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2021年02月05日 | HVAC系统中的精确感测——如何提升效率并节省开销
2021-02-05 来源：德州仪器
当设计提高暖通（HVAC）系统的效率时，传感器的准确性和一致性会产生重大影响。系统能够准确地感测和测量内部和外部空气传感器，风门，恒温器和风扇的温度和湿度水平，从而将系统运行时间减至最少，因为该系统可以使用更多数据来做出更好的决策。加上适当的HVAC实施和维护，选择合适的传感器可以为消费者节省多达25％的费用。
在设计如图1所示的HVAC系统时，传感器的精度，可重复性和整体可靠性至关重要。
图1：商业或住宅HVAC系统
暖通空调的运行效率
HVAC系统在整个结构中均包含传感器，这些传感器位于混合和送风管道，外部和回风管道以及恒温器中。这些传感器提供原始数据，控制器可通过这些原始数据来管理系统的性能。在原始的HVAC系统中，可能只有温度传感器位于图1所示的某些位置，并且它们可能包含古老的技术（负温度系数热敏电阻[NTC]和电阻温度检测器）。现代系统可能包括两个焓值节能器传感器，一个传感器位于回风路径中，另一个位于室外空气路径中。当调节温度调节器或混合空气温度超过设定点时，具有较低焓值的空气（来自室外或回风）将被带入空气调节器中。这是一种控制室外空气使用量的方法。在比回风更高的温度下冷却室外空气可能看起来很浪费，但是为空气除湿所需的机械冷却量通常超过降低干球温度所需的机械冷却量。
与可能仅包括使用干球温度传感器上限的方法相比，在可能大量产生水分的建筑物中（可能来自厨房或淋浴间），这种控制顺序可以节省大量成本。使用焓模块非常重要，因为空调系统约有50％的制冷能力用于对调节后的空气进行除湿，从而在显热温度开始下降之前除去潜热。
没有湿度传感器的HVAC系统在空气进入建筑物之前不会为空气除湿提供必要的冷却。在大多数气候下，使用单个焓值节能器代替干球温度可降低制冷成本。并且，尽管这些系统有效并且相对于仅温度系统提供了改进，但系统中的第二个组合传感器模块为数据添加了另一个测量位置，从而增加了系统效率。
为什么准确性和一致性很重要
由于HVAC系统包括恒温器和湿球，其中包含向中央控制系统报告的温度和湿度传感器，因此，如果精度不正确，则不准确的传感器会过早或错误地触发控制系统。最小为±1°C或5％相对湿度的系统误差相当于明显的额外成本或潜在的节省，同时还影响了机电设备的使用寿命。
例如，典型的相对湿度精度为5％的湿度传感器正在捕获零时读数。随着时间的流逝，给定系统上的压力（例如高温或污染），传感器将漂移。了解漂移对于了解随着时间推移的系统效率至关重要，而最小化漂移可以提高性能。
技术的进步使得集成低漂移和高精度的传感元件成为可能。 HDC2022是工厂校准的集成式湿度和温度传感器，典型相对湿度为2％；相对湿度0.25％的长期漂移；与不带过滤器的设备相比，疏水性IP67过滤器可防止水和灰尘进入，并且不易冷凝。这些湿度传感器具有集成的温度传感器，精度超过1°C。
即使使用此类高性能传感器，您也需要考虑对传感器以外的精度的影响。将印刷电路板放置在外壳中进行保护将需要补偿，以解决该封闭环境与用户可能遇到的差异。
这些相同的概念适用于独立的温度测量。发生故障时，压缩机的排气温度可能为110°C，并可能高达135°C或140°C。一个典型的温度传感器，其精度在±3°C到±5°C之间，并且长期漂移在±5°C到±10°C之间，会为压缩机留下15°C的设计余量。随着压缩机的老化，该传感器漂移通过迫使其过早关闭而限制了压缩机的效率。
因为TMP61具有固有的低长期漂移特性，并且能够在150°C的温度下工作，成本与NTC热敏电阻类似。 它的线性度可以通过诸如模数过采样之类的软件技术来提高准确性，从而提高分辨率并降低噪声影响。 其高精度和低长期漂移使压缩机能够减少保护余量，从而使系统关闭频率降低，从而防止过热，从而提高效率。
结论
设计HVAC系统时，应考虑组件和电路成本，准确性，可重复性，随时间变化的漂移小以及总体可靠性，以满足设计要求。 为您的HVAC实现选择合适的传感器不仅可以使设计更好，而且与旧系统相比，还可以大大降低能耗和维护成本。
史海拾趣
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