1第3章空調系統自動化原理3.1空調系統的基本知識3.2中央空調系統的組成與分類3.3空調冷源水系統的自動控制3.4空調熱源系統及集中供熱系統自動控制3.5空調末端自動化3.6風機盤管的控制3.7通風系統自動控制3.8高精度工藝空調系統自動控制3.9VRV空調系統3.10恒溫恒濕空調機組DDC控制器硬件設計第3章空調系統自動化原理2第3章空調系統自動化原理3

3.3空調冷源水系統的自動控制冷源系統由多臺制冷機組和冷凍水循環泵、冷卻水循環泵、冷卻塔、補水箱、膨脹水箱等設備組成。主要目的使冷凍水所載冷量和冷卻水所帶走的熱量與不斷變化的空調末端負荷相匹配，并降低整個輸配系統的運行費用。

冷卻塔安裝在室外，膨脹水箱安裝在建筑物最高的屋頂。為保護空調系統的設備，冷凍水在進入系統之前須經過處理(如除鹽、除氧等)，水處理設備也安裝在制冷站。水處理設備運行時間相對較短，一般不納入樓宇自動化系統進行在線監控。熱源裝置如鍋爐、換熱器也安裝在制冷站。第3章空調系統自動化原理4

3.3空調冷源水系統的自動控制基本概念3.3.2制冷系統運行參數檢測3.3.3冷水機組的連鎖控制3.3.4

冷凍水系統控制

冷卻水系統控制

設備相互備用切換與均衡運行控制

制冷系統監控技術的發展第3章空調系統自動化原理5基本概念1.定流量系統系統中循環水量保持不變，當空調負荷變化時，通過改變供、回水的溫差來適應。系統簡單、操作方便，不需要復雜的自控設備，輸水量是按照最大空調冷負荷來確定的，循環泵的輸送能耗處于最大值，運行費用大。適用于間歇性使用建筑的空調系統，以及空調面積小，只有一臺冷水機組和一臺循環水泵的系統。高層民用建筑盡可能少采用這種系統。第3章空調系統自動化原理6基本概念2.變流量系統系統中供、回水溫差保持不變，當空調負荷變化時，通過改變供水量來適應。管路內流量隨系統負荷變化而變化，輸送能耗也隨著負荷的減少而降低，水泵容量及電耗也相應減少。系統的最大輸水量是按照綜合最大冷負荷計算的適用于大面積的高層建筑空調全年運行的系統。第3章空調系統自動化原理7基本概念--3.冷凍水系統的調節方式質調節和量調節：通過對冷凍水泵和冷水機組的運行控制實現對冷凍水流量和冷凍水溫度的控制。

（1）空調水系統的質調節一種定流量的調節方式。在保持冷凍水流量不變的前提下，通過調節冷凍水的供水溫度來保證空調冷凍水系統的穩定運行。質調節通常可分為對制冷機組的蒸發器出水溫度的調節和對冷凝器進水溫度的調節。第3章空調系統自動化原理8

（2）空調水系統的量調節一種變流量的調節方式。保持冷凍水溫度不變的前提下，通過調節水系統的冷凍水和冷卻水的流量，使空調系統各部件以及整個空調系統的性能得到改善。優點：節約水系統水泵運行電能，缺點：容易引起系統的水力失調。實際控制過程中，針對不同的控制工況可有針對性地采用質調節和量調節，兩種控制模式可以單獨采用，也可以互為補充。第3章空調系統自動化原理9（3）間歇調節量調節的特殊形式，用作熱水采暖系統的一種控制方式。間歇調節是時而開泵時而停泵地定期向采暖系統供熱。停泵時系統中的水停止循環，熱水逐漸放出熱量并降低溫度；熱水冷卻到了一定程度，室內空氣溫度下降到允許最低溫度，重新開泵，系統中的水又開始循環；經過鍋爐加熱到一定溫度后，繼續向系統中供熱。采用這種控制方式必須掌握好送水溫度并考慮到建筑物的熱惰性。第3章空調系統自動化原理10基本概念4．空調末端的的冷熱水流量量的控制方法法冷熱源側環路路和負荷側環環路冷熱源側環路路：部分冷熱水經經過冷水機組組至分水器，，再由分水器器經旁通管路路進入集水器器，該環路負負責冷水的制制備；負荷側環路：：冷熱水從分水水器經空調末末端沒備能量量轉換后返回回集水器這段段管路。這里討論的定定流量系統還還是變流量系系統均是指負負荷側的環路路。第3章空調系統統自動化原理理11

第3章空調系統統自動化原理理12（1）定流量量系統負荷側側末端設備的的冷熱水流量量的調節定流量冷熱水水系統指負荷荷側循環水量量與空調負荷荷變化無關。。系統采用電動三通閥分流進入風機機盤管等末端端設備，保證證主回路流量穩穩定的前提下，調調節進入風機機盤管的流量量，改變供、回水水的溫差來滿足房間負負荷的變化。。第3章空調系統統自動化原理理13基本概念這種能量調節節的方法，不節能，整個水水系統循環泵泵的流量是不不變的夏季，當房間的溫度度升高時，室溫調節器器使直通閥座開大大、旁通閥座關關小，直到完完全關閉，控控制大部分或或全部冷水通通過空調末端端。反之，房間溫度降低低，室溫調節器器使直通閥座關小小、旁通閥座打打開，直到完完全打開，冷冷水旁通流過過末端設備，，直接進入回回水管網。第3章空調系統統自動化原理理14（2）變流量量系統負荷側側末端設備的的冷熱水調節節系統中供、回回水溫差保持持不變，當空空調負荷變化化時，通過改改變供水量來來調節。整個水系統的的流量是隨末末端負荷變化化而變化的，，變流量系統要要通過停開或或起動某一臺臺循環泵，或或變頻控制水水泵轉速，以以適應水流量量變化的情況況，達到節能能的目的第3章空調系統統自動化原理理15夏季，當房間負荷＞設定值時，電動兩通閥開開啟大，調節冷水流流經末端設備備。當房間負負荷＜設定值時，室室溫調節器調調節電動兩通通閥關小，減減少向末端設設備的供水。。冬季時，電動三通閥或或電動兩通閥閥的動作與夏夏季時相反如圖為利用電電動兩通閥進進行機組能量量調節的原理理圖。第3章空調系統統自動化原理理16制冷系統運行行參數檢測冷凍水回路供回水溫度、、流量、壓力力、差壓冷卻水回路供回水溫度、、流量、壓力力蝶閥控制旁通回路調節節冷水機組運行行臺數控制循環泵運行臺臺數控制第3章空調系統統自動化原理理17第3章空調系統統自動化原理理18制冷系統運行行參數檢測（1）冷水機機組冷凍水、、冷卻水供回回水溫度檢測測；（2）冷水機機組冷凍水壓壓差檢測；（3）冷凍水水回水流量檢檢測；（4）分水器器和集水器壓壓力壓差測量量；（5）冷水機機組水流指示示器信號；（6）冷凍水水回水流量旁旁通電動閥開開度監控；（7）冷水機機組、冷凍水水泵、冷卻水水泵、冷卻塔塔運行狀態監監控及故障報報警。第3章空調系統統自動化原理理19制冷系統運行行參數檢測---控制（1）冷凍水水泵、冷卻水水泵、冷水機機組及相應的的蝶閥的順序序啟/停控制制和設備管理理。（2）冷卻塔塔風機的啟/停控制；（3）冷卻、、冷凍水路差差壓旁通閥控控制。（4）根據冷冷量或冷水回回水溫度控制制冷水機組的的臺數；（5）冷凍水水泵、冷卻水水泵及風機運運行的均衡控控制；（6）采用變變頻技術，在在合理控制冷冷水機組工作作臺數的基礎礎上，控制冷冷凍水泵、冷冷卻水泵的轉轉速，調節供供冷量，以達達到降低制冷冷站能耗的目目的。第3章空調系統統自動化原理理20冷水機組的連鎖控制空調制冷系統統的連鎖控制制：冷卻泵控控制、冷卻塔塔風機控制、、冷凍泵控制制及冷水機組組的控制。在開啟冷機前前應先運行冷冷凍泵；冷卻泵要有足足夠的冷卻水水水量。在空調冷媒水水系統的起動動或停止過程程中，制冷機機組與相應的的冷媒水泵、、冷卻水泵和和冷卻塔等進進行電氣連鎖鎖。只有當所有的的附屬設備及及附件都正常常運行之后，，制冷機組才才起動；而停停車時的順序序則相反。第3章空調系統統自動化原理理213.3.3.1一次泵定水量量系統制冷機機組和冷凍水水泵的連接方方式冷凍水泵要位位于冷水機組組的回水管上上，以保證機機組內的正壓壓和穩定的冷冷凍水流量。。第3章空調系統統自動化原理理223.3.3.1一次泵定水量量系統制冷機機組和冷凍水水泵的連接方方式1．水泵和冷冷水機組先串后并一對一的連接接方式冷水變化率較較大，平滑性性差。2．水泵和制制冷機組先并后串的獨立并聯聯方式連接方式間間接、方便便。水泵和制冷冷機組的運運行臺數不不需要一一一對應。制冷機組的啟停數量量由末端空調總總負荷決定，冷水泵啟停數量的的控制則根根據末端空調水水流量實際需求值值決定水泵泵啟停臺數數。第3章空調系系統自動化化原理23冷媒水泵起動命令第Ⅰ級延時冷卻水泵第Ⅱ級延時冷卻塔風機第Ⅲ級延延時時與制冷冷機機起動動冷媒媒水水水水流流開關關動動作作冷卻卻水水水水流流開關關動動作作制冷冷機機停停機機停機機命命令令總延延時時冷媒媒水水泵泵、、冷冷卻卻水水泵泵、、冷冷卻卻塔塔風風機機停停機機單臺臺冷冷水水機機組組順順序序控控制制步步驟驟3.3.3.2正常常開開機機順順序序及及延延時時啟啟動動第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理24當有有多多臺臺冷冷水水機機組組并并聯聯，，并并且且在在水水管管路路中中與與制制冷冷機機組組不不是是一一一一對對應應時時，，則則制制冷冷機機組組冷冷媒媒水水和和冷冷卻卻水水管管路路上上還還設設有有電電動動蝶蝶閥閥，，以以使使制制冷冷機機組組與與水水泵泵能能一一一一對對應應運運行行。。機電電設設備備的的開開機機順順序序為為：：冷卻卻塔塔風風機機→→冷冷卻卻水水蝶蝶閥閥→→冷冷卻卻水水泵泵→→冷冷媒媒水水蝶蝶閥閥→→冷冷媒媒水水泵泵→→制制冷冷機機起起動動；；停停機機過過程程與與開開機機相相反反，，各各動動作作之之間間仍仍需需考考慮慮延延時時。。如果果設設置置水水流流開開關關，，其其控控制制作作用用同同上上。。正常常開開機機順順序序及及延延時時啟啟動動第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理25正常常開開機機順順序序及及延延時時啟啟動動多臺臺冷冷水水機機組組的的啟停停控控制制假設設制制冷冷機機、、冷冷卻卻塔塔水水泵泵累累積積運運行行時時間間，，由由短短到到長長都都依依次次為為1#2#3#，，則則3#制制冷冷機機作作為為備備用用，，以以下下只只討討論論1#、、2#制制冷冷機機的的聯聯動動順順序序。1．．啟啟動動第第一一臺臺設設備備的的步步驟驟開1#冷冷卻卻塔塔→開開相相應應冷冷卻卻塔塔蝶蝶閥閥V7、、V8、、V2→30S后后，，啟動動冷冷卻卻塔塔風風機機和和冷冷卻卻水水泵泵1#→240S后后，，打開開冷冷凍凍水水蝶蝶閥閥V1→→30S后，，開冷冷凍凍水水泵泵1#→240S后后開開制制冷冷機機1#。。第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理26

第3章空空調系系統自自動化化原理理27正常開開機順順序及及延時時啟動動（2））1#機組組開啟啟后，，再開啟2#時已經有有一臺臺機組組在工工作再再啟動動另一一臺機機組，，根據據離心心式水水泵操操作規規范要要求，，先啟動動水泵泵后再再打開開閥門門，有利利于減減小電電動機機的啟啟動電電流，，有利利于冷冷機的的工作作。冷卻塔塔2#→啟啟動冷冷卻塔塔風機機和冷冷卻水水泵2#→→10S后后開開冷卻卻塔(水)蝶閥閥V9V10V4→60S后后開開冷凍凍水泵泵2#→30S后后開相相應冷冷凍水水蝶閥閥V3→240S后后開制制冷機機2#。第3章空空調系系統自自動化化原理理283.3.3.3正常停停機順順序及及延時時應根據據冷水水機組組蒸發發器結結構、、最小小允許許流量量和防防凍結結溫度度設定定值設設計防防凍結結延時時停機機保護護順序序。1.當當二套套設備備都在在運行行時關制冷冷機→→180S后后關冷冷凍水水蝶閥閥→10S后后關冷冷凍水水泵→→60S后后關關冷卻卻水蝶蝶閥→→30S后后關關冷卻卻水泵泵和風風機→→60S后后關關冷卻卻水塔冷冷卻水水塔蝶蝶閥。。2.當當僅僅一套套設備備運行行時關制冷冷機→→180S后后關冷冷凍水水泵→→30S后后關關冷凍凍水蝶蝶閥→→60S后后關關冷卻卻水泵泵和風風機→→30S后后關關冷卻卻水蝶蝶閥→→60S后后關關冷卻卻水塔塔冷卻卻水塔塔蝶閥閥。第3章空空調系系統自自動化化原理理293.3.3.4故障停停機的的延時時和停停順序序機一般定定流量量冷水水機組組控制制器當當監測測到蒸蒸發器器出水水溫度度達到到凍結結水溫溫度時時立即即執行行保護護性停停機。。防凍結結延時時停機機保護護順序序能在監監測到到達凍凍結溫溫度時時不會會立即即停機機,而而是上上升到到臨界界值時時才迫迫使其其停機機,（1））當二二套設設備都都在運運行時時關制冷冷機→→120S后后關冷冷凍水水蝶閥閥→20S后后關冷冷凍水水泵→→50S后后關關冷卻卻水蝶蝶閥冷冷卻水水塔蝶蝶閥→→20S后后關關冷卻卻水泵泵和風風機。。（2））當僅僅一套套設備備運行行時關制冷冷機→→120S后后關冷冷凍水水泵→→20S后后關關冷凍凍水蝶蝶閥→→30S后后關關冷卻卻水泵泵和風風機→→20S后后關關冷卻卻水蝶蝶閥→→30S關關冷冷卻水水塔冷冷卻水水塔蝶蝶閥。。第3章空空調系系統自自動化化原理理30冷凍水水系統統控制制冷水循循環環環路分為冷源側側環路路和負荷側側環路路兩部分分。冷凍水水流量量的過過快變變化不不利于于制冷冷機組組蒸發發器的的正常常工作作。冷源側側應保保持定定流量量運行行，保證證冷水水機組組蒸發發器的的傳熱熱效率率；避避免蒸蒸發器器因缺缺水而而凍裂裂；保保持冷冷水機機組工工作穩穩定。。制冷機機組冷源側側環路路的冷凍凍水采采用定定流量量控制制方式式，而而負荷側側的冷凍凍水可可采用用定流流量或或變流流量控控制方方式。。第3章空空調系系統自自動化化原理理31冷凍水水系統統控制制冷凍水水系統統的監監控任任務與與控制制參數數冷凍水水泵的的控制制方式式一次泵泵定流流量系系統控控制二次泵泵變流流量系系統控控制一次泵泵變頻頻調速速系統統控制制第3章空空調系系統自自動化化原理理32冷凍水水系統統的監監控任任務與與控制制參數數1．冷冷凍水水系統統的監監控任任務（1））保證證冷凍凍水機機組的的蒸發發器通通過足足夠的的水量量以使使蒸發發器正正常工工作，，防止出出現凍凍結現現象。（2））向用用戶提提供充足的的冷凍凍水量量，以滿滿足用用戶的的需求求。（3））當空空調末末端負負荷減減少時時，自自動調調整冷冷水機機組的的供冷冷量，，以降低能能耗。。（4））保證證用戶戶端一一定的的供水壓壓力。（5））在滿滿足使使用要要求前前提下下，盡盡可能能的減減少輸輸水系系統中中循環環水泵泵的電能消消耗。第3章空空調系系統自自動化化原理理33第3章空空調系系統自自動化化原理理34冷凍水水系統統的監監控任任務與與控制制參數數2．運運行參參數的的設置置（1））冷凍凍水供供水溫溫度設設置的的典型值值為7℃，不宜宜降低低。（2））冷凍凍水供供水溫溫度可升高高到9℃或或10℃，不會會影響響中央央空調調系統統的舒舒適度度，大大幅度度節約約空調調主機機消耗耗的能能源。。（3））溫水水供水水溫度度設置置值宜宜選取取在45℃℃～50℃℃，不不宜過過高，，可有有效地地節能能。（4））供回回水溫溫差設設置的的典型型值為為5℃℃，可可在4℃～6℃之之間選選擇，，提倡大大溫差差小流流量運運行，切忌在在小溫溫差大大流量量狀態態下運運行。。第3章空空調系系統自自動化化原理理35冷凍水水泵的的控制制方式式1.采采用用三通通閥的的定流流量一一次泵泵系統統的控控制2．采采用二二通閥閥的定定轉速速變水水量一一次泵泵系統統的控控制第3章空空調系系統自自動化化原理理36冷凍水水泵的的控制制方式式3．冷冷凍水水環路路壓差差的自自動控控制當空調調機組組、風風機盤盤管都采用用電動動二通通閥的的空調調水系統時時，用戶側側屬變變流量量系統，冷冷源側側需定定流量量運行行。在供、、回水水管之之間加加一旁通閥閥。第3章空空調系系統自自動化化原理理37一次泵泵定流流量系系統控控制系統中中通常常每臺臺機組組配有有一臺臺水泵泵，水水泵保保持定定流量量運行行，水水泵與與機組組聯動動。系統末末端安安裝電電動二二通調調節閥閥，中中間的的旁通通管上上設有有壓差差旁通通閥，，用來來平衡衡冷原原測和和負荷荷側的的流量量。第3章空調調系統自自動化原原理38一次泵定定流量系系統控制制1．冷凍凍水泵采采用恒速速控制2．采用用回水溫溫度控制制方法根據冷凍凍水系統統中回水水溫度的的大小決決定冷水水機組的的運行臺臺數3．采用用流量控控制法當Q<0.30Qmax三三臺一一次泵全全部運行行；當0.65Qmax>Q>0.35Qmax停停掉一臺臺水泵；；當Q>0.70Qmax再再停掉一一臺水泵泵。4.根據據旁通閥開開度及其其限位開開關來實現機機組啟停停控制第3章空調調系統自自動化原原理39負荷側采采用二通通閥的二二次泵變變流量系系統控制制部分負荷荷時，用戶側側的水泵泵根據負負荷的變變化進行行流量調調節，提提供相應應的冷凍凍水流量量，與一次泵泵定流量量系統相相比有一一定的節節能效果果。一次泵定定流量+臺數控控制和二二次泵變變流量控控制第3章空調調系統自自動化原原理40負荷側采采用二通通閥的二二次泵變變流量系系統控制制1．冷源源側環路路定流量量控制二次泵系系統采用用旁通平平衡管取取代旁通通閥，初初級泵采采用定速速控制●當旁通通管內水水量≥單臺機組組額定流流量的110%時，關關閉一臺臺機組及及相應一一次泵；；●當旁通通管內水水量達到到單臺機機組額定定流量的的20%～30%時時，則開開啟一臺臺冷水機機組及相相應一次次泵。第3章空調調系統自自動化原原理41負荷側采采用二通通閥的二二次泵變變流量系系統控制制2．負荷荷側環路路的變流流量控制制（1）二二次冷凍凍水泵的的臺數控控制①流量量控制法法，供供水管道道上安裝裝流量計計②壓差控制制法③配合合二次泵泵臺數控控制，一一次泵采采用旁通通管流量量控制法法第3章空調調系統自自動化原原理42一次泵采采用旁通通管流量量計第3章空調調系統自自動化原原理43（2）二次泵變變頻調速速控制系統運行行時，用用戶負荷荷的冷凍凍水是由由次級泵泵直接供供給的，，通過檢檢測供回水總總管的冷冷凍水溫溫度，，供回水水總管的的冷凍水水流量，變頻調調速控制制裝置確確定需要要運行次次級泵的的臺數和運運行頻率率。第3章空調調系統自自動化原原理44二次側溫溫差控制制法二次側壓壓差控制制法水泵臺數數與轉速速聯合控控制第3章空調調系統自自動化原原理45一次泵變變頻調速速系統控控制一次泵變變流量系系統中的的水泵改改為變頻頻調速，，通過制制冷機組組蒸發器器的冷凍凍水量為為變流量量，是一次泵變變頻調速速變流量量系統。根據負荷荷的變化化，利用用水泵變變頻調節節一次水水流量來來達到節節能的目目的。優優點：節節約運行行能耗；；減少水水泵在功功率峰值值運行時時間；節節約機房房面積。。相對于于一次泵泵變流量量系統，，運行更更高效，，更節能能一次泵變變頻調速速系統控控制第3章空調調系統自自動化原原理46冷卻水系系統控制制主要設備備包括制冷機組組、冷卻卻水泵和和冷卻塔塔等裝置冷卻水系系統與冷冷凍水系系統溫度度變化不不同，空調冷凍凍水的溫溫度主要要與制冷冷機組運運行負荷荷相關，，空調冷卻卻水的溫溫度不僅僅與冷凍機負負荷相關關，還與與外界環環境溫度度、濕度度和冷卻卻塔工況況等相關關。第3章空調調系統自自動化原原理47各冷卻塔塔進水管管上設置置有電動動閥，①冷卻卻塔停止止運行時時切斷水水路，②②調整進進入各冷冷卻塔的的水量，，使其分分配均勻勻，保證證各冷卻卻塔都能各制冷機冷凝器入口處設置電動閥進行通斷控制，在制冷機停機時關閉，以防止冷卻水短路，減少正在運行的冷凝器的冷卻水量。第3章空調調系統自自動化原原理48冷卻水系系統控制制一．冷卻卻水系統統的參數數設定和和調節方方法1．冷卻卻水系統統的參數數設定冷水機組組對冷卻卻水進水水溫度為為32℃，不宜升升高，壓壓縮式冷冷水機宜宜在25℃～30℃之之間選擇擇，吸收收式冷溫溫水機宜宜在28℃～32℃之之間選擇擇。冷卻水溫溫度的要要求出水溫度度是37℃。冷卻水進進出口水水溫差典典型值為為5℃。。第3章空調調系統自自動化原原理492．冷卻卻水系統統的質調調節和量量調節（1）冷冷卻水系系統質調節：調節冷冷卻水的的溫度，，同時，，保持冷冷卻水流流量不變變，冷卻卻水泵的的功耗不不變。（2）冷冷卻水系系統的量調節：保持冷冷卻水溫溫度不變變的前提提下，通通過調節節冷卻水水流量來來改善整整個空調調冷卻水水系統。。通常采用用穩定冷卻卻水回水水溫度的控制方方式，通通過調節節冷卻水流流量、冷冷卻塔風風機啟停停或改變變風機轉轉速等方方法保證冷卻卻系統的的運行。。第3章空調調系統自自動化原原理502．冷卻卻水系統統的質調調節和量量調節（3）冷冷卻水流流量與制制冷機功功耗的關關系冷卻水系系統中冷冷卻水流流量越大，冷冷卻水側側的換熱熱系數增增大，換換熱效果果越大，，會使制制冷機效效率提高高，制冷冷機功耗耗下降。。冷卻水系系統中冷冷卻水流流量越大，水水泵的耗耗功率加加大。第3章空調調系統自自動化原原理512．冷卻卻水系統統的質調調節和量量調節（4）冷冷卻水回回水溫度度設置要要適當（（25℃～32℃））適當降低低冷卻水水溫可增增加過冷冷度，制制冷量也也會增加加，隨著著冷卻水水進水溫溫度的降降低，冷冷水機組組的制冷冷量與性性能系數數有所提提高。當冷卻水進水水溫度由32℃降低到26℃時，制制冷量與制冷冷性能系數均均提高約20%。第3章空調系統統自動化原理理52冷卻水系統控控制3.冷卻水水系統定頻定定流量控制冷凝器冷卻水水流量過小會會使冷凝溫度度和冷凝壓力力過高，造成成制冷效率下下降或冷凍機機報警等故障障，而當冷凝凝器冷卻水流流量過大時，，又會造成能能源浪費。冷卻水系統的的控制涉及制制冷機負荷、、外界環境的的溫濕度和制制冷機自身能能耗變化等多多種因素，傳統上空調冷卻水系系統一般是定定流量系統。。第3章空調系統統自動化原理理53冷卻水系統控控制4．冷卻水循循環水泵的變變流量控制對于空調冷卻卻水系統，采采用定流量方方式將會造成成水泵電能的的浪費。冷卻水供水量量比冷凍水供供水量大，管管路也較為簡簡單，對冷卻卻水系統采用用變頻控制節能效果相對對明顯、操作作相對簡單。。第3章空調系統統自動化原理理54系統通過檢測測冷卻水供回回水的溫度，，控制冷卻水水的循環水量量。第3章空調系統統自動化原理理55冷卻水變頻調調速控制系統統通過監測出水溫度和進進水溫度，調整冷卻水水泵和冷卻塔塔風機的運轉轉頻率。第3章空調系統統自動化原理理56冷卻水系統控控制常采取保持進進水溫度為定定值，再用出水溫度與進進水溫度的溫溫差作為控制制值。當溫差高于設設定值時，提提高冷卻水泵泵的轉速，使使溫差返回到到設定值：當當溫差低于設設定值，降低低冷卻水泵的的轉速，同樣樣使溫差回到到設定值，建建立新的平衡衡狀態，當冷卻水泵和和冷卻塔風機機轉速都是45Hz以上上時，出水溫度和進進水溫度都仍仍高于設定值值時，增加冷卻卻塔風機運行行的臺數。第3章空調系統統自動化原理理57冷卻水系統控控制----二.冷卻塔控制利用冷卻回水水溫度來控制制相應的冷卻卻塔風機，風風機以臺數控控制或變速控控制構成一個個獨立控制回回路。根據制冷機對對冷卻水溫的的要求，確定定冷卻塔的開開啟臺數。當當冷卻塔出水水溫度高于設設定溫度，則則增開一臺冷冷卻塔，低于于設定溫度可可停開一臺冷冷卻塔。有的冷卻塔風風機還采用雙雙速電機，通通過轉速的變變化調節冷卻卻水溫度，配配合高/低速速的轉換來確確定冷卻塔的的運行臺數。第3章空調系統統自動化原理理58冷卻水系統控控制在室外溫度比比較低的情況況下，通過冷冷卻水回路的的自然冷卻就就可滿足制冷冷機對冷卻水水的溫度要求求，這時可關關掉所有冷卻卻塔的風機，，單靠冷卻水水循環過程的的自然冷卻實實現冷卻水的的降溫。合理地調整冷冷卻塔風機和和冷卻水泵的的運行臺數可可以達到降低低能耗的目的的。第3章空調系統統自動化原理理59冷卻水系統控控制下面是幾種冷冷卻塔風機的的控制方法:1．采用溫感感控制目前較為常用用，利用熱敏敏電阻測溫同同時連接調溫溫計，在調溫溫計內裝上微微型開關，利利用封入液體體的熱脹冷縮縮特性來實現現風機電機電電源的開關。。簡單易行，節節能效果也較較為顯著，對對風機開、關關的過于頻繁繁則容易導致致開關與風機機電機的過熱熱，進而影響響它們的使用用壽命。第3章空調系統統自動化原理理60冷卻水系統控控制2．采用風機機的臺數控制制。控制風機臺數數來實現風量的調節。調節手段更更強，調節范范圍也更大，，而且冷卻塔塔的水溫也較較為穩定。3．采用電機機的變頻控制制。根據冷卻負荷荷的變化來不斷的調整整風機的電機機轉速以滿足足控制要求。。變頻控制使使得冷卻水回回水溫度更加加穩定、風機機的耗電量減減少，節能效效果更明顯。。但是由于其成成本比較高，，而且控制相相對復雜，目目前在實際工工程上的應用用還相對較少少。第3章空調系統統自動化原理理61冷卻水系統控控制三.冷卻水系系統的補水控控制使用冷卻塔時時會有冷卻水水的水量消耗耗，冷卻水的的水量損失一一般包括：散散發熱量所產產生的蒸發水水量、飄水水損失、泄泄露損失等。。（1）采用冷冷卻塔底盤補補水方式。檢測冷卻塔底底盤水位，控控制電磁閥或或補水泵工作作，保證水盤盤的水位穩定定；第3章空調系統統自動化原理理62冷卻水系統控控制（2）采用集集水箱補水方方式。采用集水箱方方式可連通多多臺并聯運行行的冷卻塔，，使各臺冷卻卻塔水位平衡衡。為多臺冷冷卻塔統一補補水、排污、、加藥等提供供了方便操作作的條件等。。設置水箱也存存在占據機房房面積、水箱箱和冷卻塔高高差過大時浪浪費電能等缺缺點。是否設設置集水箱應應根據工程具具體情況確定定。第3章空調系統統自動化原理理63設備相互備用用切換與均衡衡運行控制冷凍水系統的的各種設備基基本上都是多多臺(套)配配備，同類設設備之間互為為備用。為了保證機組組的安全運行行，延長設備備使用壽命，，并使設備和和系統處在高高效率的工作作狀態，通常常要求設備累累計運行時間間盡可能相同同，即同類設設備均衡運行行。一般采用兩種種方法來實現現設備的均衡衡運行，即：：輪換法和累累積法。第3章空調系統統自動化原理理64設備相互備用用切換與均衡衡運行控制1．設備輪換換法相關設備定時時輪換工作，，在多泵系統統中，根據設設備的啟停規規律，改變設設備的啟停順順序，例如一一個三臺水泵泵的系統，在在1#泵啟動動運行到完成成工作停機后后，當需要再再次啟動時，，可以安排2#泵工作，，再控制3#泵啟動。輪換法以固定定設備的工作作順序為目標標，在設備工工作關系復雜雜的系統中，，控制程序比比較復雜，在設備較多、、相互關系復復雜的水系統統控制中較少少采用。第3章空調系統統自動化原理理65設備相互備用用切換與均衡衡運行控制2．工作時間間累積法指分別統計相相同的幾臺設設備的累積運運行時間，優優先啟動累積積運行時間最最短的設備，，優先關閉累累積運行時間間最長的設備備。邏輯關系相對對簡單，更適適合于計算機機控制。正常常工作時控制制系統記錄每每一臺設備的的工作時間，，在需要啟停停設備時，只只需要檢查各各設備的累積積工作時間，，啟動累積工工作時間最少少的設備，停停止工作時間間最長的設備備。第3章空調系統統自動化原理理66制冷系統監控控技術的發展展1.以高效效節能為目標標的空調水系系統控制（1）將定流流量控制系統統改為變流量量控制系統。。從傳統的空調調主機供水定定流量控制的的方法，改變變成滿足空調調主機運用工工況的變流量量控制，末端端需要多少冷冷熱量就供給給多少冷熱量量，實現最佳佳的節能。（2）實時控控制冷卻水系系統，優化空空調主機的運運行工況。冷卻水系統按按照設置的進進水溫度和出出水溫度，采采用變流量運運行方式。使使冷卻水系統統實時跟蹤空空調主機發熱熱量的變化，，按照需要散散發熱量，提提高空調主機機的熱交換效效率。第3章空調系統統自動化原理理67制冷系統監控控技術的發展展（3）活塞式式壓縮機和離離心式壓縮機機的變頻控制制。從理論上講，，壓縮機功耗耗與轉速的三三次方成比例例，當轉速下下降時，功耗耗將急劇下降降。（4）控制壓壓縮機的啟動動負載通過控制壓縮縮機啟動時的的負載的上升升速度，使冷冷水溫度緩慢慢的達到控制制溫度。既可可以延長壓縮縮機的使用壽壽命，又可以以減少機組運運行過程中的的電力消耗。。第3章空調系統統自動化原理理68制冷系統監控控技術的發展展2．加強空調調系統的遠程程監控制冷機組本身身的控制系統統都配有標準準通信接口，，新的制冷機機組絕大部分分支持BACnet或LonWorks等在智智能建筑領域域影響比較大大的通信協議議。如果能通過通通信接口和共共同支持的通通信協議，實現現BAS與與制制冷冷機機組組的的無無縫縫連連接接，BAS就就可可能能實實現現對對制制冷冷機機組組運運行行更更為為深深入入、、全全面面的的監監控控，，使使BAS對對冷冷水水機機組組和和制制冷冷系系統統運運行行參參數數監監控控、、節節能能控控制制和和安安全全保保護護等等提提高高到到新新的的水水平平。。第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理693.5空調調熱熱源源系系統統及及集集中中供供熱熱系系統統自自動動控控制制集中中供供熱熱系系統統是是指指以以熱熱水水或或蒸蒸汽汽作作為為熱熱媒媒，，集集中中向向一一個個具具有有多多種種熱熱用用戶戶(如如供供暖暖、、通通風風、、熱熱水水供供應應及及生生產產工工藝藝等等設設備備)的的較較大大區區域域供供應應熱熱能能的的系系統統。。熱水水供供熱熱系系統統的的自自動動控控制制方方法法換熱熱設設備備的的自自動動控控制制集中中供供熱熱的的自自動動化化系系統統換熱熱站站監監控控系系統統的的實實現現第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理70熱水水供供熱熱系系統統的的自自動動控控制制方方法法有三三種種自自動動控控制制方方式式：：質質調調、、量量調調、、間間歇歇調調節節在集集中中供供熱熱系系統統中中，，改改變變供供水水溫溫度度來來實實現現供供熱熱量量的的控控制制，，這這就就是是所所謂謂質調調；用改改變變熱熱水水流流量量的的辦辦法法來來實實現現供供熱熱量量的的控控制制，，就就是是所所謂謂量調調用控控制制放放熱熱時時間間的的多多少少實實現現供供熱熱量量的的控控制制，，則則稱稱間歇歇調調節節。集中中熱熱水水供供熱熱系系統統最最常常用用的的控控制制方方式式是是質質調調節節，特特別別是是機機械械循循環環系系統統幾幾乎乎都都采采用用這這種種控控制制方方式式。。第3章空空調調系系統統自自動動化化原原理理71換熱熱設設備備的的自自動動控控制制對于于兩兩管管制制空空調調末末端端設設備備，，一一般般要要求求熱熱水水的的供供水水溫溫度度為為65℃℃～～70℃℃。。在供供熱熱系系統統中中需需要要進進行行高高溫溫熱熱水水或或高高溫溫蒸蒸汽汽到到空空調調熱熱水水的的轉轉換換，，這種種用用以以實實現現換換熱熱的的轉轉換換裝裝置置稱稱為為熱熱交交換換器器或或換換熱熱器器。其其種種類類較較多多，，在在供供熱熱與與空空調調及及燃燃氣氣工工程程中中常常用用的的有有換熱器器、蒸蒸汽加加熱器器等。第3章空空調系系統自自動化化原理理721．蒸蒸汽加加熱器器的自自動控控制原原理利用蒸蒸汽冷冷凝放放熱的的一種種加熱熱器。。在蒸蒸汽加加熱器器內，，蒸汽汽冷凝凝，由由氣態態變為為液態態，放放出熱熱量，，傳給給冷流流體。。被控變變量是是冷流流體的的出口口溫度度Tl0，常用用控制制方法法，(1)將調節節閥裝裝在蒸蒸汽入入口管管線上上，改改變進進入加加熱器器的蒸蒸汽流流量；；(2)將調節節閥裝裝在凝凝液出出口管管線上上，改改變冷冷凝的的有效效面積積。Tl0第3章空空調系系統自自動化化原理理732.蒸蒸汽汽加熱熱器的的自動動控制制方案案(1)調調節蒸蒸汽進進入蒸蒸汽加加熱器器的流流量。。如果干干擾作作用的的影響響，使使加熱器器的出出口溫溫度Tl0低于設設定值值，則調調節器器根據據偏差差而動動作，，控制制調節節閥開開大，，加熱熱的蒸蒸汽流流量M1增增加，，調節節閥閥閥后壓壓力增增加。。飽和和蒸汽汽的溫溫度和和壓力力是一一一對對應的的，T2i會增加加，使使傳熱熱平均均溫差差增大大，結結果傳傳熱量量增加加，從從而使使Tl0上升，，并回回復到到設定定值。。調節的的過程程中，，傳熱熱面積積是不T2i第3章空空調系系統自自動化化原理理74換熱設設備的的自動動控制制（2））串級級調節節方案案如果閥閥前蒸蒸汽壓壓力有有波動動，變變化較較頻繁繁，將將影響響控制制品質質，滿滿足不不了工工藝要要求，，可經經過穩穩壓對對總管管進行行壓力力控制制。常采用用出口口溫度度對閥閥后壓壓力的的串級級自動動控制制系統統，如圖3.42所所示；；或者者采用出出口溫溫度對對蒸汽汽流量量的串串級自自動控控制系系統，如圖圖3.43所示示。

圖3.42出口溫度對閥后壓力的串級自動控制系統壓力控制器壓力變送器PCT1iT1o第3章空空調系系統自自動化化原理理75

圖3.43出口溫度對蒸汽流量的串級自動控制系統FRT1iT1o第3章空空調系系統自自動化化原理理76集中供供熱的的自動動化系系統為滿足足熱用用戶的的需要要，節節約熱熱能、、合理理地利利用熱熱能，，應設設置自自動檢檢測與與控制制系統統。集集中供供熱系系統的的自動動檢測測與控控制，，根據熱熱源、、熱交交換站站及熱熱力入入口的的裝置置采用用不同同的自自動化化系統統。1.集集中熱熱交換換站的的自動動化系系統2.集集中供供熱的的熱力力站自自動化化系統統第3章空空調系系統自自動化化原理理77集中供供熱的的自動動化系系統1.集集中熱熱交換換站的的自動動化系系統鍋爐房房內設設置蒸蒸汽鍋鍋爐或或熱水水鍋爐爐作為為熱源源，向向一個個較大大的區區域供供應熱熱能的的系統統，稱稱為區區域鍋鍋爐房房集中中供熱熱系統統。區域供供熱中中，大大多以以蒸汽汽作為為熱媒媒，經經過集集中熱熱交換換站產產生熱熱水，，供應應采暖暖等用用熱設設備的的所需需熱量量。蒸汽鍋鍋爐房房內設設置集集中熱熱交換換站的的自動動化系系統如如圖3.45所所示。。第3章空空調系系統自自動化化原理理78蒸汽鍋鍋爐產產生的的蒸汽汽，先先進入入分汽汽缸，，然后后向熱熱水用用戶供供熱。。一部分分蒸汽汽由蒸蒸汽管管送出出蒸汽汽，作作為工工藝用用熱；；另一一部分分蒸汽汽通過過用戶戶后，，進入入汽水水加熱熱器將將網路路回水水加熱熱，供供應采采暖、、通風風用熱熱設備備的所所需熱熱量。。蒸汽網路路及加熱熱器的凝凝結水，，分別由由凝水管管道送回回凝結水水箱。第3章空調調系統自自動化原原理79集中供熱熱的自動動化系統統集中熱交交換站的的自動化化系統檢檢測和控控制參數數包括：：（1）輸輸入的蒸蒸汽壓力力P1和流量M1；（2））工藝用用蒸汽壓壓力P2和流量M2；3）加加熱器用用蒸汽的的壓力P3和流量M3；（4））采暖供供水的溫溫度T4和流量M4；（5））采暖回回水的溫溫度T5和流量M5；（6））凝結水水溫度T6和流量M6。對鍋爐蒸蒸汽等的的P及M、采暖暖熱水的的供回水水的P、、T和M進行自自動檢測測，在儀表室室集中顯顯示，并并調節進進入加熱熱器的蒸蒸汽，對熱水水的供水水溫度進進行自動動控制，，滿足采采暖及通通風用熱熱的要求求，還對蒸汽汽、熱水水的用量量進行計計量，以以實現科科學化管管理。第3章空調調系統自自動化原原理80集中供熱熱的自動動化系統統2.集中中供熱的的熱力站站自動化化系統集中供熱熱系統的的熱力站站是城市供供熱網路路向熱用用戶供熱熱的連接接場所，，具有調調節送往往熱用戶戶的熱媒媒參數以以及實現現能量轉轉換和計計量的作作用。根據熱力力站的位位置可分分為局部部熱力站站、集中中熱力站站和區域域性熱力力站，相應地地有局部部熱力站站自動化化系統、、集中熱熱力站自自動化系系統和區區域性熱熱力站自自動化系系統。第3章空調調系統自自動化原原理81集中供熱熱的自動動化系統統2.集中中供熱的的熱力站站自動化化系統（1）局局部熱力力點自動動化系統統局部熱力力點一般般設置在在單幢建建筑用戶戶的熱力力入口或或該用戶戶的地下下室或底底層處。。設置：供水P與T的的檢測，，系統回回水的P與T的的檢測，，采暖系系統的熱熱量計量量。根據室外外溫度調調節采暖暖系統循循環水流流量，達達到控制制采暖供供熱量，，維持室室內溫度度恒定的的要求。。第3章空調調系統自自動化原原理82集中供熱熱的自動動化系統統（2）集集中熱力力站自動動化系統統集中熱力力站是供供熱網路路向一個個小區或或多幢建建筑物分分配、調調節與計計量熱能能的場所所。設置了必必要的檢檢測、自自動調節節與計量量裝置。。在外網網的供水管管及回水水管路上上安裝了了壓力、、溫度的的測量系系統和流流量檢測測與記錄錄系統。。在生活熱熱水管路上安安裝了壓壓力、溫溫度及流流量的檢檢測儀表表。在采暖熱熱水管路上安安裝了溫溫度、壓壓力的檢檢測儀表表。生活熱水管路采暖熱水管路第3章空調調系統自自動化原原理83集中供熱熱的自動動化系統統(3)區區域性熱熱力站自自動化系系統區域性熱熱力站指指在城市市大型的的供熱網網路干線與分分支干線線連接點處的熱熱力裝置置。圖中供熱干線線由雙熱熱源從不不同方向向進行供供熱，正正常運行行時，關閉分段段閥門及及分支干干線同一一側的截截斷閥門門，可進行行供熱。。而當一一側的熱熱源或主主干線出出現事故故時，可可切換成成由另一一側的熱熱源供熱熱。混合水泵泵抽引分分支干線線中的回回水，可可以較大大幅度地地調節分分支干線線的供水水溫度。。溫度調節節器根據據分支干干線的供供水溫度度控制混混合水泵泵的抽引引水量，，從而實實現供水水溫度的的自動控控制第3章空調調系統自自動化原原理84換熱站監監控系統統的實現現換熱站設設備在我我國的供供暖系統統中廣泛泛應用，，隨著計計算機、、變頻器器、可編編程控制制器（PLC））、智能能控制技技術及總總線技術術的發展展，換熱熱站的電電氣控制制部分已已經由過過去的人工控制制到單元自動動控制，發展到到從熱能能節約角角度的全自動控控制。下圖3.51為為是熱交交換系統統監控原原理圖第3章空調調系統自自動化原原理85第3章空調調系統自自動化原原理86換熱站監監控系統統的實現現換熱站由由熱交換換器、二二次側熱熱水循環環系統、、二次測測補水系系統組成成。一次側側高溫溫水或或飽和和蒸汽汽通過過熱交交換器器將熱熱量轉轉化為為二次次側溫溫度為為65℃～～70℃的的熱水水，通通過二二次側側循環環泵將將熱水水輸送送到用用戶的的家中中的暖暖氣片片中，，經過過在暖暖氣片片與室室內空空氣的的熱交交換后后溫度度減低低為50℃℃左右右后，，通過過回水水管道道回到到熱交交換器器進行行換熱熱，溫溫度提提高后后再次次被送送入用用戶家家中的的暖氣氣片進進行熱熱交換換。第3章空空調系系統自自動化化原理理87換熱站站監控控系統統的實實現1．空空調換換熱系系統運運行參參數與與狀態態監控控點/位及及常用用傳感感器（1））熱交交換器器一次次側熱熱水供供回水水(蒸蒸汽供供汽與與冷凝凝水回回水)溫度測量：：取自安安裝在在熱水水供水水管和和回水水干管管(蒸蒸汽供供汽管管與冷冷凝水水回水水干管管)上上的溫溫度傳傳感器器，采采用管管式水水溫度度傳感感器。。（2））熱交交換器器一次次側熱熱水供供回水水(蒸蒸汽供供汽與與冷凝凝水回回水)壓力測量：：取自安安裝在在熱水水供水水管和和回水水干管管(蒸蒸汽供供汽管管與冷冷凝水水回水水干管管)上上的壓壓力傳傳感器器，采采用管管式壓壓力傳傳感器器。（3））熱交交換器器一次次側熱熱水回回水(或冷冷凝水水回水水)流量測量：：取自安安裝在在熱水水回水水干管管(冷冷凝水水回水水干管管)上上的流流量傳傳感器器，常常選用用電磁磁流量量計。。第3章空空調系系統自自動化化原理理88換熱站站監控控系統統的實實現（4））空調調熱水水供水溫溫度測量取自安安裝在在空調調熱水水供水水管上上的水水溫傳傳感器器輸出出，常常選用用管式式水溫溫傳感感器，，常與與換熱熱器二二次熱熱水出出口溫溫度共共用。。（5））空調調熱水水回水溫溫度測量取自安安裝在在空調調熱水水回水水管上上的水水溫傳傳感器器輸出出，安安裝位位置與與二次次熱水水流量量計的的安裝裝位置置協調調一致致，常常選用用管式式水溫溫傳感感器。。（6））熱交交換器器二次側側熱水水流量量測量：：取自安安裝在在熱水水回水水管上上的流流量傳傳感器器，安安裝位位置與與二次次回水水溫度度同流流量的的監測測點相相同。。第3章空空調系系統自自動化化原理理89換熱站站監控控系統統的實實現（7））換熱熱器二二次熱熱水供回水水壓力力(壓壓差)測量取自安安裝在在換熱熱器二二次熱熱水供供回水水干管管上的的液體體壓力力傳感感器輸輸出，，常用用管式式液體體壓力力傳感感器。。（8））二次次熱水水泵啟啟停控控制、、運行行狀態態、故故障報報警取自熱熱水循循環泵泵配電電箱接觸器器主觸觸點、、接觸觸器輔輔助觸觸點、、熱繼繼電器器觸點點。（9））補水水泵啟啟停狀狀態、、故障障報警警取自補補水泵泵配電電箱接觸器器輔助助觸點點、熱熱繼電電器觸觸點。（10）補補水箱箱水位位監測測補水箱箱液位位開關關，有有溢流流、停停補、、低限限報警警三個個液位位狀態態。（11））水流開開關狀態態。取自自水流流開關關狀態態輸出出點。。第3章空空調系系統自自動化化原理理902．熱熱交換換系統統的控控制方方法（1））熱交交換系系統的的出水水溫度度自動動控制制當一次次熱媒媒為熱熱水時時，控控制器器將溫溫度傳傳感器器測量量的熱熱交換換器二次水水出口口溫度度與給定值值比較，，根據據比較較偏差差由控控制器器按照照設定定的調調節規規律，，輸出出控制信信號，調節節一次熱熱水電電動閥閥的開開度，，使二次熱熱水出出口溫溫度接接近并并保持持在設設定值值。電動閥閥調節節性能能采用用等百百分比比型流流量特特性。。一次次熱媒媒為蒸蒸汽時時，系系統構構成和和控制制原理理與一一次熱熱媒為為熱水水時相相同，，只是是電動動閥門門應采采用直直線閥閥調節節閥。。第3章空空調系系統自自動化化原理理912．熱熱交換換系統統的控控制方方法（2））循環環水的的流量量控制制（熱水水回水水溫度度法和和熱量量控制制法））①熱水水回水水溫度度法熱交換換器輸輸出的的熱水水溫度度為60℃℃～65℃℃，熱熱水經經過終終端負負載進進行能能量交交換后后，水水溫下下降。。用回水水溫度度來調調節熱熱交換換器和和熱水水給水水泵的的運行行臺數數或調調節水水泵的的轉速速，達到到節能能的目目的。。②熱負負荷控控制法法根據分分水器器、集集水器器的供供、回回水溫溫度及及回水水干管管的流流量測測量值值，實實時計計算空空調末末端設設備所所需熱熱負荷荷，按按實際際熱負負荷自自動調調整熱熱交換換器及及熱水水給水水泵的的臺數數。第3章空空調系系統自自動化化原理理922．熱熱交換換系統統的控控制方方法（3））系統統定時時運行行與設設備的的遠程程控制制能夠按按照預預設的的運行行時間間表自自動定定時啟啟停；；控制制系統統能夠夠對設設備進進行遠遠程開開關控控制，，在控控制中中心能能實現現對現現場設設備的的控制制。（4））設備備的順順序控控制熱交換換系統統啟動動順序序控制制：啟啟動二二次熱熱水循循環泵泵→開開啟一一次側側熱水水／蒸蒸汽閥閥門。。熱交換換系統統停止止順序序控制制：關關閉一一次側側熱水水／蒸蒸汽閥閥門→→停止止二次次熱水水循環環泵。。第3章空空調系系統自自動化化原理