1 研究背景
1.1 背景
随着建筑业的发展，空调应用越来越受欢迎。一方面，人们越来越关注生活环境和工作环境的舒适性。另一方面，鉴于目前不可再生能源的短缺，暖通空调系统是主要的能源消费者，逐渐受到人们的关注。中央空调能耗占比较大，占建筑总能耗的近50%，暖通空调系统降低能耗的节能方法研究是非常具有社会和经济意义的。节能环保是当今社会的重点课题，是实现可持续发展的重要保证。建筑能耗占社会能源消耗的比例较高，但在这些建筑能耗中，暖通空调能耗最多，达到建筑总能耗的65%。 中央空调作为一个耗能大户，我们如何从暖通空调角度进行节能研究变得非常有意义。从社会可持续发展的理论出发，空调系统如何适应在低能耗情况下实现高效运行以及在系统设计中做到节能设计计算、对空调设备进行节能选配等问题就成为空调节能的关键。采用对应的节能措施对于节约能源、降低企业暖通空调运行费用，提高企业的经济效益，同时促进国民经济发展。
未来，高消耗，粗放型的发展模式将被节能减排煤炭资源的新能源技术创新模式所取代。冬季某些地区供暖仍然采用煤炭，但煤炭是不可再生能源，燃烧会产生污染气体；常用的电加热，电制冷等，将导致
更高的运营成本。从可持续发展的角度来看，人们开始寻求更多节能环保的方法来取代传统的不可再生能源，如采用太阳能，风能，地下水和其他清洁能源，降低暖通空调的能源消耗系统，促进可再生能源的使用已成为节能工作和全面提高能源效率的有效途径。太阳能作为取之不尽的能源，也是一种无污染的可再生能源，它已被学校、工厂、酒店、商场、机场、花卉温室等类型的建筑空调系统和热水系统使用。
暖通空调系统使用各种能源复合应用，例如空气、太阳能和地下水，这不仅有效地提高了能源效率，而且还降低了暖通空调系统的能耗。此外，开发创新的暖通空调系统智能控制技术，增加和优化能源管理功能，为用户提供基于大数据信息的统计和预测，对建筑节能具有很大的应用前景。
1.1 意义
暖通空调系统是楼宇自动化系统的许多子系统和设备中最重要的部分，但它也是在许多设备中消耗最多能量的系统。人们对环境中空气质量，温度和湿度的高要求导致能
耗增加，在这种情况下，应该尽可能的去避免高能耗的现象。变频调速技术和PLC自动测温控制的应用不仅可以节约能源，提高系统的自动化程度，还可以提供系统稳定运行，结构简化和维护保养的优点。本文以自动控制在暖通空调系统中的应用为例，对控制系统工作原理、硬件结构以及软件仿真进行一整套设计，实现了暖通空调系统的自动化控制。
2 文献综述
2.1 国外研究现状
在美国科罗拉多州的某座独立建筑里，James A.Eibling设计安装了新型太阳能热泵，该太阳能热泵主要由太阳能集热器、热水水箱、蓄热水箱、换热器、压缩机、室外换热盘管等组成。该种热泵机组平时利用太阳能制取生活热水，同时通过室外换热器的换热进行夏季制冷与冬季制热，冬季空气温度较低时，利用空气作为热源制取热水时制热量不足，那么就切换至另一个换热器就可以利用太阳能热水辅助换热进行采暖。在过渡季节，该热泵机组通过利用太阳能作为热源进行采暖，实现室外换热器用作夏季制冷和冬季制热。
在希腊哈尼亚Michali SKaragiorgas建立了太阳能热泵系统，采用太阳能空气集热器提升空气温度。经过冬季的运行测试，当室内温度维持在20℃时，测试出的系统效率与空气源热源相比，如果环境温度为5℃，太阳能热泵系统效率可以提高约17%，但是当环境温度为10℃时，系统的效率则下降7.6%左右。
Fong K.F.在早期为解决离散的、非线性的、受到高度约束的空调系统变负荷、变季节条件，提出一种基于EP进化算法的探索性仿真EP祸合算法，能够有效解决随负荷变化，同时随季节变化的空调能耗问题，优化了暖通空调节能。
Rishel James B.(Burt)主要研究了冷冻水与热水分配系统，提出采用先进的数字控制、变频泵控制来减少系统中的设备需求，将这样的控制技术应用到变热量和变冷量的冷热水制取系统中。
Sekhar S. C.给出了一种新的空调系统中的空气质量和能耗的控制方法。它通过室内的空气质量、空气湿度在舒适度条件下设定期望值。但是设定的这些期望值又没有考虑同样的空调使用在不同的条件下整体的能量优化效果。
Zaheer-uddin等讨论计算HVAC时间调度的优化控制。主要考虑已知空气状态下，建筑物运行调度，对夜间启停和应用模式、能量核定，优化问题的解决方法。研究结果提出了区域流量最优值，优化的供风温度与优化的供水温度，以此来达到节能的目标。
2.2 国内研究现状
暖通空调控制技术方面，随着现代家庭对日常生活环境要求越来越高，暖通空调自动控制系统变得日益重要，我国还制定了相应的暖通空调系统管理标准。在我国，暖通空调自动调节系统的发展大致可以分为以下四个阶段：①设备集中化管理的控制阶段；
②模拟仪表的控制系统；③集散式的监控系统；④直接数字式的控制系统。陈延祥指出当前的信息化社会已经成为当今技术的主流，而暖通空调系统也应该跟随信息技术的主流发展。暖通空调自动调节
系统的发展方向主要有：①网络化与数字化；②更加优化的人机交互界面；③更加精确合理的参数范围。
肖俊钊提出将RBF模糊神经网络作为我国暖通空调控制系统常用的空调预测控制系统之一。RBF模糊神经网络的主要结构由室内采暖、室内通风与室内空调构建的。通过对空调数据输出信息的科学预测，可以有效地理解暖通空调系统的控制规律，及时纠正和反馈相关数据。在此基础上，可以进一步改进创新暖通空调的控制途径，实现对暖通空调系统的科学预测，实时预测暖通空调温度、湿度、通风等数据参数。
目前运行中的地源热泵空调系统控制系统存在能耗大、效率低、难扩展的问题。李恒就地源热泵系统水流量控制、房间温度的调节方面、控制系统难以实现自适应调控、系统控制器的控制能力局限等主要问题进行分析。单独研究地源热泵空调水系统，发现水系统存在许多不合理的流量控制。例如，地源热泵空调系统对供水采用恒流供水，未实现水系统的水流量调节；现有的某些水系统控制系统采集到的数据不能及时反映调节变化情况，导致系统的水力失调或者热力失调；整个系统还存在部分水系统的控制响应特性比较差，控制参数混乱也使空调系统无法正常运行；水系统的节流调节主要采用控制各管道阀门实现的。
毛鹏飞分析研究了地下水源热泵系统的节能控制。通过使用电能，地下水源热泵系统中将地下水低位
能转换成高位能。如果系统提供的电压出现谐波作用，机组将会自动检测并识别，停止机械运行，如果电压稳定，智能化系统就可以自动恢复到运行状态，智能控制技术可以延长机械设备的使用寿命，节约工程开支。
3 研究路径/论文（设计）框架
1 引言
2 暖通空调系统自动控制概述
2.1 暖通空调系统的控制过程
2.1.1 节流过程
2.1.2 蒸发过程
2.1.3 吸气压缩和排气过程
2.1.4 冷凝过程
2.2 暖通空调系统的控制功能
2.2.1 空气温度调节系统
2.2.2 空气湿度调节系统
2.2.3 空调水系统设计
3 自动控制在暖通空调系统中的应用
3.1 可编程控制器（PLC）的选型
3.1.1 估算出输入输出点
3.1.2 估算存储器的容量
3.1.3 对PLC的控制功能进行选择
3.2 模块电路的设计
3.2.1 变频器的选型
3.2.2 触摸屏的选型
3.3 变频控制电路
3.3.1 冷冻泵的变频控制
3.3.2 冷却泵的变频
3.3.3 冷却塔的控制
3.4 系统各功能设计电路
3.4.1 新风机组的监测控制
3.4.2 全空气空调机系统
3.4.3 风机盘管系统的监控设计
3.4.4 制冷系统的监控设计
3.5 PLC输入、输出点分配
4 暖通空调系统自动控制的软件设计以及仿真4.1 软件的运用
4.1.1 MATLAB简介
4.1.2 Wincc组态软件
4.2 单回路PIC控制仿真
4.2.1 上位机对新风系统的监控
4.2.1 触摸屏画面组态的连接
4.2.2 绘制新风系统的组态界面
4.2.3 创建监控点和PLC连接
4.4.4 触摸屏画面仿真过程
5 结论
4 进度安排
（1）2020年12月1日--12月30日：开始选题，在实践中与指导老师商讨，确定毕业论文题目及写作方向。
（2）2021年1月1日--1月30日：通过查询资料并结合写作方向，完成论文开题报告。
（3）2021年2月1日--2月28日：完成论文初稿，期间在图书馆及网上查阅并参考了大量相关资料。
（4）2021年3月1日--3月30日：完成论文初稿第一次修改。根据指导老师针对文章论点、论据的阐述以及论文逻辑性等方面问题提出的修改意见进行修改。
（5）2021年4月1日--4月20日：完成论文第二次修改。根据指导老师针对论文表述不清晰，论点阐述不够深入等问题提出的修改意见进行修改。
（6）2021年4月21日--5月10日：完成论文第三次修改。指导老师对论文格式，电子排版做了指导。
（7）2021年5月11日--5月30日：最后一次修改并定稿。
5 参考文献
[1]James A.Eibling,Donald H.Frieling.A solar heat pump[J].Solar Ener-gy, 1975,17(5):313-315.
[2]Saad Odeh, Salem Nijmeh,Bilal Akash.Performance Evaluation of solar-assisted Double-tube Ev a Porator Heat pump System[J].International Communications in Heat and Mass Transfer,2004,31(2):191-201.
[3]Miehalis Karagiorgas,Kostas Galatis,Manolis Tsagouri,Theoeharis Tsoutsos,Aristotelis Botzio-Val askis.Solar assisted heat pump on air collectors:a simulation tool[J].Solar Energy,2010,84(1):66-78.
[4]Fong K F, Hanby V LHVAC system optimization for energy management by evolutionary programming[J]. Energy &Buildings,2006,38(3):220-231.
[5]Sekhar S C,Tham K W.Development of Energy-Efficient Single-Coil Twin-Fan Air-Conditioni ng System with Zonal Ventilation Control. ASHRAE Transaction,2004,110(2):204-217.
[6]Zaheer-uddin M, Zheng G R.Optimal control of time-scheduled heating,ventilating and air conditioning processes in buildings.Energy
