变风量空调系统的自控方法探析

变风量空调系统的自控方法探析

张和权

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司深圳分公司广东.深圳518040

摘要：本文结合笔者多年的工作实践经验将对变风量空调系统的自控实现展开具体探讨与论述。

关键词：变风量空调系统；自控；监控；风机盘管系统

引言

通常来讲，建筑自控系统的主要监控对象为包括风、水、电相关的机电设备，也即暖通空调系统。建筑的暖通空调系统经过长时间的连续运行，会带来巨大的能耗，是物业管理运行成本直线上升的最主要原因。此外，高能耗的运行方式还会对机电设备造成自身的损耗，降低暖通设备甚至是整个建筑的使用寿命。要想实现建筑自控系统的合理化，首先必须实现暖通系统自控的合理化，提高空调系统的舒适度、灵活性和节能性。变风量空调系统具有优于一般空调的特征，能够解决这些矛盾与问题。本文将对变风量空调系统的自控实现展开具体探讨与论述。

1、变风量空调系统的监控

1.1变频空调机组的监测控制

新风量空调系统一般通过静压传感器来测定风机控制频率，对风机转速进行调节改变送风量来改变降压控制点的静压值，确保下游风道、末端装置和送风口的压力达到既定的要求。

在新风空调系统的设计中，为了降低风道阻力带来的损失，通常要求在施工时就把静压传感器尽量安装到管路末端所在位置的附近，从理论上来讲，将静压值设定得越小，就越能够降低风机的功耗。但在现实中，难以确定最不利末端，在工况发生变化的情况下，每个末端都有可能变成最不利末端，因此，变风量空调系统的动态特性决定其无法采用减小静压设定值来降低功耗的方法。在现实的系统实施中，通常是将静压传感器安装到送风机和最远末端距离的三分之二风道处，风机正常运转时的送风量仅占系统总风量的二分之一至四分之三处，一方面能够提高系统的节能性，另一方面又能避免产生噪声污染。

为确保系统风量能够达到功能要求，同时也避免能量过剩造成浪费，通常而言，变风量空调系统的最大送风量根据各个房间最大送风量的百分之七十到百分之八十来取值，变风量空调系统的最小送风量根据该系统最大送风量的百分之四十到百分之五十。

变频空调机组的主要监控项目有如下几点：变频空调机组运行情况、手动自动状态、故障报警状态、风压状态；变频器的工作状态、变频器的频率反馈情况、变频器频率调节；过滤网阻塞、防冻报警状态；送风温湿度、回风温湿度、风道静压力值、CO2的浓度；变频空调机组启动停用状态；加湿器开关状态；水阀、新风阀、回风阀、排风阀等的开度控制调节。变频空调机组的监控原理如图1所示。

图1变频空调机组控制原理图

1.2变风量末端的监测控制

1.2.1变风量末端装置

变风量末端装置的类型众多，分类方式各异。

按照改变风量方式来划分，变风量末端装置可以分为节流型与旁通型。节流型通过节流机构来对风量进行调节；旁通型则是把多余的风量转移到回风道来实现对风量的调节。

按照补偿压力的变化来划分，变风量末端装置可以分为压力有关型与压力无关型。就控制角度而言，压力有关型的变风量末端装置直接由温控器实现对风阀的控制；压力无关型的变风量末端装置将温控器作为主控器，将风量控制器作为辅控器，此外，压力无关型的还有一个风量传感器。当变风量末端的入口压力有变化时，末端风量也会有相应的变化。在此情况下，压力无关型的变风量末端装置能够快速补偿压力变化。压力有关型的变风量末端装置则是待室内温度发生变化之后方可进行动作，为了保持原有的风量，压力无关型有一定的时间滞后。

按照是否装有末端混风机来划分，变风量末端装置可以分为带风机类型与不带风机类型。带风机的变风量末端在小风量或低温送风系统中能够确保室内始终有流动的气流。

1.2.2一般变风量末端监控内容及其控制原理分析

一般变风量末端的监控主要包括室内温度控制、风速检测条件、风阀开度控制调节。一般变风量末端监控原理如图2所示。

图2一般VAV末端控制原理图

1.3变风量空调系统的自控实现

一般而言，VAV空调系统采用定静压控制、边境压控制、总风量控制三种风量控制方式。定静压控制方式较为常用，然而，如果为了确保系统风道中的压力，风机的功耗便会增大，且变风量末端风阀会产生较大的噪声。变静压控制方式能够极大减小风机功耗，然而，采用变静压控制方式复杂度高、调试难度大，尤其是需要多次换季调试；总风量控制方式空调系统的设计中，确保空调系统各末端所需风量的总和空调系统当前总风量相匹配，在对风机动力型的变风量末端控制中较为常用。

本节将对典型VAV空调系统的基本设备变频空调机组和变风量末端装置的联动控制进行具体分析。

1.3.1变频空调机组的自控

按照时间表来自动控制空调机组的启动或停止，或者利用鼠标进行强行控制，联动调节新风阀与回风阀的开关状态，按照室外和室内的温度、湿度，对新风阀与回风阀的开度进行控制与调节。

空调机组在运行的过程中，按照室内回风温度、室外温度、室外回风温度的设定值，由PID调节送风温度的设定值，由送风温度及其调节后的设定值再度对水阀开度进行PID调节，确保回风温度无穷接近于回风温度的设定值，逐渐趋于稳定状态。

空调机组运行过程中，参照回风二氧化碳的浓度对排风阀开度进行调节，联锁区域的排风机的启动或停用，确保室内空气的清新。

监测冬季防冻报警，当报警发生时，执行停止风机工作、关闭新风阀、打开水阀等联锁操作。

冬季参照回风湿度对加湿器的开光状态进行控制，夏季加湿器关闭。

检测风道最不利端静压值，按照风道静压值及静压设定值，通过PID调节对风机频率进行控制，实现对风机转速的调节，确保风道静压值始终控制在恒定范围内。在室内温度较高的夏季，室内温度大于设定值，则应当增大VAVbox风阀开度，增加送风量，此时，空调系统风道的静压值变小，直接数字控制器对实测值和设定值进行对比分析，当实测值小于设定值时，为了确保主送风道静压值的恒定，直接数字控制器将提高变频风机的控制频率，加快风机转速，增加送风量。在冬季，采用与夏季工况下的VAV空调系统相同的调节方式，采用相反的调节顺序。

1.3.2变风量末端装置的自控

房间内末端装置的温控器对房间内的温度进行设定与控制。如果实测的室内温度值与设定值有出入，变风量控制器会按照室内温度实测值与室内温度设定值的具体温差，对送风量进行重新确定，按照反馈值对送风阀开度进行调节，增大或减小送风量。

2、变风量空调系统的显著优势分析

变风量空调系统与普通空调系统相比，具有十分明显的优势：第一，变风量空调系统局部区域控制灵活，能够自行设置环境温度；第二，变风量空调系统能够10%至30%的节约空调系统总装机容量；第三，变风量空调系统能够降低15%至30%的空调系统总负荷；第四，变风量空调系统在部分负荷运行时，在满足系统所需风量要求的前提下，送风动力减弱，送风机组的运行功耗减小，节能效果显著。

本节将从舒适性、节能性、灵活性等角度对变风量系统与风机盘管系统进行比较与分析。

2.1变风量空调系统的舒适性

变风量系统可以根据不同区域的特征采取具针对性的调节控制，提高室内环境的舒适度。VAVBox的送风方式多样，就算变风量系统在小风量下运行，依然可以获得良好风速与温度的综合效果。非联网型系统利用三速开关几乎无法达到满足环境舒适度，相对于非联网型风机盘管而言，联网型风机盘管对环境舒适度的控制效果更好。没有通过新风机组提供的风量的风机盘管系统，在温度较低的冬季，无法实现对服务区域湿度的调节，最终导致空调系统服务区域的环境舒适度极不理想。

2.2变风量空调系统的节能性

变风量系统通过调节空调服务区域的送风量，对区域内负荷的变化进行补偿，防止因为再加热导致冷热量的抵消，极大地减低了能耗。根据变风量系统的风量变化，对送风机组的控制方式进行调整，实现降低风机功耗的目的。风机盘管系统一般通过高速开关、中速开关、低速开关、水路电动阀来实现对风机盘管的控制，实现室内空气温度的调节，缺乏有效的节能措施，无法实现个性化调节控制。

2.3变风量空调系统的灵活性

变风量系统具有较高的灵活性，无论是改造还是扩建都十分容易，在用途多变的建筑中尤为适用。风机盘管系统在改造、扩建时，其风口位置移动时，会对风道及电气线路等产生较大的影响，此外，风机盘管系统的改、扩建还会阻碍水路的实施。

3、变风量空调系统节能自控的实现方式

如果空调服务区域内的热湿负荷小于设计值，为保持室内温度很定，在确保送风系数不变的情况下，可以通过变风量箱自动降低送入房间的风量。如此做法，一方面降低了提高送风温度所需的热与冷量，通知因为末端风量的降低，从而联动风机变频控制，减小风机转速，节约了风机功率的耗电量。变风量空调系统与定风量空调系统相比，能够极大地减少再次提高室内温度所需的热量与冷量，并且总风量能够随着末端风量的变化而自动变化，实现风机的运行功耗的降低与风机装机容量的降低。

在变风量系统的调试过程中，应当针对建筑的特点，制定和采用不同的节能控制方案。灵活调整控制方式，也是提高节能效果的方式之一。譬如，某建筑采用的是玻璃幕墙，可以充分利用阳光资源，降低阳光直射区域的温度设定值，将非阳光直射区域的温度设定值增高1至2℃。根据不同的温度设定值对该建筑不同区域的VAVBox箱体出风量进行控制，一方面能够保证各区域的舒适度，另一方面能够提高建筑的节能效果。

4、结束语

综上，在现实的系统实施中，通常是将静压传感器安装到送风机和最远末端距离的三分之二风道处，风机正常运转时的送风量仅占系统总风量的二分之一至四分之三处，一方面能够提高系统的节能性，另一方面又能避免产生噪声污染。变风量空调系统的最大送风量根据各个房间最大送风量的百分之七十到百分之八十来取值，变风量空调系统的最小送风量根据该系统最大送风量的百分之四十到百分之五十，确保系统风量能够达到功能要求，同时也避免能量过剩造成浪费。

变风量末端装置的类型众多，分类方式各异，变风量空调系统采用定静压控制、边境压控制、总风量控制三种风量控制方式。房间内末端装置的温控器对房间内的温度进行设定与控制。变风量空调系统与普通空调系统相比，具有十分明显舒适性、节能性、灵活性的优势。当空调服务区域内的热湿负荷小于设计值时，可以在确保送风系数不变的情况下，通过变风量箱自动降低送入房间的风量；在变风量系统的调试过程中，应当针对建筑的特点，制定和采用不同的控制方案来实现节能自控。

参考文献

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