VAV空調(diào)系統(tǒng)中的自動控制

由于變風(fēng)量系統(tǒng)在調(diào)節(jié)風(fēng)量的同時保持送風(fēng)溫度不變，因此在實際運行過程中必須根據(jù)空調(diào)負(fù)荷合理的確定送風(fēng)溫度。例如夏季，當(dāng)送風(fēng)溫度定的過高，空調(diào)機組冷量不能平衡室內(nèi)負(fù)荷時，空調(diào)機組可能大風(fēng)量工頻運轉(zhuǎn)，此時起不到節(jié)能效果?？照{(diào)機組的送風(fēng)溫度可以通過現(xiàn)場DDC控制器進(jìn)行設(shè)定，并且通過控制空調(diào)機組回水電動閥，對送風(fēng)溫度進(jìn)行有效的控制，控制過程如前所述。

為了使變風(fēng)量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)?，F(xiàn)場DDC可以對空調(diào)機組進(jìn)行起?？刂疲ㄟ^設(shè)定時間表，使機組按時工作按時停止。對于有幾十臺甚至上百臺空調(diào)機組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測新風(fēng)與回風(fēng)的焓值，確定新風(fēng)與回風(fēng)的混合比。在保持*小新風(fēng)量的同時充分利用回風(fēng)，以減少制冷機組能耗。DDC控制器還可以對空調(diào)機組過濾網(wǎng)前后的壓差進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時會及時報警，以免長時間影響機組送風(fēng)量。各個現(xiàn)場的DDC控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制器NCU與中央控制室之間進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中控制。

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負(fù)荷，是考慮在*不利環(huán)境下的*大負(fù)荷。在實際運行的過程中，處于*大負(fù)荷運行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。

摘要：通過工程實例介紹了VAV變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中水泵和風(fēng)機的變頻控制原理，以及現(xiàn)場直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)的控制過程，分析了VAV變風(fēng)量集中空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民的生活品質(zhì)正在逐步提高，對室內(nèi)空氣環(huán)境的要求也越來越高。為了滿足人們的需要，建筑物空調(diào)系統(tǒng)正在快速的普及和發(fā)展。與此同時，建筑物的能耗也越來越大。據(jù)統(tǒng)計空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑物總能耗的50～70％。因此，在滿足人們需要的同時，必須利用現(xiàn)代先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)大力開發(fā)節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。

集中空調(diào)是將所有空氣處理設(shè)備都集中設(shè)置在一個空調(diào)房間里，空氣處理所需的冷、熱源由集中設(shè)置的冷凍站或鍋爐房集中供給。VAV變風(fēng)量集中空調(diào)系統(tǒng)，是相對于傳統(tǒng)的定風(fēng)量集中空調(diào)系統(tǒng)較先進(jìn)的一種空調(diào)方式。它的基本原理是通過改變送入被控房間的風(fēng)量（送風(fēng)溫度不變）來消除室內(nèi)的冷、熱負(fù)荷，保證房間的溫度達(dá)到設(shè)定值并保持恒定。例如，夏季當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就提高送風(fēng)量，反之減小送風(fēng)量；冬季當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就減小送風(fēng)量，反之提高送風(fēng)量。這種空調(diào)方式可以顯著的降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗和改善空調(diào)系統(tǒng)的性能，提高空調(diào)系統(tǒng)的舒適度。

北京某大廈，總建筑面積12萬m2,地上31層地下3層，建筑物功能為寫字樓?？照{(diào)冷源采用離心式冷水機組，熱源采用市政供熱系統(tǒng)?？照{(diào)末端主要采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)自控系統(tǒng)采用某公司的METASYS管理系統(tǒng)。

如圖1所示，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵，由初級泵和次級泵組成。初級泵為定頻泵，其流量只需滿足冷水機組的額定流量。次級泵采用變頻泵根據(jù)供回水之間的壓差ΔP，控制水泵電機轉(zhuǎn)速從而改變水泵的供水量?？刂七^程如下圖所示

當(dāng)空調(diào)負(fù)荷逐漸減小，空調(diào)機組送風(fēng)溫度t達(dá)到設(shè)定值時，現(xiàn)場DDC控制器自動將空調(diào)機組的回水電動閥開度m減小，以減少機組水流量，此時系統(tǒng)供回水壓差ΔP隨之增大。通過DDC控制器自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率使水泵轉(zhuǎn)速n下降，從而減小系統(tǒng)水流量。同理，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷增大時，相應(yīng)的増大系統(tǒng)的水流量。當(dāng)次級泵b1滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，流量仍不能滿足空調(diào)系統(tǒng)需要時，DDC控制器自動開啟次級泵b2。此時次級泵的流量大于初級泵的流量，系統(tǒng)回水通過旁通管回到次級泵進(jìn)口，旁通的水量通過流量計q進(jìn)行檢測。如果旁通的水量大于某一設(shè)定值時，說明一臺制冷機的制冷量不能滿足負(fù)荷的需要。同時系統(tǒng)自動啟動**臺制冷機。反之，停止一臺制冷機。上述過程中電動閥、系統(tǒng)壓差均采用PID的調(diào)節(jié)方式?？刂葡到y(tǒng)中干擾量是空調(diào)負(fù)荷，檢測變送裝置是溫度傳感器、壓差傳感器，控制器是DDC執(zhí)行器是電動閥、變頻水泵。由于空調(diào)負(fù)荷的滯后性、每個房間空調(diào)負(fù)荷的不均勻性，使得末端空調(diào)機組電動閥不可能同時開大或同時關(guān)小，從而造成水系統(tǒng)壓差的不穩(wěn)定性。采用PID的調(diào)節(jié)方式可以實現(xiàn)超前調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)。

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)剛開始運行時由于負(fù)荷大，系統(tǒng)的水流量為Q1，空調(diào)系統(tǒng)運行一段時間后負(fù)荷減小并且趨于穩(wěn)定，水流量變?yōu)镼2。根據(jù)水泵流量Q、壓力P、轉(zhuǎn)速n和功率N間的如下關(guān)系：

可以看出改變水泵轉(zhuǎn)速，使流量適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的變化。水泵效率η1＝η2＝const ,水泵功率大幅度下降，

具有顯著的節(jié)能效果。

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)機組采用變頻風(fēng)機，送入每個房間的風(fēng)量由變風(fēng)量末端裝置VAVbox控制，每個變風(fēng)量末端裝置可根據(jù)房間的布局設(shè)置幾個送風(fēng)口。如圖3所示，

室內(nèi)溫度通過末端裝置設(shè)在房間的溫控器進(jìn)行設(shè)定，溫控器本身自帶溫度檢測裝置，當(dāng)房間的空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化實際值偏離設(shè)定值時，VAVbox根據(jù)偏離程度通過系統(tǒng)計算，確定送入房間的風(fēng)量。送入房間的實際風(fēng)量可以通過VAVbox的檢測裝置進(jìn)行檢測，如果實際送風(fēng)量與系統(tǒng)計算的送風(fēng)量有偏差，則VAVbox自動調(diào)整進(jìn)風(fēng)口風(fēng)閥以調(diào)整送風(fēng)量。例如夏季，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時，VAVbox將開大風(fēng)閥提高送風(fēng)量，此時主送風(fēng)道的靜壓P將下降，并通過靜壓傳感器把實測值輸入到現(xiàn)場DDC控制器，控制器將實測值與設(shè)定值進(jìn)行比較后，控制變頻風(fēng)機提高送風(fēng)量，以保持主送風(fēng)道的靜壓。如果室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時VAVbox將減小送風(fēng)量。冬季和夏季的調(diào)節(jié)方式相同，但調(diào)節(jié)過程相反。具體控制過程如下圖所示 上述控制過程中，控制對象為室內(nèi)溫度、主送風(fēng)道靜壓P，檢測裝置為靜壓傳感器，調(diào)節(jié)裝置是現(xiàn)場DDC控制器，執(zhí)行器是變頻風(fēng)機，干擾量是VAVbox風(fēng)閥開度、空調(diào)負(fù)荷。另外，送風(fēng)道的嚴(yán)密性也是不可避免的干擾量，但可以通過改善施工工藝使之減小到*小程度。由泵與風(fēng)機的相似律可知，變頻風(fēng)機和變頻水泵的節(jié)能原理是一樣的，這里就不在重復(fù)敘述。

由于變風(fēng)量系統(tǒng)在調(diào)節(jié)風(fēng)量的同時保持送風(fēng)溫度不變，因此在實際運行過程中必須根據(jù)空調(diào)負(fù)荷合理的確定送風(fēng)溫度。例如夏季，當(dāng)送風(fēng)溫度定的過高，空調(diào)機組冷量不能平衡室內(nèi)負(fù)荷時，空調(diào)機組可能大風(fēng)量工頻運轉(zhuǎn)，此時起不到節(jié)能效果?？照{(diào)機組的送風(fēng)溫度可以通過現(xiàn)場DDC控制器進(jìn)行設(shè)定，并且通過控制空調(diào)機組回水電動閥，對送風(fēng)溫度進(jìn)行有效的控制，控制過程如前所述。

為了使變風(fēng)量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)?，F(xiàn)場DDC可以對空調(diào)機組進(jìn)行起?？刂?，通過設(shè)定時間表，使機組按時工作按時停止。對于有幾十臺甚至上百臺空調(diào)機組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測新風(fēng)與回風(fēng)的焓值，確定新風(fēng)與回風(fēng)的混合比。在保持*小新風(fēng)量的同時充分利用回風(fēng)，以減少制冷機組能耗。DDC控制器還可以對空調(diào)機組過濾網(wǎng)前后的壓差進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時會及時報警，以免長時間影響機組送風(fēng)量。各個現(xiàn)場的DDC控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制器NCU與中央控制室之間進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中控制。

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負(fù)荷，是考慮在*不利環(huán)境下的*大負(fù)荷。在實際運行的過程中，處于*大負(fù)荷運行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。