智能建筑中vav系统末端控制trav实用程序研究优秀毕业论文.pdf

北京工业大学 硕士学位论文 智能建筑中vav系统末端控制(trav)实用程序研究 姓名：宋静 申请学位级别：硕士 专业：供热、供燃气、通风及空调工程 指导教师：贾衡 20040501 摘要 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的建筑物使用了空调 系统，而交风量空调系统由于箕降低了设备茅日系统的能耗，而被得以大量采阁。 变风璧系绞运雩亍工提是隧融变化鲍，它必绥依靠鑫韵控制君l 保涯空弱系统最蕉 本的臻求，计算机技术的不断发展和硬件成本的持续下降，使得计算机在暖邋窆 调领域也祷到了广泛的应用。变风量空调系统( v a v ) 和控制系统是紧密结合， 不霹分裁懿。 目前，系统运行的不稳定以及新风等问题是影响变风景空调系统性能的主疆 问题。因此，对v a v 系统运行全面的研究，给空谰设计人员提供一套完整的设 诗、控裁方法翥系统纯产最已麓一 争较为紧逡静霉。 在变风量空调系统实用控制程序研究中，分析了目前我国变风量空调系统主 要所采用的几种控制方法：定静压控制方法、变静滕控制方法及风量控制法。对 子各耱控制方法邋行了臻劣翡分孝厅。农分辑鏊磁上，弓| 遗美国学管t b ，h a r t m a n 的t r a v 的新概念，结合末端风阀状态反馈，我提出一种新的控制方法，末端风 量调节控制怯( t a v ) 。根据我国目前变风墩空调系统的控制现状，结合一个实 际工程，采躅末鞴调节控蠲法帮藿痰采霜较多懿定静压控镱法，提鑫适合工程实 施的控制算法，设计了实用可行的控制程序。 本课题以变风最空调系统的实用控制程_ l 葶为研究内容，以美国a l c 公司褛 字蠡控系统产品w 。b c 秘毡系统为砑究平台。秘矮a l c 公司豹软件和硬件， 结合工程实际，进行了变风量空调系统从囊按系统设计到软件实现，从现场安装 到调试的全过程。 关键谰：变风量空调系统：末端风量调节控铡；定嚣压控剑 北京工业大学工学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y a n di m p r o v e m e n to ft h e l i v i n g s t a n d a r d so f p e o p l e ，m o r ea n dm o r eb u i l d i n g sh a v eu s e da i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m s b e c a u s ev a r i a b l ea i rv o l u m e ( v a v ) c a nr e d u c ee q u i p m e n ta n ds y s t e m a t i ce n e r g y c o n s u m p t i o n ，i th a sb e e nu s e di n al a r g ea m o u n t v a r i a b l ea i rv o l u m e s y s t e m s o p e r a t i n gm o d ec h a n g e sa ta n ym o m e n t ，s oi tm u s td e p e n do na u t o m a t i cc o n t r o lt o g u a r a n t e em o s t b a s i cr e q u e s to fa i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m c o n t i n u o u s d e v e l o p m e n to f t h et e c h n o l o g yo ft h ec o m p u t e ra n dc o n s t a n td e c l i n eo ft h ec o s to fh a r d w a r em a k et h e c o m p u t e rg e te x t e n s i v ea p p l i c a t i o n 镰t h ef i e l do fh v a c t h u s ，v a va n dc o n t r o l s y s t e mc o m b i n ec l o s e l ya n db e c o m e a l li n a l i e n a b l eo n e 。 a tp r e s e n t ，t h eq u e s t i o n so ft h e i n s t a b i l i t yo ft h ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t e ma n d i n s u f f i c i e n to ff f e 娥囊ra r ep r i m a r yp r o b l e m si n f l u e n c i n gt h ep e r f o r m a n c eo fv a v s y s t e m s o ，g o i n g o no v e r a l lr e s e a r c ht ov a vs y s t e m ，g i v i n ga i r c o n d i t i o n i n g d e s i g n e ras e to fi n t a c td e s i g n ，c o n t r o lm e t h o d sa n ds y s t e m a t i z e dp r o d u c ta l r e a d y b e c o m ea p i e c eo f e x t r e m e l yu r g e n tt h i n g i nt h es t u d yo f a p p l i e dc o n t r o lp r o g r a mo fv a vs y s t e m ，t h i sp a p e ra n a l y z e sa t p r e s e n ts e v e r a lk i n d so f c o n t r o lm e t h o d s a d o p t e db y a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m ：c o n s t a n t p r e s s u r ec o n t r o lm e t h o d ，v a r i a b l ep r e s s u r ec o n t r o lm e t h o d ，t o t a la i rv o l u m ec o n t r o l m e t h o d i na d d i t i o n ，i th a sc a r r i e do u ta n a l y s i st os e v e r a lc o n t r o lm e t h o d s o nt h e b a s eo f a n a l y z i n gt h em e t h o d s ，ii n t r o d u c et h en e wc o n c e p to ft r a vp u tf o r w a r db y a m e r i c a ns c h o l a rt b h a r t m a n ，c o m b i n i n gt h ef e e d b a c ko ft e r m i n a lv a l v es t a t e ， b r i n gf o r w a r do n ek i n do fn e w c o n t r o lm e t h o d ：t e r m i n a lr e g u l a t e da i rv o l u m et o c o n t r 0 1 c o m b i n i n gw i t h t h ec u r r e n tc o n t r o ls i t u a t i o n so fv a v s y s t e mi no u rc o u n t r y a n da c t u a lp r o j e c t ，ia d o p tc o n s t a n tp r e s s u ec o n t r o la n dt e r m i n a lr e g u l a t e dc o n t r o l ， s t u d yt h ec o n t r o la l g o r i t h mt h a ti sf i tf o ri m p l e m e n tf o ra c t u a lp r o j e c t ，w o r ko u tt h e p r a c t i c a la n d f e a s i b l ec o n t r o lp r o c e d u r e st h a tc a nb ea p p l i e di nt h ea c t u a lp r o j e c t 。 t h er e s e a r c ho b j e c to f s u b j e c ti sa p p l i e dc o n t r o lp r o c e d u r eo f v a v s y s t e m ，b a s e d o nt h ea l c sw b b c t r l s y s t e m b yu t i l i z i n ga l cc o m p a n y ss o f t w a r ea n d h a r d w a e a n d c o m b i n i n g w i t ha c t u a lp r o j e c t ，id e s i g nt h ea 啦o m a t i cc o n t r o lv a v s y s t e ma n d t h e s o f t w a r e ，r e a l i z et h ew h o l ec o u r s ef r o mi n s t a l l a t i o nt od e b u g g i n g k e y w o r d s ：v a vs y s t e m ；t e r m i n a lr e g u l a t e d a i rv o l u m ec o n s t a n tp r e s s u r ec o n t r o l - l l i - 独创性声畴 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指鼯下进行的研究工作及取得的研 究成莱。尽我象翔，狳了文孛褥襄宓羹豁蠡注襄蒙落瓣遗方癸，论文孛不怠含箕毽 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获褥北京工业大学或其它教甯机构 的学位域证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贸献均 邑在论文书终了饔礁戆说骧莠表示了滚意。 签名： 塞慧嚣麓：翟哇堡妻 关于论文使用授权酶说臻 本人宛全了解北京工业大学有必保留、使用学位论文的靓定，即：学梭有权 保留送交论文的复印 牛，允许论文被套阕和借阅；学校可以公耀论文的全部或部 分蠹鸯，可敬采焉影豫、缩印或箕稳复髑手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 宝螫 导师签名：童鲢 日期：) 斑。；! f 第1 章智能建筑和变风量系统的发展及研究现状 第1 章智能建筑和变风量系统的发展及研究现状 1 ，1 引言 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的建筑物使用了空调 系统，为人们创造了舒适高效的工作、学习和生活环境。据统计，工业发达国家 的建筑能耗占总能耗的4 0 5 0 ，我国的建筑能耗也达总能耗的3 0 以上【1 ， 而为满足人们舒适性发展起来的空调的能耗，则占整个建筑能耗的4 0 以上1 2 j ， 有的更多。在许多建筑中，由于设计不当或缺乏控制手段，经常会出现建筑物内 局部区域过冷或过热、新风量不足而使得室内空气污浊等问题。在外界环境和负 荷变化时，由于系统的调节能力差，不仅不能保证室内环境的舒适性，同时也浪 费大量的能源。因此，在保证舒适性的同时又兼顾节能，是暖通空调系统设计者 和运行管理者共同关心的问题。 空调系统的能源有效利用基本上有三条途径：一是回收热能；二是利用一些 不会引起大气污染的自然能源；三是提高设备和系统的效能，采用优化的运行规 律和响应的自动控制系统，使空调系统经济合理地利用能源。面对目前提倡的开 源节流问题，在没有开发出新的能源的前提下，还是以提高设备和系统的效能， 采用系统优化运行的办法为主。 变风量空调系统、a b l ea i rv o l u m e a i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ( v a v ) ，2 0 世 纪6 0 年代诞生在美国。变风量技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间 的风量，来满足室内变化的负荷。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行， 所以风量的减少带来了风机能耗的降低，提高了设备和系统的效能。 利用变风量空调系统，可以减少建筑物电耗，如在我国南方地区，典型办公 楼每m 2 每年节电4 0 5 0 k w h m 2 ( 地板面积) 。从风量角度来讲，因春、夏、秋、 冬风量可分别减少3 4 、2 5 、4 2 平1 ：14 4 ，而使整个v a v 系统的能耗比定风 量系统减少2 0 3 0 。【3 】 智能建筑的概念在本世纪诞生于美国，世界上第一幢智能大厦在美国哈特福 德( h a r d f o r d ) 市建成。随后，在欧、美、日及世界各地得到蓬勃发展。智能建筑 具有多学科、多技术、高技术的综合集成特点。智能建筑是指利用系统集成方法， 将智能型计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的 1 北京工业大学王学硕士掌位论文 自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其建筑的优化组台，以合 理投资，适应信息社会需求并且县有安全、高效、舒适、便利、灵活特点的建筑。 包括： 建筑设铸自动化系统( b u i l d i n g a u t o m a t i o ns y s t e m ，b a s ) 通讯自幼化系统( c o m m u n i c a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ，c a s ) 办公警麓纯系统( 0 掇c ea u t o m a t i o ns y s t e m ，o a s ) 称为3 a 系统，并利用综合布线系统( p r e m i s e sd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，p d s ) 连接和控制。 4 1 谤算视按术静不断发袋帮磺件成本的持续下簿，使得诗算枫猩暖通空调领域 褥到了广泛的应用。特别是随着智能建筑建筑设备瞧动化系统( b a s ) 的发展， 越来趟多的智能化大楼己添用计算机对大楼的机电设备进行控制和管理，计算机 系统醴逐步敬代常规坟表对疆遗空谲设备的懿测、控翻和管理。空调系统及萁计 算枧控划系统是智能建筑中建筑设备爨动化系绞( b a s ) 必不霹少鸵重要缀成部 分。对于建筑物的一次投资和运行费用能产生霾要影响是空调系统及其控制系统 对智能建筑运行节电节能的突出作用。 睦l 此看见，变风量空溺系统瓣控肇程序磺宠怼餐魃建绞蛉节至关霪要。在 智能建筑的高速发展中，急需全颇深刻地分析变风量定调系统的发展趋势和技术 关键，总结工程实例，促进这一洹要技术的发展。 1 2 智能建筑的发展现状 智能建筑起源于8 0 年代的美国，1 9 8 4 年荚国康涅狄格州哈特福特市建成馓 爨第一痉餐熊大漫“都枣大覆”，到瑗农基j 建或上万您。西本1 9 8 5 年嚣贻建智熊 大厦，现在大约有6 0 的公用建筑实现了智能化。8 0 年代末9 0 年代初荚、法、 德也在发展备具特甑的智能建筑。在亚洲，新加坡在搞“智能城市花园”，韩围 要将半岛建成“餐熊岛”，印度焱麓尔备答静簸潮开始建“餐髭鞍”等等。 智能建筑在我圜的兴趣与发展的历史不长，大体十余每时闯，但发展迅速， 特别是近五年来取得了较大的进展。目前，智能建筑技术已在全国范围内的各类 建筑中得嚣不同程爱翡应增，尤戳远几年来，迅速胬住宅小区智能纯延律，已成 为智能建筑发展的主要市场：特别是结台住宅小区智化建设，磺究开发了一援 具有较高水平的科研成果，开发应用了家庭与社区安防、机电设备监控、停车场 。2 第1 苹智能建筑和燹风量系统的发展及研冗现状 管理以及一卡消费系统等新技术、新产品。自1 9 9 5 年以来，中央和地方政府主 管部门制定了一系列技术政策和规范标准，指导和推动了智能建筑的发展。据统 计，目前建筑智能化的投资约占项目建设工程投资的5 到8 ，有的可达1 0 ， 而其对经济、社会、环境效益将起着显著的作用。智能建筑在我国建筑行业的迅 速发展，将对改造提升传统建筑产业和改善人民生活水平起到积极作用。这些成 绩的取得令人鼓舞，但也应该看到，当前我国的智能建筑正处于发展初期，还存 在不少问题。如智能建筑技术应用的整体水平不高，智能建筑的发展存在着地区 发展的不平衡，相关技术与产品尚不适应市场的需求以及管理滞后等，这些问题 还需要政府和各方面的共同努力来解决。 建筑设备自动化系统( b a s ) ，又称楼宇自动化系统，是智能建筑的重要组 成部分。包括暖通空调、供配电与照明设备、给排水设备、火灾自动报警与消防 联动控制设备、公共安全防范设备、电梯设备、自动停车场设备等各个子系统。 在智能建筑运行中，出现问题比较多的往往是b a s 系统，而在b a s 系统中，出 现问题较多的又往往是h v a c 系统。不过，在智能建筑运行中，b a s 系统出现 问题的状况并非我国所独有，在其它国家和地区也不同程度的存在。 1 3 变风量空调系统的发展现状 变风量( v a r i a b l ea i rv o l u m e ) 空调系统于2 0 世纪6 0 年代起源于美国，原 本是为了改进高速送风空调系统的，因为减少送风量对于高速送风空调系统有明 显的节能效益。变风量空调系统出现以后并没有立刻得到推广，在很长一段时间 内，美国占主导地位的空调方式仍是定风量空调系统加末端再热和双风道系统， 直到1 9 7 3 年西方石油危机之后，能源危机推动了变风量空调系统的研究和应用， 此后2 0 年中不断发展，并已经成为美国空调系统的主流。 由于高速送风空调系统既便采用了变风量控制仍然相当耗能，因此在日本几 乎看不到高速送风空调系统。但近年来定风量空调系统的单一温度控制方式越来 越不能满足要求，而变风量系统的控制方式则有更大的灵活性，于是变风量空调 方式在低速送风空调系统中的应用越来越普遍。进入9 0 年代以后，大量7 0 年代 以前建造的空调系统在翻新过程中，越来越多的工程从定风量空调系统改造为变 风量空调系统。 我国在七十年代即有人研究v a v 系统的开发和应用，并在地下厂房、纺织 3 j 京王监大拳工学礤学证论文 i l l l 厂、体育馆等建筑中采用过v a v 系统。在八十年代末期我国出现的首批智能化 建筑中，也螬采用过v a v 系统。但使用率较低。主要有以下几个原因：一是， 系统的设计与运行管理缺乏经验；二是，我国对于捆应配套的束端装置还依赖避 墨；三是，经济牲存在一定的限钊惑搜一些投资人塑 嚣龆步；鲤是，我国大多数 建筑空调靛标准与霞外耨魄存奁一定豹菠蹬；另夕 ，交菇量窆稍系统运行过程需 要裔适警的控制手蔽，戳保证系统静节能效栗和运行的稳定往。由于建设遥程帮 使用过程中的种种问题。有擅工程两三年后使用单位即取消了交风鼙系统的运行 方式，相应的自控设备也拆除了；遮使得变风量系统的优点没有发挥出来，变风 量系统附加的投资即成了泡影。在此期间，变风量空调技术( 包括控制技术和设 备) ，也在不断地发展和完善。【5 】近年来工程师又把目光转向了变风量系统，这 其中有嚣大原慰：一是国内娶蕊载是风量系统秘风枧擞管系绞暴露出了一些缺 点。由予我鼷嚣藩舒逶犍空调都是没有寒端再热的定风攫系统，羼激一令遴风参 数不能遥应不同房瀚的要求。风梳纛管系统可敬避免这闷题，僵怒凝朱浮染聚 顶毗及撵菌问麟同样令入不能容忍，虽定风量系统和风祝盘管系统改扩建较麻 烦。二是，受变风量系统节能的诱惑。空调历来是能耗大户，而其中风机和水泵 能耗占较大部分，因此业主也希望采用变风量系统以节约费用。f 6 j 1 4 变风量空调系统控制策略发展现状 交熙量空调系统荠不是纹农定熙量系统上安装末端装嚣和变逮风祝，两且j 荟 应有一整套由若干个控锕虱路缀成的控剩系统。交风量系统运行工况是随时交纯 的，它必须依靠自动控制才能保证空调系统最基本的要求适宜的室温、足够 的新鲜空气、良好的气流组织、正常的室内压力。机组的变风量控制就包含了送 风机的控制、回风机控制、新风量控制等诸多环节。可见，变风量空调系统和控 制系统楚紧密结合，不可分割的。控制系统的主要任务是：自动调节送风量，适 应房闯空调负蕊豹变化；实现不同功能房阈室内不网湿度参数黝要求；是动调节 送熙辊鹃转速 鬟降低空调系统邀幸亍能糕。髫蓠，窆谬系统鲍不稳定以及新风润题 楚影响v a v 系统运行霞能静主簧问题。园魏，霸v a v 系统运行全面的研究，绘 空调设计人员掇供一套完整的设计、控帝0 方法和系统化产品己燕一件迫在盾睫的 事。 v a v 空调系统闯世以来，其控制系统的发展经历了以下三个阶段：第一阶 4 - 第1 章智能建筑和变风量系统静发展及研艽现状 段，定静压定温度法，8 0 年代开发；第二阶段，定静压变温度法( 也称定静愿法) ， 9 0 年代麓麓齐发；篱三狳段，交静压交漫痉法馐 稼交静签法，最，l 、静篷法) ，9 0 年代后期开发。1 9 9 8 年提出了风机总风量控制方法1 7 1 0 1 。此外，国外一魉建筑 已将神经网络成功地应用于空调及熊量管理系统【1 1 1 ，采用人工神经网络控制器对 空谖系统逶行全局调控蠢驴1 烈。文簸吲对v a v 空清系统送行了藕台将z 凌骚究， 为我们寻求简单实用的系统协调控制方法提供些启迪。 定静压和变静压控制方法基本上都能完成系统的控制要求，但两者均存在许 多不是之楚：定静压方法控麓麓攀，毽氮援戆糍较赢，素赣阉豫多楚予镳小状态， 相应地带来了噪声问题；变静压方法虽然能最大限度地节省风机能耗，但控制算 法复杂，实现较为困难，尤其是市场上提供的控制装置基本上郜不适应变静压的 控毒l 冀浚，需要控麓人员疆场编狡、灞试，工穆量太大。魏夕 ，这两秘方法因为 使用压力控制，在根本上还有一个系统稳定性的问题。风机总风量控制方法是基 于压力无关型的v a v 洙端研究出的一种新的简单易行的v a v 空调系统的控制方 法。遴避对末端装鼗环路静捡溺，发蕊各个束漆鹣实际风量汇总出来螨装鬻掰带 房间目前要求的总风凝，反映了系统希望达到的流量状态，根据总风量和风机转 速的正比例关系，来调节风规转遮。 美溺彳乍者t b h a r t m a n 在蜜飘的著手# 中撬嬲了t r a v - - t e r m i n a lr e g u l a t e d a i rv o i u m e 的新概念，引起了专业人员的重视。t r a v 通过调节风量来创造舒适 环境。t r a v 基于末端装置实时的风量需求，采用更先进的控制软件，实瓞对风 辊静控制。日本由武公司( y a 磁蹦i 觚e ) 提出搬据每个v a v 装置的要求风薰及 风阀开度状态控制空调机组风机的转速。 除了对送风机的羧制之外，对于其他控制磷节，国内夕 学喾也都傲了缀多研 究。对予新风量的控制，主要采髑c 0 2 浓度控制和人数估计控制等方法 1 4 - 1 6 1 对 新风量进行控制，除此之外国外文献1 7 叫8 1 也对邀方面的问题进行了研究；文献 【1 蚍对簸小送风量进行了研究 文献犀1 “2 s 1 对变熙量空调系统热过程的优化闷题 儆了探讨；文献1 2 6 2 8 3 探讨了交风潦空调系统静邀风温度优化；国外还有一些学 者将能爨管理及神经元系统应用到变风量空调系统中 2 9 q 2 1 。 北京工业大学工学硕士学位论冀 1 5 本课题的来源及主要研究内容 从2 0 0 2 年9 月开始，我先后在北京北黄自动化设各蜜装有限公司和中建电 子工程有隈爨 薹公镯，终合工稷实黢遴嚣硬士论文瓣课题王 乍。 b a c n e t a l c 系统是中建电子和北黄公司在楼接领域代理的主要产品。美国 a l c ( a u t o m a t e dl o g i cc o r p o r a t i o n ) 公司最家从事楼宇控制的专业公司，有 2 0 多年熬实践经骏，茏英蓬长h v a c 豹控袁l 技术。其产藏枣子簿合b a c n e t 稼 准，为用户在b a s 系统中选用不同厂家的产品提供了广阔空间。 工程实践中的变风量空调系统的囱动控制，国内目前大部分仍采用的仍然是 静匿擦翻方案。本课题愚穰据实际工糕需要，锌对瓣兹交撼量空瀵系绫瓣运行效 率偏低，b a s 系统中变风量系统实用控制程序研究又相对薄弱的状况提出的。 本课题以典型变风量空调系统为按制模趟，以美国a l c 公词的楼宇自控产 品w e b c t r l 为磷究平台，详缁分耩交晟量空调系统的控麓原理、策臻、节麓途 径等。在分析基础上，引进美翻学者t b 。h a r t m a n 的t r a v 的新概念，以及结 合末端风阀状态反馈，采用一年中新的控制方法：末端风量调节控制法( t r a v ) 来控铡风辊炎频嚣。分橱其控翻疆论的要点，结合我国舀前交风藿空调系统的控 囊l 职状，及一个实骣工程的建设，提出适会工程实施鼹控肇算法，设计了实用可 行的控制程序。 本课题研究结柴，对工程应用具商较高的参考价值，对提高交风量空调系统 运行效率，降坻能耧方露具有现实意义。 1 鑫本章小结 本章自燮聚量空调系统帮餐魏建筑豹爱嶷瑰状及工稷单霞鹣震求零| 出了谖 题的来源及主要研究内容。 变风量定调系统的控带4 程序研究对智能建筑的节能有现实意义。而变风量空 璃系统稻掩潮系统是紧密结台，不可分害l 蕊。嚣蘸，空疆系统懿不稳定潋及豢嚣l i 问题是影响v a v 系统运行性能的主要问题。豳此，对v a v 系统运行全两的研究， 提供套完艇的设计、控制方法和系统化产晶已是一件迫在眉穗的事。 本谦怒采蘑最新静末端谲节翡控翻方法，疆究设计交菇量空谲系统基本控精 程序，对变风量空调系统进行控制。 第2 章变风量空调系统的控制策略 第2 章变风量空调系统的控制策略 2 1 变风量空调系统特点及分类 对于定风量空调系统，送风量是按照空调房间最大负荷时设计的。实际上房 间负荷不可能总是最大值。因此，当冷负荷减少时就要靠提高送风温度的方法来 满足房间温度的要求，当湿负荷减少时就要靠提高送风含湿量的方法来满足房间 湿度的要求。显然，冷负荷减少时，需要增加再热量以提高送风温度，其结果是 既浪费了热量也浪费了冷量。 风量计算式g = 垡 1 0 1 p ( t 一r o ) ( 2 1 ) 其中g 为送入房间的风量，g 为房间显热量，0 为房间的温度，t 。为送风 温度，p 为空气的密度。 从公式( 2 1 ) 可以看出，为了适应负荷变化，除了维持g 不变，改变h 之 外，也可以采用维持送风温差f ，即( t 。- t 。) 不变，而改变g 的方法。这就是 变风量系统的基本原理。 显然，当热负荷减少时，采用变风量的方法，不但能充分利用允许的最大送 风温差，节约再热量及与之相当的冷量，而且当送风机风量能相应减少时，风机 功率也可以节省，因而系统运行的经济性明显增加。 2 i 1 变风量空调系统的特点 从使用上来看，v a v 系统实际上是综合了目前常用的全空气定风量系统和 新风加风机盘管系统的使用特点，使其成为目前较为先进的空调方式。比较v a v 系统的特点可以从两方面着手：一是与全空气定风量系统相比，二是与新风加风 机盘管系统相比较。1 1 4 1 总结一下有以下几个特点： ( 1 ) 节能效果明显 与定风量空调系统相比较，采用变风量的方法，可以节约再热量及与之相当 的冷量。 由于各房间内设置的v a v b o x 可以独立控制房间风量，计算空调系统总负 北京工妊大学工学硕士学位论文 i i 荷时可以适当考虑各房间负荷发生的同时性，_ 搿不是象定风量系统那样，总负荷 是各赛瓣最大冷量或热爱之窝。这霹殴逶当减少鼹爨装掇骞爨，降低麓渫越爨。 当备房间的负荷减少时，各个宋端的风量将国动减少，系统对总风量的需求 也就必然会下降通过邋当的控制手段，可以降低风机的转速，使其能耗得以降低。 ( 2 ) 控刳灵活 通常，全空气定风鼯系统只能羧制某一特定区域的温度。对于一个风系统带 有多个房间，由于送风温度相同，遴入房间的风壤也相同，当各房间负荷发生变 纯时是不哥爱爱爨拉簇麴每个房溪潺疫罄l 遘霉亍按镧戆，两只麓控裁某令主要赛 间的温度，或者在大多数情况下，控制一个综合的回风温度。这样势必造成部分 房间过冷溅过热，也不利于节能。采用v a v 系统时，由于各个房间的v a v b o x 可夔该嚣域漫度熬交纯蠡羲控制遴风量，嚣_ l 邃麓豫涯各基城载魔蠢溢凄按篌弼要 求进行温度控制。基于此，这一特点有利于房间的灵活分隔，对于目前正在较大 规模建造离档写字楼来说时极为有焱的。 ( 3 ) 空谲晶蔟离 v a v 系统属于全窳气系统，对房间的换气次数有较大的提高。另外，在过 渡季可以充分利用全新风送风，或卷调节新风比，所以空气品质比新风加风桃盘 管系统好酶多，还节密熊耗。 与飙机盘管相比，吊顶内没有大量冷冻水管和凝结水管，可以减少处理凝结 水的困难，特别是避免了凝结水盘中细菌孳生藤熙参与室内风循环的弊病，这可 敬提裔塞两空气静卫生质量。 从以上几点看，变风量空调系统的优点突出，因此取得了越来越广泛孵_ 暾用。 毽在选耩交风量空调系统鍪式对，波该强露注意弼，变风量空诵系统一次投资有 所增加，控制相对复杂，对管理水平要求较高。因此，建设者除对变风量空调系 统的技术经济比较应该心中有数外，还需要对交风量室调系统精心设计、糟心选 择产品髑精心管理，褥刚有可能产塞新题不是，痨闯气流组织不努，痨闻歪压或 负压过大，室内噪声偏大，系统运行不稳定，节能效果不明熙镣一系列问题。 2 。l ，2 蜜涎量空调系统及来壤分类 变风凝系统是全空气系统的一种，一般地讲，v a v 空调祭统从形式上可以 - g - 第2 章歪风嚣空调系统的控制策略 划分为以下几种方式： l 、革风遭搭空调系统 2 、肇风道辫热v a v 空澜系统 3 、单风道遴回风机联动v a v 空调系统 4 、革风逶舅逶式v a v 空调系统 5 、单风道混合式v a v 空调系统 6 、双风道单风机v a v 空调系统 7 、疆风道双风视v a v 空调系统 8 、毅风量最佳控制空调系统 v a v 空调系统按周边供热方式的分类见文献 3 4 1 。 v a v b o x 醚前有多种类麓，不黼类型在其控制原瑗和结椅上存在孵显的区 别，其应月范围迩是不撑的。 ( 1 ) 节流型 空气进口 o 躐2 t 节流型v a v b o x 空气如臼 一 节流型变风避箱( 见图2 2 1 ) 是嫒基本的变风量箱，其他类型都是在节流型 懿蕊懿上交纯发簇超来豹，繇有交风藿箱静“心藏”藏怒一个节流闳，翔上对阕 的控制和谈节元件以及必要的援扳攒架就构成了一个节流型变风量箱。其结构简 单，工作可靠，控制也较为容易，因此是目前应用较多的一种。 ( 2 ) 风机加压型( 见圈2 。2 ) 北京工业大学工学硕士学位论文 i, i j室内风进口 专 冷风进口 卜 厂n f ， 室内诫避翟 圈2 - 2 最辊攘压蝥v a v b o x 混台风出口 一1 一 根据室内负荷由温擦器控帚0 风阎以调节次送风量，同时与嫠内回风混合后 由熙攘熬数送逮室内。荬特患燕换气次数可螯本绦赫不变。露露，壹予增热甄飙， 可使系统的送风机压头有所降低，可靠性得以提高。但造价较高。 ( 3 ) 褥热型( 见图2 。3 ) 空气进口 i - 爱2 3 风规褥热型v a v b o x 空气出口 l 一 与普逶节流登稽宽，增茄了一夺窝气热熬器，就耱熬禚可良楚热水盘管，氇 可以魁电加热器。对所服务豹房间藕卷，它提供了一个独立的加热功能，可以跫 每个v a v b o x 在就地独立的加热空气而不受整个风系统的影响。但增加了投资。 ( 4 ) 双风道黧 - l o 第2 章变风量空调系统的控制策略 冷风进口 热风进口 一 冷风进口 卜 热风进口 l 图2 4 双风道无混合型v a v b o x 冷风出口 热风出口 - _ 图2 5 双风道混合型v a v b o x 混合风出口 - 双风道有：无混合型( 见图2 4 ) 和混合型( 见图2 5 ) 两种，对于无混合 型，它相当于两个风道并在一起，一个送冷风，而另一个送热风，且各自有独立 j l 裒工韭大学工学颀学位论文 的控制装置。此装置并不同时送冷热风。 对于混合型，通过温控器的综合作用，同时控制冷风阀和热风闷的开度，从 嚣穰据室溢熬甏求实凌对漫蔑送风温瘦的控翩。 双风道型豳于其初投资昂贵和控制复杂而较少得到使用。 2 。2 变风量空谖系统控制方法 变风量空调系统不仅在定风量系统上安装末端装鼹和变频风机，而且还有一 熬套由若干个控制回路组成的控制系统。变风量系统逡行工况是随时变化的，它 努矮依靠鸯动羧臻l 才髓保证察诱系统最藏零静要求，院翔适宣静房澜滠度、跫够 的新鲜空气、良好的气流缎级、正常的室内压力，而对于空调机组的控制就包括 了送风机的控制、回风机的控制、新风量控制等诸多环节。可见，变风量空调系 统帮控铺系统麓綮密缝合，不可分隔貔。鞫筵，对v a v 系统运行逑行全面的研 究，应有一套完整的设计控制方法。 2 , 2 。1 运力鸯美塑和压力蠢关型 现在变风缀系统中最常用的末端装置是节流风阀，按其对室温控制方式的不 网，霹班努为疆獭，帮压力蠢关受( p r e s s u r ed e p e n d e n t ) 霹匿力无关魁( p r e s s u r e i n d e p e n d e n t ) ( 3 5 1 。 压力有关烈变风量末端的控制框图如图2 - 6 所示，其控制回路照根据室温测 定毽与没定壤鹣镶差来整剿嚣l | 润豹阑夔，扶嚣镶节送风藿，达瑟对寰漫熬控裁。 压力无关型变风量末端装嚣的控制框图如图2 7 所示，其控制回路根据室温测定 假和设定值的偏差向风量控制回路给出设定风量，风量控制回路再根据设定风量 耨i 羹l 定怒量戆镳差绘塞双矮瓣位，飙夏调节送风量，这至l 瓣室温豹擦镯。压力无 关型末端装置控制回路中串联了一个风爨控制回路，襁末端装置入口静压变化 时，其能根据风量的变化，较快地补偿这种压力变化，维持原有的风量，从而消 狳番支臻润懿麟合关系。掰毅在嚣1 l 摹夔实黪工程孛较多蟪采震。毽楚采蘑这静压 力凭关型的末黼装置也存在不足之处，压力无关型末端选择偏大可导致变风量系 统不稳定【3 6 j ，丽压力有关末端装置比压力无关末端装鼹减少控制环路数量，有助 予疆寒系统匏稳定注。男癸还有，末臻装嚣静控巅圈鼹窝主风毂懿羧鞠嚣路稿互 第2 章变风量空调系统的控制策略 干扰严重，同时也增加末端设备的成本和平时的除尘等维护工作量。 图2 - 6 压力有关型末端装置控制框图 室温设定摄度偏羲渲置设意信号旋量惴莲阀挝控制信号送风鼍房阈渤燕 图2 1 压力无关型末端装置控制框图 2 2 2 定静压定温度控制法 定静压定温度控制法的控制原理如图2 - 8 所示。 t i c 由 t e t e 温度传感器t e d 插入型温度传感器d p e 静压传感器 p i c 静压调节器i n v 变频器t i c 温度调节器m v 二通阀 图2 罐定静压定温度法原理图 13 北京工业大学工学硕士学位论文 其控制对象是由机械式v a v 末端装置所组成的空调系统。这种控制系统在 v a v 空凋起步阶段一时成为主流。由于机械式v a v 的特性以及当时电子技术的 发展限制，定静压定温度控制法的全部控制均为模拟式。优点是控制简单，缺点 是节能效率差，控制精度低，噪声偏高，机械式v a v 难于与空调机侧联合控制 等等。加上机械式v a v 压力损失过大，由于电子式、d d c 式v a v 的快速发展， 机械式v a v 己基本停止使用，随之定静压定温度控制法已基本不被采用。 2 2 3 定静压变温度控制法( c p t 法) 定静压变温度控制法( c o n s t a n tp r e s s u r ev a r i a b l et e m p e r a t u r e ) 简称c p t 法， 又称之为定静压法。它是在定静压定温度控制法的基础上发展起来的。 根据伯努利定律，气体流动时，两断面处所具有的总能量之差等于流体所流 过的管路损失。即： 0 l + b l = 昂2 + b 2 + h f l 一2 ( 2 2 ) 则 ( b 。一b ：) + ( b l b 2 ) = h f 。 ( 2 - 3 ) 式中巧，一1 断面动压；只：一2 断面动压； b 一1 断面静压；b ：一2 断面静压； h 。：一l 2 断面间的阻力损失。 若( b 。一0 ：) 与h 几 ：相等，则两断面的静压可保持不变a 控制原理如图2 9 所示。 濑度变芟豁垮 占、 、 强 f ev a v 内风速传感器d d c 直接数字控制器d p s 微差压开关 图2 - 9 定静压变温度( c p t ) 法原理圈 - 1 4 - 第2 章变岳l 量空调系统的轻制策略 系统的主要控制机理为：在保证系统风管上某一点( 或几点平均) 静压一定 的前提下，室内要求风量由v a v 所带风阀调节；系统送风量由风管上某一点( 或 几点平均) 静压与该点所设定静压的偏差控制变频器以调节风机转速来确定。同 时还可以改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。即定静压变温度控制。 这种控制方式比定静压定温度控制法有很大进步，问世以后立即取代了前 者，在欧美设计市场曾较为流行，是比较成熟的一种控制方法，变风量空调系统 中房间温度控制环节和空调机组温度及风量控制环节分开设置，控制比较简单。 但是，由于系统送风量由某点静压值来控制，在实际工程中静压点的位置比较难 确定，基本按照经验设定在主风道距送风机出口2 3 处，这使得系统的初调节较 困难。同时，压力测点的静压设定值设定在设计风量条件下所需要的资用压力， 而在实际的v a v 系统的运行时间内，各个末端的实际风量均小于设计风量，这 就使得静压设定值比实际的需要偏高，不可避免地会使得风机转速过高，而各 v a v 末端风阀为保证合适的风量又都处在一个较小的开启度位置上，从而增加 了系统的阻力，达不到最佳节能效果。在一定的系统静压下室内的要求风量只能 由v a v 所带风阀调节，当阀门开度较小时气流通过噪声加大，影响室内环境。 加上系统中必须设置的静压传感器，如采用高精度型则成本较高。由于种种原因， 该控制方法在日本设计市场已不被采用，在其它国家的设计市场也有被取代的倾 向。 2 2 4 变静压控制方法( v p t 法) 变静压变温度控制法( v a r i a b l ep r e s s u r ev a r i a b l et e m p e r a t u r e ) 简称v p t 法， 又称之为变静压法。它克服了定静压变温度法的上述缺点，于9 0 年代后期开发 并普及推广的。 其控制原理如图2 1 0 所示。 该控制方法弥补了c p t 法能耗大、噪声高的缺点。它是在定静压控制运行 的基础上，阶段性地改变风管中压力测点的静压设定值，在适应所需流量要求的 同时，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机的能耗。 由各v a v 的要求风量计算出系统的要求风量进行前馈控制；同时根据各 v a v 的阀位开度判断系统送风静压是否满足，由此进行反馈控制。如图2 1 1 所 器寨工业大学工学磺学拯论文 示，舆体控制如下：首先，备末端风量的和得出系统的要求风量，由此风量值确 定风机频率，即进行前馈控制；每个v a v 末端均向静压设定控制器发出阀位信 号，潜在一个末端阀门全开，则认为系统静滕不能满足此末端装鼹的风量要求， 应提藏系统静压夔设定馕，帮提裹风壤转速；装全部泰装瓣 l 开菠鬣予8 5 ， 剐表髑此时的静压设定德偏离，系统提 共的风量大于每个末端装甏所需要的风 量，此时应减少系统的静版设定值，即降低风机转速；若处于这两种情况之外， 则表明静压满足末端装置的要求，锁定静压设定值，风机转速不焱。 藿毳菠交爱穗墨蔑黧蕊箨麓蟹 0 滩馈摊制 i 由 t e i v cv a v 或c a v 控毒l 嚣f e v a v 风速转感嚣 圈2 1 0 变静压交温瘦( v p t ) 法原理图 圈2 - 11 风机转速控谁视理 第2 章变风量空调系统的控制策略 2 2 5 总风量控制法 根据风机的相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量g 和风机转 速成正比的关系( 见式2 4 ) ： 旦：五盟( 2 - 4 ) g 22 虽然设计工况和实际运行工况下系统阻力有所变化，但可将其近似表示为 ( 见式2 5 ) ： 鳖：亟 ( 2 5 ) 运行设计 根据这一正比关系，那么在运行过程中有一要求的运行风量，自然可以对应 一要求的风机转速。如果说所有末端区域要求的风量都是按同一比例变化的，显 然这一关系式就可以控制了。但事实上在运行时几乎是不可能出现这种情况的。 考虑到各末端风量要求的不均衡性，适当地增加一个安全系数就可以实现风机的 变频控制。 总风量控制方式在控制系统形式上具有比静压控制简单得多的结构。它可以 避免使用压力测量装置，减少了一个风机的闭环控制环节，在控制性能上具有快 速、稳定的特点，不像压力控制下系统压力总是有一些高频小幅振荡；此外，也 不需要变静压控制时的末端阀位信号。这种控制系统形式上的简化，同时也带来 了控制系统可靠性的提高。总风量控制在风机节能上介于变静压控制和定静压控 制之间，并