变风量空调系统风机风量控制方法研究与实现

1、第23卷第6期黄石理工学院学报Vol.23No.62007年12月JOURNALOFHUANGSHIINSTITUTEOFTECHNOLOGYDec2007文章编号:1008-8245(2007)06-0012-05变风量空调系统风机风量控制方法研究与实现朱红(黄石理工学院,湖北黄石435003)摘要:变风量空调系统运行的不稳定以及新风等问题是影响变风量空调系统性能的主要原因。通过对我国变风量空调系统所采用的几种主要控制方法进行优劣分析,结合末端风阀状态反馈,提出了一种新的控制方法:末端风量调节控制法(TRAV)。关键词:变风量空调系统;控制方法;TRAV末端控制中图分类号:TV831.3文献

2、标识码:ATheControllingMethodoftheAirVolumeofFaninVAVSystemandItsRealization(Huangshi435003)Abstract:ofsystemsoperationandthefreshairarethetwomajorissuesaffectingtheVAVsystemsmance.Inlightoftheseproblems,thispapercomparesthestrengthsandweaknessesofthecurrentlyappliedcontrollingmethodsintheVAVsysteminChi

3、na,analyzesthestatefeedbackoftheterminalairvalve.Onthebasisofthis,anewcontrollingmethod,theterminalairvolumecontrollingmethod(TRAV)isputfor2ward.Keywords:VAVsystem;controlmethod;TRAVterminalcontrol主要问题之一就是风机风量的控制。0引言据统计,工业发达国家的建筑能耗占总能耗的40%50%,我国的建筑能耗也达到总能耗的30%以上。为满足人们的舒适性而发展起来的空1变风量空调系统风机风量控制方法1.1变风

4、量空调系统风机风量的控制在变风量空调系统中变风量末端控制都会引起系统风道风量与静压的变化,导致风压耦合的2问题。(1)定静压变温度控制法。定静压变温度控制法(ConstantPressureVariableTemperature)简称CPT法,又称之为定静压法。(2)变静压变温度控制方法。变静压变温度控制法(VariablePressureVariableTemperature)简称3VPT法,又称之为变静压法。它克服了定静压调的能耗,则占整个建筑能耗的40%以上1。20世纪60年代诞生于美国的变风量空调系统VariableAirVolumeAir-ConditioningSystem(VAV

5、),其基本原理是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。空调系统全年运行统计表明:空调系统能耗中风机的能耗占有相当大的比例。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。目前,变风量空调系统的收稿日期:2007-10-26作者简介:朱红(1967),男,湖北蕲春人,高级工程师,本科。第6期朱红:变风量空调系统风机风量控制方法研究与实现13变温度法的缺点,于90年代后期开发并普及推广的。具体控制如下:首先,各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VAV末端均向静压设定控制器发出阀位信号,若有一个末端阀

6、门全开,则认为系统静压不能满足此末端装置的风量要求,应提高系统静压的设定值,即提高风机转速;若全部末端阀门开度低于85%,则表明此时的静压设定值偏高,系统提供的风量大于每个末端装置所需要的风量,此时应减少系统的静压设定值,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,风机转速不变。风机转速控制机理如图1所示。1(3)总风量控法。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n成正比关系。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,显然就可以控制了

7、。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4。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,并更接近于变静压控制。总风量控制方式可以说是一种间接根据房间温度偏差由PID控制器来控制转速的风机控制方法,这是总风量

8、控制方法的实质。1.2TRAV控制方法(1)传统的VAV和TRAV系统的比较。传统的VAV系统和TRAV系统的比较如表1所示。黄石理工学院学报2007年14表1传统的VAV系统和TRAV系统的比较传统的VAV调节入口导叶或风机转速,以保持送风管中恒定的静压。TRAV风机调节由具体的“逻辑”控制器控制风机,因此,每一个热区都可以满足它当前风量设定值的要求。末端箱控制由现场恒温器或传感器控制每一个末端箱,相邻的末端箱相互独立。在敞开的办公室区域,邻近“区域”合作共同分担本区域的供热或供冷负荷。供风不足的问题当各区要求的总风量超过风机的能力时,没有相互协调,离风机最远的区将风量不足。自动协调,所有的

9、区将自动分担风机能力的限制。人进入的控制由操作人员键入时间表或复合时间表。用红外传感器对每一区域是否有人进入进行自动检测。运行费用相对较高,风机功率与风量成比例,风机最小功率大约是额定流量功率40%50%。,。风机风量控制器风机由逻辑控制器控制,而不是PID回路,减少了控制耦合引起的不稳定性。末端箱平衡由机械限位来平衡,重新平衡比较麻烦。由应用程序来平衡,当负荷分布变化时,可以方便地用EMS(能量管理系统)操作台改变流量极限。可以方便地从中央供冷改为供热模式,末端箱通过集中控制而适应,预热期短且有效。建筑预热和值班采暖往往是单冷系统。供热通常只能通过周边再热进行,这会导致长而低效的预热期。(2

10、)节能效果比较。TRAV与传统VAV风机耗能比较如图2所示。从图2可以看出,当流量降为额定流量的50%时,TRAV所要求的风机功率已下降到额定功率的15%以下。(3)设计要求。TRAV是建筑在“高性能设计”(high-performancedesigns)和“集成控制”(in2tegratedcontrol)、“动态控制”(dynamiccontrol)等概念的基础上的。粗放的估算方法很难适应“高性能设计”。高性能设计要求精心地计算和分析各系统冷热负荷和水力状况的动态变化情况,并深入地了解设备、DDC控制器以及网络特性,并在此基础上设计和调试高舒适、低能耗的系统。图2TRAV与传统VAV风机耗

11、能比较第6期朱红:变风量空调系统风机风量控制方法研究与实现15(3)送风量控制。本部分控制的功能,是根2工程实践研究HVAC(HeatingVentilationandAirConditioning)据三个末端风量测定值总和与风量设定值总和之差,按ALC程序库中的算法,对风机变频器并进而对风机风量进行反向前馈控制(最小风量限定:30%)。送风机的最低频率应满足室内换气需设备的控制算法是参照ASHARE(AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirconditioningEngi2neers)的典型做法,结合美国奥莱斯公司的控制模要。对于风量高限低限状

12、态进行监视,发出相应的事件通知。具体控制过程:利用网络变量,将三个VAV末端的风量实测值求和,得出TFL;利用网络变量,将三个VAV末端的风量设定值求和,得出TFLSP;利用TFL和TFLSP的偏差,对风机变频块库,进行变风量控制系统控制算法研究。2.1AHU末端调节控制(TRAV)(1)VAVBOX的控制。VAVBOX控制与Lo2giStatPRO(一种智能型温度传感器)配合使用,完成ZONETEMP,OVERRIDE,SETPOINTADJ三个模拟量输入,可实现现场温度设定值调解和超越控制。温度设定值计算模块SETPNT的主要功能是:由已知量OAT,OCC,FOR,zonetemp,dem

13、,cadj,co2si,计算出温度状况以及供冷设定温度cl和夜间设置NS。(2)送风机控制AHU,风阀启停进行控于行时送故障、变频器故障视,发出相应的事件通知。器进行反向前馈控制;并给以最小频率限制(比如30%)。Total模块采集VAV末端的风阀全开和全关个数,如果流量实测值之和大于设定流量值之和,当阀门至少有一个全关时,对风机频率进行反向反馈调节,(如减小5%);设定值之和,当最机频率进行正向5%)。同时对系统送回风静压,系统末端静压等重要参数进行监测,做为参考。末端调节控制逻辑框图如图3所示。图3末端调节控制(TRAV)逻辑框图(4)送风量控制(定静压)。为了保证系统中每个VAV装置都能

14、正常工作,要求主风道内各点的静压都不低于VAV末端装置所要求的最低压力。在主风道距离风机出口约2/3处安装静压传感器,压力设定值则通常取为设计工况下该点的静压值,根据此点测出的压力调整送风机转速,使该点的压力恒定在VAV末端装置所要求的最小压力值,送风机频率低限需满足系统最小风量要求,由此保证各VAV末端装置正常工作。2.2工程实践为对空调系统及楼控系统的方案、性能做进一步的研究工作,某单位建设了环境智能控制室。黄石理工学院学报2007年16本项目采用典型的变风量系统。(1)VAV末端控制方案。本项目的变风量系在实际工程中必须注意压力测点的布置及静压设定值的确定,否则就会降低节能效果及可能出现

15、噪声增大的现象。此外,这种控制方法使用压力控制,在根本上还有一个系统稳定性的问题。故这种控制方法适用于一般中小型公共建筑。(2)变静压控制方法是节能效果最好的控制统给两个房间提供送风,其中一间有两个VAVBOX,另外一间有一个。该末端是一个风阀及一个风量监测装置。每个变风量末端带有一台U341v+控制器,每台控制器设置一个智能型室内温度传感器,该传感器具有手动超越功能,可对房间温度设定点进行调整。控制器U341v+监测房间温度及房间温度设定值,测量变风量箱的风量,控制变风量箱的风阀。由智能温度传感器将室内温度的设定值的调整值和测量值传递给现场控制器,根据二者比较得出供热或供冷需求,风量控制模块

16、计算出房间风量设定值,与风量测量装置实测的房间风量测量值进行比较,调节风阀开度,满足房间的负荷需求。风阀的最小开度应满足房间通风的最低需要。末端供热或供冷需求与阀门开度极限值通过控制网络传递,作为上级AHU送风温度重新设定的依据。房间风量实测方法。变静压方法虽然能最大限度地节省风机能耗,但系统增加了阀位开度传感器,阀位信号需通过通讯网反馈到静压控制器,控制方法较复杂,实现较为困难,尤其是市场上提供的控制装置基本上都不提供变静压的控制算法,需要控制人员现场编程、调试,工作量太大。同定静压方法一样,这种控制方法也使用压力控制,故也存在一个系统稳定性问题。这种控制方法适用于采用楼宇自动控制系统(BA

17、S)的大型公共建筑。(3)风机总风量控制方法是基于压力无关型的VAV末端研究出的一简单易行的VAV系统的控制现值作为AHU送风风量控制的依据。(2)送风机转速控制控,末端风量控制法(TRAV)进行控制。具体控制方式为:如果流量实测值之和大于设定流量值之和,当阀门至少有一个全关时,对风机频率进行反向反馈调节,即减小风机变频器频率;如果流量实测值之和小于流量设定值之和,当最少有一个风阀是全开时,则对风机频率进行正向反馈调节。这种控制法具有节能、稳定等特点,对工程应用具有较高的参考价值,对提高变风量空调系统运行效率,降低能耗具有现实意义。采用风量控制加入末端风阀状态反馈的变风量空调系统的控制方法,实现全面节能的优化运行,可能成为今后这一领域研究的发展方向。法,为了保证系正作,VAV末端。在主风道距离风机出口约2/3处安装静压传感器,压力设定值则通常取为设计工况下该点的静压值,根据此点测出的压力调整送风机转速,使该点的压力恒定在VAV末端装置所要求的最小压力值,送风机频率低限需满足系统最小风量要求,由此保证各VAV末端装置正常工作。若采用TRAV控制法,则将三个VAV末端装置的设定风量总和做为送风机转速调节的设定风量值,将末端装置的实际风量总和与设定风量总和进行比较,控制送风机转速。送风