总风量法+定静压

VAV空调机控制系统（控制策略）1综述：xxx项目变风量系统复杂，变风量末端装置的数量多，共有1728套VAVBOX、2408套FPB。因此，对本项目的房间VAV系统建议采用总风量+定静压控制方式来实现。总风量法是计算每个末端风量需求之和来控制风机转速。采用总风量法的优点是利用数据通讯优势，直接从每个末端装置需求风量之和求取风机设定转速，回避了静压监测与控制中的诸多问题。VAV系统定静压控制法，是在送风系统管网适当位置（中国标准规定在离风机2/3处）设置静压传感器。本项目由于其标准层总风管成环形，并在两侧有2台空调机送风，故建议总风管左右约1/2处各设一个压差传感器，作为静压的测量，并用2个传感器的平均值作为测量和控制目标。在保持静压为一定值的前提下（一般在250Pa~375Pa之间），通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。采用定静压法，系统运行控制状态点会随送风量的变化，风机的运行点也会随之变化，改变风机动力。采用定静压法，空调器的风机调节与末端装置的控制无直接联系，故该系统控制方法比较简单，运行可靠，适合于较大的变风量空调系统的场合。定静压控制目前仍作为一种主要的控制方法在变风量系统中得到普遍采用。2VAV空调机组控制内容为了提高节能和保持合适的室内环境，A1、A2塔楼部分（包含内外区）每层通常由两空调机组送风。大部分楼层上，两台AHU共同负责对23台FPB和17台单风道VAVBox末端同时送风。空气源均来自新风和回风的混合，新风源自新风机组，并进入到相应的变风量空调机组，变风量末端都是采用单风道VAVBOX和并联型FPB。监控内容以投标点表为准：监控设备数量监控方式及监控内容变风量空调机组192台AI：送风温度、送风管静压、回风温湿度、频率反馈、电动水阀反馈、风阀反馈AO：冷热水盘管阀门开度控制、回风阀调节控制、风机变频控制DI：风机运行状态、故障报警、手/自动状态、过滤网压差报警、风机压差开关DO：风机启停控制、加湿器开关控制3变风量空调系统的控制要点AHU风机的变频控制：变风量控制系统不仅仅是在定风量系统上安装变风量末端装置和变速风机，而且还有一整套由若干控制回路组成的控制系统。变风量空调系统运行工况是随时变化的，它必须依靠自动控制才能保证空调系统的最基本要求——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。比如在夏季，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节末端装置，风阀开度减少送入该房间的风量。风阀关小引起系统阻力增加，送风静压会升高。当超过设定值时，静压控制器会减少送风机转速。风道压力的变化将导致新风量的变化，通过调节新风阀和混风阀可以控制新风量，保证系统进出风量的平衡。可见，控制系统是变风量空调系统最主要的组成部分。变风量系统之所以能够变工况运行，完全是依靠它的控制系统。变风量的控制系统由若干个控制回路组成，它们要完成回路基本功能：室温控制、送风机控制、送回风匹配控制和新排风控制。其中最主要的是送风机控制。因为送风机的控制方法的选定直接涉及到空调系统的方式和节能，而且也是此次技术方案重点说明的地方。4送风机的控制方法一般而言，送风机的控制方法有三种：总风量、定静压和变静压控制方法。总风量法是直接将各末端装置需求风量之和作为系统总风量需求，并把这一值作为调节风机转速的依据，它优点是利用数据通讯优势，回避了静压监测与控制中的诸多问题。它适合风道比较规整的场合。定静压法是在送风管的适当位置（一般在风管的约2/3处）设置静压传感器，在保持该点静压一定值的前提下，通过调节风机频率来改变空调系统的送风量。该方法由于控制空调器的风机频率与末端装置的控制无直接联系，故该系统控制方法比较简单，运行可靠，适合于有较多VAV末端设备（20台左右）场合。变静压法是指在风机频率调节过程中，风道内的静压根据变风量末端风门的开度来调整。自控系统测定每个末端的阀位信号，风道内的静压应使大多数变风量末端的风门接近全开位置。它适合负载增减一致，VAV末端数量较少的场合（7-8台）。5本项目总风量+定静压控制方法说明通常在送风干管多于一条的情况下，需设计多个静压传感器，通过比较，本项目用总风量+定静压方式控制风机。总风量控制法：为了回避静压测定经常会遇到的压力波动和风管内湍流等问题，同时，建立在良好的VAV控制器通讯基础之上，对于空调机可采用总风量法。它的基本原理总风量法是直接将各末端装置需求风量之和作为系统总风量需求，并把这一值作为调节风机转速的依据，它优点是利用数据通讯优势，回避了静压监测与控制中的诸多问题。它适合风道比较规整的场合。总风量法原理图1）方法：总风量控制法：将实时的各VAV末端需求风量反馈到监控空调机的DDC控制器上，并在该控制器上计算各VAV末端需求风量之和。控制器根据风量和频率的曲线（该曲线由AHU风机厂家提供，但是我司要负责在现场情况下对该曲线的校核）来控制变频器的运行频率。2）通常，变频器频率的控制范围是15～50Hz。3）压差保护开关确定风机是否安全运行，当该开关关闭时，表明风机运行安全，如开机后30秒，该开关仍未关闭，风机应停止运行。总风量法的优点是利用数据通讯优势，直接从末端装置需求风量求取风机设定转速，回避了静压监测与控制中的诸多问题。同时，它属于前馈控制，性能上具有快速反应、稳定的特点，使系统的调试工作变得容易，同时也带来控制系统可靠性的提高，减少了以后维护的工作量。它适合于负荷较大的季节和开机时使用。定静压控制法：本项目其标准层总风管成环形，并在两侧有2台空调机送风，故建议总风管左右约1/2处各设一个压差传感器，作为静压的测量，并用2个传感器的平均值作为测量和控制目标，见下图。控制VAV空调机组的DDC考虑两个静压的平均值确定送风机频率。读取各VAVBox的风量V1.V2..Vn所有VAVBox需求风量求和Vt=V1+V2+..Vn总风量Vt对应的风机频率Fset频率的PID运算延时变频器的实际需求总风量法的流程图本项目定静压控制的基本思路是静压传感器设置1/2处。当个温度区的显热负荷减少、变风量末端装置调节风阀调到最小风量时，由下图右可见，管道的阻力曲线由0-1到了0-2，风机工作点有a点到b点。此时，风机输出全压Pb，而实际需要为Pc，使P点的静压实测值Pm远大于设定值Ps。系统DDC控制器（IQ3控制器）根据静压测定值Pm与静压设定值Ps的差值变频调节风机转速，是风机工作点从b点移到c点。由于主风管的静压降低，各VAV末端装置在同样送风量下风阀开度增大，系统管阻力线再由0-2变化到0-5后稳定下来。定静压控制法的优点：定静压控制法的最大优点是控制简单，运行可靠。特别是在VAV末端设备较多（20台左右）时的场合。总风量法和定静压法的双重控制上述2种方法各有其优势，但也有不足的地方。而该项目可以结合上述2种方法对空调机进行控制。1，修正控制：以定总风量控制为主，结合总管上静压的测量值，不断‘修正’送风量。2，定静压作为总风量法备份和切换：总风量法和定静压法各有特点。总风量控制法与变静压控制相比，其优点是只根据各末端装置的需求风量求取风机设定转速，无需取变静压控制法中的阀位，使得网络上的数据通讯量比变静压控制要小。并且由于系统中无需设置静压传感器，故回避了定静压控制策略中的静压检测与控制中的诸多问题。同时，总风量阀属于前馈控制，性能上具有快速反应、稳定的特点。而定静压法则不考虑各末端的风量和阀位，控制简单。总风量法和定静压法适合不同的应用场合和工况条件，要对上述两种方法的选择和模式切换，以发挥它们各自的优点，其方法如下：在负荷较大和开机阶段，采用总风量法，在负荷较小、系统异常或通讯故障时采用定静压法。即空调机开机时采用采用总风量法，在运行一段时间，并且系统稳定后才考虑使用定静压法。而当设备出现故障或异常时，采用定静压法。例如：VAV末端控制器通讯故障；总风量无法满足末端风量总和需求时；个别末端调节风阀达到100%，而系统总需求风量还需减少时等。空调机的其他控制：送风温度的控制：上述送风风量或静压的改变是对某一个固定的送风温度而言的，所以送风温度的设定问题与送风风量或静压的设定问题一样，也是此次工程需解决的问题之一。于是我们选择了统计法的控制方法。其原理是，对于某一空调的显热负荷，若该末端存在送风量允许范围，则势必相应地存在送风温度允许范围。若系统中各末端的允许送风温度范围存在共同区间，则该区间内的任意一个送风温度均可使各末端满足负荷要求。若不存在共同区间，则可在最多的统计区间内选择送风温度以满足多数末端的要求，或折中选择送风温度以使系统中各末端平摊损失。根据该项目场对VAV的控制要求，在供冷时，当VAV末端中有一个风阀全开且该处温度高于上限温度时，降低0.5oC，这是一种被称为“试错法”或“步进法”的控制模式。这种方法简便但不十分合理。就象变静压控制一样，如改变送风静压的设定值时，不是通过PID计算得出新的静压值，而是每次增加/减少一个固定步长的压力值来反复测试，因此这种方法就存在缺点：1.系统平衡的时间较长，需反复试错后才能得出某一较“合理”的温度值。而此时，各末端的热量平衡早已改变。2.温度的上下限值较难确定。而采用统计法，结合上述的试错法，则可克服这一缺点。针对本项目而言，变风量系统具备以下条件：各房间的温度传感器，各末端装置里设有风量计（压差传感器），因此使统计法变得切实可行，可分为二个步骤。1)计算各末端的允许送风温度范围由空调显热负荷计算式，各末端的当前的空调负荷为Q=L.C.t其中Q----当前空调的显热负荷，KWL----当前末端要求风量，m3/sC----空气的比热容，KJ/m3oct----当前的送风温差，t=ts-tz，octs----当前送风温度tz----当前区域的空气温度对于末端的最大送风量Lmax，存在最小送风温差tmin,tmin=Q/CLmax对于末端的最小送风量Lmin，则存在最大送风温差tmax,tmax=Q/CLmin在最大送风温差和最小送风温差之间送风温度范围内即为允许送风温度范围。根据所辖空调区域的室温，可以计算出各末端的允许送风温度范围。对于送冷风：ts.min=tz+tmaxts.max=tz+tmints.mintz’ts.max对于送热风：ts.min=tz+tmints.max=tz+tmaxts.mintz’ts.max其中ts’是允许送风温度2)根据统计法结果决定送风温度用上述计算结果对系统送风温度允许范围进行统计，从而找出统计值最高的温度范围。若存在共同的温度范围，则在此温度范围内根据控制准则选定送风温度，若不存在共同的温度范围，则在最高的统计温度范围内选择送风温度，然后再用试错法决定送风温度。风机控制：根据时间程序控制风机的启停，时间范围可调；风机与风阀、电动水阀、加湿器联动，即开机时先开启风阀，延时后（10–20s）再开启风机；关机时，先关闭风机，延时（5-10s）关闭风阀；加湿器、水阀只在风机运行时进行开启或调节，当风机停止时，加湿器、水阀关闭。风机的运行状态以电气信号（取自空调箱电控柜）和机械信号（风机压差开关）的结合作为真正的运行状态。风机的上述两个信号不一致或故障时，风机停止运行。回风阀控制：根据室外温度控制回风阀开度，即在制冷时，回风阀开度与室外温度成正比例；在过渡季节，保持最小开度或关闭；在制热时，回风阀开度与室外温度成反比例。加湿器控制：只在风机运行时，才根据回风湿度控制加湿器的开启和关闭，开启和关闭之间并保持10-15%RH的差动。过滤网：压差监测，当压差超过设定值时，发出报警提醒清洗。变频器控制：本项目采用总风量法+定静压法控制VAV空调机组的送风机频率。通过求出各末端需求风量的总和或测量风管静压，计算风机所需的转速，控制风机变频器输出频率，修正风机转速，保证系统压力在设定范围。总风量法+定静压法的内容在上文有详细描，用户可在给定的范围内（250-320Pa）调整送风压力。变频器频率工作范围：15-50Hz。另外，所有的模拟量参数形成历史记录和曲线、所有模拟量点有