暖通空调与新风系统联动的机电控制设计

引言

随着生活水平提升，人们对室内环境舒适度要求增加，暖通空调系统和新风系统在建筑中应用更广。前者调节室内温湿度，营造适宜环境；后者引入新风、排出浊气，保障空气新鲜清洁。但传统二者独立运行，缺乏协同控制，既难满足人们对室内环境综合品质的需求，又会造成能源浪费。所以，开展暖通空调与新风系统联动的机电控制设计研究意义重大，合理设计能实现优势互补，提升空气质量、降低能耗，契合绿色建筑与可持续发展要求。

1.暖通空调与新风系统联动的必要性

1.1 提升室内空气质量

室内空气质量直接影响人们的健康和舒适度。在人员密集的场所，如商场、办公楼等，长时间封闭运行会导致室内二氧化碳浓度升高、异味积聚、有害气体含量增加等问题。传统的暖通空调系统主要关注温湿度调节，对室内空气质量的改善能力有限。而新风系统能够将室外新鲜空气经过过滤、净化等处理后送入室内，同时排出室内污浊空气。将暖通空调与新风系统联动，可以根据室内空气质量参数（如二氧化碳浓度、PM2.5 浓度等）自动调节新风系统的运行，及时补充新鲜空气，有效改善室内空气质量。

1.2 实现节能高效运行

独立运行的暖通空调系统和新风系统在能源利用上存在一定的问题。例如，新风系统在引入室外空气时，如果没有与暖通空调系统进行联动控制，可能会导致室内温度和湿度波动较大，增加暖通空调系统的负荷，从而消耗更多的能源。通过联动控制设计，可以根据室内外环境参数（如温度、湿度、风速等）和新风需求，合理调节新风系统的送风量和暖通空调系统的运行模式，实现能源的优化配置，降低系统的整体能耗。

1.3 满足个性化需求

不同的人群对室内环境的要求存在差异，例如，老年人、儿童和病人对室内空气质量和温湿度的要求更为严格。暖通空调与新风系统联动控制可以根据不同区域、不同时间段的使用需求，实现对室内环境的个性化调节。例如，在医院的病房区域，可以根据病人的病情和身体状况，精确控制室内的温度、湿度和新风量，为病人提供更加舒适、健康的治疗环境。

2.联动控制系统的整体架构

2.1 传感器部分

传感器是联动控制系统的“眼睛”和“耳朵”，负责实时采集室内外环境参数和系统运行参数。常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、PM2.5 浓度传感器、风速传感器等。温度传感器用于测量室内外的温度，为暖通空调系统的温度调节提供依据；湿度传感器用于监测室内外的湿度，实现湿度的精确控制；二氧化碳浓度传感器和PM2.5 浓度传感器则用于反映室内空气质量状况，当浓度超过设定值时，触发新风系统的运行；风速传感器用于测量室外风速，以便在合适的风速条件下调整新风系统的送风方式。

2.2 控制器部分

控制器是联动控制系统的核心，它接收传感器采集的数据，并根据预设的控制策略进行分析和处理，然后向执行机构发出控制指令。控制器可以采用可编程逻辑控制器（PLC）、单片机或智能控制器等。PLC 具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强等优点，广泛应用于工业自动化控制领域；单片机则具有成本低、体积小等特点，适用于一些对控制要求相对较低的场合；智能控制器结合了先进的计算机技术和人工智能算法，能够实现更加复杂、智能的控制功能。

2.3 执行机构部分

执行机构根据控制器的指令，实现对暖通空调系统和新风系统的运行控制。常见的执行机构包括电动调节阀、变频器、风机等。电动调节阀用于调节暖通空调系统中的水流量或空气流量，实现对温度和湿度的精确控

制；变频器可以根据控制器的指令调节风机和水泵的转速，从而改变送风量和水流量，达到节能的目的；风机是新风系统的关键执行机构，负责将室外新鲜空气送入室内和排出室内污浊空气。

3.控制策略分析

3.1 基于室内空气质量参数的控制策略

该控制策略以室内空气质量参数（如二氧化碳浓度、PM2.5 浓度等）为主要控制依据。当传感器检测到室内二氧化碳浓度或 PM2.5 浓度超过设定值时，控制器发出指令，增大新风系统的送风量，同时根据室内温度和湿度的变化，调整暖通空调系统的运行模式，保证室内空气质量的同时维持舒适的温湿度环境。例如，在人员密集的会议室，当会议进行一段时间后，室内二氧化碳浓度会逐渐升高，此时新风系统自动加大送风量，将新鲜空气送入室内，改善室内空气质量。

3.2 智能节能控制策略

智能节能控制策略综合考虑室内外环境参数、系统运行参数和时间等因素，实现能源的优化利用。例如，根据室外温度和湿度的变化，自动调整新风系统的送风温度和湿度，减少暖通空调系统的负荷；在夜间或人员较少的时间段，降低新风系统的送风量和暖通空调系统的运行功率，实现节能运行。此外，还可以采用预测控制算法，根据历史数据和天气预报信息，提前预测室内环境参数的变化趋势，提前调整系统的运行状态，进一步提高能源利用效率。

3.3 故障诊断与容错控制策略

为了确保联动控制系统的可靠运行，需要设置故障诊断与容错控制策略。通过对传感器数据和执行机构状态的实时监测，及时发现系统中的故障，并采取相应的容错措施。例如，当某个传感器出现故障时，系统可以自动切换到备用传感器或采用估算值继续运行；当某个执行机构出现故障时，系统可以调整其他执行机构的运行参数，保证系统的基本功能不受影响。

4.实际案例分析

以某大型商业综合体为例，该建筑采用了暖通空调与新风系统联动的机电控制设计。在项目实施前，建筑的暖通空调系统和新风系统独立运行，存在室内空气质量不佳、能源消耗大等问题。通过安装传感器、控制器和执行机构，构建了联动控制系统，并采用了基于室内空气质量参数和智能节能的控制策略。

项目实施后，经过一段时间的运行监测，取得了显著的效果。室内二氧化碳浓度和 PM2.5 浓度明显降低，室内空气质量得到了显著改善；同时，系统的能源消耗较实施前降低了约 20% ，实现了节能运行的目标。此外，联动控制系统还具有操作方便、维护简单等优点，得到了用户的一致好评。

结束语

综上所述，暖通空调与新风系统联动的机电控制设计，是提升室内环境质量、实现建筑节能的有效办法。合理架构设计、科学策略制定及实际案例验证，证实其能改善空气质量、降低能耗，满足人们对室内环境舒适与健康的需求。不过，该设计目前仍在发展完善中，存在传感器精度和可靠性不足、控制策略智能化水平待提升等问题。未来研究可聚焦于新型传感器研发、先进算法应用和系统集成优化，推动联动控制技术发展，创造更优室内环境。

参考文献

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