袁 泉， 周曉東

淺談暖通空調(diào)專業(yè)自控原理圖的編制

袁 泉， 周曉東

（啟迪設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 蘇州 215021）

自控原理圖是設(shè)計院暖通空調(diào)專業(yè)設(shè)計圖紙的重要組成部分。根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求，結(jié)合建筑節(jié)能要求和工程設(shè)計實踐，針對主要的空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)提出了編制可用于設(shè)計院暖通專業(yè)出圖或給自控專業(yè)（自控工程公司）提資的自控原理圖的編制思路和具體例子。

自控原理圖； 設(shè)計； 暖通空調(diào)

0 引言

自控原理圖是民用和工業(yè)建筑暖通專業(yè)設(shè)計圖紙的重要組成部分，是暖通工程師對空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)節(jié)能運行設(shè)計思路的重要體現(xiàn)，也是暖通專業(yè)給自控專業(yè)或自控工程公司提供資料的主要依據(jù)?！犊照{(diào)系統(tǒng)控制》[1]是建筑行業(yè)內(nèi)廣泛參考的一本國標圖集，但是這本圖集實行于2002年，早于《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》（2008年版）[2]，也早于《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]和《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]，因此其適用性必然有很大局限性?！秾嵱霉峥照{(diào)設(shè)計手冊》（第二版）[5]第33章對暖通空調(diào)系統(tǒng)的常用傳感器、執(zhí)行器以及主要設(shè)備和機房的控制做了闡述，對設(shè)計人員有很好的參考價值。但是它的出版時間在《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》（2008年版）[2]和《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]之前，后兩本規(guī)范的相關(guān)條文尚無法完全體現(xiàn)在這本設(shè)計手冊中。因此，目前尚未有根據(jù)上述三本國家規(guī)范編制的可供行業(yè)內(nèi)工程設(shè)計人員廣泛參考的設(shè)計資料或設(shè)計圖集。

1 編制依據(jù)

如引言所述，暖通專業(yè)自控原理圖的編制依據(jù)主要是《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》[2]、《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）[3]、《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]以及各種相關(guān)的地方規(guī)范?！犊照{(diào)系統(tǒng)控制》[1[5]是圖紙編制的重要參考資料。《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》（2008年版）[2]第4.7.7.5條規(guī)定：空調(diào)、制冷系統(tǒng)有自動監(jiān)控時，宜繪制控制原理圖，圖中以圖例繪出設(shè)備、傳感器及執(zhí)行器位置；說明控制要求和必要的控制參數(shù)。與《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》（2008年版）[2]相比，《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2015）[3]、《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]分別用一節(jié)和一章的篇幅對暖通空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)的監(jiān)測和控制做了具體規(guī)定，內(nèi)容不僅包括監(jiān)控系統(tǒng)的元器件—傳感器和執(zhí)行器的限制性規(guī)定，還包括風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的監(jiān)測要求。《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]重點突出了節(jié)能運行和用能計量的要求。據(jù)建筑體量及使用功能確定空調(diào)末端及系統(tǒng)的監(jiān)控方式和內(nèi)容，在與業(yè)主確認后進行自控原理圖的設(shè)計。為闡述方便，下文中只討論按DDC系統(tǒng)編制原理圖的方法，對于中小型建筑內(nèi)設(shè)備選用儀表控制的方式，以往論文討論很多，這里不再述及。

2.1.1 風機盤管的監(jiān)控

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]第5.5.9條和《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]第9.4.6條的規(guī)定，對于通常的末端變水量系統(tǒng)，風機盤管的控制采用常閉式電動兩通閥和三檔風速溫控器結(jié)合的控制方式。對于設(shè)置樓宇自控系統(tǒng)的大中型建筑，可采用具有與BA系統(tǒng)實現(xiàn)通信功能的溫控器。對于不設(shè)置樓宇自控系統(tǒng)的中小型建筑，采用實現(xiàn)就地控制的溫控器即可。圖1為四管制風機盤管的控制原理圖。當溫控器只需實現(xiàn)就地控制時，取消與BA系統(tǒng)的通信示意即可。

2 圖紙內(nèi)容

根據(jù)《空調(diào)系統(tǒng)控制》[1]的內(nèi)容，自控原理圖應(yīng)包括空調(diào)末端，風機，水泵，機房群控的控制內(nèi)容。同樣按這四大項內(nèi)容來組織整套自控原理圖的設(shè)計，只是在設(shè)計過程中結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范的要求，并力爭體現(xiàn)空調(diào)控制技術(shù)的進步和發(fā)展。

2.1 空調(diào)末端的監(jiān)控

通常所說的空調(diào)末端包括風機盤管，吊裝式空調(diào)器和新風空調(diào)器，組合式空氣處理機組和組合式新風機組，VAV BOX等?？照{(diào)末端的監(jiān)控運行是樓宇控制系統(tǒng)的一部分，因此其方式和內(nèi)容與整個建筑物的樓宇控制要求有關(guān)。所以在確定空調(diào)末端及系統(tǒng)的監(jiān)控方式前必須了解業(yè)主對整個樓宇控制的要求?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]第5.5.3規(guī)定：對建筑面積20000m2以上的全空氣調(diào)節(jié)建筑，在條件許可的情況下，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、通風系統(tǒng)，以及冷、熱源系統(tǒng)宜采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）。根據(jù)該條文及相應(yīng)的條文解釋，可以根

圖1 四管制風機盤管的控制原理圖

用于辦公或酒店客房的風機盤管，可通過增加人體感應(yīng)器，窗磁感應(yīng)器功能和時間運行模式控制的方法實現(xiàn)運行節(jié)能。溫控器能接受無線窗磁感應(yīng)器、無線移動感應(yīng)器的信號，判斷窗是否打開，室內(nèi)是否有人。當窗打開或室內(nèi)無人時，溫控器溫度設(shè)置到28℃（夏季）或16℃（冬季）或把風速設(shè)到最小風速。當窗關(guān)閉或室內(nèi)有人時，溫控器恢復(fù)到正常設(shè)置。風機盤管的時間運行模式控制方法：BA系統(tǒng)可以根據(jù)各區(qū)域的工作需要為該區(qū)域的風機盤管設(shè)置獨立的定時時間表，設(shè)置每周7天（或其他天數(shù)）的工作模式，每天允許有若干個開關(guān)機時間點和相應(yīng)的工作模式。當風機盤管需要增加上述功能時，在原理圖的說明中增加即可。

表1 空調(diào)末端常用監(jiān)控參數(shù)的信號類型

2.1.2 吊裝式空調(diào)末端和組合式空調(diào)末端的監(jiān)控

吊裝式空調(diào)末端和組合式空調(diào)末端的監(jiān)控可以根據(jù)建筑是否設(shè)樓宇控制系統(tǒng)來確定采用獨立的還是聯(lián)網(wǎng)的DDC控制器。對于每個末端，首先根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]第5.5節(jié)和《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]第9.4節(jié)的要求確定監(jiān)測和控制的參數(shù)，確定輸入輸出的數(shù)字量和模擬量。

根據(jù)設(shè)計要求，明確對每個空調(diào)末端的監(jiān)控參數(shù)以后，便可以根據(jù)表1編制監(jiān)控點位表。圖2是某工程中一臺兩管制變風量熱回收新風機組的控制原理圖和點位表。該機組采用的換熱元件是熱管或板翅式，也未設(shè)旁通。如采用轉(zhuǎn)輪，則監(jiān)控點位還需要增加轉(zhuǎn)輪的啟停控制和旁通電動閥的控制。

圖2 兩管制變風量熱回收新風機組的控制原理圖

點位表編制完成以后，需要描述監(jiān)控原理說明。監(jiān)控原理說明要明確哪些輸入?yún)?shù)要顯示，哪些不要顯示；哪些輸出參數(shù)是由哪些輸入?yún)?shù)控制的以及其他要求。圖2的這臺熱回收新風機組的監(jiān)控原理說明如下：1）監(jiān)測送風溫度、壓力，風機啟停及其手/自動狀態(tài)、故障狀態(tài),變頻器狀態(tài)，過濾器壓差，以上內(nèi)容應(yīng)能在DDC上顯示。2）控制對象：風機啟停及轉(zhuǎn)速、電動水閥開度、新排風閥的開關(guān)。控制方法：送風溫度是通過調(diào)節(jié)電動水閥的開度來保證其設(shè)定值。根據(jù)房間CO2濃度和送風壓力通過變頻器控制風機轉(zhuǎn)速，CO2濃度控制優(yōu)先。根據(jù)室外溫度，選擇是否進入全新風模式。在全新風模式下，關(guān)閉水閥。在非全新風模式下，根據(jù)室外溫度，選擇冷/熱水電動兩通水閥的開閉。3）聯(lián)鎖及保護:風機啟停相應(yīng)新、排風電動閥聯(lián)動開閉。過濾器壓差超過設(shè)定值報警，提醒更換過濾器。圖2和相應(yīng)的監(jiān)控原理說明就組成了這臺熱回收新風機組完整的自控原理圖。

2.1.3 VAV BOX的監(jiān)控

變風量空調(diào)系統(tǒng)的送風末端VAV BOX有單風道型，串聯(lián)風機動力型，并聯(lián)風機動力型等多種類型。VAV BOX控制器是與VAV BOX配套的定型產(chǎn)品，它包括安裝在室內(nèi)墻上的溫度設(shè)定器和安裝在VAV BOX上的DDC控制器兩部分組成。溫度設(shè)定器內(nèi)有室內(nèi)溫度傳感器。溫度實測值和設(shè)定值的差值被送到控制器中去控制風閥開度，進而實現(xiàn)風系統(tǒng)的變風量。所以對于DDC控制器來說，其輸入信號包括：室內(nèi)溫度實測值（AI），室溫設(shè)定值（AI），VAV BOX的一次風量實測值（AI），電動風閥開度（AI），串并聯(lián)風機型VAV BOX還有風機運行狀態(tài)和故障信號（2DI），對于帶熱水再熱盤管的VAV BOX還有電動兩通閥的狀態(tài)信號（DI）；輸出信號包括：電動風閥開度調(diào)節(jié)（AO），串并聯(lián)風機型VAV BOX還有風機啟?？刂疲―O），熱水再熱盤管的電動兩通閥的通斷控制信號（DO）。其控制邏輯包括：根據(jù)室內(nèi)溫度實測值和室溫設(shè)定值的差值控制電動風閥開度；根據(jù)室內(nèi)溫度控制熱水再熱盤管的電動兩通閥的通斷，根據(jù)一次風量控制風機啟停。需要說明的是，電動兩通閥的通斷控制有時還和室外溫度或季節(jié)轉(zhuǎn)換信號有關(guān)，風機的啟停和最小新風量的設(shè)定有關(guān)，需要設(shè)計人員詳細了解設(shè)計選用的VAV BOX的性能。其控制原理圖如圖3所示。

2.2 風機和水泵的監(jiān)控

水泵通常設(shè)在制冷機房和鍋爐房（換熱間）內(nèi)，其監(jiān)控可納入機房群控部分，在機房群控部分再詳細述及。通風機分布在整個建筑物的各個樓層，按是否用于消防可分為非消防風機和消防風機。消防風機配消防電源，一般有就地啟停、火災(zāi)報警信號聯(lián)動啟停和由消控中心強制啟停三種啟停方式。樓宇自控系統(tǒng)一般只監(jiān)測其啟停狀態(tài)，因此只要把消防風機的運行狀態(tài)信號（DI）接入樓層的DDC控制器即可。

圖3 某變風量空調(diào)系統(tǒng)控制原理圖

圖4 風機水泵控制系統(tǒng)示意圖

非消防風機接入DDC控制器的信號也比較少，一般有風機運行狀態(tài)信號和風機故障報警（2DI）、風機進出口壓差（AI）、風機啟?？刂疲―O）。如果是變頻風機，一般還有控制變頻的信號輸入，如用于地下車庫的通風機常根據(jù)車庫內(nèi)CO濃度進行風機頻率的控制，那就在上述4個信號的基礎(chǔ)上多一個CO濃度信號（AI）和變頻器的控制和頻率反饋信號（AI+AO）。當通風機用于事故通風時，還有事故信號輸入，如燃氣探測傳感器信號（DI），同時輸出聲、光等報警信號（DO）。監(jiān)控原理說明中同時也要說明輸入信號和輸出信號的邏輯關(guān)系，作為DDC控制器編程的依據(jù)。風機水泵的控制示意圖如圖4所示。

2.3 機房群控

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》（GB50189-2005）[3]第5.5節(jié)，《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50736-2012）[4]第9.5節(jié)對空調(diào)冷熱源及其水系統(tǒng)的檢測和監(jiān)控做了規(guī)定。歸納起來是三個內(nèi)容：一是設(shè)備進出口的介質(zhì)參數(shù)檢測；二是運行的管理（設(shè)備的運行臺數(shù)控制，水泵等的變速控制等）；三是用能的計量要求。

圖5是某工程的冷凍機房的群控原理圖。圖中送入DDC控制器的介質(zhì)參數(shù)有冷凍水和冷卻水供回水溫度，冷凍水供回水壓差，共五個。（對于冷水機組進出口的溫度、壓力參數(shù)，BA系統(tǒng)可通過冷水機組單元控制器讀?。τ谠O(shè)備進出口的介質(zhì)參數(shù)的檢測，可以通過溫度計、壓力表、壓差計、流量計等現(xiàn)場讀取讀數(shù)，需要遠程讀取的參數(shù)才需要設(shè)置相應(yīng)的傳感器和變送器，把信號送入DDC控制器，在控制機房顯示或作為電動閥門等動作的輸入信號。由于傳感器、變送器比現(xiàn)場設(shè)置的溫度計、壓力表等造價高，故暖通工程師要根據(jù)必要性選取輸入DDC控制器的介質(zhì)參數(shù)數(shù)量，以免引起造價的無謂增加。

圖5 某機房冷凍機房的群控原理圖

設(shè)備運行管理由自控原理圖的控制邏輯說明部分來表達。圖3的說明內(nèi)容包括：1）參數(shù)監(jiān)測：冷凍水、冷卻水供回水溫度，冷凍水供回水壓差。2）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障報警：冷水機組、冷水循環(huán)泵、冷卻塔、冷卻泵、水處理器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測及故障報警。3）連鎖啟停：冷水機組、冷水循環(huán)泵、冷卻塔、冷卻泵進行連鎖啟停，即啟動:先開啟冷卻系統(tǒng)：冷卻塔電動蝶閥開啟,冷卻水管路電動蝶閥開啟,開啟冷卻泵和冷卻塔風機。再開啟冷凍水系統(tǒng)：冷凍水管路電動蝶閥開啟,冷凍泵開啟,兩條管路的水流開關(guān)信號開啟冷水機組。停止:先停止冷水機組,停止冷凍泵,關(guān)閉冷凍水電動蝶閥,停止冷卻泵,冷卻塔風機，冷卻水管路電動蝶閥。4）運行臺數(shù)優(yōu)化控制：根據(jù)冷凍水供回水溫度和流量，計算空調(diào)實際冷負荷，并根據(jù)冷負荷確定冷水機組啟停臺數(shù)，達到最佳節(jié)能效果。5）冷卻塔運行控制：根據(jù)冷卻水回水溫度，決定冷卻塔風機運行臺數(shù)并自動啟停冷卻塔風機；通過控制旁通電動調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)流入冷卻塔的水量。當冷卻水出水溫度低于20℃時，自動關(guān)閉一臺冷卻塔風機。DDC控制器應(yīng)能實現(xiàn)冷卻塔的排污控制（定時）。6）根據(jù)室外溫度，通過主機的單元控制器可以實現(xiàn)供水溫度的設(shè)定。對照規(guī)范要求，可以看到，該圖的信號選取和控制邏輯基本符合規(guī)范要求。

本例的用能計量包括：膨脹水箱和冷卻塔的補水量，各主干管的用冷量計量。以上計量信號均需要遠傳計量，故其信號輸入DDC控制器。

從上述可以看到，機房群控的原理圖設(shè)計和暖通系統(tǒng)的形式關(guān)系不大。無論是一次泵系統(tǒng)還是二次泵系統(tǒng)，也無論是冰蓄冷系統(tǒng)還是地源熱泵系統(tǒng)，只要確定輸入輸出的信號種類和數(shù)量，明確控制邏輯，就可以給自控專業(yè)提供暖通專業(yè)想要的控制要求。

2.4 其他要說明的問題

2.4.1 傳感器

空氣和水的溫度、壓力等物理量需要通過相應(yīng)的傳感器變成電流、電壓信號后才能傳輸至控制器，所以，設(shè)計過程中選用合適的傳感器至關(guān)重要。由于暖通專業(yè)涉及的介質(zhì)種類單一，其溫度、壓力范圍相對固定，故一般只要在傳感器的材料表中注明溫度、壓力范圍即可。需要注意的是傳感器的安裝位置和特殊場合傳感器的選用，如壁掛式空氣溫度傳感器應(yīng)避免陽光直射和送風氣流干擾；室外溫度傳感器應(yīng)設(shè)置在防日光直射和無風速影響處；風道內(nèi)空氣含有易燃易爆物質(zhì)時應(yīng)采用本安型溫度傳感器；測壓點位置應(yīng)選在直管段上不形成漩渦的地方等。

2.4.2 執(zhí)行器

暖通專業(yè)采用的執(zhí)行器包括電動風閥，電動水閥，電磁閥等。要注意電動閥門的電壓等級，是開關(guān)型閥門還是調(diào)節(jié)型閥門。調(diào)節(jié)型閥門要注明調(diào)節(jié)特性。

2.4.3 成套設(shè)備自帶的控制器與BA系統(tǒng)的協(xié)議

冷水機組、鍋爐等配備自動控制器的成套設(shè)備，其與BA系統(tǒng)的通信有一個協(xié)議的問題。設(shè)計說明中要注明成套設(shè)備的供應(yīng)商應(yīng)注意設(shè)備與BA系統(tǒng)的通信協(xié)議，保證BA系統(tǒng)能監(jiān)控該成套設(shè)備。

3 結(jié)語

（1）暖通專業(yè)自控原理圖編制的目的是為自控專業(yè)或自控工程公司提供本專業(yè)需要的參數(shù)監(jiān)測和設(shè)備運行管理效果。原理圖的編制依據(jù)是國家規(guī)范以及各地方規(guī)范。

（2）在確定介質(zhì)參數(shù)監(jiān)測時，需要考慮必要性和造價兩方面因素，避免遠傳多余的參數(shù)。

（3）制定控制邏輯時，要簡單有效，避免復(fù)雜，繁瑣而達不到效果。

[1]02X201-1，空調(diào)系統(tǒng)控制[S].

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定[Z].北京：中國計劃出版社，2008.

[3]GB50189-2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].

[4]GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].

[5]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].2版.北京.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Study on the Design of HVAC Automation Schematic Drawings

YUAN Quan，ZHOU Xiao-dong

（Tus-Design Group Co.，Ltd，Suzhou 215021，China）

Automation schematic drawing is the important component to HVAC in design institutes.According to the nowadays design codes，the author gives some design thinking route and detail examples which based on the energy-saving requirement and project practice.

automation schematic drawing； design； HVAC

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.016

TP273

B

2095-3429（2017）04-0073-07

袁 泉（1980-），女，黑龍江人，碩士研究生，高級工程師，副主任工程師。

2017-06-23

修回日期：2017-07-28