刘丽娜

（北京江森自控有限公司，北京 100020）

变风量空调系统静压重设控制的分析

刘丽娜

（北京江森自控有限公司，北京 100020）

刘丽娜（1980-），女，高级工程师，从事智能建筑系统设计和施工管理工作。

介绍了变风量空调系统的三种传统控制方式，并比较了各方法的优缺点。提出了一种新的变风量空调系统的控制方法---静压重设法，分析了具体的实现方法和相比于其他控制方式的优势，并对静压重设控制法的实施提出了一些建议。实践证明，控制系统设计简单，调试容易，节能潜力较大。

变风量系统；变静压控制；静压重设法；变风量末端

0 引 言

变风量空调(Variable Air Volume,VAV)系统可根据空调负荷的变化及室内要求参数自动调节空调送风量(达到极限送风量时调节送风温度),以满足室内人员的舒适要求或其他工艺要求,同时根据实际送风量自动调节送风机的转速,最大限度地减少风机动力,节约能量。在当今特别提倡节能和舒适性的环境下,VAV系统正在逐渐被人们接受并得到广泛应用。

1 传统的变风量空调系统控制策略

1.1 定静压控制法

定静压控制模式的基本思想是尽量减少风道中的静压,同时也要保证风道中的最小静压能满足所有VAV末端设备的风量需求,以控制风机的转速。因此,需要在风道最不利点设置静压传感器,在保持该点静压一定值的前提下通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。

静压传感器的设置是决定定静压系统效果的关键,但其位置设置尚存不同的观点。综合考虑节能及稳定性的要求,ASHRAE建议在使用压力无关型末端的场合,压力测点的位置设在主风道上距风机出口的2/3处,压力设定值通常取设计状况下该点的静压值。静压设定值取设计状况下的压力值并保持不变,是为了保证每个末端在任何情况下都能调节到最大设计风量。这种控制方法基本满足变风量系统的控制要求,但静压测量点的设定值难以预先计算出最佳设定值,必须在现场进行判断,如果设定值偏低,高负荷区域的VAV末端无法满足需求,即使风阀全开也无法达到温度设定；如果设定值偏高,使空调机提供的风过量,给风机增加了不必要的能耗,同时使VAV末端风阀均处于较小开度,产生更大的噪声,影响使用区域的舒适性,降低风阀的调节范围,使VAV末端风量控制过于敏感,易出现系统振荡。

这种方法控制简单,技术成熟,各末端之间的相互影响较小,但静压测量设置点的位置及静压设定值很难确定,大大影响整个系统的控制效果,且节能效果相比较其他控制方式而言较差,适用于单台空调机组负责变风量末端较多的场合。

1.2 变静压控制法

变静压控制是根据各末端风阀阀位状况判断系统风量的盈亏,作为主风管静压的确定依据。其控制原则是：保持每个VAV末端的阀门开度为70%～90%,即在阀门尽可能全开和使风管静压尽可能减小的前提下,通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。

变静压控制方法与定静压控制方法相比,节能效果更明显。

式中：Q－－－风机输送的风量；

P－－－风机所产生的风压；

N－－－风机的功率；

n－－－风机的转速；

η－－－风机效率。

当空调负荷变小时,风量Q从正常工况点Q1减少到Q2时,系统管道阻力曲线和风机性能曲线变化图如图1所示。

图1 系统管道阻力和风机性能曲线图

由图1可见,当风量减小相同的幅度时,变静压控制法风机转速下降的幅度比定静压控制法的大,故变静压控制法的节能效果比定静压控制法的更好。

变静压控制法控制精度高,效果好,但其依赖阀位反馈信号。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,而且信号采集量较多,控制更加复杂,系统调试工作量较大,对调试水平要求较高,较适用于中、小型VAV系统。

1.3 总风量控制法

总风量控制法是将各末端的风量设定信号直接相加,得到总风量需求值,可作为调节风机转速的依据。系统总风量依据风机特性曲线转换成风速,从而控制风机频率。这种控制方式直接根据需求风量计算出要求的风机转速,具有某种程度上的前馈控制,对房间负荷变化反应迅速,节能效果可接近变静压控制法,但难以建立精确的风道模型,由于风道气密性或模型误差可能出现末端风量不足的情况。

2 静压重设控制法

静压重设控制原理：在系统正常工作模式下,控制器会不断检测每个BOX末端的风阀开度,根据开度情况判断当前的静压值是否合理,并相应对静压设定值作出调整。采用静压重设策略时不但要设置测压点和设定静压值,而且要通过改变设定的静压值使每个VAV末端的风阀均保持在70%～90%开度状态,从而尽量减少系统所需静压,最大限度地降低风机转速,以达到更佳的节能效果。

静压重设控制策略根据各个末端装置的阀位状况对送风静压设定值进行再调整,使系统的静压设定值能追踪空调负荷变化,避免了定静压控制在部分负荷运行时系统风管内压力过多地消耗在关小的风阀阀门上,大大减少VAV末端因节流关小而产生的噪声,提高空调区域的舒适性。同时,由于静压设定值随时根据需求重新设定,仅起到参考作用,静压测量设置点的位置及静压设定值变得不那么重要,项目实施更容易。

3 静压重设控制逻辑

3.1 静压重设控制原理

图2中,变风量空调控制系统每隔15 min (时间在调试时整定)动态读取系统中每一VAV BOX需求风量值,据此判别空调系统送风量盈亏,并改变送风静压设定值,再对空调机组的送风机频率进行控制。在频率调整到位的情况下(允许的最高或最小频率范围界限)重调送风温度,在满足系统各末端风量需求的基础上,最大限度地实现节能。

图2 静压重设控制逻辑图

3.2 静压重设实施方案

静压设定值重置控制流程图如图3所示。

图3 静压设定值重置控制流程图

静压重设步骤如下：

(1)不利点的静压完成基础值设置(完成第一重控制)。

①由VAV BOX控制器根据室内负荷变化来调整末端出风量满足负荷要求。

②出风量的变化引起系统管路中静压变化,静压传感器测量静压变化并传递给现场直接数字控制器,再根据静压变化信号与设定值比较,采用PID算法结合风机特性曲线控制空调风机的转速,调整总出风量,维持送风管路系统的静压恒定。

(2)变静压完成修正值设置(第二重控制)。

根据VAV BOX的工作情况,计算VAV风门高开度数量和VAV低开度数量,以70%～90%为控制目标,小于70%为低开度,大于90%为高开度。

中共湘区委员会旧址暨毛泽东、杨开慧故居位于湖南省长沙市八一路538号。这里原称长沙市清水塘路22号，当时是长沙市的郊区，附近只有几间农舍、瓜棚等。

①实际运行过程中有些VAV BOX低开度,有些高开度,只要有1个VAV BOX高开度,则启动增加静压设定值,重置值为(10/N)N′%,其中N为VAV在运行的数量,N′为高开度VAV BOX数量。

例如：VAV在运行的有10个,高开度的有2个,重置值为(10/10)×2%＝2%,积分值为10min,则增加0.2%/min给当前的转速修正初始转速。

②如果系统中无处于高开度的VAV BOX,则统计低开度的VAV BOX数量,启动减少静压设定值,重置值为(10/N)N″%,其中N″为低开度的VAV BOX的数量。

例如：VAV在运行的有10个,低开度的有2个,重置值为(10/10)×2%＝2%；积分值为10 min,则减少0.2%/min给当前的转速修正初始转速。

③当系统采集所有阀门开度均保持在70%～90%时,说明当前的风量能满足当前的负荷要求,重置值则为0。系统根据上一次的压力设定值与测量值的偏差,来控制风机转速。

④在修改设定值后,需延时一段时间使系统稳定。如果时间太短,系统反应太快,导致更多的数据要处理,故设定延时5 min(可调整),保证系统的稳定。

⑤VAV BOX无人模式。可根据要求手动或时间表,按区域设定无人模式,VAV风门将关闭,也可按要求设定最小风量,更好地达到节能目的。

风机速度控制原理图如图4所示。

图4 风机速度控制原理图

4 静压重设故障避免策略

静压重设控制方式需要收集每个风阀的开度信息(不管是实际反馈还是虚拟反馈),而阀门本身会产生不同类型的故障,如驱动器卡位、驱动器零点漂移等问题,造成驱动器长期在超越95%开度运行,故需要制定相关的策略。

4.1 零点漂移调整

驱动器在长时间运行后,由于误差等原因,会在规定的时间调整后无法到达原来的位置,例如60 s从全开到全关,但事实上在60 s后只是到达5%的位置。避免这种情况的控制策略是每隔一个星期在非占用时间强开/强关驱动器,重新调整驱动器到位。

4.2 阀门驱动器故障调整

一个稳定运行的系统,在实际运行过程中是不可能存在重调几次静压都调整不到位的情况,故可通过累积调整次数的方式,剔除故障的VAV。如系统开度大于95%,则需要降低静压,可连续调整3次,若BOX的开度依旧大于95%,则认为BOX存在故障,不再作为系统变静压控制的依据,并提示维护人员检查设备。

5 结 语

变风量空调系统运行的关键是要控制系统的合理性及有效性。静压重设控制方法可提供一种既节能、又稳定可靠运行的控制系统,其控制系统设计简单、调试容易,具有广阔的应用前景和节能潜力。

[1] 闫永亮，赖伟国，罗国立，变风量空调系统的控制方案设计分析[J].广东建材，2010（3）：152-154.

[2] 曹振华.变风量空调系统的特点和发展前景[J].制冷，2011（3）：84-86.

AnalySiSof Static PreSSure ReSet Control in Variable Air Volume SyStem

LIU Lina
(Beijing Johnson Control Co.,Ltd.,Beijing 100020,China)

This paper introduced threemethods of variable air volume(VAV)system：fixed static pressuremethod, variable static pressure method,and the total airflow rate method.The advantages and disadvantages of them were given.A new control strategy of static pressure reset controlwas proposed and the implementation for different types of systems and terminalswas analysed.Some proposals of system implementation in real system were given.The practice proveds that the design of control system is simple,and the debugging is easy,which has a great proficiency of energy saving.

variab le air volume SyStem；variable Static PreSSure control；Static PreSSu re reSet method；VAV BOX

TU 855

A

1674-8417(2015)12-0063-04

2015- 05- 26