变风量空调系统的控制方法的比较

变风量空调系统的控制方法的比较华东建筑设计研究院有限公司周静瑜杨国荣，上海交通大学王德忠摘要本文介绍了变风量空调系统的四种控制方法的控制原理、特点及其优缺点。定静压控制简单，但节能效果差；变静压控制方法的与定静压控制方法相比，节能效果明显，但增加了阀开度控制，使控制更加复杂，风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程。直接数字控制法通过末端装置的风阀全开时的开度—压差—流量特性，风管的流量—阻力特性，风机的转速—扬程—流量特性，满足最小静压控制的送风机转速。风机总风量控制法的基本原理是根据风机相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速是一个正比关系，并使用误差理论中的均方差，来消除相对风量Ri的不一致。关键词定静压控制变静压控制风机总风量控制法一个好的变风量空调系统，除了精确的设计计算，合理的系统布置，到位的施工安装外，选择一个最佳的控制方法也很关键。在工程实际运用中，采用较多的有：定静压控制法；变静压控制法；直接数字控制法（DDC）；风机总风量控制法。以下将就这四种方法加以一一论证。1定静压控制法1.1定静压控制方法所谓定静压控制，就是在风管静压最低点安装静压传感器，测量该点的静压，并调节风机的转速，使该点的静压恒定在变风量末端的最低工作压力。定静压控制法的控制原理图如下所示：从定静压控制法的控制原理图中，我们不难看出，这种控制方法的优点是控制简单。1.2定静压控制法存在不少缺点1.2.1定静压控制的节能效果差笔者将在变静压控制这部分加以分析和比较。1.2.2静压传感器的设置位置对这个问题，尚存不同的观点，有些人认为将静压传感器设于风机出口后管路的1/2处，更多的人认可将静压传感器设于风机出口后管路的2/3处。笔者认为，还应考虑流体流场的分布，如下图所示在图a.中，流体质点受到与流动方向一致的正压差作用，成为一个减压增速区，紧接减缩管之后，出现一个不大的旋涡区。图c.所示的分流三通上的旋涡区，也是这种减速增压过程造成的。图b.中，虽然过流断面沿程不变，但弯管内流体质点受到离心力作用，弯管前半段沿外壁是减速增压的，弯管外侧出现旋涡区；在弯管的后半段，由于惯性作用，弯管内侧出现旋涡区。因此，在设置静压传感器时，至少应离开这些部位4D，并尽量避免离静压传感器最近的VAVBox流量变化对传感器的影响。1.2.3静压传感器的设置数量在复杂的管路，应设置一个还是多个静压传感器，如果设多个静压传感器，他们之间的关系应该怎样，是取最大值，或最小值，还是平均值，或赋予不同的权重系数，是值得商榷的。2变静压控制法2.1变静压控制方法所谓变静压控制，就是使用带风阀开度传感器，风量传感器和室内温控器的变风量末端，根据风阀开度控制送风机的转速，使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。变静压控制法的控制原理图如下所示：从变静压控制法的控制原理图中，我们可以推知其控制方法：（1）变风量末端装置的风阀是全部处于中间状态→系统静压过高→调节并降低风机转速。（2）变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量等于温控器设定值→系统静压适合。（3）变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值→系统静压偏低→调节并提高风机转速。2.2变静压控制方法的优点（1）与定静压控制方法相比，节能效果明显我们知道，N=ηPQ×,2121nnQQ∝,222211nnPP∝，323121nnNN∝其中，N为风机的功率Q为风机输送的风量，P为风机所产生的风压，n为风机的转速。当空调负荷变小时，风量Q从正常工况点Q1减少到Q2时，如图所示：很明显，由于变静压控制法的n2小于定静压控制法的n1，风机功率N与风机转速n成3次方关系，故变静压控制法的节能效果比定静压控制法好。（2）控制精度高（3）房间的温湿度效果更好2.3变静压控制方法的缺点（1）增加了阀开度控制，相应增加了投资成本，使控制更加复杂，调试更加麻烦。（2）风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要达到房间设定值有一段小幅波动过程。3直接数字控制法（DDC）所谓直接数字控制法（DDC）就是计算机在参加闭环的控制过程中，不需要中间环节（调节器），而用计算机的输出去直接控制调节阀、风机等执行机构。用数字式自动控制器进行最小静压控制时，如果知道了末端装置的风阀全开时的开度—压差—流量特性，风管的流量—阻力特性，风机的转速—扬程—流量特性，就可以根据风量求的满足最小静压控制的送风机转速。其步骤如下：（1）给出各末端要求风量。（2）计算风管的阻力。（3）选择最不利环路和计算最小静压状态的送风机扬程；计算送风机转速。（4）计算送风机的转速，送风机风量为各末端装置要求风量之和各末端。（5）控制，根据送风机转速的设定值控制送风机的转速，并对风机转速的变化率加以限制，以免电机过载。4风机总风量控制法4.1风机总风量控制方法风机总风量控制法的基本原理是根据风机相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速是一个正比关系：2121NNGGλ=（1）要得到λ，先引出相对设定风量Ri的概念：idisiGGR,,=（2）式中，Gs,i为第i个末端的设定风量，由房间温度PID控制器输出的控制信号设定；Gd,i为第i个末端的设计风量。使用误差理论中的均方差，来消除相对风量Ri的不一致。nRiRni∑==1(3)σ=()()112−−∑=nnRRini(4)()KNGGNdniidniissσ+=∑∑==11,1,(5)式中，Ns为运行工况下风机设定转速；Nd为设计工况下风机设计转速，K为自适应的整定参数，缺省值为1.0。4.2风机总风量控制法的优点（1）直接根据设定风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前反馈控制，对房间负荷变化作出的反应较快。（2）避免使用压力测量装置，减少了风机的一个闭环控制环节。（3）不需要变静压控制法中的阀位控制。4.3风机总风量控制法的缺点（1）增加了末端之间的耦合程度。（2）风机和房间的末端阀位同时调节，极大的改变了系统阻力特性。5结束语总之，变风量空调系统的各种控制方法，都有其各自的特点，在具体工程运用中，不论是从节能的角度，还是系统稳定性角度，都要加以仔细考虑，从而找到一种适合自己的控制方法。参考文献[1]戴斌文，狄洪发，江亿．暖通空调，1999，3，变风量空调系统风机总风量控制法[2]陈向阳．暖通空调，1997，3，变风量空调系统的自动控制[3]李克欣，叶大法，杨国荣．《暖通空调》，1999，3，变风量空调系统的VPT控制法及其运用[4]殷平．1997年全国空调新技术和蓄冷空调新技术交流大会报告，国内外变风量空调系统的现状与发展[5]蔡增基．流体力学泵与风机，中国建筑工业出版社，2003