1、第23卷第6期黃石理工學(xué)院學(xué)報Vol.23No.62007年12月JOURNALOFHUANGSHIINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec2007文章編號:1008-8245(2007)06-0012-05變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量控制方法研究與實現(xiàn)朱紅(黃石理工學(xué)院,湖北黃石435003)摘要:變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定以及新風(fēng)等問題是影響變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)性能的主要原因。通過對我國變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)所采用的幾種主要控制方法進行優(yōu)劣分析,結(jié)合末端風(fēng)閥狀態(tài)反饋,提出了一種新的控制方法:末端風(fēng)量調(diào)節(jié)控制法(TRAV)。關(guān)鍵詞:變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng);控制方法;TRAV末端控制中圖分類號:TV831.3文獻

2、標識碼:ATheControllingMethodoftheAirVolumeofFaninVAVSystemandItsRealization(Huangshi435003)Abstract:ofsystemsoperationandthefreshairarethetwomajorissuesaffectingtheVAVsystemsmance.Inlightoftheseproblems,thispapercomparesthestrengthsandweaknessesofthecurrentlyappliedcontrollingmethodsintheVAVsysteminChi

3、na,analyzesthestatefeedbackoftheterminalairvalve.Onthebasisofthis,anewcontrollingmethod,theterminalairvolumecontrollingmethod(TRAV)isputfor2ward.Keywords:VAVsystem;controlmethod;TRAVterminalcontrol主要問題之一就是風(fēng)機風(fēng)量的控制。0引言據(jù)統(tǒng)計,工業(yè)發(fā)達國家的建筑能耗占總能耗的40%50%,我國的建筑能耗也達到總能耗的30%以上。為滿足人們的舒適性而發(fā)展起來的空1變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量控制方法1.1變風(fēng)

4、量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量的控制在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中變風(fēng)量末端控制都會引起系統(tǒng)風(fēng)道風(fēng)量與靜壓的變化,導(dǎo)致風(fēng)壓耦合的2問題。(1)定靜壓變溫度控制法。定靜壓變溫度控制法(ConstantPressureVariableTemperature)簡稱CPT法,又稱之為定靜壓法。(2)變靜壓變溫度控制方法。變靜壓變溫度控制法(VariablePressureVariableTemperature)簡稱3VPT法,又稱之為變靜壓法。它克服了定靜壓調(diào)的能耗,則占整個建筑能耗的40%以上1。20世紀60年代誕生于美國的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)VariableAirVolumeAir-ConditioningSystem(VAV

5、),其基本原理是通過改變送入房間的風(fēng)量來滿足室內(nèi)變化的負荷。空調(diào)系統(tǒng)全年運行統(tǒng)計表明:空調(diào)系統(tǒng)能耗中風(fēng)機的能耗占有相當大的比例。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時間在部分負荷下運行,所以風(fēng)量的減少帶來了風(fēng)機能耗的降低,提高了設(shè)備和系統(tǒng)的效能。目前,變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的收稿日期:2007-10-26作者簡介:朱紅(1967),男,湖北蘄春人,高級工程師,本科。第6期朱紅:變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量控制方法研究與實現(xiàn)13變溫度法的缺點,于90年代后期開發(fā)并普及推廣的。具體控制如下:首先,各末端風(fēng)量的和得出系統(tǒng)的要求風(fēng)量,由此風(fēng)量值確定風(fēng)機頻率,即進行前饋控制;每個VAV末端均向靜壓設(shè)定控制器發(fā)出閥位信號,若有一個末端閥

6、門全開,則認為系統(tǒng)靜壓不能滿足此末端裝置的風(fēng)量要求,應(yīng)提高系統(tǒng)靜壓的設(shè)定值,即提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速;若全部末端閥門開度低于85%,則表明此時的靜壓設(shè)定值偏高,系統(tǒng)提供的風(fēng)量大于每個末端裝置所需要的風(fēng)量,此時應(yīng)減少系統(tǒng)的靜壓設(shè)定值,即降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速;若處于這兩種情況之外,則表明靜壓滿足末端裝置的要求,鎖定靜壓設(shè)定值,風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變。風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制機理如圖1所示。1(3)總風(fēng)量控法。根據(jù)風(fēng)機的相似律,在空調(diào)系統(tǒng)阻力系數(shù)不發(fā)生變化時,總風(fēng)量G和風(fēng)機轉(zhuǎn)速n成正比關(guān)系。根據(jù)這一正比關(guān)系,那么在運行過程中有一要求的運行風(fēng)量,自然可以對應(yīng)一要求的風(fēng)機轉(zhuǎn)速。如果說所有末端區(qū)域要求的風(fēng)量都是按同一比例變化的,顯然就可以控制了

7、。但事實上在運行時幾乎是不可能出現(xiàn)這種情況的?？紤]到各末端風(fēng)量要求的不均衡性,適當?shù)卦黾右粋€安全系數(shù)就可以實現(xiàn)風(fēng)機的變頻控制4?？傦L(fēng)量控制方式在控制系統(tǒng)形式上具有比靜壓控制簡單得多的結(jié)構(gòu)。它可以避免使用壓力測量裝置,減少了一個風(fēng)機的閉環(huán)控制環(huán)節(jié),在控制性能上具有快速、穩(wěn)定的特點,不像壓力控制下系統(tǒng)壓力總是有一些高頻小幅振蕩;此外,也不需要變靜壓控制時的末端閥位信號。這種控制系統(tǒng)形式上的簡化,同時也帶來了控制系統(tǒng)可靠性的提高?？傦L(fēng)量控制在風(fēng)機節(jié)能上介于變靜壓控制和定靜壓控制之間,并更接近于變靜壓控制?？傦L(fēng)量控制方式可以說是一種間接根據(jù)房間溫度偏差由PID控制器來控制轉(zhuǎn)速的風(fēng)機控制方法,這是總風(fēng)量

8、控制方法的實質(zhì)。1.2TRAV控制方法(1)傳統(tǒng)的VAV和TRAV系統(tǒng)的比較。傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)和TRAV系統(tǒng)的比較如表1所示。黃石理工學(xué)院學(xué)報2007年14表1傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)和TRAV系統(tǒng)的比較傳統(tǒng)的VAV調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉或風(fēng)機轉(zhuǎn)速,以保持送風(fēng)管中恒定的靜壓。TRAV風(fēng)機調(diào)節(jié)由具體的“邏輯”控制器控制風(fēng)機,因此,每一個熱區(qū)都可以滿足它當前風(fēng)量設(shè)定值的要求。末端箱控制由現(xiàn)場恒溫器或傳感器控制每一個末端箱,相鄰的末端箱相互獨立。在敞開的辦公室區(qū)域,鄰近“區(qū)域”合作共同分擔(dān)本區(qū)域的供熱或供冷負荷。供風(fēng)不足的問題當各區(qū)要求的總風(fēng)量超過風(fēng)機的能力時,沒有相互協(xié)調(diào),離風(fēng)機最遠的區(qū)將風(fēng)量不足。自動協(xié)調(diào),所有的

9、區(qū)將自動分擔(dān)風(fēng)機能力的限制。人進入的控制由操作人員鍵入時間表或復(fù)合時間表。用紅外傳感器對每一區(qū)域是否有人進入進行自動檢測。運行費用相對較高,風(fēng)機功率與風(fēng)量成比例,風(fēng)機最小功率大約是額定流量功率40%50%。,。風(fēng)機風(fēng)量控制器風(fēng)機由邏輯控制器控制,而不是PID回路,減少了控制耦合引起的不穩(wěn)定性。末端箱平衡由機械限位來平衡,重新平衡比較麻煩。由應(yīng)用程序來平衡,當負荷分布變化時,可以方便地用EMS(能量管理系統(tǒng))操作臺改變流量極限。可以方便地從中央供冷改為供熱模式,末端箱通過集中控制而適應(yīng),預(yù)熱期短且有效。建筑預(yù)熱和值班采暖往往是單冷系統(tǒng)。供熱通常只能通過周邊再熱進行,這會導(dǎo)致長而低效的預(yù)熱期。(2

10、)節(jié)能效果比較。TRAV與傳統(tǒng)VAV風(fēng)機耗能比較如圖2所示。從圖2可以看出,當流量降為額定流量的50%時,TRAV所要求的風(fēng)機功率已下降到額定功率的15%以下。(3)設(shè)計要求。TRAV是建筑在“高性能設(shè)計”(high-performancedesigns)和“集成控制”(in2tegratedcontrol)、“動態(tài)控制”(dynamiccontrol)等概念的基礎(chǔ)上的。粗放的估算方法很難適應(yīng)“高性能設(shè)計”。高性能設(shè)計要求精心地計算和分析各系統(tǒng)冷熱負荷和水力狀況的動態(tài)變化情況,并深入地了解設(shè)備、DDC控制器以及網(wǎng)絡(luò)特性,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計和調(diào)試高舒適、低能耗的系統(tǒng)。圖2TRAV與傳統(tǒng)VAV風(fēng)機耗

11、能比較第6期朱紅:變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量控制方法研究與實現(xiàn)15(3)送風(fēng)量控制。本部分控制的功能,是根2工程實踐研究HVAC(HeatingVentilationandAirConditioning)據(jù)三個末端風(fēng)量測定值總和與風(fēng)量設(shè)定值總和之差,按ALC程序庫中的算法,對風(fēng)機變頻器并進而對風(fēng)機風(fēng)量進行反向前饋控制(最小風(fēng)量限定:30%)。送風(fēng)機的最低頻率應(yīng)滿足室內(nèi)換氣需設(shè)備的控制算法是參照ASHARE(AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirconditioningEngi2neers)的典型做法,結(jié)合美國奧萊斯公司的控制模要。對于風(fēng)量高限低限狀

12、態(tài)進行監(jiān)視,發(fā)出相應(yīng)的事件通知。具體控制過程:利用網(wǎng)絡(luò)變量,將三個VAV末端的風(fēng)量實測值求和,得出TFL;利用網(wǎng)絡(luò)變量,將三個VAV末端的風(fēng)量設(shè)定值求和,得出TFLSP;利用TFL和TFLSP的偏差,對風(fēng)機變頻塊庫,進行變風(fēng)量控制系統(tǒng)控制算法研究。2.1AHU末端調(diào)節(jié)控制(TRAV)(1)VAVBOX的控制。VAVBOX控制與Lo2giStatPRO(一種智能型溫度傳感器)配合使用,完成ZONETEMP,OVERRIDE,SETPOINTADJ三個模擬量輸入,可實現(xiàn)現(xiàn)場溫度設(shè)定值調(diào)解和超越控制。溫度設(shè)定值計算模塊SETPNT的主要功能是:由已知量OAT,OCC,FOR,zonetemp,dem

13、,cadj,co2si,計算出溫度狀況以及供冷設(shè)定溫度cl和夜間設(shè)置NS。(2)送風(fēng)機控制AHU,風(fēng)閥啟停進行控于行時送故障、變頻器故障視,發(fā)出相應(yīng)的事件通知。器進行反向前饋控制;并給以最小頻率限制(比如30%)。Total模塊采集VAV末端的風(fēng)閥全開和全關(guān)個數(shù),如果流量實測值之和大于設(shè)定流量值之和,當閥門至少有一個全關(guān)時,對風(fēng)機頻率進行反向反饋調(diào)節(jié),(如減小5%);設(shè)定值之和,當最機頻率進行正向5%)。同時對系統(tǒng)送回風(fēng)靜壓,系統(tǒng)末端靜壓等重要參數(shù)進行監(jiān)測,做為參考。末端調(diào)節(jié)控制邏輯框圖如圖3所示。圖3末端調(diào)節(jié)控制(TRAV)邏輯框圖(4)送風(fēng)量控制(定靜壓)。為了保證系統(tǒng)中每個VAV裝置都能

14、正常工作,要求主風(fēng)道內(nèi)各點的靜壓都不低于VAV末端裝置所要求的最低壓力。在主風(fēng)道距離風(fēng)機出口約2/3處安裝靜壓傳感器,壓力設(shè)定值則通常取為設(shè)計工況下該點的靜壓值,根據(jù)此點測出的壓力調(diào)整送風(fēng)機轉(zhuǎn)速,使該點的壓力恒定在VAV末端裝置所要求的最小壓力值,送風(fēng)機頻率低限需滿足系統(tǒng)最小風(fēng)量要求,由此保證各VAV末端裝置正常工作。2.2工程實踐為對空調(diào)系統(tǒng)及樓控系統(tǒng)的方案、性能做進一步的研究工作,某單位建設(shè)了環(huán)境智能控制室。黃石理工學(xué)院學(xué)報2007年16本項目采用典型的變風(fēng)量系統(tǒng)。(1)VAV末端控制方案。本項目的變風(fēng)量系在實際工程中必須注意壓力測點的布置及靜壓設(shè)定值的確定,否則就會降低節(jié)能效果及可能出現(xiàn)

15、噪聲增大的現(xiàn)象。此外,這種控制方法使用壓力控制,在根本上還有一個系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。故這種控制方法適用于一般中小型公共建筑。(2)變靜壓控制方法是節(jié)能效果最好的控制統(tǒng)給兩個房間提供送風(fēng),其中一間有兩個VAVBOX,另外一間有一個。該末端是一個風(fēng)閥及一個風(fēng)量監(jiān)測裝置。每個變風(fēng)量末端帶有一臺U341v+控制器,每臺控制器設(shè)置一個智能型室內(nèi)溫度傳感器,該傳感器具有手動超越功能,可對房間溫度設(shè)定點進行調(diào)整?？刂破鱑341v+監(jiān)測房間溫度及房間溫度設(shè)定值,測量變風(fēng)量箱的風(fēng)量,控制變風(fēng)量箱的風(fēng)閥。由智能溫度傳感器將室內(nèi)溫度的設(shè)定值的調(diào)整值和測量值傳遞給現(xiàn)場控制器,根據(jù)二者比較得出供熱或供冷需求,風(fēng)量控制模塊

16、計算出房間風(fēng)量設(shè)定值,與風(fēng)量測量裝置實測的房間風(fēng)量測量值進行比較,調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度,滿足房間的負荷需求。風(fēng)閥的最小開度應(yīng)滿足房間通風(fēng)的最低需要。末端供熱或供冷需求與閥門開度極限值通過控制網(wǎng)絡(luò)傳遞,作為上級AHU送風(fēng)溫度重新設(shè)定的依據(jù)。房間風(fēng)量實測方法。變靜壓方法雖然能最大限度地節(jié)省風(fēng)機能耗,但系統(tǒng)增加了閥位開度傳感器,閥位信號需通過通訊網(wǎng)反饋到靜壓控制器,控制方法較復(fù)雜,實現(xiàn)較為困難,尤其是市場上提供的控制裝置基本上都不提供變靜壓的控制算法,需要控制人員現(xiàn)場編程、調(diào)試,工作量太大。同定靜壓方法一樣,這種控制方法也使用壓力控制,故也存在一個系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。這種控制方法適用于采用樓宇自動控制系統(tǒng)(BA

17、S)的大型公共建筑。(3)風(fēng)機總風(fēng)量控制方法是基于壓力無關(guān)型的VAV末端研究出的一簡單易行的VAV系統(tǒng)的控制現(xiàn)值作為AHU送風(fēng)風(fēng)量控制的依據(jù)。(2)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制控,末端風(fēng)量控制法(TRAV)進行控制。具體控制方式為:如果流量實測值之和大于設(shè)定流量值之和,當閥門至少有一個全關(guān)時,對風(fēng)機頻率進行反向反饋調(diào)節(jié),即減小風(fēng)機變頻器頻率;如果流量實測值之和小于流量設(shè)定值之和,當最少有一個風(fēng)閥是全開時,則對風(fēng)機頻率進行正向反饋調(diào)節(jié)。這種控制法具有節(jié)能、穩(wěn)定等特點,對工程應(yīng)用具有較高的參考價值,對提高變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)運行效率,降低能耗具有現(xiàn)實意義。采用風(fēng)量控制加入末端風(fēng)閥狀態(tài)反饋的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制方法,實現(xiàn)全面節(jié)能的優(yōu)化運行,可能成為今后這一領(lǐng)域研究的發(fā)展方向。法,為了保證系正作,VAV末端。在主風(fēng)道距離風(fēng)機出口約2/3處安裝靜壓傳感器,壓力設(shè)定值則通常取為設(shè)計工況下該點的靜壓值,根據(jù)此點測出的壓力調(diào)整送風(fēng)機轉(zhuǎn)速,使該點的壓力恒定在VAV末端裝置所要求的最小壓力值,送風(fēng)機頻率低限需滿足系統(tǒng)最小風(fēng)量要求,由此保證各VAV末端裝置正常工作。若采用TRAV控制法,則將三個VAV末端裝置的設(shè)定風(fēng)量總和做為送風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的設(shè)定風(fēng)量值,將末端裝置的實際風(fēng)量總和與設(shè)定風(fēng)量總和進行比較,控制送風(fēng)機轉(zhuǎn)速。送風(fēng)