1、第23卷第6期黃石理工學院學報Vol.23No.62007年12月JOURNALOFHUANGSHIINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec2007文章編號:1008-8245(2007)06-0012-05變風量空調系統風機風量控制方法研究與實現朱紅(黃石理工學院,湖北黃石435003)摘要:變風量空調系統運行的不穩定以及新風等問題是影響變風量空調系統性能的主要原因。通過對我國變風量空調系統所采用的幾種主要控制方法進行優劣分析,結合末端風閥狀態反饋,提出了一種新的控制方法:末端風量調節控制法(TRAV)。關鍵詞:變風量空調系統;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機風量的控制。0引言據統計,工業發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展起來的空1變風量空調系統風機風量控制方法1.1變風

4、量空調系統風機風量的控制在變風量空調系統中變風量末端控制都會引起系統風道風量與靜壓的變化,導致風壓耦合的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量空調系統VariableAirVolumeAir-ConditioningSystem(VAV

5、),其基本原理是通過改變送入房間的風量來滿足室內變化的負荷。空調系統全年運行統計表明:空調系統能耗中風機的能耗占有相當大的比例。由于空調系統大部分時間在部分負荷下運行,所以風量的減少帶來了風機能耗的降低,提高了設備和系統的效能。目前,變風量空調系統的收稿日期: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:變風量空調系統風機風量控制方法研究與實現13變溫度法的缺點,于90年代后期開發并普及推廣的。具體控制如下:首先,各末端風量的和得出系統的要求風量,由此風量值確定風機頻率,即進行前饋控制;每個VAV末端均向靜壓設定控制器發出閥位信號,若有一個末端閥

6、門全開,則認為系統靜壓不能滿足此末端裝置的風量要求,應提高系統靜壓的設定值,即提高風機轉速;若全部末端閥門開度低于85%,則表明此時的靜壓設定值偏高,系統提供的風量大于每個末端裝置所需要的風量,此時應減少系統的靜壓設定值,即降低風機轉速;若處于這兩種情況之外,則表明靜壓滿足末端裝置的要求,鎖定靜壓設定值,風機轉速不變。風機轉速控制機理如圖1所示。1(3)總風量控法。根據風機的相似律,在空調系統阻力系數不發生變化時,總風量G和風機轉速n成正比關系。根據這一正比關系,那么在運行過程中有一要求的運行風量,自然可以對應一要求的風機轉速。如果說所有末端區域要求的風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這種情況的。考慮到各末端風量要求的不均衡性,適當地增加一個安全系數就可以實現風機的變頻控制4?？傦L量控制方式在控制系統形式上具有比靜壓控制簡單得多的結構。它可以避免使用壓力測量裝置,減少了一個風機的閉環控制環節,在控制性能上具有快速、穩定的特點,不像壓力控制下系統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。這種控制系統形式上的簡化,同時也帶來了控制系統可靠性的提高。總風量控制在風機節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量控制方式可以說是一種間接根據房間溫度偏差由PID控制器來控制轉速的風機控制方法,這是總風量

8、控制方法的實質。1.2TRAV控制方法(1)傳統的VAV和TRAV系統的比較。傳統的VAV系統和TRAV系統的比較如表1所示。黃石理工學院學報2007年14表1傳統的VAV系統和TRAV系統的比較傳統的VAV調節入口導葉或風機轉速,以保持送風管中恒定的靜壓。TRAV風機調節由具體的“邏輯”控制器控制風機,因此,每一個熱區都可以滿足它當前風量設定值的要求。末端箱控制由現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。在敞開的辦公室區域,鄰近“區域”合作共同分擔本區域的供熱或供冷負荷。供風不足的問題當各區要求的總風量超過風機的能力時,沒有相互協調,離風機最遠的區將風量不足。自動協調,所有的

9、區將自動分擔風機能力的限制。人進入的控制由操作人員鍵入時間表或復合時間表。用紅外傳感器對每一區域是否有人進入進行自動檢測。運行費用相對較高,風機功率與風量成比例,風機最小功率大約是額定流量功率40%50%。,。風機風量控制器風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)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,預熱期短且有效。建筑預熱和值班采暖往往是單冷系統。供熱通常只能通過周邊再熱進行,這會導致長而低效的預熱期。(2

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

11、能比較第6期朱紅:變風量空調系統風機風量控制方法研究與實現15(3)送風量控制。本部分控制的功能,是根2工程實踐研究HVAC(HeatingVentilationandAirConditioning)據三個末端風量測定值總和與風量設定值總和之差,按ALC程序庫中的算法,對風機變頻器并進而對風機風量進行反向前饋控制(最小風量限定:30%)。送風機的最低頻率應滿足室內換氣需設備的控制算法是參照ASHARE(AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirconditioningEngi2neers)的典型做法,結合美國奧萊斯公司的控制模要。對于風量高限低限狀

12、態進行監視,發出相應的事件通知。具體控制過程:利用網絡變量,將三個VAV末端的風量實測值求和,得出TFL;利用網絡變量,將三個VAV末端的風量設定值求和,得出TFLSP;利用TFL和TFLSP的偏差,對風機變頻塊庫,進行變風量控制系統控制算法研究。2.1AHU末端調節控制(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,可實現現場溫度設定值調解和超越控制。溫度設定值計算模塊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定溫度cl和夜間設置NS。(2)送風機控制AHU,風閥啟停進行控于行時送故障、變頻器故障視,發出相應的事件通知。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末端的風閥全開和全關個數,如果流量實測值之和大于設定流量值之和,當閥門至少有一個全關時,對風機頻率進行反向反饋調節,(如減小5%);設定值之和,當最機頻率進行正向5%)。同時對系統送回風靜壓,系統末端靜壓等重要參數進行監測,做為參考。末端調節控制邏輯框圖如圖3所示。圖3末端調節控制(TRAV)邏輯框圖(4)送風量控制(定靜壓)。為了保證系統中每個VAV裝置都能

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

15、噪聲增大的現象。此外,這種控制方法使用壓力控制,在根本上還有一個系統穩定性的問題。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能效果最好的控制統給兩個房間提供送風,其中一間有兩個VAVBOX,另外一間有一個。該末端是一個風閥及一個風量監測裝置。每個變風量末端帶有一臺U341v+控制器,每臺控制器設置一個智能型室內溫度傳感器,該傳感器具有手動超越功能,可對房間溫度設定點進行調整?？刂破鱑341v+監測房間溫度及房間溫度設定值,測量變風量箱的風量,控制變風量箱的風閥。由智能溫度傳感器將室內溫度的設定值的調整值和測量值傳遞給現場控制器,根據二者比較得出供熱或供冷需求,風量控制模塊

16、計算出房間風量設定值,與風量測量裝置實測的房間風量測量值進行比較,調節風閥開度,滿足房間的負荷需求。風閥的最小開度應滿足房間通風的最低需要。末端供熱或供冷需求與閥門開度極限值通過控制網絡傳遞,作為上級AHU送風溫度重新設定的依據。房間風量實測方法。變靜壓方法雖然能最大限度地節省風機能耗,但系統增加了閥位開度傳感器,閥位信號需通過通訊網反饋到靜壓控制器,控制方法較復雜,實現較為困難,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,需要控制人員現場編程、調試,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,故也存在一個系統穩定性問題。這種控制方法適用于采用樓宇自動控制系統(BA

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