Điều khiển kiểm soát: mô tả các hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) và thảo luận về các đặc điểm và thành phần của các hệ thống điều khiển tự động

ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT
Nội dung

GIỚI THIỆU
Phần này mô tả các hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) và
thảo luận về các đặc điểm và thành phần của các hệ thống điều khiển tự động. Các
tham chiếu chéo được thực hiện cho các phần cung cấp thông tin chi tiết hơn. Hệ
thống điều khiển HVAC được thiết kế chính xác có thể cung cấp môi trường thoải
mái cho người sử dụng, tối ưu hóa chi phí năng lượng và tiêu thụ, cải thiện năng
suất của nhân viên, tạo điều kiện sản xuất hiệu quả, kiểm soát khói trong trường
hợp hỏa hoạn và hỗ trợ hoạt động của thiết bị máy tính và viễn thông. Kiểm soát là
điều cần thiết cho hoạt động đúng của hệ thống và cần được xem xét sớm trong
quá trình thiết kế nhất có thể. Áp dụng điều khiển tự động đúng cách đảm bảo rằng
một hệ thống HVAC được thiết kế đúng cách sẽ duy trì một môi trường thoải mái
và hoạt động kinh tế dưới một loạt các điều kiện hoạt động. Điều khiển tự động
điều chỉnh đầu ra của hệ thống HVAC để đáp ứng các điều kiện trong nhà và ngoài
trời nhằm duy trì điều kiện thoải mái chung trong khu vực văn phòng và cung cấp
giới hạn nhiệt độ và độ ẩm hẹp khi được yêu cầu trong khu vực sản xuất .
Điều khiển tự động có thể tối ưu hóa hoạt động của hệ thống HVAC. Họ có thể
điều chỉnh nhiệt độ và áp suất tự động để giảm nhu cầu khi không gian trống và
điều chỉnh hệ thống sưởi và làm mát để cung cấp điều kiện thoải mái đồng thời hạn
chế sử dụng năng lượng. Kiểm soát giới hạn đảm bảo vận hành an toàn thiết bị hệ
thống HVAC và ngăn ngừa thương tích cho nhân viên và làm hỏng hệ thống. Ví dụ
về điều khiển giới hạn là bộ điều khiển nhiệt độ thấp, giúp ngăn ngừa cuộn dây
nước hoặc bộ trao đổi nhiệt từ thiết bị đóng băng và cảm biến lưu lượng để vận
hành an toàn một số thiết bị (ví dụ: thiết bị làm lạnh). Trong trường hợp hỏa hoạn,
phân phối không khí có kiểm soát có thể cung cấp các đoạn sơ tán không khói
thuốc, và phát hiện khói trong ống dẫn có thể đóng bộ giảm chấn để ngăn chặn sự
1

ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

lan truyền khói và khí độc. Hệ thống điều khiển HVAC cũng có thể được tích hợp
với hệ thống kiểm soát truy cập an ninh, hệ thống báo cháy, hệ thống điều khiển
chiếu sáng và hệ thống quản lý tòa nhà và cơ sở để tối ưu hóa hơn nữa sự thoải
mái, an toàn và hiệu quả

CÁC ĐỊNH NGHĨA
Các thuật ngữ sau được sử dụng trong sách hướng dẫn này. Hình 1 ở cuối danh
sách này minh họa một vòng điều khiển điển hình với các thành phần được xác
định bằng các thuật ngữ từ danh sách này.
Tương tự: Biến liên tục (ví dụ: vòi nước điều khiển nước từ dòng chảy đến dòng
chảy đầy đủ).
Hệ thống điều khiển tự động: Một hệ thống phản ứng với sự thay đổi hoặc mất
cân đối trong biến nó điều khiển bằng cách điều chỉnh các biến khác để khôi phục
hệ thống về số dư mong muốn.
Thuật toán: Phương pháp tính toán tạo ra đầu ra điều khiển bằng cách hoạt động
trên tín hiệu lỗi hoặc chuỗi thời gian của tín hiệu lỗi.
Kiểm soát bồi thường: Một quá trình tự động điều chỉnh điểm đặt của một bộ điều
khiển đã cho để bù cho các thay đổi trong biến số đo thứ hai (ví dụ: ngoài trời
nhiệt độ không khí). Ví dụ, điểm đặt sàn nóng thường được thiết lập lại khi nhiệt
độ không khí ngoài trời giảm. Còn được gọi là "điều khiển đặt lại".
Tác nhân điều khiển: Phương tiện trong đó biến điều khiển tồn tại. Trong một hệ
thống hơi nóng, tác nhân điều khiển là hơi nước và biến điều khiển là dòng hơi.
Điểm điều khiển: Giá trị thực tế của biến được kiểm soát (điểm cộng hoặc điểm
trừ).
Môi trường được kiểm soát: Phương tiện trong đó biến được kiểm soát tồn tại.
Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ không gian, biến điều khiển là nhiệt độ không

gian và môi trường được kiểm soát là không khí trong không gian.
2


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Biến số được kiểm soát: Số lượng hoặc điều kiện được đo và kiểm soát.
Bộ điều khiển: Một thiết bị cảm nhận được những thay đổi trong biến điều khiển
(hoặc nhận đầu vào từ một cảm biến từ xa) và có được đầu ra điều chỉnh thích hợp.
Hành động khắc phục: Kiểm soát hành động dẫn đến thay đổi biến thao tác. Bắt
đầu khi biến được điều khiển lệch khỏi điểm đặt.
Chu kỳ: Một quá trình thực hiện hoàn tất một quy trình lặp lại. Trong hoạt động
gia nhiệt cơ bản, chu trình bao gồm một chu kỳ trong khoảng thời gian và một lần
trong một hệ thống điều khiển hai vị trí.
Tái chu chuyển: Thay đổi định kỳ trong biến được kiểm soát từ một giá trị này
sang giá trị khác. Tái chu chuyển tương tự ngoài tầm kiểm soát được gọi là "dao
động". Tái chu chuyển quá mức thường xuyên được gọi là "tái chu chuyển ngắn".
Tái chu chuyển ngắn có thể gây hại cho động cơ điện, quạt và máy nén.
Tốc độ tái chu chuyển: Số chu kỳ hoàn thành theo đơn vị thời gian, thường là chu
kỳ mỗi giờ cho hệ thống sưởi hoặc làm mát. Nghịch đảo chiều dài của chu kỳ.
Deadband: Một loạt các biến kiểm soát trong đó không có hành động sửa chữa
được thực hiện bởi hệ thống kiểm soát và không có năng lượng được sử dụng.
Xem thêm “dải năng lượng bằng không”.
Độ lệch: Sự khác biệt giữa điểm đặt và giá trị của biến được kiểm soát tại bất kỳ
thời điểm nào. Còn được gọi là “bù đắp”.
DDC: Điều khiển kỹ thuật số trực tiếp. Xem thêm Kiểm soát kỹ thuật số và kỹ
thuật số.
Kỹ thuật số: Một loạt các xung bật và tắt được sắp xếp để truyền tải thông tin. Mã
Morse là một ví dụ đầu tiên. Bộ xử lý (máy tính) hoạt động bằng ngôn ngữ kỹ
thuật số.

Điều khiển kỹ thuật số: Một vòng điều khiển trong đó một bộ điều khiển vi xử lý
trực tiếp điều khiển thiết bị dựa trên các đầu vào cảm biến và các thông số điểm
đặt. Chuỗi điều khiển được lập trình xác định đầu ra cho thiết bị.
Droop: Độ lệch bền vững giữa điểm điều khiển và điểm đặt trong hệ thống điều
khiển hai vị trí gây ra bởi sự thay đổi trong tải nhiệt hoặc làm mát.
Tăng cường tỷ lệ tích phân-tích phân-phái sinh (EPID) kiểm soát: Một thuật
toán điều khiển tăng cường thuật toán PID tiêu chuẩn bằng cách cho phép các nhà
3


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

thiết kế để nhập một giá trị đầu ra khởi động và thời gian đoạn đường lỗi ngoài các
lợi ích và điểm thiết lập. Các tham số bổ sung này được cấu hình sao cho khi khởi
động đầu ra PID khác nhau một cách trơn tru đến điểm điều khiển với mức vượt
quá không đáng kể hoặc phần dưới.
Điều khiển điện: Một mạch điều khiển hoạt động trên đường dây hoặc điện áp
thấp và sử dụng các phương tiện cơ học, chẳng hạn như lưỡng kim hoặc ống thổi
nhiệt, để thực hiện các chức năng điều khiển, chẳng hạn như kích hoạt công tắc
hoặc định vị một chiết áp. Tín hiệu bộ điều khiển thường hoạt động hoặc đặt một
bộ truyền động điện hoặc có thể chuyển tải điện trực tiếp hoặc thông qua rơle.
Điều khiển điện tử: Mạch điều khiển hoạt động trên điện áp thấp và sử dụng các
thành phần trạng thái rắn để khuếch đại tín hiệu đầu vào và thực hiện các chức
năng điều khiển, chẳng hạn như vận hành rơle hoặc cung cấp tín hiệu đầu ra để
định vị một bộ truyền động. Bộ điều khiển thường cung cấp các thói quen kiểm
soát cố định dựa trên logic của các thành phần solidstate.
Yếu tố kiểm soát cuối cùng: Một thiết bị như van hoặc van điều tiết có tác dụng
thay đổi giá trị của biến điều khiển. Vị trí của một thiết bị truyền động.
Dao động: Xem tái chu chuyển.
Độ trễ: Độ trễ ảnh hưởng của điều kiện đã thay đổi tại một điểm trong hệ thống

hoặc một số điều kiện khác liên quan đến điều kiện đó. Ngoài ra, sự chậm trễ trong
phản ứng của yếu tố cảm biến của một điều khiển do thời gian cần thiết cho các
yếu tố cảm biến để cảm nhận một sự thay đổi trong biến cảm biến.
Tải: Trong hệ thống sưởi ấm hoặc làm mát, truyền nhiệt mà hệ thống sẽ được gọi
để cung cấp. Ngoài ra, công việc mà hệ thống phải thực hiện.
Biến thao tác: Số lượng hoặc điều kiện được điều khiển bởi hệ thống điều khiển tự
động để gây ra thay đổi mong muốn trong biến được kiểm soát.
Biến đo lường: Biến được đo và có thể được kiểm soát (ví dụ: không khí được đo
và kiểm soát, không khí ngoài trời chỉ được đo).
Điều khiển dựa trên bộ vi xử lý: Mạch điều khiển hoạt động trên điện áp thấp và
sử dụng bộ vi xử lý để thực hiện các chức năng logic và điều khiển, chẳng hạn như
vận hành rơle hoặc cung cấp tín hiệu đầu ra để định vị một bộ truyền động.
Thiết bị điện tử chủ yếu được sử dụng làm cảm biến. Bộ điều khiển thường cung
cấp các quy trình kiểm soát quản lý năng lượng và DDC linh hoạt.
Điều chỉnh: Một hành động điều chỉnh theo số phút và giảm dần.
4


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Bù đắp: Độ lệch bền vững giữa điểm điều khiển và điểm đặt của hệ thống điều
khiển tỷ lệ trong điều kiện vận hành ổn định.
Bật / tắt điều khiển: Một hệ thống điều khiển hai vị trí đơn giản, trong đó thiết bị
đang được điều khiển đầy hoặc tắt hoặc không có vị trí vận hành trung gian. Còn
được gọi là "kiểm soát hai vị trí".
Điều khiển khí nén: Mạch điều khiển hoạt động trên áp suất không khí và sử dụng
các phương tiện cơ học, chẳng hạn như lưỡng kim hoặc ống thổi nhiệt, để thực
hiện các chức năng điều khiển, chẳng hạn như vận hành vòi phun và cái mỏ hoặc
rơle chuyển mạch. Đầu ra bộ điều khiển thường hoạt động hoặc định vị một bộ
truyền động khí nén, mặc dù rơ le và công tắc thường nằm trong mạch.

Quy trình: Thuật ngữ chung mô tả thay đổi trong biến có thể đo lường (ví dụ: sự
trộn lẫn luồng không khí trả lại và không khí ngoài trời trong vòng điều khiển hỗn
hợp không khí và truyền nhiệt giữa nước lạnh và không khí nóng trong cuộn dây
làm mát). Thường được xem xét riêng biệt với yếu tố cảm biến, phần tử điều khiển
và bộ điều khiển.
Băng tần tỷ lệ: Trong một bộ điều khiển tỷ lệ, phạm vi điểm điều khiển mà qua đó
biến điều khiển phải vượt qua để di chuyển phần tử điều khiển cuối cùng thông qua
phạm vi hoạt động đầy đủ của nó. Thể hiện bằng phần trăm của khoảng cảm biến
chính. Thường được sử dụng tương đương là "phạm vi điều chỉnh" và "phạm vi
điều chỉnh", thường được thể hiện trong một số đơn vị kỹ thuật (mức độ nhiệt độ).
Kiểm soát tỉ lệ: Thuật toán hoặc phương pháp điều khiển trong đó phần tử điều
khiển cuối cùng di chuyển đến một vị trí tỷ lệ thuận với độ lệch của giá trị của biến
được kiểm soát từ điểm đặt.
Kiểm soát tỷ lệ phần trăm (PI): Thuật toán điều khiển kết hợp các thuật toán điều
khiển tỷ lệ (phản hồi tỷ lệ) và thuật toán điều khiển tích phân (reset response). Đặt
lại phản hồi có xu hướng điều chỉnh độ lệch do điều khiển tỷ lệ thuận. Còn được
gọi là điều khiển “tỷ lệ-cộng-số” hoặc “hai chế độ”.
Điều khiển tỉ lệ-tích phân-phái sinh (PID): Thuật toán điều khiển tăng cường
thuật toán điều khiển PI bằng cách thêm một thành phần tỷ lệ thuận với tốc độ thay
đổi (đạo hàm) của độ lệch của biến được kiểm soát. Bồi thường cho động lực hệ
thống và cho phép đáp ứng điều khiển nhanh hơn. Còn được gọi là điều khiển
“threemode” hoặc “rate-reset”.
Đặt lại kiểm soát: Xem kiểm soát bồi thường.
Yếu tố cảm biến: Một thiết bị hoặc thành phần đo giá trị của một biến.
5


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Điểm đặt: Giá trị mà bộ điều khiển được đặt (ví dụ: nhiệt độ phòng mong muốn

được đặt trên bộ điều nhiệt). Điểm điều khiển mong muốn.
Tái chu chuyển ngắn: Xem tái chu chuyển.
Kiểm soát bước: Phương pháp điều khiển trong đó cụm nhiều công tắc chuyển
mạch tuần tự thiết bị (ví dụ: nhiệt điện, nhiều thiết bị làm lạnh) vì đầu vào bộ điều
khiển thay đổi theo dải tỷ lệ thuận. Bộ điều khiển bước có thể được thiết bị truyền
động điều khiển, điện tử hoặc được kích hoạt trực tiếp bởi môi trường cảm biến (ví
dụ: áp suất, nhiệt độ).
Phạm vi điều chỉnh: Trong một bộ điều khiển tỷ lệ, phạm vi điểm điều khiển
thông qua đó biến được điều khiển phải vượt qua để di chuyển phần tử điều khiển
cuối cùng thông qua phạm vi hoạt động đầy đủ của nó. Được biểu thị bằng giá trị
của biến được kiểm soát (ví dụ: độ Fahrenheit, độ ẩm tương đối phần trăm, pound
trên mỗi inch vuông). Còn được gọi là "dải tỷ lệ thuận". Trong bộ điều chỉnh nhiệt
độ phòng, thay đổi nhiệt độ cần thiết để biến biến điều khiển từ chế độ đầy đủ sang
chế độ đầy.
Hằng số thời gian: Thời gian cần thiết cho một thành phần động, chẳng hạn như
bộ cảm biến hoặc hệ thống điều khiển để đạt được 63,2 phần trăm của tổng phản
hồi với một thay đổi tức thời (hoặc "bước") đối với đầu vào của nó. Thường được
sử dụng để đánh giá sự đáp ứng của thành phần hoặc hệ thống.
Điều khiển hai vị trí: Xem điều khiển bật / tắt.
Dải năng lượng không: Một kỹ thuật bảo tồn năng lượng cho phép nhiệt độ trôi
nổi giữa các thiết lập đã chọn, do đó ngăn cản việc tiêu thụ năng lượng sưởi ấm
hoặc làm mát trong khi nhiệt độ nằm trong phạm vi này.
Phân vùng: Việc thực hành chia một tòa nhà thành các phần để sưởi ấm và kiểm
soát làm mát sao cho một bộ điều khiển đủ để xác định hệ thống sưởi và làm mát.

6


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình 1. Vòng điều khiển điển hình.

ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG HVAC
KHÁI QUÁT
Một hệ thống HVAC được thiết kế theo yêu cầu công suất, một sự kết hợp chấp
nhận được của chi phí đầu tiên và chi phí vận hành, độ tin cậy của hệ thống và
không gian thiết bị có sẵn.
Hình 2 cho thấy một hệ thống HVAC có thể được phân phối như thế nào trong một
tòa nhà thương mại nhỏ. Bảng điều khiển hệ thống, nồi hơi, động cơ, máy bơm và
thiết bị làm lạnh thường nằm ở tầng dưới. Tháp giải nhiệt thường nằm trên mái
nhà. Trong suốt tòa nhà là ống dẫn, quạt, bộ giảm chấn, cuộn dây, bộ lọc không
khí, các bộ phận làm nóng, và các bộ khuếch tán không khí (VAV) và bộ khuếch
tán không khí. Các tòa nhà lớn hơn thường có các hệ thống riêng biệt cho các
nhóm tầng hoặc khu vực của tòa nhà.

7


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình 2. Hệ thống HVAC điển hình trong một tòa nhà nhỏ.
Hệ thống điều khiển cho một tòa nhà thương mại bao gồm nhiều vòng điều khiển
và có thể được chia thành các hệ thống trung tâm và các vòng điều khiển cục bộ
hoặc khu vực. Để có được sự thoải mái và hiệu quả tối đa, tất cả các vòng điều
khiển phải được gắn với nhau để chia sẻ thông tin và lệnh hệ thống bằng cách sử
dụng một hệ thống quản lý tòa nhà. Tham khảo phần Nguyên tắc cơ bản của Hệ
thống quản lý tòa nhà của sách hướng dẫn này. Các vòng điều khiển cơ bản trong
hệ thống xử lý không khí trung tâm có thể được phân loại như trong Bảng 1. Tùy
thuộc vào hệ thống, các điều khiển khác có thể được yêu cầu cho hiệu suất tối ưu.
Điều khiển cục bộ hoặc vùng phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối được sử dụng.

Bảng 1. Chức năng của vòng điều khiển HVAC trung tâm.
Vòng
điều
khiển

Phân loại
Cơ bản

Thông
gió
Cải tiến
Làm
mát

Kiểm soát
máy làm
mát
Kiểm soát
tháp làm

Mô tả
Phối hợp hoạt động của các hồ, trở lại và ống xả máy dampers để duy
trì lượng không khí thông thoáng, thích hợp. Nhiệt độ thấp bảo vệ
thường được yêu cầu.
Các biện pháp và điều khiển âm lượng của không khí
ngoài trời để cung cấp sự pha trộn thích hợp không khí
ngoài trời và trở về các điều kiện khác nhau trong nhà
(rất cần thiết trong hệ thống khối lượng không thay đổi).
Bảo vệ nhiệt độ thấp có thể được yêu cầu.
Duy trì máy làm mát xả nước ở nhiệt độ cài đặt trước hoặc đặt lại nhiệt

độ theo nhu cầu.
Kiểm soát quạt tháp làm mát để cung cấp nước mát
nhất thực tế trong điều kiện nhiệt độ bầu ướt hiện có
8


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

mát
Kiểm soát
cuộn dây
nước
Điều
khiển hệ
thống
mở rộng
trực tiếp
(DX)
Cơ bản
Quạt

Cải tiến
Cuộn dây
điều khiển

Sưởi
ấm

Kiểm soát
lò hơi

Điều chỉnh lưu lượng nước lạnh để duy trì nhiệt độ.

Chu kỳ nén hoặc van điện từ DX để duy trì nhiệt độ. Nếumáy nén là
loại dỡ, xi-lanh được bốc dỡ theo yêu cầu để duy trì nhiệt độ.
Bật cung cấp và quat trong suốt quá trình làm việc
Điều chỉnh tốc độ quạt để duy trì áp lực không gian và
ống dẫn thích hợp. Giảm chi phí vận hành hệ thống và
cải thiện hiệu suất (cần thiết cho các hệ thống âm lượng
không khí biến đổi)
Điều chỉnh dòng nước hoặc hơi nước hoặc nhiệt điện để duy trì nhiệt
độ.
Vận hành đầu đốt để duy trì áp suất hơi xả hoặc nhiệt độ nước thích
hợp.
Để đạt hiệu quả tối đa trong hệ thống nước nóng, nhiệt độ nước nên
được đặt lại như một chức năng của nhu cầu hoặc nhiệt độ ngoài trời.

NHIỆT ĐỘ
CHUNG
Xây dựng tổn thất nhiệt xảy ra chủ yếu thông qua truyền dẫn, xâm nhập /
exfiltration, và thông gió (Hình 3).

Hình 3. Mất nhiệt từ một tòa nhà.
Công suất sưởi ấm cần thiết cho một tòa nhà phụ thuộc vào nhiệt độ thiết kế, số
lượng không khí ngoài trời được sử dụng và hoạt động thể chất của người cư ngụ.
Gió thịnh hành ảnh hưởng đến tốc độ mất nhiệt và mức độ xâm nhập. Hệ thống
9


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

sưởi ấm phải có kích thước để làm nóng tòa nhà ở nhiệt độ ngoài trời lạnh nhất mà
tòa nhà có thể trải nghiệm (nhiệt độ thiết kế ngoài trời).
Truyền là quá trình mà năng lượng đi vào hoặc để lại một không gian thông qua
các bề mặt bên ngoài. Tốc độ truyền năng lượng được tính bằng cách trừ nhiệt độ
ngoài trời ra khỏi nhiệt độ trong nhà và nhân kết quả với hệ số truyền nhiệt của vật
liệu bề mặt. Tốc độ truyền tải thay đổi theo độ dày và độ dày của bề mặt bên ngoài
nhưng được tính theo cùng một cách cho tất cả các bề mặt bên ngoài:
Truyền năng lượng cho mỗi Đơn vị Diện tích và Đơn vị Thời gian =(T - T ) x
HTC
IN

OUT

Trong đó:
T = nhiệt độ trong nhà
T = nhiệt độ ngoài trời
HTC = hệ số truyền nhiệt
HTC
TRÊN

OUT

Sự xâm nhập là quá trình mà không khí ngoài trời đi vào một tòa nhà qua các bức
tường, các vết nứt xung quanh cửa ra vào và cửa sổ, và cửa mở do sự khác biệt
giữa áp suất không khí trong nhà và ngoài trời. Sự chênh lệch áp suất là kết quả
của chênh lệch nhiệt độ và lượng không khí hoặc khí thải do hoạt động của quạt.
Mất nhiệt do xâm nhập là một chức năng của sự chênh lệch nhiệt độ và khối lượng
không khí di chuyển. Exfiltration là quá trình mà không khí để lại một tòa nhà (ví
dụ, thông qua các bức tường và các vết nứt xung quanh cửa ra vào và cửa sổ) và

mang nhiệt với nó. Việc xâm nhập và exfiltration có thể xảy ra cùng một lúc.
Thông gió mang lại không khí trong lành ngoài trời có thể cần sưởi ấm. Như với sự
mất nhiệt từ xâm nhập và exfiltration, mất nhiệt từ thông gió là một chức năng của
sự khác biệt nhiệt độ và khối lượng không khí đưa vào tòa nhà hoặc cạn kiệt.

THIẾT BỊ SƯỞI ẤM
Việc lựa chọn thiết bị sưởi thích hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí
và tính sẵn có của nhiên liệu, kích thước và sử dụng xây dựng, khí hậu, và chi phí
ban đầu và chi phí vận hành. Các nguồn nhiệt chính bao gồm gas, dầu, gỗ, than,
điện và năng lượng mặt trời. Đôi khi một sự kết hợp của các nguồn là kinh tế nhất.
Lò hơi thường được cung cấp nhiên liệu bằng khí và có thể có tùy chọn chuyển
sang dầu trong thời gian có nhu cầu cao. Nhiệt mặt trời có thể được sử dụng như
một nguồn thay thế hoặc bổ sung với bất kỳ loại nhiên liệu nào.
Hình 4 cho thấy một hệ thống xử lý không khí với một cuộn dây nước nóng. Một
sơ đồ điều khiển tương tự sẽ áp dụng cho một cuộn hơi. Nếu hơi nước hoặc nước
10


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

nóng được chọn để phân phối năng lượng nhiệt, nồi hơi hiệu suất cao có thể được
sử dụng để giảm chi phí vòng đời. Nước thường được sử dụng thường xuyên hơn
hơi nước để truyền năng lượng nhiệt từ lò hơi đến các cuộn dây hoặc các thiết bị
đầu cuối, vì nước đòi hỏi các biện pháp an toàn ít hơn và thường hiệu quả hơn, đặc
biệt là ở vùng khí hậu ôn hòa.

Hình 4. Hệ thống sử dụng Coil sưởi ấm.
Một hệ thống xử lý không khí cung cấp nhiệt bằng cách di chuyển một luồng
không khí trên một cuộn dây có chứa một môi trường sưởi ấm, trên một cuộn dây
sưởi điện, hoặc thông qua một lò. Lò sưởi đơn vị (Hình 5) thường được sử dụng

trong các cửa hàng, khu vực lưu trữ, cầu thang và bến cảng. Bảng điều khiển máy
sưởi (Hình 6) thường được sử dụng để sưởi sàn và thường được cài đặt trong một
sàn hoặc cấu trúc sàn, nhưng có thể được cài đặt trong một bức tường hoặc trần
nhà.

Hình 5. Lò sưởi đơn vị tiêu biểu.

Hình 6. Tủ sưởi.
Máy thở đơn vị (Hình 7) được sử dụng trong các phòng học và có thể bao gồm cả
hệ thống sưởi và cuộn dây làm mát. Lò sưởi đối lưu (Hình 8) được sử dụng để sưởi
ấm chu vi và trong các lối vào và hành lang. Lò sưởi hồng ngoại (Hình 9) thường
được sử dụng để sưởi ấm tại chỗ ở các khu vực rộng lớn (ví dụ: móc treo máy bay,
sân vận động).
11


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình 7. Đơn vị Thông gió

Hình 8. Lò sưởi đối lưu.

Hình 9. Lò hồng ngoại.
Ở vùng khí hậu ôn hòa, nhiệt có thể được cung cấp bởi một cuộn dây trong hệ
thống xử lý không khí trung tâm hoặc bằng máy bơm nhiệt. Máy bơm nhiệt có lợi
thế của việc chuyển đổi giữa các chế độ làm nóng và làm mát theo yêu cầu. Các
phòng trên tầng mái có hệ thống sưởi và làm mát được đóng gói. Sưởi ấm trên một
đơn vị trên tầng mái thường là bởi lò đốt bằng gas hoặc dầu hoặc một cuộn dây dẫn
nhiệt bằng điện. Các cuộn hơi nước và nước nóng cũng có sẵn. Nhiệt độ chu vi
thường được yêu cầu trong điều kiện khí hậu lạnh hơn, đặc biệt là dưới cửa sổ lớn.

Một máy bơm nhiệt sử dụng các thành phần làm lạnh tiêu chuẩn và một van đảo
chiều để cung cấp cả sưởi ấm và làm mát trong cùng một thiết bị. Trong chế độ
sưởi, dòng chảy của chất làm lạnh thông qua các cuộn dây được đảo ngược để
cung cấp nhiệt từ một nguồn nhiệt đến không gian có điều kiện. Khi một máy bơm
nhiệt được sử dụng để trao đổi nhiệt từ bên trong của một tòa nhà với chu vi,
không cần nguồn nhiệt bổ sung.
Hệ thống thu hồi nhiệt thường được sử dụng trong các tòa nhà có sử dụng một
lượng không khí ngoài trời đáng kể. Một số loại hệ thống thu hồi nhiệt có sẵn bao
gồm máy bơm nhiệt, hệ thống runaround, bộ trao đổi nhiệt quay và ống dẫn nhiệt.
Trong một hệ thống runaround, cuộn dây được lắp đặt trong ống dẫn khí ngoài trời
12


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

và ống dẫn khí thải. Một máy bơm lưu thông môi trường (nước hoặc glycol) giữa
các cuộn dây sao cho môi trường được làm nóng bằng khí thải làm nóng trước
không khí ngoài trời vào hệ thống.
Một bộ trao đổi nhiệt quay là một bánh xe lớn chứa đầy lưới kim loại. Một nửa của
bánh xe là trong không khí ngoài trời và nửa còn lại, trong ống dẫn khí thải. Khi
bánh xe quay, lưới kim loại hấp thụ nhiệt từ không khí thải và tiêu tan nó trong
không khí nạp.
Một ống dẫn nhiệt là một ống dài, bịt kín, bịt kín với chất làm lạnh. Ống được
nghiêng nhẹ với một đầu trong không khí ngoài trời và đầu kia trong không khí
thải. Trong một ứng dụng làm nóng, chất làm lạnh bốc hơi ở đầu dưới trong không
khí thải ấm, và hơi tăng lên về phía cao hơn trong không khí ngoài trời mát mẻ, nơi
nó tạo ra hơi nóng của hơi nước và ngưng tụ. Một bấc mang chất làm lạnh lỏng trở
lại phần ấm, nơi chu trình lặp lại. Ống dẫn nhiệt không yêu cầu đầu vào năng
lượng. Để làm mát, quá trình này được đảo ngược bằng cách nghiêng ống theo
cách khác.

Các điều khiển có thể là khí nén, điện, điện tử, kỹ thuật số hoặc kết hợp. Kiểm soát
thỏa đáng có thể đạt được bằng cách sử dụng các vòng điều khiển độc lập trên mỗi
hệ thống. Hiệu quả hoạt động tối đa và mức độ thoải mái có thể đạt được với một
hệ thống điều khiển điều chỉnh hoạt động của hệ thống trung tâm theo yêu cầu của
khu vực. Một hệ thống như vậy có thể tiết kiệm đủ chi phí vận hành để tự chi trả
trong một thời gian ngắn.
Các điều khiển cho hệ thống xử lý không khí và các khu vực được thiết kế đặc biệt
cho một tòa nhà bởi kiến trúc sư, kỹ sư hoặc đội ngũ thiết kế tòa nhà. Các điều
khiển thường được cài đặt tại vị trí công việc. Điều khiển thiết bị đầu cuối thường
được cài đặt tại nhà máy. Nồi hơi, máy bơm nhiệt và các thiết bị trên tầng mái
thường được bán kèm với gói điều khiển do nhà máy lắp đặt được thiết kế đặc biệt
cho thiết bị đó.

LÀM MÁT
Khái quát:
Cả hai nhiệt độ hợp lý và tiềm ẩn góp phần vào tải làm mát của một tòa nhà. Tăng
nhiệt là hợp lý khi nhiệt được thêm vào không gian có điều kiện. Tăng nhiệt là tiềm
ẩn khi độ ẩm được thêm vào không gian (ví dụ, do hơi phát ra bởi người cư ngụ và
các nguồn khác). Để duy trì tỷ lệ độ ẩm không đổi trong không gian, hơi nước phải
được loại bỏ với tốc độ bằng tỷ lệ bổ sung của nó vào không gian.
13


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Dẫn là quá trình mà nhiệt di chuyển giữa các không gian liền kề với nhiệt độ không
gian bằng nhau. Nhiệt có thể di chuyển qua các bức tường bên ngoài và mái nhà,
hoặc qua sàn nhà, tường hoặc trần nhà. Bức xạ mặt trời làm nóng các bề mặt mà
sau đó truyền nhiệt đến không khí xung quanh. Tăng nhiệt bên trong được tạo ra
bởi người cư ngụ, ánh sáng và thiết bị. Không khí ấm áp đi vào một tòa nhà bằng

cách xâm nhập và thông gió cũng góp phần tăng nhiệt.
Định hướng xây dựng, che chắn nội thất và ngoại thất, góc của mặt trời và gió
thịnh hành ảnh hưởng đến lượng nhiệt mặt trời tăng lên, có thể là nguồn nhiệt
chính. Nhiệt mặt trời nhận được thông qua cửa sổ gây ra tăng nhiệt tức thời. Các
khu vực có cửa sổ lớn có thể tăng thêm năng lượng mặt trời vào mùa đông so với
mùa hè. Các bề mặt xây dựng hấp thụ năng lượng mặt trời, trở nên nóng và chuyển
nhiệt sang không khí bên trong. Lượng nhiệt độ thay đổi qua từng lớp của bề mặt
composite phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt và độ dày của từng vật liệu.
Người cư ngụ, ánh sáng, thiết bị, và các yêu cầu thông gió và xâm nhập không khí
ngoài trời góp phần tăng nhiệt bên trong. Ví dụ, một người lớn ngồi ở bàn làm việc
tạo ra khoảng 400 Btu mỗi giờ. Ánh sáng nóng sáng tạo ra nhiều nhiệt hơn ánh
sáng huỳnh quang. Máy photocopy, máy tính và các máy văn phòng khác cũng
đóng góp đáng kể vào việc tăng nhiệt bên trong.

THIẾT BỊ LÀM MÁT
Một hệ thống xử lý không khí nguội đi bằng cách di chuyển không khí qua cuộn
dây có chứa môi trường làm mát (ví dụ: nước ướp lạnh hoặc chất làm lạnh). Hình
10 và 11 cho thấy hệ thống xử lý không khí sử dụng cuộn dây nước lạnh và cuộn
dây làm lạnh (mở rộng trực tiếp), tương ứng. Kiểm soát nước lạnh thường tỷ lệ
thuận, trong khi kiểm soát của một cuộn dây bay hơi là twoposition. Trong các hệ
thống mở rộng trực tiếp có nhiều hơn một cuộn dây, một bộ điều chỉnh nhiệt điều
khiển van điện từ cho mỗi cuộn dây và máy nén được điều khiển bằng áp suất môi
chất lạnh. Loại hệ thống này được gọi là hệ thống "bơm xuống". Bơm xuống có thể
được sử dụng cho các hệ thống chỉ có một cuộn dây, nhưng thường thì máy nén
được điều khiển trực tiếp bởi bộ điều nhiệt.

Hình 10. Hệ thống sử dụng cuộn nguội.
14

ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình 11. Hệ thống sử dụng thiết bị bay hơi
(Mở rộng trực tiếp) Coil.
Hai loại hệ thống làm mát cơ bản có sẵn: thiết bị làm lạnh, thường được sử dụng
trong các hệ thống lớn hơn và cuộn dây mở rộng trực tiếp (DX), thường được sử
dụng trong các hệ thống nhỏ hơn. Trong máy làm lạnh, hệ thống làm lạnh sẽ làm
lạnh nước sau đó được bơm vào cuộn dây trong hệ thống xử lý không khí trung
tâm hoặc các cuộn dây của các đơn vị cuộn dây quạt, hệ thống khu vực hoặc các
loại hệ thống làm mát khác. Trong hệ thống DX, cuộn dây DX của hệ thống làm
lạnh được đặt trong ống dẫn của hệ thống xử lý không khí. Làm mát bình ngưng
cho thiết bị làm lạnh có thể là không khí hoặc nước (sử dụng tháp giải nhiệt), trong
khi các hệ thống DX thường được làm mát bằng không khí. Bởi vì nước làm mát
hiệu quả hơn làm mát không khí, thiết bị làm lạnh lớn luôn luôn làm mát bằng
nước.
Máy nén cho hệ thống nước lạnh thường là ly tâm, qua lại, hoặc loại vít. Năng lực
của máy nén ly tâm và vít loại có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi thể tích
của chất làm lạnh hoặc kiểm soát tốc độ máy nén. Máy nén hệ thống DX thường
chuyển động qua lại và, trong một số hệ thống, công suất có thể được điều khiển
bằng cách dỡ các xylanh. Hệ thống làm lạnh hấp thụ, sử dụng năng lượng nhiệt
trực tiếp để sản xuất nước lạnh, đôi khi được sử dụng cho các hệ thống nước lạnh
lớn.
Trong khi máy bơm nhiệt thường mở rộng trực tiếp, một máy bơm nhiệt lớn có thể
ở dạng máy làm lạnh. Không khí thường là nguồn nhiệt và tản nhiệt trừ khi có một
hồ chứa nước lớn (ví dụ, nước ngầm).
Chi phí ban đầu và vận hành là các yếu tố chính trong việc lựa chọn thiết bị làm
mát. Hệ thống DX có thể rẻ hơn thiết bị làm lạnh. Tuy nhiên, bởi vì một hệ thống
DX vốn đã được twoposition (on / off), nó không thể kiểm soát nhiệt độ với độ
chính xác của một hệ thống nước lạnh. Kiểm soát nhiệt độ thấp là điều cần thiết
trong một hệ thống DX được sử dụng với một hệ thống khối lượng không khí thay

đổi.
Để biết thêm thông tin về các thiết bị hệ thống khác nhau, hãy tham khảo các phần
sau của hướng dẫn này:
- Ứng dụng điều khiển hệ thống làm lạnh, nồi hơi và phân phối
15


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

- Ứng dụng điều khiển hệ thống xử lý không khí.
- Ứng dụng kiểm soát phòng cá nhân.

HÚT ẨM
Không khí quá ẩm có thể gây ra các vấn đề như ngưng tụ và khó chịu về thể chất.
Phương pháp khử ẩm lưu thông không khí ẩm thông qua các cuộn nguội hoặc các
đơn vị hấp phụ. Việc hút ẩm chỉ được yêu cầu trong mùa làm mát. Trong các ứng
dụng đó, hệ thống làm mát có thể được thiết kế để cung cấp độ ẩm cũng như làm
mát.
Để hút ẩm, một cuộn dây làm mát phải có công suất và nhiệt độ bề mặt đủ để làm
mát không khí dưới điểm sương của nó. Làm mát không khí ngưng tụ nước, sau đó
được thu gom và thoát nước. Khi độ ẩm rất quan trọng và hệ thống làm mát được
sử dụng để hút ẩm, không khí khử ẩm có thể được hâm nóng để duy trì nhiệt độ
không gian mong muốn.
Khi cuộn dây làm mát không thể giảm độ ẩm đủ, các đơn vị hấp phụ được lắp đặt.
Một đơn vị hấp phụ sử dụng một dạng hạt dạng hạt xoay của silica gel, nhôm hoạt
tính hoặc muối hút ẩm (Hinh 12), hoặc một dung dịch nước muối lithium clorua
hoặc glycol. Trong cả hai loại, vật liệu hấp phụ hấp thụ độ ẩm từ không khí và sau
đó vật liệu hấp phụ bão hòa đi qua một phần riêng biệt của thiết bị áp dụng nhiệt để
loại bỏ độ ẩm. Chất hấp phụ tạo ra độ ẩm cho một luồng khí “xác thối”, sau đó cạn
kiệt. Không khí thiêu đốt thường là khí thải hoặc có thể là không khí ngoài trời..

Hình 12. Đơn vị hấp thụ giường hạt.
Các cuộn dây làm mát được phun (Hình 13) thường được sử dụng để kiểm soát độ
ẩm không gian để tăng hiệu suất hút ẩm và cung cấp khả năng kiểm soát độ ẩm
quanh năm (độ ẩm mùa đông).

16


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình. 13. Máy hút ẩm dạng cuộn.
Để biết thêm thông tin về hút ẩm, hãy tham khảo các phần sau của hướng dẫn này:
- Các nguyên tắc cơ bản về biểu đồ tâm lý.
- Ứng dụng điều khiển hệ thống xử lý không khí.

ĐỘ ẨM
Độ ẩm thấp có thể gây ra các vấn đề như khó chịu hô hấp và tĩnh điện. Máy tạo độ
ẩm có thể làm ẩm không gian một cách trực tiếp hoặc thông qua hệ thống xử lý
không khí. Đối với điều kiện môi trường thỏa đáng, độ ẩm tương đối của không
khí phải từ 30 đến 60%. Ở những khu vực quan trọng, nơi có khí nổ, tối thiểu 50
phần trăm được đề nghị. Độ ẩm thường chỉ được yêu cầu trong mùa nóng ngoại trừ
ở vùng khí hậu cực kỳ khô.
Độ ẩm trong hệ thống xử lý không khí thường bơm hơi trực tiếp vào luồng không
khí (phun hơi), phun nước phun vào luồng không khí (phun), hoặc làm bay hơi
nước nóng từ chảo trong ống dẫn vào luồng không khí đi qua ống dẫn ). Các loại
máy tạo độ ẩm khác là phun nước và cuộn dây phun. Trong các hệ thống phun,
nước có thể được đun nóng để làm bay hơi tốt hơn hoặc được làm lạnh để hút ẩm.
Để biết thêm thông tin về độ ẩm, hãy tham khảo các phần sau của hướng dẫn này:
- Các nguyên tắc cơ bản về biểu đồ tâm lý.

- Ứng dụng điều khiển hệ thống xử lý không khí

THÔNG GIÓ
Thông gió giới thiệu không khí ngoài trời để bổ sung nguồn cung cấp oxy và thoát
khỏi không gian xây dựng của mùi hôi và khí độc. Thông gió cũng có thể được sử
dụng để gây áp lực cho một tòa nhà để giảm sự xâm nhập. Trong khi thông gió
được yêu cầu trong gần như tất cả các tòa nhà, thiết kế của một hệ thống thông gió
phải xem xét chi phí sưởi ấm và làm mát không khí thông gió. Không khí thông
gió phải được giữ ở mức tối thiểu cần thiết trừ khi được sử dụng để làm mát miễn
phí (tham khảo Tiêu chuẩn ASHRAE 62, Thông gió cho chất lượng không khí
trong nhà được chấp nhận).
Để đảm bảo không khí thông gió chất lượng cao và giảm thiểu số lượng cần thiết,
cửa hút gió ngoài trời phải được đặt để tránh tạo ra khí thải, khí thải xe và các
17


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

nguồn ô nhiễm khác. Hệ thống ống xả trong nhà nên thu thập mùi hôi hoặc chất
gây ô nhiễm tại nguồn của chúng. Lượng thông gió mà một tòa nhà yêu cầu có thể
giảm xuống bằng máy giặt, bộ lọc hiệu quả cao, hóa chất hấp thụ (ví dụ: than hoạt
tính) hoặc hệ thống sửa đổi mùi.
Yêu cầu thông gió thay đổi tùy theo số lượng người cư ngụ và mục đích sử dụng
của không gian. Để biết chi tiết về các loại không gian, mức độ chiếm dụng và
thông gió cần thiết, hãy tham khảo Tiêu chuẩn ASHRAE 62.
Hình 14 cho thấy một hệ thống thông gió cung cấp 100% không khí ngoài trời.
Loại hệ thống thông gió này thường được sử dụng trong đó mùi hoặc chất gây ô
nhiễm bắt nguồn từ không gian có điều kiện (ví dụ: phòng thí nghiệm nơi ống xả
và quạt hút khói). Các ứng dụng như vậy đòi hỏi không khí trang điểm được điều
hòa để cung cấp một môi trường có thể chấp nhận được.

Hình 14. Hệ thống thông gió sử dụng 100 phần trăm Không khí bên ngoài.
Trong nhiều ứng dụng, chi phí năng lượng làm cho hệ thống khối lượng không khí
ngoài trời 100 phần trăm không kinh tế. Vì lý do đó, các phương tiện kiểm soát
chất gây ô nhiễm nội bộ có sẵn, chẳng hạn như điều chỉnh âm lượng khói, điều
khiển áp suất không gian và hệ thống làm sạch không khí.
Một hệ thống thông gió sử dụng không khí trở lại (Hình 15) là phổ biến hơn so với
hệ thống không khí ngoài trời 100%. Hệ thống thông gió returnair tuần hoàn hầu
hết không khí trở về từ hệ thống và thêm không khí ngoài trời để thông gió. Hệ
thống trả lại không khí có thể có một quạt riêng để vượt qua tổn thất áp suất ống
dẫn. Hệ thống khí thải có thể được tích hợp vào thiết bị điều hòa không khí, hoặc
nó có thể là một ống xả từ xa riêng biệt. Cung cấp không khí được làm nóng hoặc
làm mát, ẩm hoặc khử ẩm, và thải vào không gian.

Hình 15. Hệ thống thông gió sử dụng khí nén.
18


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hệ thống thông gió như trong Hình 14 và 15 nên cung cấp chất lượng không khí
trong nhà có thể chấp nhận được, sử dụng không khí ngoài trời để làm mát (hoặc
để làm mát bổ sung) khi có thể, và duy trì áp lực xây dựng thích hợp. Để biết thêm
thông tin về thông gió, hãy tham khảo các thông tin sau các phần của sổ tay này:
- Nguyên tắc cơ bản về chất lượng không khí trong nhà.
- Ứng dụng điều khiển hệ thống xử lý không khí.
- Xây dựng ứng dụng điều khiển hệ thống luồng không khí.

LỌC
Lọc khí là một phần quan trọng của hệ thống xử lý khí trung tâm và thường được

coi là một phần của hệ thống thông gió. Có hai loại bộ lọc cơ bản: bộ lọc cơ học và
bộ lọc kết tủa tĩnh điện (còn gọi là bộ lọc không khí điện tử). Bộ lọc cơ khí được
chia thành tiêu chuẩn và hiệu quả cao.
Các bộ lọc được lựa chọn theo mức độ sạch sẽ cần thiết, số lượng và kích thước
của các hạt cần được loại bỏ và các yêu cầu bảo dưỡng có thể chấp nhận được. Các
bộ lọc cơ khí không khí có hiệu suất cao (HEPA) (Hình 16) không giải phóng các
hạt được thu thập và do đó có thể được sử dụng cho các phòng sạch và các khu vực
nơi các hạt độc hại được giải phóng. Bộ lọc HEPA làm tăng đáng kể sự giảm áp
suất hệ thống, điều này phải được cân nhắc khi lựa chọn quạt. Hình 17 cho thấy
các bộ lọc cơ học khác.

Hình 16. Bộ lọc HEPA.

19


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

BỘ LỌC PLEATED

TÚI LỌC
Hình 17. Bộ lọc cơ khí.
Các loại bộ lọc cơ khí khác bao gồm bộ lọc, nhớt bộ lọc tráng và bộ lọc khuếch
tán. Căng thẳng loại bỏ hạt lớn hơn không gian trong lưới của bộ lọc kim loại và
thường được sử dụng làm bộ lọc sơ bộ cho các bộ lọc tĩnh điện. Trong nhớt bộ lọc
tráng, các hạt đi qua các sợi lọc va chạm với các sợi và được giữ trên bề mặt xơ.
Khuếch tán loại bỏ các hạt mịn bằng cách sử dụng hiện tượng hỗn loạn trong luồng
không khí để đưa hạt vào các sợi của bộ lọc bề mặt.
Một bộ lọc tĩnh điện (Hình 18) cung cấp giảm áp suất thấp nhưng thường đòi hỏi
một bộ lọc cơ học để thu thập lớn các hạt và một bộ lọc cơ học để thu thập kết tụ

các hạt có thể bị thổi ra khỏi bộ lọc tĩnh điện. An bộ lọc tĩnh điện điện tích các hạt
đi qua
một trường ion hóa và thu thập các hạt tích điện trên các tấm với điện tích ngược
lại. Các tấm có thể được tráng với chất kết dính.

20


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Hình 18. Bộ lọc tĩnh điện.

ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG KIỂM
SOÁT
Các điều khiển tự động được sử dụng ở bất kỳ nơi nào có điều kiện biến đổi phải
được kiểm soát. Trong hệ thống HVAC, phổ biến nhất điều kiện được kiểm soát là
áp suất, nhiệt độ, độ ẩm và Đánh giá thấp. Các ứng dụng của hệ thống điều khiển
tự động từ quy định nhiệt độ dân cư đơn giản đến độ chính xác kiểm soát các quy
trình công nghiệp.

BIẾN ĐƯỢC KIỂM SOÁT
Điều khiển tự động yêu cầu hệ thống có thể điều khiển được biến tồn tại. Một hệ
thống điều khiển tự động điều khiển biến bằng cách thao tác biến thứ hai. Thư hai
biến, được gọi là biến điều khiển, gây ra sự cần thiết thay đổi trong biến kiểm soát.
Trong một căn phòng được làm nóng bằng không khí di chuyển qua một cuộn dây
nước nóng, cho ví dụ, bộ điều chỉnh nhiệt đo nhiệt độ (được kiểm soát biến) của
không khí trong phòng (môi trường được kiểm soát) tại một mức quy định vị
trí. Khi phòng nguội đi, bộ điều nhiệt hoạt động một van điều chỉnh dòng chảy
(biến điều khiển) của nước nóng (tác nhân điều khiển) thông qua cuộn dây. Bằng
cách này, các cuộn dây cung cấp nhiệt để làm ấm không khí trong phòng.

21


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

VÒNG ĐIỀU KHIỂN
Trong hệ thống điều hòa không khí, biến được kiểm soát là duy trì bằng cách thay
đổi đầu ra của thiết bị cơ khí bằng một vòng điều khiển tự động. Một vòng điều
khiển bao gồm của một yếu tố cảm biến đầu vào, chẳng hạn như cảm biến nhiệt
độ; một bộ điều khiển xử lý tín hiệu đầu vào và tạo ra một đầu ra tín hiệu; và một
yếu tố kiểm soát cuối cùng, chẳng hạn như van, hoạt động theo tín hiệu đầu ra.
Cảm biến có thể tách rời hoặc một phần của bộ điều khiển và nằm trong môi
trường được kiểm soát. Các biện pháp cảm biến giá trị của biến được kiểm soát và
gửi kết quả tín hiệu cho bộ điều khiển. Bộ điều khiển nhận cảm biến tín hiệu, so
sánh nó với giá trị mong muốn, hoặc điểm đặt, và tạo tín hiệu điều chỉnh để chỉ đạo
hoạt động của
thiết bị điều khiển. Thiết bị được điều khiển thay đổi điều khiển tác nhân điều
chỉnh đầu ra của thiết bị điều khiển tạo ra điều kiện mong muốn.
Ứng dụng HVAC sử dụng hai loại vòng điều khiển: mở và đóng cửa. Một hệ thống
vòng lặp giả định một mối quan hệ cố định giữa điều kiện được kiểm soát và điều
kiện bên ngoài. An ví dụ về điều khiển vòng lặp mở sẽ là sự kiểm soát chu vi bức
xạ sưởi ấm dựa trên một đầu vào từ một không khí ngoài trời cảm biến nhiệt
độ. Bơm tuần hoàn và nồi hơi được cấp nguồn khi nhiệt độ không khí ngoài trời
giảm xuống một thiết lập cụ thể, và nhiệt độ hoặc lưu lượng nước được kiểm soát
tỷ lệ như một chức năng của nhiệt độ ngoài trời. Một hệ thống mở vòng lặp không
tính đến việc thay đổi điều kiện không gian từ tăng nhiệt bên trong, xâm nhập /
exfiltration, tăng năng lượng mặt trời, hoặc khác thay đổi các biến trong tòa
nhà. Điều khiển vòng mở không kiểm soát chặt chẽ và có thể dẫn đến tình trạng
quá nóng hoặc quá nóng. Vì lý do này, các hệ thống vòng lặp không phải là phổ

biến trong các ứng dụng dân cư hoặc thương mại.
Một hệ thống vòng kín dựa trên đo lường của kiểm soát biến để thay đổi đầu ra bộ
điều khiển. Hình 19 hiển thị sơ đồ khối của hệ thống vòng kín. Một ví dụ kiểm soát
vòng kín sẽ là nhiệt độ xả không khí trong ống dẫn xác định dòng chảy của nước
nóng để sưởi ấm cuộn dây để duy trì nhiệt độ xả tại bộ điều khiển điểm đặt.

Hình 19. Phản hồi trong một hệ thống vòng kín.
22


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

Trong ví dụ này, yếu tố cảm biến đo lường sự phóng điện nhiệt độ không khí và
gửi tín hiệu phản hồi tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển so sánh tín hiệu phản hồi với
điểm đặt. Dựa trên sự khác biệt, hoặc độ lệch, bộ điều khiển đưa ra tín hiệu điều
chỉnh cho van, điều chỉnh lưu lượng nóng nước để đáp ứng nhu cầu của quá
trình. Thay đổi trong kiểm soát biến do đó phản ánh nhu cầu. Phần tử cảm biến tiếp
tục để đo lường những thay đổi trong nhiệt độ không khí xả và thức ăn điều kiện
mới trở lại bộ điều khiển liên tục so sánh và hiệu chỉnh.
Hệ thống điều khiển tự động sử dụng phản hồi để giảm độ lớn của độ lệch và tạo ra
sự ổn định của hệ thống miêu tả trên. Một đầu vào phụ, chẳng hạn như đầu vào từ
một
cảm biến bù trừ không khí ngoài trời, có thể cung cấp thông tin về các rối loạn ảnh
hưởng đến biến được kiểm soát. Sử dụng một đầu vào ngoài biến kiểm soát cho
phép
điều khiển để dự đoán ảnh hưởng của sự xáo trộn và bù đắp cho nó, do đó làm
giảm tác động của nhiễu loạn trên biến được kiểm soát.

PHƯƠNG THỨC KIỂM SOÁT
KHÁI QUÁT

Một hệ thống điều khiển tự động được phân loại theo loại truyền năng lượng và
loại tín hiệu điều khiển (analog hoặc kỹ thuật số) nó sử dụng để thực hiện các chức
năng của nó.
Các dạng năng lượng phổ biến nhất để điều khiển tự động hệ thống điện và khí
nén. Hệ thống có thể bao gồm một hoặc cả hai dạng năng lượng.
Các hệ thống sử dụng năng lượng điện là điện cơ, điện tử, hoặc bộ vi xử lý được
kiểm soát. Kiểm soát khí nén hệ thống sử dụng áp suất không khí khác nhau từ
cảm biến làm đầu vào cho điều khiển, do đó tạo ra tín hiệu đầu ra khí nén cho một
yếu tố kiểm soát cuối cùng. Khí nén, điện cơ và hệ thống điện tử thực hiện kiểm
soát hạn chế, được xác định trước chức năng và trình tự. Bộ điều khiển dựa trên bộ
vi xử lý sử dụng
điều khiển kỹ thuật số cho một loạt các chuỗi điều khiển. Các hệ thống tự cấp
nguồn tương đối nhỏ nhưng vẫn loại kiểm soát quan trọng. Các hệ thống này sử
dụng sức mạnh của biến được đo để tạo ra hành động khắc phục cần thiết. Ví dụ,
nhiệt độ thay đổi ở áp suất gây ra cảm biến hoặc thay đổi thể tích được áp dụng
23


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

trực tiếp cho cơ hoành hoặc ống thổi trong van hoặc thiết bị truyền động van điều
tiết.
Nhiều hệ thống điều khiển hoàn chỉnh sử dụng kết hợp các danh mục trên. Một ví
dụ về một hệ thống kết hợp là hệ thống điều khiển cho bộ xử lý không khí bao gồm
bật / tắt điện điều khiển quạt và điều khiển khí nén để sưởi ấm và cuộn dây làm
mát.
Các phương pháp kiểm soát khác nhau được mô tả trong phần sau các phần của sổ
tay này:
- Các nguyên tắc cơ bản về kiểm soát khí nén.
- Nguyên tắc cơ bản về kiểm soát điện.

- Nguyên tắc cơ bản về kiểm soát điện tử.
- Cơ sở vi xử lý dựa trên / DDC cơ bản.
Xem ĐẶC ĐIỂM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT.

TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ VÀ ĐIỀU KHIỂN SỐ
Theo truyền thống, các thiết bị analog đã thực hiện điều khiển HVAC. Một bộ
điều khiển HVAC tương tự điển hình là loại khí nén nhận và hoạt động liên tục trên
dữ liệu. Trong khí nén điều khiển, bộ cảm biến sẽ gửi bộ điều khiển liên tục tín
hiệu khí nén, áp suất trong đó tỷ lệ thuận với giá trị của biến được đo. Bộ điều
khiển so sánh áp suất không khí do cảm biến gửi đến giá trị mong muốn của không
khí áp lực được xác định bởi điểm đặt và gửi điều khiển tín hiệu dựa trên so sánh.
Bộ điều khiển kỹ thuật số nhận tín hiệu điện tử từ cảm biến, chuyển đổi tín hiệu
điện tử sang xung kỹ thuật số
(giá trị) và thực hiện các phép toán trên các giá trị này giá trị. Bộ điều khiển điều
chỉnh giá trị đầu ra thành tín hiệu để vận hành một thiết bị truyền động. Bộ điều
khiển lấy mẫu dữ liệu số tại đặt khoảng thời gian, thay vì đọc liên tục. Các phương
pháp lấy mẫu được gọi là tín hiệu điều khiển rời rạc. Nếu khoảng thời gian lấy mẫu
24


ĐIỀU KHIỂN KIỂM SOÁT

cho bộ điều khiển kỹ thuật số được chọn đúng cách, thay đổi đầu ra rời rạc cung
cấp điều khiển đồng đều và không bị gián đoạn hiệu suất.
Hình 20 so sánh các tín hiệu điều khiển kỹ thuật số và analog. Các bộ điều khiển
kỹ thuật số định kỳ cập nhật quá trình như một hàm của một tập hợp các biến kiểm
soát được đo lường và một tập hợp kiểm soát đã cho thuật toán. Bộ điều khiển tính
toán toàn bộ tính toán, bao gồm thuật toán điều khiển và gửi tín hiệu đến thiết bị
truyền động. Trong nhiều hệ thống kiểm soát thương mại lớn hơn, bộ chuyển đổi
điện tử-khí nén chuyển đổi đầu ra điện với một đầu ra áp suất biến đổi cho hoạt

động bằng khí nén của yếu tố kiểm soát cuối cùng.

Hình 20. So sánh các tín hiệu điều khiển số và tín hiệu tương tự.

KIỂM SOÁT MÔ HÌNH
Hệ thống điều khiển sử dụng các chế độ điều khiển khác nhau để thực hiện mục
đích của họ. Chế độ điều khiển trong các ứng dụng thương mại bao gồm kiểm soát
hai vị trí, bước và nổi; tỷ lệ thuận, tỷ lệ tích phân, và tỷ lệ-tích phân-phái sinh điều
khiển; và điều khiển thích ứng.

25