的将新增加的DDC控制器加入新的环网中并且实现与系统的连接。目前BUS总线连接方式较为普遍。

图2　BUS总线连接方式示意图

2　暖通空调自动控制系统的发展趋势

以上介绍了暖通空调自动控制系统的发展历程与现状，以下介绍空调暖通自动控制系统的发展趋势。目前，信息化社会成为了当今社会的技术主流，空调暖通系统也应当跟随主流发展。空调暖通自动调节系统，其发展趋势主要由以下三个方面。

（1）网络化与数字化［2］。随着当前社会的发展，网络在日常生活中起到了日益重要的作用。空调暖通系统，作为现代建筑室内环境中非常重要的组成部分，其在人类生活中的作用不可替代。暖通空调自动控制系统的信号传输方式、人机交互方式等都会向网络化与数字化方向发展。

（2）更加优化的人机交互界面。作为身为人类服务的暖通系统而言，人机交互界面是其重要的组成部分。对于竞争日益激烈的现代社会，更加优化的人机交互界面无疑意味着更多消费者的认可。

（3）更加精确合理的参数范围。如今的时代是大数据的时代，基于对大量数据的收集以及计算，可以更加精确地了解住户对各项空气环境参数的需求，并通过功能强大的自动控制系统，更加精确地对各项暖通装置做出控制，符合人们对暖通系统的需求。

3　结束语

文章回顾了我国暖通空调自动控制系统的发展历程，对几种重要的自动控制形式做了简要说明。同时，重点针对目前仍在使用的直接数字控制系统做了详细介绍。最后，提出了暖通空调自动控制系统的发展趋势，对今后的工程应用有着参考意义。

［1］潘云钢.我国暖通空调自动控制系统的现状与发展［J］.暖通空调，2012，42（11）：1-8.

［2］唐兴亮，唐中华.空调系统节能运行自动控制的应用研究［J］.制冷与空调（四川），2015，（6）：724-728.

U666.12+4

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1671-3818（2016）09-00101-02