控制系统的设计有哪些 [太阳能及辐射板空调控制系统的实践与探索]
摘 要：介绍了一种新型太阳能及辐射板构成的空调系统，通过多模式控制策略的应用，在能耗、室内空气品质上显示出较大的优越性。论文说明了独立新风系统(以下简称DOAS)、吊顶冷辐射板(以下简称CRCP)和太阳能电池板系统（以下简称SOLAR）的控制原理。实际运行结果表明了本系统达到发电量与用电量的电力平衡，节省了大量用电费用，有很好的推广价值。
关键词：独立新风系统(以下简称DOAS)；吊顶冷辐射板(以下简称CRCP)；太阳能电池板（以下简称SOLAR）
空调系统用电负荷日益加大并与电网用电高峰重叠，是导致我国夏天用电高峰紧缺以及电网运行不经济的重要原因。空调系统占据居民用电量已经超出百分之二十左右。应用太阳能储热实现室内空气调节的研究对节能减排有着重要的作用。
本系统的主要特点是：采用独立新风系统(以下简称DOAS)来解决室内空气品质问题，采用吊顶冷辐射板(以下简称CRCP)和太阳能电池板（以下简称SOLAR）的技术来解决空调与供电问题。总体上称为DOAS+CRCP+SOLAR系统。系统如图1所示
图1 系统原理框图
Fig.1 System Block Diagram
2010太阳能十项全能竞赛（欧洲赛区）
一、SOLAR系统
1、该部分的组成主要有，小型气象仪、主动式太阳能电池板（PV板）、辐射板、控制系统、逆变器、蓄电池、监控系统以及电能表等
2、系统的工作原理是，小型气象仪实时更新当地的天气情况，包括阴晴、温度、湿度、风向、风力等等，并且将这些数据传到监控系统。监控系统根据所在位置的经纬度计算出太阳每天的运行轨迹，然后实时调整PV板的方位，以便达到最大功率跟踪。而辐射板是黏贴在PV板的背面，PV板通过光电效应将太阳能转化为电能，与此同时，PV板温度将会持续上升，其发电效率随温度升高而降低。为此，采用水冷系统来降低PV板的温度，提高PV板的发电效率。通常可以提升百分之五的效率。而这部分热水能量储存在水袋中，作为室内空调夜间加热热源。光伏发电的逻辑优先顺序为：首先满足负荷用电，多余部分为蓄电池充电、再剩余部分向电网送电。用电的逻辑优先顺序为：优先应用PV板产生的电能、而后使用蓄电池电能、如果光伏发电量不足并且蓄电池储能不足时采用电网供电。
3、供电系统如图2所示：
图2 供电系统简图
Fig.2 Power system diagram
4、本SOLAR系统的多模式控制策略：
模式1：
当PV板发电量大于负荷耗电量，且蓄电池已充满或接近浮充状态时，开关K1，K2均闭合，系统联网运行，光伏部分的剩余电能可以满足蓄电池的充电需求，并向电网侧送电。
模式2：
当PV板发电量大于负荷耗电量，且蓄电池未充满，若蓄电池荷电状态较低，蓄电池处于容量较低的状态，则K1断开，K2闭合，系统以孤网模式继续运行，由PV板负责对蓄电池进行充电，因K1断开，避免了电网对蓄电池进行充电。
模式3：
当PV板发电量小于负荷耗电量，若蓄电池电量充足，则K1断开，K2闭合，系统处于孤岛运行模式，由蓄电池负责补充系统功率缺额。
模式4：
当PV板发电量小于负荷耗电量，若蓄电池容量低于一定的下限，为了避免蓄电池的过放电，则断开蓄电池开关K2，闭合开关K1，系统联网运行，由电网弥补系统功率缺额，蓄电池仅负责通讯设备的电力供应。
二、CRCP系统
辐射板有金属辐射板(图1)和土建辐射板(图2)等多种形式。金属辐射板可作为室内吊顶的一部分，使用较方便。为防辐射板结露，其冷水供水温度应高于室内空气露点温度2～3℃ ，一般为16～18℃ ，采用的供、回水温差一般为3℃。
1、吊顶冷辐射板系统包括：金属辐射板、控制器LOGIX5000（AB公司）、PLUS400模块（上位机显示）、ETHERNET模块、RS232模块、DI模块一个、DO模块四个、AI模块一个、AO模块一个、RTD（热电阻）模块、Pt100/ Pt1000等热电阻若干、温湿度传感器、电动调节阀以及开关阀、新风换气机、水源热泵、水泵冷热水箱。
2、软件控制程序的功能：
1）空调系统显示器与PLC通讯程序
2）控制器I/O接口调试程序
3）阀门以及泵的控制程序
4）空调系统、新风系统以及太阳能系统的联动程序
5）空调系统双闭环的PID控制程序。
图3空调系统流程图
Fig.3 Air-conditioning system flowchart
3、冷热水系统多模式方案
本系统采用的是金属辐射板，布置在屋顶以及墙面，在主管路以及室内主要分区均设有电动调节阀，从而可以实现分区优化控制。工作模式有：
模式一：白天制冷
白天，室内温度较高，需要制冷。此时，PLC控制器首先根据室外传感器传回的数据，判定外部空气是否符合作为室内空气冷源的要求，1）如果符合要求，可以通过开启天窗、以及其他侧立面的窗户进行制冷，2）如果不符合要求，那么可以利用冷水箱的冷水进入辐射板进行制冷，3）如果上述均不符合要求，那么开启热泵进行制冷，将冷量排到冷水箱，热量排到热水箱。
模式二：白天制热
白天，室内温度较低，需要制热。此时，PLC控制器首先根据室外传感器传回的数据，判定外部空气是否作为室内空气热源的要求，1）如果符合要求，可以通过开启天窗、以及其他侧立面的窗户进行制热，2）如果不符合要求，那么可以利用热水箱的热水进入辐射板进行制热，3）如果上述均不符合要求，那么开启热泵进行制热，将冷量排到冷水箱，热量排到热水箱。
模式三：夜间制冷
夜晚，室内温度较高，需要制冷。此时，PLC控制器首先根据室外传感器传回的数据，判定外部空气是否符合作为室内空气冷源的要求，1）如果符合要求，可以通过开启天窗、以及其他侧立面的窗户进行制冷，2）如果不符合要求，那么可以利用冷水箱的冷水进入辐射板进行制冷，3）如果上述均不符合要求，那么开启热泵进行制冷，将冷量排到冷水箱，热量排到热水箱。