4建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,建筑弱電應用技術(shù),項目,4,建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),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,1,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,2,4.3,傳感器,3,4.4,典型執(zhí)行機構(gòu),4,1.1,計算機網(wǎng)絡概述,4.5,BAS,各子系統(tǒng)的監(jiān)測與控制,5,4.6,BAS,中央控制室,6,【,知識點,】,BAS,的功用及構(gòu)成,;,基本,PID,控制,;,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,;,傳感器、執(zhí)行器和,DDC,控制器；,BAS,各子系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)與控制方法。,【,能力目標,】,1,掌握,BAS,的構(gòu)成、,DDC,

2、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)，,是對建筑物或建筑群內(nèi)的建筑設(shè)備進行運行和節(jié)能的監(jiān)測與控制。按,民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范,的劃分，建筑設(shè)備共有七個子系統(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),電梯和自動扶梯系統(tǒng)。,課題,4,建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),

3、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、電流等電氣信號并非最終目的，還需對被測物理量進行深入分析、比較和調(diào)整，達到對其進行有效控制的目的。,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)特性決定了整個樓宇控制系統(tǒng)的可靠性、有

4、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)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、容易實現(xiàn)，并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。對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)或外部負載等擾動因素不大，或者這些擾動能預先確定并能進行補償，則應盡量采用開環(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

5、用在干擾不強烈、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)。其特點是由輸入信號和輸出信號的偏差對系統(tǒng)進行控制，即系統(tǒng)的輸出量對控制量有直接的影響。將檢測出來的輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號相減的過程稱為負反饋。輸入信號,(,又稱給定值,),與反饋信號,(,又稱測量值,),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)控制的實質(zhì)即是利用負反饋的作用來減少系統(tǒng)的偏差。,4

6、.1,控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,應用在工程上就是通過測量元件對被控制對象的被控參數(shù)進行測量，與給定值進行比較，如有偏差，控制器就產(chǎn)生控制作用驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作，直到被控參數(shù)值滿足預定需求為止。,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，它具有自動修正被控量偏離給定值的能力，且精度高、適應面廣，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,樓控系統(tǒng)的控制性

7、能指標可以用穩(wěn)定性、能控性、能觀測性、穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性等來表征，相應地可以用穩(wěn)定裕度、穩(wěn)態(tài)指標、動態(tài)指標和綜合指標來衡量一個控制系統(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)部各種因素的擾動作用，使得平衡狀態(tài)被破壞以后，經(jīng)過自動調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。當系統(tǒng)受到擾動后，偏離了原來的平衡狀態(tài)，而在擾動消失以后，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.

8、1,控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,2,系統(tǒng)的能控性和能觀測性,控制系統(tǒng)的能控性和能觀測性在多變量最優(yōu)控制中是兩個重要的概念，能控性和能觀測性從狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的測辨能力兩個方面揭示了控制系統(tǒng)的兩個基本問題。,3,動態(tài)指標,在經(jīng)典控制理論中，用動態(tài)時域指標來衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。動態(tài)指標能夠比較直觀地反映控制系統(tǒng)的過渡過程特性，動態(tài)指標包括超調(diào)量,、,調(diào)節(jié)時間,ts,、,峰值時間,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,穩(wěn)態(tài)指標是衡量控

9、制系統(tǒng)精度的指標，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)的輸入信號的形式有關(guān)。,5,綜合指標,在現(xiàn)代控制理論中，如最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)常使用綜合性指標來衡量一個控制系統(tǒng)。選擇不同的性能指標，使得系統(tǒng)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等也不同。所以，設(shè)計時應當根據(jù)具體情況和要求，正確選擇性能指標。,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）,進行控制是連續(xù)系統(tǒng)控制理論中技術(shù)最成熟、應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，是在長期的工程實踐中總結(jié)出來的一套有效

10、的控制方法。,PID,調(diào)節(jié)在樓控系統(tǒng)中有著大量的應用。針對樓宇設(shè)備控制，由于難以建立精確的數(shù)學模型，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)驗進行在線調(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：當被調(diào)節(jié)參數(shù)與給定值有偏差時，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。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)器的特點是調(diào)節(jié)

11、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，特別是負載變化幅度較大時，殘余偏差更大。對于擾動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)是當被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時，

12、調(diào)節(jié)器輸出使調(diào)節(jié)機構(gòu)動作，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，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,積分時間常數(shù)；,e(t),調(diào)節(jié)器的輸入，它是測量值與給定值之差。,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,

13、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)的特點是當被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時，調(diào)節(jié)器的輸出信號不僅與輸入偏差保持比例關(guān)系，同時還與偏差存在的時間長短成比例，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。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,積分時間常數(shù)；,e(t),調(diào)節(jié)器的輸入，它是測量值與給定值之差。,4.1,控制系統(tǒng)基本原理及控制器調(diào)節(jié)特性,對于,PI,調(diào)節(jié)器，只要有偏差存在，積分調(diào)節(jié)就不斷起

14、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，又避免了積分調(diào)節(jié)響應慢的缺點，即靜態(tài)和動態(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)的特點是,:,當被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差時，調(diào)節(jié)器的輸出信號不僅與輸入偏差保持比例關(guān)系，同時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)；

15、,Td,微分時間常數(shù)；,e(t),調(diào)節(jié)器的輸入，它是測量值與給定值之差。,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，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，可以大大減少系統(tǒng)的動態(tài)偏差及調(diào)節(jié)時間，從而改善了過程的動態(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)的特點是,:,當被調(diào)參數(shù)與給定值發(fā)生偏差

16、時，調(diào)節(jié)器輸出信號不僅與輸入偏差信號大小及偏差存在時間長短有關(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,積分時間常數(shù)；,Td,微分時間常數(shù)；,e(t),調(diào)節(jié)器的輸入，它是測量值與給定值之差。,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，然后再進行積分，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,

17、調(diào)節(jié)常常用在慣性滯后大的場合，如溫度測量等。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、生活提供一個舒適的環(huán)境，為生產(chǎn)提供適宜條件。在特殊情況下，有時還要求對空氣的壓力、成分、氣味及噪聲進行調(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，要對調(diào)節(jié)的對象,空

18、氣的物理特性有所了解。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,將濕度、溫度、壓力等非電物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓、電流等電氣信號并非最終目的，還需對被測物理量進行深入分析、比較和調(diào)整，達到對其進行有效控制的目的。,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)、

19、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)?？諝庵兴魵獾牟煌繉斐刹煌目諝鉅顟B(tài)。濕空氣是我們生活的真實空氣環(huán)境，而空氣調(diào)節(jié)以濕空氣為對象，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,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,(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

20、力稱為壓強。而在空調(diào)工程中，習慣把壓強簡稱為壓力。大氣壓力,(,P),會隨著季節(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標準大氣壓，或稱物理大氣壓,它相當于,101.325,kPa(760 mmH2O)。,由于大氣壓力的不同，空氣的一些性質(zhì)也會有所不同。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,任何氣體分子，由于不停的熱運動的結(jié)果，使它們都具有一定的壓力。水蒸氣當然也不例外?？諝獾膲毫κ怯伤魵夂透煽諝夤餐饔玫慕Y(jié)果，兩種氣體各有自己的壓力，稱為分壓力，而兩者之和應該是空氣的總壓力。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

21、氣的多少，是空氣濕度的一個指標?？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應關(guān)系，這可以在熱工手冊中查到。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(2),溫度,溫度是表示空氣冷熱程度的指標，它反映了空氣分子熱運動的劇烈程度。一般用,t,表示攝氏溫度,(),，用,T,表示絕對溫度,(,K),二者之間的關(guān)系為：,T273+t,空氣溫度的高低對人體的舒適性和健康程度影響很大,它是衡量空氣環(huán)境對人體和生產(chǎn)是否合適的一個重要參數(shù)。一般居住條件的室溫，夏季應保持在,2527 ,，冬季應保持在,1620 ,。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,空氣溫度通常用干球溫度,(,t),和濕球溫度,(,t

22、sh,),來表示。普通的水銀（或酒精）溫度計的示值稱為干球溫度，也就是通常所說的溫度。用紗布將溫度計的溫包裹住，并保證紗布上始終浸潤著蒸餾水，由此來測量濕球溫度。由于濕空氣在未達到飽和之前，濕布上的水分就會蒸發(fā)，吸收了一部分汽化潛熱，所以濕球溫度計上的讀數(shù)總比干球溫度計的讀數(shù)低些。空氣的相對濕度愈小，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。比較這兩個溫度值便可計算出相對濕度。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(3),露點溫度,空氣在某一溫度下，如果水蒸氣達到飽和狀態(tài)即相對濕度等于,100,，此時，空氣中的水汽便開始結(jié)露凝結(jié)成水，對應的溫度稱為露點溫度。,可由空氣性質(zhì)從表中查出飽和含濕量對

23、應的溫度，這個溫度就是露點溫度,t1。,因此，根據(jù)空氣的含濕量可以確定露點溫度。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(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?絕對濕度,(,X),1 m3,濕空氣中含有的水氣量,(,kg)，,稱為空氣的絕對濕度，即,式中,GC,水汽的重量，,kg；,VC,濕空氣的體積，,m3。,絕對濕度實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，很難精確測量，因此在工程上一般不采用絕對濕度。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,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

24、以排除空氣溫度和水氣量變化時對濕度這個概念造成的影響，這種濕度習慣上稱為含濕量。,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,相對濕度,(,),在一定溫度下，濕空氣中水蒸氣的含量有一最大限度，超過這個限度，多余的水蒸氣就會凝結(jié)成水。相對濕度表示絕對濕度接近飽和絕對濕度的程度。通常用,Xb,來表示飽和絕對濕度,則相對濕度可以表示為,:,相對濕度的值在,0100%,范圍內(nèi)變化。在一定的溫度下，相對濕度愈大，空氣就愈潮濕；相對濕度愈小，空氣就愈干燥。在空

25、調(diào)中，相對濕度是衡量空氣環(huán)境的潮濕程度對人體和生產(chǎn)是否合適的一項重要指標。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(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。它的計算以,1,kg,干空氣為基礎(chǔ)，一般近似認為,0 ,時干空氣焓為零，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為,:,式中,ig,1 kg,干空氣焓；,ip,d kg,水蒸氣焓；,I(1+d) kg,濕空氣的焓值,kJkg。,I,i,g,+,i,p,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,空氣的焓主要

26、是由與空氣溫度有關(guān)的,t,項以及與含濕量有關(guān)的,d,項這兩部分組成。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,如果已知兩個相互獨立的空氣狀態(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，該圖的橫坐標為含濕量，縱坐標為溫度，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,圖4.9,焓濕圖,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,三個狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中兩個就可在圖中查得另外一個。例如,圖4.9,所示焓濕圖上有一點

27、,A，,過,A,點沿等濕線作一直線，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,點讀出空氣的焓濕量值，從,B,點可讀出水蒸氣分壓力值。將,BA,向下延長，交相對濕度為,100,的線于點,F，,過點,F,作一條等溫線，交溫度坐標軸于點,F，,則從,F,點可讀出露點溫度。,過,A,作一條等溫線，交溫度坐標軸于點,C，,則,C,點讀數(shù)為干球溫度。,過,A,作一條等焓線，交相對濕度為,100,的線于點,E，,交焓坐標軸于點,D，,從,D,點可讀出空氣的焓值。過,E,點作一條等溫線，交溫度坐標軸于點,E，,從,E,點可讀出空氣的濕球溫度。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,4.2

28、.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)控制就是針對以上幾部分進行監(jiān)視、測量及自動控制。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,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)備和風機等,),集中設(shè)置在空調(diào)機房內(nèi)，空氣經(jīng)處理后由風管送入各房間的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)便于集中管理、維護。在智能建筑中，一般采用集中式空調(diào)系統(tǒng)。對空氣的處理集中在專用的機房里，對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,(2),半集

29、中空調(diào)系統(tǒng),除了集中空調(diào)機房外，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入被調(diào)節(jié)房間前對來自集中處理設(shè)備的空氣做進一步的補充處理。其典型設(shè)備為風機盤管系統(tǒng)。,(3),全分散系統(tǒng),也稱局部空調(diào)機組，這種機組通常把冷、熱源和空氣處理、輸送設(shè)備,(,風機,),集中設(shè)置在一個箱體內(nèi)，形成一個緊湊的空調(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房，安裝方便，使用靈活。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,2,按負擔室內(nèi)熱濕負荷所用輸送介質(zhì)分類,(1),全空氣系統(tǒng),房間的全部負荷均由集中處理后的空氣負擔。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到消

30、除余熱、余濕的目的。因此，這種系統(tǒng)需要較大斷面的風道，占用建筑空間較多。定風量或變風量的集中式空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣系統(tǒng)。,(2),全水系統(tǒng),房間負荷全部由集中供應的冷、熱水負擔。由于水的比熱容比空氣大得多，所以在相同負荷的情況下，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,(3),空氣水系統(tǒng),即房間的負荷由集中處理的空氣負擔一部分，其他負荷由水作為介質(zhì)在送入空調(diào)房間前對空氣再次處理,(,加熱或冷卻,),的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是既可解決全空氣系統(tǒng)風道占用空間大的問題，又可以向空調(diào)房

31、間輸送一定量的新風來換氣，以改善空調(diào)房間的衛(wèi)生條件。常見的空氣水系統(tǒng)有空氣風機盤管機組系統(tǒng)、空氣水輻射板系統(tǒng)。,(4),制冷劑系統(tǒng),即室內(nèi)負荷由制冷和空調(diào)機組組合在一起的小型設(shè)備負擔。它按直接蒸發(fā)機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,3,按使用空氣的來源分類,(1),全回風式系統(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)的熱濕負荷。,(2),全新風系統(tǒng)（又稱直流式系統(tǒng)）,指全部采用室外新鮮空氣的系統(tǒng)，即新風經(jīng)處理后送入室內(nèi)，消除室內(nèi)的熱濕負荷后，再排到室外。,(3),新、回風混合式系統(tǒng),指采用一部分新鮮空氣和室

32、內(nèi)空氣（回風）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,4,按空氣流量狀態(tài)分類,(1),定風量系統(tǒng)即系統(tǒng)在運行過程中風量始終保持恒定。,(2),變風量系統(tǒng)即系統(tǒng)在運行過程中風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,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),進行熱濕處理的表面換熱器的供、回水管在供熱水或冷水時共用，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

33、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,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)水量由水泵的運行臺數(shù)決定。,(2),變水量系統(tǒng),在空調(diào)水系統(tǒng)中，終端設(shè)備常用電動二通閥，而電動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組相適應，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)電動旁通閥的開度，以保持冷水機組的恒

34、水量工作。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,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)是專為冷水機組或直接蒸發(fā)式空調(diào)機組而設(shè)置的。冷卻水帶走機組中的熱量，保證機組正常工作。,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組，帶走冷凝器的熱量，溫度升高的冷卻回水,(,通常設(shè)計為,37 ),被送至冷卻塔上部進行噴淋。由于冷卻塔風扇的轉(zhuǎn)動，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水箱進行補充。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(2),冷凍水系統(tǒng),冷凍水系

35、統(tǒng)是一個封閉的水循環(huán)系統(tǒng)。由冷水機組提供的,7 ,的冷凍水經(jīng)冷凍泵加壓后送入空調(diào)機組，在表冷器中與空氣進行熱濕處理，處理后的冷凍水溫度升高，并重新回到冷水機組進行冷凍處理。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(3),熱水系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)中的熱水系統(tǒng)也是一個封閉的水系統(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熱水經(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)機組，在表面換熱器,(,表冷器,),中與空氣進行熱濕處理，處理后的熱水溫度降低，并重新回到換熱器進行加熱處理。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,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)備對空氣進行

36、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)動的蒸汽壓縮式冷水機組，另一類是熱力驅(qū)動的吸收式冷水機組。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(1),壓縮式制冷,低壓制冷劑蒸汽在壓縮機內(nèi)被壓縮為高壓蒸汽后進入冷凝器，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換，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)制冷劑后進入蒸發(fā)器。在

37、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，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)器中進行相變時所吸收的汽化潛熱。,從壓縮機的結(jié)構(gòu)來看，壓縮式制冷大致可分為往復壓縮式、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也已開始在一些小型機組上逐漸應用。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,(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

38、常是溴化鋰水溶液，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。因此，通常溴化鋰制冷機組的蒸發(fā)溫度不可能低于,0 ,，從這一點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,從溴化鋰制冷機組的制冷循環(huán)中可以看出，它的用電設(shè)備主要是溶液泵，電量為,510,kW，,這與壓縮式冷水機組數(shù)百千瓦相比是微不足道的。因此，當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組；如果當?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)允許的話，還是應優(yōu)先選擇壓縮式冷水機組。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,2,熱源裝

39、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),冷熱水機組,直燃吸收式冷水機組,(,簡稱直燃機,),就是把鍋爐與溴化鋰吸收式冷水機組合二為一，通過燃氣或燃油產(chǎn)生制冷所需要的能量。直燃機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,直燃機由高低壓發(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

40、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入蒸發(fā)器，與熱水進行熱交換后變?yōu)槔渌M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，完成了一個供熱循環(huán)過程。在這一過程中，冷水泵停止運行。,4.2,空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識,一個樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)由測量變送裝置、計算處理裝置、執(zhí)行裝置幾個部分組成。系統(tǒng)通過傳感器完成對濕度、壓力和溫度等非電物理量的監(jiān)測，并將其轉(zhuǎn)換成相應的電學量，而變換后的電量作為被調(diào)參數(shù)送到計算處理裝置。計算處理裝置將被

41、調(diào)參數(shù)與設(shè)定值進行比較，出現(xiàn)偏差后，按系統(tǒng)的不同要求進行相應的調(diào)節(jié)，輸出控制信號，去控制執(zhí)行機構(gòu)的運行。,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，然后進行檢測，對于樓宇控制系統(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際問題的關(guān)鍵。,4.3,傳感器,系統(tǒng)需要的被測信號以輸出狀態(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，是指輸入信號為狀態(tài)信號，其信號電平只有兩種，即高電平和低電平。對于這類信號，只需經(jīng)放大、整形和電平轉(zhuǎn)換處理后，即可直接送入計算機系統(tǒng)。對于模擬量輸入，由于模擬信號的電壓或電流是連續(xù)變化的信號，因此對其

42、進行處理就比較復雜，在進行小信號放大、濾波量化等處理過程中須考慮干擾信號的抑制、轉(zhuǎn)換精度及非線性等諸多因素。這種信號在樓宇控制系統(tǒng)中主要有對溫度、濕度、壓力、流量、液位、濃度等的處理。同樣，樓宇控制系統(tǒng)對外部設(shè)備進行控制也需要開關(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)勞動時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，它實現(xiàn)兩種不同形式的量值之間的變換，目的是為了便于計量和檢測。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時間通常比傳感器響應時間大得多

43、，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,傳感器的精度應滿足系統(tǒng)控制及參數(shù)測量的要求,必須高于要求的過程控制精度,1,個等級。,2,傳感器量程,(1),溫度傳感器量程應為測點溫度的,1.21.5,倍。,(2),壓力（壓差）傳感器的工作壓力（壓差）應大于測點可能出現(xiàn)的最大壓力（壓差）的,1.5,倍，量程應為測點壓力（壓差）的,1.21.3,倍。,(3),流量傳感器量程應為系統(tǒng)最大流量的,1.21.3,倍，且應耐受管道介質(zhì)最大壓力，并能瞬態(tài)輸出。流量傳感器的安裝部位應滿足上游,10,D（,管徑）、下游,5,D,的直管段要求。當采用電磁流量計或渦輪流量計時，其精度宜為,

44、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按檢測氣體濃度進行選擇，一氧化碳氣體宜為,0300,ppm,或0500,ppm,，,二氧化碳氣體宜為,02000,ppm,或010000,ppm,。,(6),風量傳感器宜采用皮托管風量測量裝置，其測量的風速范圍應為,216,m/s,測量精度不應小于,5%,。,此外，傳感器應能反映現(xiàn)場的真實情況，如濕度傳感器應安裝在附近沒有熱源、水滴且空氣流通并能反映被測房間或風道空氣狀態(tài)的位置，其響應時間不應大于,150,s。,對于智能傳感器，應有以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線通信接口。,4.3,傳感器,4

45、.3.1,溫度傳感器,溫度是樓宇控制中一個非常重要的參數(shù)，溫度的自動調(diào)節(jié)不僅可給人們提供一個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量被測介質(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部分與被檢對象有良好的熱接觸，通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，這時，溫度傳感器的示值即表示被測對象的溫度。如熱電偶、熱電阻、半導體,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部分與被檢對象互不接觸。目前最常用的是通過輻射熱交換實現(xiàn)測溫，如紅外測溫傳感器等，通常用于高溫測量，如煉鋼爐內(nèi)溫度測量。,在樓

46、宇自動化中對溫度的檢測范圍為：,(1),室內(nèi)、室外氣溫,-4045 ,。,(2),風道氣溫,-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。它是利用金屬導體的電阻隨溫度變化的特性進行測溫的。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,Rt,t ,時電阻值；,R00 ,時電阻值；,電阻的溫度系數(shù)。,鉑具有耐氧化特性，在相當寬的溫度范圍

47、內(nèi)有相當好的穩(wěn)定性，且純度越高，電阻溫度特性越穩(wěn)定。但鉑電阻價格很高。,銅的特點是易氧化，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，銅電阻要更細更長，這使其機械強度差，體積也更大。,R,t,R。(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)定性能的測量回路可用鎳電阻傳感器；檔次低，只有一般要求時，可選用銅電阻傳感器。,在使用熱電阻測溫時，要充分注意熱電阻與外部導線的連接，在傳感器和控制器之間的引線過長會引起較大的測量誤差。引線電阻對鉑電阻不超過,

48、R0,的0.2,，對銅電阻不超過,R0,的0.1,。精密測量中則要考慮溫度誤差補償。,4.3,傳感器,2,熱敏電阻,利用半導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。半導體的電阻對溫度的感受靈敏度特別高。上述提及的銅電阻，當溫度每變化,1 ,，其阻值變化,0.4,0.6,；而熱敏電阻溫度每變化,1 ,，其阻值變化可達,2,6,，所以其靈敏度要比其他金屬電阻高一個數(shù)量級，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雜。如果是通過計算機對多個測點進行數(shù)據(jù)處理，有可能導致系統(tǒng)不能正常工作。此外，熱敏電阻的互換性差，這給系統(tǒng)的維護帶來

49、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急劇變化。,4.3,傳感器,3,熱電偶,兩種不同導體,A、B,接觸時，由于兩邊自由電子密度不同，連接成閉合回路時，在交界面上會產(chǎn)生電子的相互擴散，致使在,A、B,接觸處產(chǎn)生電場，以阻礙電子的進一步擴散，達到最后平衡。平衡時接觸電動勢取決于兩種材料的

50、性質(zhì)和接觸點的溫度。接點處溫度不同，回路中出現(xiàn)的熱電動勢也不同。通過測量電動勢來間接測取溫度的裝置稱為熱電偶。,熱電偶是溫度測量中使用最為廣泛的傳感器之一，其測量的溫度范圍在,-1802800 ,。熱電偶測量的準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，熱電偶在一般的測量和控制系統(tǒng)中常用于中高溫區(qū)的溫度檢測。,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溫的地方，這樣兩端的熱電勢就是被測溫度,(,工作端,),的函數(shù)，測出這個電勢值就能確定被測溫度。熱電偶在使用中需要注意的一個重要問題是如何解決自由端溫度補償?shù)膯栴}。通常需采用補償導線與熱

51、電偶連接，補償導線的作用就是將熱電偶的自由端延長到距熱源較遠、溫度比較穩(wěn)定的地方。,4.3,傳感器,對組成電偶的材料，必須是在測溫范圍內(nèi)有穩(wěn)定的化學與物理性質(zhì)，且熱電勢要大，溫度接近線性關(guān)系。,鉑及其合金屬于貴金屬，其組成的熱電偶價格最貴，但優(yōu)點是熱電勢非常穩(wěn)定；銅、康銅價格最便宜；鎳鉻考銅價格居中，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大，與溫度有較好的線性關(guān)系，且具有小型化、使用方便、測溫精度高等優(yōu)點，因此其應用日益廣泛。,集成溫度傳感器

52、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零度時輸出電量為零的特性，利用這一特性可制作絕對溫度測量儀。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,智能建筑中對濕度的檢測主要用于室內(nèi)外空氣濕度和風道空氣濕度的檢測。濕度測量一般用濕敏元件，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，可以通過測出電阻值間接測出濕度。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研制而成的，即在絕緣管上鍍上一層鉑膜作為兩個電極，在兩個電極之間蒸發(fā)上硒，兩極間

53、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，并且可以用單個元件測量,0100,RH,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)中對壓力的檢測主要用于供回水管壓力、壓差，

54、風道靜壓和房間微正壓的檢測，有時也用來測量液位，如水箱的水位等。大部分的應用屬于微壓測量，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，可用于測量壓力和物體的位移。由于壓力測量的條件不同，測量精度的要求不同，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壓元件是常用的一種方法。在智能建筑中最常用的彈性測量元件有彈簧、彈簧管、波紋管和彈性膜片。而上述測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的方法轉(zhuǎn)成能方便檢測、處理、顯示的電學量。,1,電阻式壓差傳感器,電阻式壓差傳感器是將測壓彈性元件的輸出位移變換成電阻

55、的滑動觸點的位移，因而被測壓力的變化就可轉(zhuǎn)換成電位器阻值的變化。若把這個電位器與其他電阻接成橋路，當阻值發(fā)生變化時，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可變電容器的兩個活動電極，被測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)生相應位移。當可動極板與另一電極的距離發(fā)生變化時，則相應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?；魻栐嶋H上是

56、一塊半導體元件，其賴以工作的物理基礎(chǔ)是霍爾效應。運動電荷受磁場中洛侖磁力作用產(chǎn)生電位，稱為霍爾電勢。當霍爾元件隨壓力變化而運動時，則作用于霍爾片上的磁場強度變化，霍爾電勢也隨之變化，霍爾電勢的大小正比于位移的變化，這樣就可間接測壓力。,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，在其表面會產(chǎn)生電荷，當去掉外力時，它又會重新返回不帶電的狀態(tài)，這種機械能轉(zhuǎn)變成電能的現(xiàn)象稱為壓電效應。利用壓電現(xiàn)象可實現(xiàn)非電量的測量。壓電傳感器是利用某些材料的壓電效應原理制成的，具有這種效應的材料有壓電陶瓷、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。由于它

57、沒有運動部件，因此結(jié)構(gòu)堅固，可靠性和穩(wěn)定性高。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終變換為力的非電物理量，如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)測量。,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、風道空氣流量等參數(shù)需要測量。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，使用時應根據(jù)精度、測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,在被測管道上放一節(jié)流元件（如孔板等），流體流過這些阻擋體時流動狀態(tài)會發(fā)生變化。根據(jù)流體對

58、節(jié)流元件的推力和節(jié)流元件前后的壓力差，可以測定流量的大小。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、靶式流量計和轉(zhuǎn)子流量計均屬于節(jié)流式流量傳感器。,4.3,傳感器,孔板壓差式流量計是在管道中安裝一孔板作為節(jié)流元件，當流體經(jīng)過這一孔板時截流面縮小，測出孔板前后壓力差，把壓力差轉(zhuǎn)換成相應的電壓或電流，就可測量出液體流量。,靶式流量計則是把節(jié)流元件做成一懸掛在管道中央的一個小靶，輸出信號取自作用于靶上的壓力。,轉(zhuǎn)子流量計是把一個轉(zhuǎn)子放在圓錐形的測量管道中，當被測流體自下而上流入時，由于轉(zhuǎn)子的節(jié)流作用，在轉(zhuǎn)子前后會產(chǎn)生一壓差，而轉(zhuǎn)子在這個壓差的作用下上下移動，把轉(zhuǎn)子

59、的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，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,該流量計則是在導管中心軸上安裝一個渦輪裝置，液體流過管道時推動渦輪轉(zhuǎn)動，而渦輪的轉(zhuǎn)速正比于液體的流量。渦輪在管道里轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速只能通過非接觸的電磁感應方法才能測出。渦輪的葉片采用導磁材料制成，在非導磁材料做成的導管外面安放一組套有感應線圈的磁鐵。渦輪旋轉(zhuǎn)，每片葉片經(jīng)過磁鐵下面都會改變磁鐵的磁通量，磁通量變化感應出電脈沖。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渦輪，以提高測量精度，在渦輪前后均裝有導流器。盡管如此，還要求在渦輪流量計前后安裝一段直管，入口直段的長度應為管徑的

60、,10,倍，出口長度應為管徑的,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，它靠一對加工精良的橢圓齒輪在一個轉(zhuǎn)動周期里，排出一定的液體，只要累計計出齒輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，就可以得知一段時間內(nèi)的流體總量。這種流量計是按照固定的排出量計算流體的流量，只要橢圓齒輪加工精確，沒有腐蝕和磨損，則可達到極高的測量精度，一般可達到,0.2,0.55,，所以經(jīng)常作精密測量用。該流量計經(jīng)常用于高黏度的流體測量。,4.3,傳感器,4,電磁式流量傳感器,電磁流量計是基于電磁感應原理，以導電流體切割磁力線產(chǎn)生的感應電勢為輸出的。電磁流量計的使用具有局限性，主要是由于要求所測的流體必須是電的導體。

61、然而，這種傳感器具有很多優(yōu)點：由于在測量管道中沒有節(jié)流元件，因而其壓力損失小；其輸出信號與流速之間呈線性關(guān)系；在使用中具有工作可靠、精度高、測量范圍大、反應速度快等特點。,4.3,傳感器,4.3.5,液位檢測傳感器,在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中，需要對供排水的水位、各種水箱的水位進行檢測和控制。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，但它僅能對液位上限或下限進行監(jiān)測。對液位進行實時連續(xù)監(jiān)測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)控的對象，在液體介質(zhì)中安裝幾個金屬接點，利用介質(zhì)的導電性接通檢測控制回路，檢測

62、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)置滑動電阻器，隨著液位升降，滑動電阻器的阻值也相應發(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液位進行連續(xù)精密測量的儀器。它用金屬棒和與之絕緣的金屬外筒作為兩電極，被測液體能夠進入內(nèi)外電極之間的空間中，液位的變化會改變電容介質(zhì)，從而會改變電容量。其所測量的電容量與液位值呈線性關(guān)系。,4.3,傳感器,3,壓力式液位傳感器,壓力式液位傳感器是在容器底部安裝一壓力傳感器，當液面發(fā)生變化時，液體產(chǎn)生的壓強也隨之改變。其壓力值與液位值呈對應線性關(guān)系，因此通過對壓力的測量即可得到液位值，達到測量液位的目的。,4.3,

63、傳感器,4.3.6,氣體成分傳感器,氣體成分傳感器主要是用于檢測空氣中,CO2、CO,和煤氣的含量通過與。,最常用的氣體成分傳感器為半導體氣體傳感器。,正常情況下，器件對氧吸附量為一定值，即半導體的載流子濃度是一定的，如異常氣體流到傳感器上，器件表面發(fā)生吸附變化，器件的載流子濃度也隨著發(fā)生變化，這樣就可測出異常氣體的濃度大小。半導體氣體傳感器具有制作和使用方便、價格便宜、響應快、靈敏度高的優(yōu)點，因此被廣泛地用在現(xiàn)代智能建筑的氣體監(jiān)控中。,4.3,傳感器,執(zhí)行機構(gòu)在系統(tǒng)中的作用是執(zhí)行控制器的命令，直接控制能量或物料等被測介質(zhì)的輸送量，是自動控制的終端主控元件。執(zhí)行機構(gòu)的功能是將控制器輸出的控制信

64、號（一般是電信號）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動作（一般可以是位移或角位移），由此驅(qū)動調(diào)節(jié)器，達到改變被調(diào)量的目的。它按執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動方式不同可分為氣動、電動、液動三種。在智能樓宇中常用電動執(zhí)行器。在氣體和液體的流動控制中，常用閥門來作為介質(zhì)流動的控制手段。要想實現(xiàn)自動化控制，就要對一些閥門、風門等元件實現(xiàn)自動控制。這就需要用到閥門和電動執(zhí)行器。,4.4,典型執(zhí)行機構(gòu),4.4.1,電磁閥,電磁閥是電動執(zhí)行器中比較常用的一種，它利用電磁鐵的吸合和釋放對閥門作通、斷兩種狀態(tài)的控制。 電磁閥有直動式和先導式兩種，均利用線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力提升活動鐵芯，帶動閥塞運動控制氣體或液體流量通斷。直動式電磁閥結(jié)構(gòu)中，電磁閥的活動鐵芯本身就是閥塞，通過電磁吸力開閥，失電后由恢復彈簧閉閥。,常用的風機盤管電動閥為一種平衡