空调系统的监测控制

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业空调系统的监测控制清华大学热能系 江亿 2003-12-1 本讲从新风机组的控制开始，逐渐深入地讨论各种空调系统的计算机监测控制，讨论的内容涉及控制系统应具备的功能；要实现这些功能所需要求的硬件设备；控制方案实际的运行效果及可能出现的问题。所讨论的系统顺序为新风机组，全空气定风量系统，变风量系统。冷冻站及水系统的监测控制将在一下讲中介绍。一、新风机组的监测控制图一为一台典型的新风机组。空气水换热器夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季用

2、来给新风加湿。对于这样一台新风机组，要用计算机进行全面监测控制管理，可以包括如下功能：监测功能： 测量风机电机的工作状态，确定是处于“开”还是“关”； 测量风机出口空气温湿度状况，以了解机组是否将新风处理到要求的状态； 测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要换； 测量新风阀状况，以确定其是否打开。控制功能： 可根据要求启/停风机 控制空气_水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到要求的设定值。 控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到要求的设定值。保护功能：冬季当某种原因热水温度降低或热水停止供应时，为了防止机组内温度过低，冻裂空气_水换热器，应自动停止风机，同时关闭新

3、风阀门。当热水恢复供应时，应能重新启动风机，打开新风阀，恢复机组的正常工作。集中管理功能：一座建筑物内可能有若干台新风机组，这样就希望采用分布式计算机系统，通过通讯网将各新风机组的现场控制机与中央控制管理机相连，中央控制管理机应能对每台新风机组实现如下管理： 显示新风机组启/停状况，送风温湿度，风阀水阀状态； 通过中央控制管理机启/停新风机组，修改送风参数的设定值； 当过滤器压差过大时，冬季热水中断机组保护停机时，风机电机过载或其它原因停机时，通过中央控制管理机报警。1。1根据要求的功能确定硬件配置为实现上述四大类功能，首先要选择适宜的传感器，执行器并配置相应的现场控制机。图2为可满足上述各功

4、能的一种配置。为监测风机电机的工作状态，将风机电机交流接触器的辅助触点作为开关量输入信号，接到DCU的DI输入通道上；选择如第一讲介绍过的以占空比形式的信号输出的温度变送器，接至DCU的一个DI输入通道上。选用具有4-20mA电流信号输出的湿度变换器，接在DCU-AI通道上，也可以选择2个都是4-20mA电流输出的温湿度变送器，接至2路AI输入通道上。为准确地了解新风机组工作状况，此时温度传感器的测温精度应优于0.5，湿度传感器测量相对湿度的精度应优于5%。用微压差开关即可监视新风过滤器两侧压差，当过滤器阻力增大时，微压差开关吸合，从而产生“通”的开关信号，通过一个DI输入通道接入DCU。微压

5、差开关吸合时所对应的压差可以根据过滤器阻力的情况预先设定。这种压差开关的成本远低于可以直接测出压差的微压差传感器，并且比微压差传感器可靠耐用。因此，在这种情况下一般不选择昂贵的可连续输出的微压差传感器。在水盘管出口安装水温传感器，测量出口水温。一方面供控制机用来确定是热水还是冷水，以自动进行工况转换。同时还可以在冬季用来监测热水供应情况，供防冻保护用，水温传感器可使用占空比信号输出的温度变送器，这时接至DCU的DI输入通道，也可选用4-20mA电流输出的温度变送器，那就需要接到AI通道上。以上为必须要测量的参数，为了更好的了解机组工作情况在经费允许时，还可以在过滤器前新风阀后安装温度传感器，测

6、量室外新风的温度，在水盘管的供水侧安水温传感测量供水水温，在风机出口风道上安装风速开关，以确认风机是否开启，新风阀或风道中其它风阀是否打开。由于新风阀不是用来调节风量仅是冬季停机后关闭防冻用，因此可选择通断式风阀控制器，通过一路DO通道来控制，当输出为高电平时，风阀控制器打开风阀，低电平时关闭风阀。为了解风阀实际的状态，此时还可以将风控制器中的全开限位开关和全关限位开关通过2个DI输入通道接入DCU。水阀需要是连续调节的电动调节阀以控制风温。图2中的配置采用2个DO输出通道控制，一路控制电动执行器正转，开大阀门，另一路使执行器反转，并小阀门，为了解准确的阀位还通过一路AI输入通道测量阀门的阀位

7、反馈信号。如果阀门控制器中安装了阀位定位器，还可以通过AO输出通道输出4-20mA或0-10mA的电流信号直接对阀门的开度进行控制。干蒸汽加湿器也是通过一个电动调节阀来调节蒸汽量，其电控原理与水阀相同。用计算机控制电动阀门时，对阀位有一定的控制精度，有的调节阀定位精度为2.5%，有的为1%。图3，4为阀门全开时的压降与该支路其余部分的管件及盘管的压降之比分别为50%，1倍，2倍时，使用线性流量特性的阀门，当空气出口温度为20时，阀位再开大2.5%后，冬季工况及夏季工况下出口空气温度的变化。从图中可以看出，当阀门所占压降较小，支路中其余管件所占压降比例较大时，2.5%时阀位变化导致出口空气温度的

8、变化超过3。冬季比夏季温度变化的更大是由于冬季换热温差大，需要的盘管换热面积小，而本例中冬夏季共用一个盘管，按照夏季要求的面积选择的盘管，冬季换热面积偏大，调节性能差。图5，6为将盘管换热面积再加大一倍后的情况。可见，不适应地加大设备容量也会使调节性能恶化，根据图3，4，5，6可看出为保证较好的调节效果，要尽可能增加调节阀应占压降的比例，同时还要恰当选择换热设备，不能使其容量过大。当采用等百分比流量特性的调节阀时，调节特性会有很大改善，但极端情况下也存在这些问题。按照图2的设置，需要DI通道五路，AI通道3路(用于湿度测量及电动水阀电动蒸汽阀阀位测量)，DO通道六路。由此可以选择现场控制机，只

9、要它能够提供上述这些输入输出通道，并有足够的数据存贮区及编程空间，通讯功能与建筑物内空调管理系统选择的通讯网兼容，原则上都可以选用。1.2通过软件实现各要求的功能对于定型的现场控制机产品，都带有通用的输入输出程序并提供一些编程方法。不论采用哪种编程方法，其目的都是要描述具体使用场合的特殊性，使现场控制机了解其特点和任务，实现各项指定的功能。这种特殊性的描述一般包括对输入输出的描述及对各种控制，保护功能的描述两部分。1.2.1输入输出描述例输入通道：fan: 风机状态，由DI1通道测出，高电平为风机开，低电平为关。temp_air: 送风温度，由DI2通道测出，为占空比信号，需要以表的形式定义不

10、同占空比所对应的温度数值。j_air: 送风相对湿度，由AI1通道测出，为420mA信号，相对湿度与电流信号的关系为：j=6I-20，I为测出的电流信号1mA，j为转换的相对湿度百分数。DP: 过滤器压差报警开关，由DI3通道测出，高电平为压差过大，低电平正常。d_air： 新风阀开关状态，由DI4通道测出，高电平为全开，低电平为全关。temp_water: 空气水换热器出口水温，由DI5通道测出，为占空比信号。V-water: 电动调节水阀阀位，由AI2通道测出，其阀位为：v_water=0.06I-0.2,I为测出的电流，mAV-stem： 电动调节蒸汽阀阀位，由AI3通道测出，其阀位为：

11、V-steam=0.06I-0.2，I为测出的电流,mA输出通道：fan_on: 控制风机，与DO1通道连接，高电平风机开，低电平风机关v_water_on: 控制电动调节水阀开大，与DO2通道连接v_water_off: 控制电动调节水阀关小，与DO3通道连接v_steam_on: 控制电动蒸汽阀开大，与DO4通道连接v_steam_off: 控制电动蒸汽阀关小，与DO5通道连接d_air_on: 控制新风阀，与DO6通道连接，高电平打开，低电平关闭以上给出上例新风机组监测控制所要求的输入输出通道全部信息，根据这些信息可按照现场控制机具体的编程要求描述输入输出通道，也可以将这些信息提交给控制

12、机的供应商，代为编程。1.2.2自动和运动控制风机的启/停及各个阀的调节可以由现场机根据控制及保护的要求确定，也可以由中央控制管理机通过通讯下命令进行运动。为了不使现场控制机的控制与中央控制管理机的命令发生冲突，就要增设一个“远动/自动”标志Auto，Auto=1时，各设备由现场控制机自行控制，Auto=0时，则现场控制机不做与控制有关的分析计算，各设备均直接由中央控制管理机发出的命令控制。标志Auto为贮存在现场控制机中的一个变量，其数值可以由中央控制管理机通过通讯网直接设定修改。这样，各设备动作的逻辑关系为：不论Auto为何值，风机都可以由中央控制管理机启/停，在需要防冻保护时，也都可以由

13、现场控制机停止。当Auto=1时，现场控制机可以在防冻保护解除后，重新启动风机。新风阀完全根据风机状态而定，开风机后开新风阀，关风机后关闭新风阀。Auto=1时，水阀、蒸汽阀由现场控制机根据送风温湿度进行调节,Auto=0时，这两个阀门根据中央控制管理机发来的命令动作。1.2.3送风参数的控制当Auto=1时，水阀，蒸汽阀的控制逻辑如下：如果水温temp_water低于20，初步判定为夏季工况，此时关闭蒸汽阀门，调节水阀开度使送风温度达到送风温度的设定值。这时可按照比例积分调节方式(PI)。由于计算机，调节是以一定的时间步长一步步进行，因此需要用离散的PI算法。PI的一般算法为： (1)式中，

14、V(t)为要求的阀门位置，Dt为送风温度与设定值之差，在夏季Dt应为实测送风温度减去送风温度设定值，TI为所谓“积分时间”，TI的值越小，积分作用越大，K为放大倍数，即对应于1温度偏差阀门需要的调整量。上式可写作 式(3)为可实际使用的控制算式，其中 应为上一次调节阀门起至现在时刻这段时间内送风温度与设定值的偏差的平均值。图7，8分别为等百分比阀和线性阀门在夏季工况下阀门开度与空气出口温度之间的关系。从图中可看出，出口温度变化1对应的阀位变化为3%至20%之间。因此式(3)中K可取510之间即温度偏差1阀位调节5%至10%。积分时间TI取310分钟，Dt根据阀门的动作速度和现场控制机的情况，取

15、1分钟左右。在Dt的时间内，可以测量几次送风温度的偏差，取其平均值即为 。由图7，8可以看出，由于换热器的性能的非线性，阀位处于不同位置时阀位变化与温度变化之比相差很大，因此采用上述的比例积分控制器在阀位较小时调节量偏大，阀位很小的变化就能使送风温度有较大变化，由此造成送风温度上下波动，而当阀位处于较大值时，阀位的变化仅引起温度的微小变化，从而造成调节缓慢，送风温度会长时间偏于设定值的一侧。由阀位对比例系数K进行修正可以有效地改善这种状况，但修正曲线与阀门特性，换热器特性都有关系，不太容易预先给定。新风机组的主要干扰源是不断变化的室外空气状态。图9，10分别给出使用线性阀门和等百分比阀门时要维

16、持送风温度不变，阀位随进口空气温度的变化。可以看出，要求的阀位与外温之间是很好的线性关系，因此如果增加一个外温测点tout，可以采用下式对阀门进行调节：V=A(tout-tset) (4)这里的tout为外温，tset为送风温度设定值，A为比例系数。对于不同的系统特性，比例系数A差别很大，不可能事先确定，这时，可以采用PI的方法不断对它修正： 此时的K值可取0.20.4，TI可仍取作310分钟，A的初值可取35，用这种方法，控制器不断根据系统的运行状况修正系数A，待偏差t消除后，A就不再变化，系统即可稳定地按式(4)进行前馈控制。以后再出现偏差，式(5)即会自动对A进行修正。当判断水温temp

17、_water高于25时，初步判定为冬季工况，此时调整水阀控制送风温度，调整蒸汽阀控制送风湿度。水阀可完全按照夏季方式控制，只是送风温度偏差t应为设定值减实测值，这样温度偏低时阀位增大。当采用式(4)，(5)通过测量外温进行前馈控制时，式(4)前应加一负号，由于系统参数不同，系数A，K也应相应有所变化。通过喷蒸汽向空气加湿，在I-d图中可近似为一个等温增d的过程。也就是说调整蒸汽阀改变喷蒸汽的量，仅影响送风空气的绝对含湿量d，而基本上不影响送风温度。本例新风机组的控制中，用的是相对湿度的湿度测量元件，如果直接用实测送风相对湿度与设定值之差作为控制变量，则调节水阀改变加热量会使相对湿度降低，开大蒸

18、汽阀增加喷汽量会使相对湿度上升。为了避免这种相互影响，可以根据测出的送风温度和相对湿度计算出送风的绝对含湿量d，通过调节蒸汽阀控制d，通过调节热水阀控制t，这样两个控制环节可以相互独立地进行。具体的控制算式可以同式(3)一样，采用PI调节器。选择线性流量特性的调节阀，使蒸汽的喷射量基本上与开度成线性关系，d与阀位间即为线性，使用PI调节可以得到较好的控制效果。1.2.4防冻保护的实现冬季冻裂水盘管的事故发生在三种场合；热水循环泵停止热水不流动继续开风机使盘管温度不断下降、冻结；热源停止(如使用蒸汽水换热器产生热水，蒸汽停供)水温降低继续开风机使盘管冻结；无热水供应新风机亦停止但新风阀未关闭，外

19、界冷风进入机组内，使盘管冻结。在第二种场合，水盘管出口水温会很低，可由此判断冻结危险，第一种场合，送风温度会很低，如果水盘管出口水温测点安装位置距盘管较远(距离大于半米)，且机房内有采暖设施，热水停止流动后，该点测出的温度不一定很低，不可完全依照它来进行判断，第三种情况送风温度与盘管出口水温可能都不会太低，不能通过温度来判断，只能设定只要关风机，必须关风阀。对于第一，二两种场合，可设定当盘管出口水温temp-water小于5或送风温度temp-air小于10(考虑了风机温升风道影响等各种因素)时，都应停止风机，关闭风阀。同时还应该将水阀全开，以尽可能增加盘管内与系统间水的对流，同时还可排除由于

20、水阀堵塞或水阀误关闭造成的降温。由于是保护动作，因此不论系统处在自动还是远动状态，即不论Auto=1或0，发现降温都需要执行保护动作。保护后，如果热水恢复供应，应重新启动风机，恢复正常运行，为此须设一防冻保护标志Pt，当产生防冻动作后，将Pt置为1。当测出盘管出口水温temp_water大于35，并且Pt=1时，可认为热水供应恢复应重新开启风机打开新风阀，恢复控制调节动作，同时将标志Pt重置为0。由于不论Auto=1还是0都进行了保护，因此恢复动作也不应考虑Auto的状态。如果风道内安装了风速开关，还可以根据它来预防上述第三种场合的冻裂危险，当风机电机由于某种故障而停止、风机开启的反馈信号仍指

21、示风机开通时，如果风速开关指示出风速过低，也应关闭新风阀，防止外界冷空气进入。二、全空气空调系统的监测控制本节讨论如图11所示的由一台空调机组控制一个房间或一个区域温湿度的全空气空调系统的控制调节。与上一节的新风机组相比，从控制调节的角度看，有如下三点不同：1控制调节对象是房间内的温度，湿度，而不是送风参数。2要求全年房间的温湿度均处于舒适区范围内，与上一例相比，在夏季也要考虑湿度控制，同时还要研究系统省能的控制方法；3有回风回到空调机组，不再是全新风系统，尤其是新回风比还可以变化，因此可尽可能利用新风降温。这也要引出许多新的问题。上述问题主要是控制调节问题。系统的监测管理、远动、防冻保护等与

22、前面讨论的新风机组一例类似，此节不再介绍。21传感器与执行器的配置与新风机组相比，需要增加被调房间或被调区域内温湿度传感器。如果被调房间较大，或是由几个房间构成的一个区域作为调控对象，则可安装几组温湿度测点，这些温湿度的平均值或其中重要位置的温湿度作为控制调节参照值。房间的温湿度参数最好直接接到控制空调机组的现场控制机上，以直接用来作为参照值进行控制调节。当被控房间距空调机房较远，要测的房间温湿度参数又较多时，也可再设一台数据采集用现场控制机，安装在被控区域附近，专门与各温湿度传感器连接，将测量信息处理后再通过通讯网将作为参照值的温湿度参数送至空调机组的现场控制机。由于存在回风，需增加新风与回

23、风的温湿度测点。回风的温湿度参数是用来确定空气处理方案时参考。回风道存在较大惯性，有些系统还采用走廊回风等方式，这都使得回风空气状态不完全等同于室内平均空气状态，因此不宜直接用回风参数作为被控房间的空气参数(除非系统很小，回风从室内直接引至机组)。新回风混合后的空气状态对空气处理室的调节有很大的指导意义，但由于混合室内空气流动混乱，温度亦很不均匀，很难真正得到混合后的空气参数。因此一般不测量混合空气状态。为了调节新回风比，对新风、排风、混风三个风阀都要进行单独的连续调节，因此分别安装电动执行器，每个风阀都用2个DO输出通道控制其开大或关小，并用一个AI输入通测量其阀位，如同上一节中的电动调节水

24、阀。当然也可以安装阀门定位器，通过AO输出通道直接输出4-20mA电流信号来控制风阀的开度。其它的测量与控制同上一节新风机组。由于增加了三个连续调节的风阀，需启/停控制并监测其状态的回风机及室温，新风回风温湿度测量，所需要的输入输出通道远远多于新风机组。2.2送风参数的确定与新风机组不同，影响空气处理室工作的有两个干扰源：室外空气状态的变化和室内热湿负荷的变化。此外房间一般都有较大的热惯性，加之空气处理室内各种阀门调节的非线性，导致直接通过风阀，水阀控制房间温湿度有一定困难。比较好的方法是采用“串级调节”，即根据房间温度的变化确定要求的送风参数设定值，再类似于新风机组的控制，根据要求的送风参数

25、与实测的送风状态之差调节空气处理室。先讨论送风温度的设定值。如果可正可负的热源Q向房间供热或供冷，则此热源可根据房间温度与设定值之间的偏差t按照比例积分微分(PID)调节器来控制： 式中t为房间温度设定值减去实测值，TI，TD分别为积分时间与微分时间，K为比例系数。利用类似于上一节的处理方法可以得到： 用差分代替导数，可以得到： 实际上，送入房间的热量/冷量Q是通过空调送风实现的 式中G为送风量，ts为实际的送风温度，tr为实测房间温度。这样送风温度的设定值ts,set即可确定为： K=K/Gcp,对于定风量系统，K应为常数，其物理意义为要使房间温度变化1所需要的送风温度的变化值。若考虑建筑物

26、围护结构内表面温度不变，则房间温度近似为： 其中n为换气次数，V为房间体积，F为房间内表面面积，tw为内表面温度，a为内表面对流换热系数，取a=4w/m2C可以得到ts=(1+14e/n)tr=K0tr (13)其中，e=F/V,为房间内表面积与体积之比，单位为1/m。为加快调节速度，K可取作1.21.5倍的K0值。式(11)中的积分时间，微分时间可根据房间的换气次数来决定： 这样，由式(10)，(11)即可根据房间湿度和送风温度的实测值及房间温度的设定值确定送风参数设定值。由于房间热惯性很大，房间温度在短时间内不会发生大的变化，因此，计算送风参数的设定值时的时间步长Dt可根据情况取25分钟甚

27、至更长些。同样，由于绝对湿度d变化与温度的变化独立，因此可根据房间d的变化确定送风参数的设定值ds,set从而可以避免考虑相对湿度j时出现的解耦问题。按照与温度完全一样的分析方法，可以得到送风空气的绝对湿度设定值ds,set为： 式中，dr为实测出的房间空气绝对含湿量，ds为送风绝对含湿量，d为房间d的设定值减去d的实测值， 为Dt时间内Dd的平均值，TI为积分时间，由于房间对湿度的惯性很小，因此不需要微分修正。由于围护结构很少吸湿，因此K取值可为1左右。这样按照式(10)，(11)，(14)，(15)就可根据房间温度，湿度的设定值及实测值以及以往送风的温湿度实测值确定送风空气状态的设定值。2

28、3空气处理室的控制确定了要求的送风状态，接着就是如何调节空气处理室内各设备，使处理后的空气达到要求的设定值。对于新回风比不可调的固定新风量系统，当只要求控温时，可以按照在上一节讨论方法与新风机组一样控制，当温湿度都有所要求，如图11那样分别有冷水盘管，热水盘管时，则可以判断当需要加湿时，用冷水盘管或热水盘管控制送风温度，用蒸汽加湿器控制送风的d，当需要除湿时则靠调整冷水盘管中的冷水量控制送风比d，用调整热水阀来控制二次加热量以保证送风温度。与新风机组的控制相比，带有回风的空气处理室的主要问题是按照什么原则控制新回风比使空气处理室耗能最省，文献1中给出所谓“最小能耗法”的分析方法。如图12，在I

29、-d图上用点O，R分别表示室外新风状态及回风状态。如果要求的最小新风量为X%，则点M表示取最小新风时的混合状态。调节新回风比可以得到线 上任一点作为混风状态。这样问题成为，对于给定的要求送风状态点S，应从线 上的哪一点出发通过空气处理室处理可以最省能?处理过程又应该是怎样的?当要求的送风状态点处于图12中区域I时，即在线段 , 围成的折线上部时，很清楚，最合理的处理方法是调整新回风比，使混合状态的d与要求的送风d相同，再调整加热器即可获得要求的送风状态S，其过程如图13。这样就是调节风阀D1，D2，D3，改变新回风比，使送风空气的d达到要求的ds,set，调节加热器热水阀，使送风空气的t达到要

30、求的ts,set。当要求的送风状态处于图12中区域时，即在线段 和曲线 及饱和线 围成的域中，可以调整新回风比改变空气处理的起点，同时调整表冷器冷水调节阀，二者的配合在一般情况下能使处理后的空气达到要求的S点。线MF为从点M出发不同的冷水阀位所对应的表冷器可处理的空气状态所连成的过程线。也就是说，随着将冷水阀开大，送风状态将延 线向下移动，仔细地调整冷水阀即可使出口空气到达 线上的任一点。改变新回风比，可使起始点从M向O移动，同时调整混风比和冷水阀，应能将送风状态处理到域中的任一点，图14为此时的过程线，这时应根据送风的d调新回风比，根据送风温度调整冷水阀阀位。如果要求的送风状态S处于区，即曲

31、线MF的正上方，则唯一的办法是从点M出发，即采用最小新风，调节冷水阀使空气状态在线 上移动，当d达到要求的送风状态的ds,set时，调整加热器使温度达到ts,set，图15为此时的处理过程线，注意在区时是通过调整冷水阀调整送风温度，而在区则改为调整冷水阀调整送风d。同样的调整手段，有时将对应于不同的调节目的。当要求的送风状态在线段 左侧时，由于冷水温度为点F对应值，因此不可能进一步降低空气湿度，所以此域为“不可及区”。当要求的送风状态S为第区，即线段 之右上方时，此时一定是从0点出发，加热加湿，以处理到要求的送风状态S。在要求的送风状态S处于区时，有两种处理方法：从点0出发，通过表冷器冷却至点

32、P，再通过加湿器加湿到点S，如图16中过程线OPS另一种方法是从M点出发，通过表冷器冷却到点N再通过加湿器加湿到点S，如图16中的过程线MNS。第一种方法多消耗冷量 ，节省蒸汽加湿量 ，第二种方法则相反。若蒸汽价格与冷量价格之比r为r=1公斤蒸汽的价格/1KJ冷量的价格则若r 则应从0点出发，反之从M点出发，这里的线段 以d“克/kg干空气”为单位， 以t为单位，可以看出，省能的处理方案除与r有关，还与线 的斜率有关。可以证明，当点O出发最经济时，从连线 上任一点出发都不如点0经济，反之，当点M出发最经济时， 上任一点出发进行处理都不如点M经济。当要求的送风状态处于线段 之间时，可以调新回风比

33、(当S点的d小于点的d)再降温或从0点出发降温加湿(当S点的d大于O点的d)，也可以直接调新回风比调节送风温度，调整加湿器调送风湿度，这取决于蒸汽与冷量的价格比r。上述分析是新风状态处于回风右上方时，实际运行时还有可能出现图17，18，19三种情况，这三张图中同时给出对应的分区方案，这里不再进一步讨论，实际上，的处理方案都相同，只是区的处理方案稍有区别。24从节能出发室内空气的最佳状态对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒定于一点，而是允许在较大范围内浮动，例如温度为2027，相对湿度在40%70%内，均满足舒适性要求，这样，当室外状态偏低时，室内也使其靠近此域的下限，室外状态偏高时，室内则靠

34、近此域的上限。在室外处于此域附近时，则尽可能多用新风，使室内状态随外界空气状态变化。这样即可最大限度地节能，又可提高室内空气质量和舒适程度。怎样做到这一点呢?对应于室内状态允许域，对应着有一个允许的送风参数域Ws。域Ws可以这样确定：取定域的中心点R0(如23.5,55%)，可以由式(10)，(11)求得要将房间空气状态控制到此点所要求的送风域的中心点So。对于边界上的一点t,d,与的中点R0之差为 ，由此可得到对应的送风域Ws上的点ts,ds: 这里的Kt是指房间温度变化1对应的送风温度的变化值，由式(13)知它应为式(13)中的Ko即1+14e/n，为了安全起见，取Kt0.85Ko，即Kt

35、=0.85(1+14e/n) (17)其中e为房间内表面面积与体积之比，单位为1/m，n为换气次数。Kd为房间d变化，对应的送风d的变化。根据分析二者几乎相同，为安全起见，取Kd0.85。这样，从理论上通过逐点计算可由域计算出域Ws，实际上只要计算域的四个顶点的映射，再将它们连接，就得到域Ws。将域Ws绘在I-d图上，同时标出 线及空气处理分区。此时要求的就不再是送风状态点S，而是域Ws中任何一点均可以满足要求。这时可按照下面的步骤确定送风状态：如果点O位于域Ws内，则全新风送风；如果连线 与Ws相交，则调新回风比，使送风状态为相交的线段 之中点(见图20)。如果 不与Ws相交，Ws与第区相交

36、时，可取相交域最下方一点作为送风点S，此时通过调新回风比和加热器将空气处理到该点。这样做最节省加热量。如果 不与Ws相交，Ws与第区相交时，则取相交域最上方一点作为送风点S，通过调新回风比和表冷器冷量将空气处理到该点，这样做最节省冷量。如果Ws不与区及区相交，仅与区相交，则应取相交域最右侧的最下部作为送风点S，以节省冷量及二次加热量。如果Ws不与区及区相交，与相交时，应取相交域的最左侧的中点。如果Ws仅与区相交，则应相交域的左下角如果Ws仅与区相交，则应取相交域的左上角。按照上述方式，可以在每个时刻根据新风状态，回风状态及室内状态确定最适宜的送风状态，既保证房间空气状态处于舒适区，又最节省空气

37、处理能耗。这样的几何计算看起来很复杂，但使用计算机实现起来却并不十分困难。当房间允许的舒适域范围较大时，与固定的室内设定状态相比，这样做有十分显著的节能效果。这时采用计算机控制空调系统远比常规电子式调节器控制节省运行能耗的主要原因之一。25各空气处理装置的调节在上述讨论中，涉及到控制新风，排风和混风三个风阀以调节新回风比，控制表冷器、加热器的水阀以调节冷量，热量以及控制加湿器蒸汽阀以调节加湿量。在控制方案确定后，它们的调节都是以送风空气的温度或绝对湿度为目标，这时需根据控制调节装置的特性不同分别采用相应的调节算法。新回风比的变化与送风参数(d和t)的变化成正比，因此可用PI形式的算法根据送风d

38、或t的偏差控制这三个风阀，其中新风，排风风阀应同向同步调节，混风阀则按相反方向调节，当控制送风的d时，新风与排风阀的开度r为： 混风阀的开度为1-r。式中sing(do-dR)为新风湿度与回风湿度差的符号，当新风d大于回风d时，为sing(do-dR)1，反之为-1，比例系数K亦与|do-dr|成反比，可以取作 表冷器和加热器的调节具有较大的非线性，如前一节新风机组控制中所讨论，它可以用PI方式直接根据送风d或t对开度进行反馈调节，也可根据混风状态进行前馈调节，前馈的放大倍数A由送风参数的偏差通过PI算法确定，同式(4)，(5)。此时由于混风状态无法测量，因此应根据测出的新回风状态及方案要确定

39、的调节方案，计算出混风状态。如由新回风比调整送风参数的d至ds,set，由表冷器调整送风参数的t时，混风状态tM约为： 由tM即可对水阀进行前馈控制。蒸汽阀控湿度的方式可完全按照第一节新风机组控制中讨论的方式处理。三、变风量系统的控制变风量系统(VAV)是目前在国内开始试用的方式。所涉及的各种问题在暖通空调有专刊介绍，这里仅讨论采用计算机控制时的一些做法。图二十为一典型的VAV系统。与常规的全空气系统相比，VAV系统最主要的特点就是在每个房间的送风入口处装一个VAV未端装置，该未端装置实际上是一个风阀。调整此风阀以增大/减少送入房间的风量，从而实现对各个房间温度的单独调节。当一套全空气空调系统

40、所带各房间的负荷变化情况彼此不同，或各房间要求的设定值彼此不同时，VAV是一种解决问题的有效方式。每个VAV未端装置需要一套控制器。最简单的控制方式是根据房间温度实测值与设定值之差，直接调整未端装置中的风阀。这样做，当某个房间温度达到要求值时，由于其它房间风量的变化或总的送风机风量有所变化时，连接未端装置的风道处的空气压力有变化，从而使这个房间的风量变化。由于房间热惯性较大，在此瞬间房间温度并不变化。待房间温度发生足够大的变化后，再对风阀进行调整，又会反过来影响其它房间的风量，并引起温度变化，这样各房间风阀不断调节，风量和温度不断变化，导致系统不稳定。一种改进的方法是采用所谓“压力无关”未端装

41、置(Pressureindependent)。此种未端上装有风量测量装置，房间温度的变化不再直接改变风阀开度，而是去修正风量设定值。风阀则根据实测的风量与风量设定值进行调整。这样，当某房间风量由于风道内压力变化而变化时，未端控制装置会直接调整风阀，以维持原来的风量。房间温度不会由此引起波动。简单的未端控制器和“压力无关”方式的未端控制器都可以是由常规模拟电路构成或以计算机为核心构成。以计算机为核心的DDC控制器可以是独立的，也可以通过通讯网相互连接，与空气处理设备的控制器协调工作。带有通讯，各DDC相互协调的VAV控制系统与不带通讯，各未端装置控制器独立工作的VAV控制系统工作原理及系统设置都

42、有很大不同，下面分别进行讨论。31具有独立的未端控制器的VAV系统此种VAV未端控制器是与VAV未端装置配套的定型产品。它包括挂在室内墙壁上的温度设定器及安装在未端装置上的控制器两部分，设定器内装有温度传感器以测量房间温度。温度实测值与设定值之差被送到控制器中去修正风量设定值或直接控制风阀。对于“压力无关”的未端装置，重要的是要测准风速或风量。一般都需要在出厂前逐台标定，将标定结果设置到控制器中。有的未端控制器产品还要求在现场逐台标定，这在选用产品的订货时要十分注意。除VAV未端装置外就是对空调机的控制了。与前一节讨论过的空气处理室的控制相比，VAV系统的新的控制问题为：1由于各房间风量变化，

43、空调机的总风量将随之变化，如何对送风机转速进行控制使之与变化的风量加适应?2如何调整回风机转速使之与变化了的风量相适应，从而不使各房间内压力出现大的变化?3如何确定空气处理室送风温湿度的设定值?4如何调整新回风阀，使各房间有足够的新风?311送风机的控制为了保证系统中每个VAV未端装置都能正常工作，要求主风道内各点的静压都不低于VAV未端装置所要求的最低压力。在主风道压力最低处安装静压传感器，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未端装置所要求的最小压力值，即可保证各VAV未端装置正常工作。对于仅一条风道的系统，将压力传感器装在风道的最远处，根据它的压力调节送风机转速，即

44、可保证各VAV未端装置都在足够的压力下工作。然而在实际工程中出现问题：当主风道前半部分风速较高，尾部风速较低时，最远处的静压比近处某些位置的静压还高，于是使近处一些VAV装置不能正常工作。当主风道分为两支或多支(如图21)时，若装有压力传感器的分支A各变风量装置的风阀因需要的风量小而关小，分支内总风量减少，而另一支要求的风量大，则压力传感器测出的压力接近于风道分叉处点a的压力，而由于分支B内风量大，压降大，点c的压力远低于点a，从而也就低于点b的压力，这样，当控制送风机转速使点b于额定压力时，点c及其附近的压力就会偏低，使连接于这些位置的VAV未端装置不能正常运行。鉴于这种情况，国外一些文献建

45、议将参考测压点前移至距未端三分之一总风道长度的位置，如图21中d点。在欧洲有些工程师干脆将测压点设在风机出口，使风机出口压力恒定。此时风机转速调整过程如图22。这样，部分负荷时VAV未端装置压力过大，使得风阀关的更小，噪音增加，同时小风量时风机电耗节省不多。这样，测压点越接近风机，系统越可靠，但风机节能效果就越差。这些分析都是采用一个压力测点控制风机转速这种单回路的简单控制方式，使用DDC控制，可以多装几个压力测点来解决上述矛盾。例如图22的例中，在点b,c处均安装压力传感器，调节送风机转速，使这两个压力中的最小者不低于VAV未端装置要求的最低压力。还可以在有可能出现风速最高的风道处装压力测点

46、，以保证该点压力不低于额定值。当然在保证可基本了解风道内压力分布的前提下尽可能减少压力测点，以减少投资。在何处设压力测点是有了VAV系统以后国外长期争论，一直无妥善结论的问题，但采用计算机控制后，增加这种“哪里压力最低”的逻辑判断功能后，问题就变得很容易解决了。312回风机的控制回风机的转速也需要调节，以使回风风量与变化了的送风量相匹配，从而维持各房间不会出现太大的负压或正压。不可能直接测量每个房间的室内压力，因此不能直接按照室内压力对回风机进行控制，由于送风机在维持送风道中的静压，其工作点如图22那样随转速变化而变化，因此送风量并非与转速成正比。而回风道中如果没有随时调整的风阀，回风量基本上

47、与回风机转速成正比。因此也不能简单地使回风机与送风机同步地改变转速。实际工程中可行的方法是同时测量总送风量和总回风量，调整回风机转速使总回风量总是略低于总送风量，即可维持各房间稍有正压。再一种方式是测量总送风量和总回风道接近回风机入口处的静压。此静压应与总送风量的平方成正比，由测出的总送风量即可计算出回风机入口静压的设定值，调整回风机转速使回风机入口静压达到该设定值，即可保证各房间室内的零压。313送风参数设定对于第二节中讨论的定风量系统，总的送风参数可以根据实测房间温湿度状况确定。对于变风量系统，由于每个房间的风量都在根据实测温度控制，因此房间内的温度高低并不能说明送风温度偏高还是偏低。只有

48、将各房间温度，风量及风阀位置全测出来进行分析，才能确定送风温度需调高或降低，这必须靠与各房间变风量未端装置的通讯来实现。对于各变风量未端间无通讯功能的控制系统，送风参数很难根据反馈来修正，只能根据设计计算或总结运行经验，根据建筑物使用特点，室内发热量变化情况及外温确定送风温度设定值。根据一般房间内温湿度要求计算出绝对湿度d，取d-(0.51)克/公斤干空气作为送风绝对湿度的设定值。为了满足各房间温度要求，这样确定的送风温度设定值一般总是偏保守，即夏天偏低，冬天偏高，从而使经过未端装置调节风量后，各房间温度都能满足要求，但有时各VAV未端装置都关的很小，加大了噪音。此外还减少了过渡期利用新风直接

49、送风降温的时间，多消耗了冷量。314保证足够的新风当新、排、混风阀处于最小新风位置时，降低风机转速，使总风量降低，新风入口内的压力就会升高，从而使吸入的新风的百分比不变，但绝对量减少。对于舒适性空调，这使各房间新风量的绝对量减少，空气质量变坏。为避免这一点，在空气处理室的结构上可采取许多措施。就控制系统来说，可在送风机转速降低时适当开大新风和排风阀，转速增加时再适当将它们关小。更好的办法是在新风道上安装风速传感器，调节新风和排风阀，使新风量在任何情况下都不低于要求值。32各未端控制器具有通讯功能的VAV系统当各个未端控制器均为DDC控制，空气处理室的现场控制机可以与各未端控制器通讯时，前面讨论

50、的那些VAV控制调节中的问题就较容易解决了。此时的主题是充分利用计算机的计算分析能力，尽可能少使用各种压力和风量/风速传感器，通过计算机使各未端装置相互协调，解决上述问题。此时的控制策略取决于采用“压力无关型”未端装置还是简单的电动风阀装置。下面分别进行讨论。321使用“压力无关”型未端装置此时空调处理室的现场控制机可得到各未端装置风量实测值，风量设定值，对应的房间温度和房间温度设定值。有些控制器还可得到阀位信息。未端装置控制器调节的速度很快，一般情况下风量实测值应接近风量设定值。如果某个未端装置在连续一段时间内(12分钟)实测风量较多地低于风量设定值，则说明风道内压力偏低，因此可增加送风机转

51、速。各未端装置风量设定值之和与风机转速有一对应关系。如果风机转速高于各风量设定值之和所对应的转速，则说明风机转速偏高，各变风量未端装置的风阀可能都关的较小，因此需降低转速。总风量和转速的关系可在初调节时通过实测得到：将几个最未端的变风量装置风量设定到最大值(或将房间温度设定值调到很低)。近端的变风量装置设定到最小值，调节风机转速，使这些风量设定值基本上得到满足。记下此时实测风量之和及风机转速。再增加几个设定风量为最大值的未端装置，再次调整转速。这样即可得到一组最不利条件下总风量与转速之关系，作为控制风机转速的依据。此关系可通过同样的思路根据风道阻力情况预先计算得到。当未端装置的风阀阀位信息也可

52、向空气处理室的现场控制机提供时，也可以根据是否有阀位开到90%以上来确定风机转速，使任何时候系统中至少有一个VAV末端装置的风阀阀位大于90%。由各变风量装置实测的风量之和即可确定回风机转速。只要使转速与总风量成正比，房间内基本上可保证正常的压力范围。比例系数可在调节时实测确定。最适合的送风参数亦可由各未端装置的风量设定值确定：当各未端装置的风量设定值都低于各自的最大风量，说明送风温差过大，因此升温(夏季)或降温(冬季)，以减少送风温差。当有的装置风量设定值等于或高于其最大风量时，则说明送风温差偏小，应降温(夏季)或升温(冬季)。这种控制的结果，系统内应致少有一个未端装置其风量设定值高于90%的最大风量。这种用房间控制信息反馈来确定送风参数的方法比没有通讯时的前馈方法要可靠、省能，亦可避免大量风阀关小引起的噪音。掌握了各房间风量的实测