控制风量范文

控制风量范文（精选8篇）

控制风量 第1篇

随着智能建筑技术的发展, 变风量空调系统已经成为智能建筑系统中的重要组成部分, 由于使用量的增大, 空调系统的设计更加复杂, 这也导致空调系统在整个建筑的能耗比重越来越大, 伴随能耗问题受到各国的普遍重视, 使空调系统也成为全球的问题。

二、变风量空调总风量控制系统

虽然空调的使用量不断增加, 但其日常运行中的实际负荷基本是部分负荷, 根据相关资料统计, 空调设备97%的时间运行在70%的负荷以下, 所以实际负荷不会达到设计容量。因此, 对上述现象进行必要的设备管理控制, 使其实际的输出负荷与实际的输出相匹配, 改变变风量空调系统的高能耗状态是十分必要的。如何保证各控制参数在最佳的工作状态, 保证空调节能, 运行效率最高, 很大程度取决于空调系统的控制策略, 而现在大多数空调采用传统的控制策略, 控制思想落后, 耗能大, 不能满足现代社会的发展需求。空调控制对象较为特殊, 动态惯性大, 并带有纯滞后时间, 传统的控制方式控制效率低、耗能大, 不能根据环境和系统参数的变化进行适时的调整。我国是一个能源紧缺的国家, 特别是电能已不能满足当前社会发展的需求。改变目前变风量空调低效、高耗能状态, 合理设计一个控制策略非常重要, 具有巨大的商业价值。

总风量控制方法在控制性能上与传统的压力控制无关, 简化了控制系统, 让其具有稳定性好、速度快等特点, 不但提高了控制系统的可靠性, 也使得控制系统的调试工作变得相对容易, 减少了后期的维护。总风量的控制方式与传统的定压控制方法不同, 这种控制方式是根据系统各个末端的风量之和与系统当前总风量相匹配的原理设计而成的, 与传统的定压控制方法相比具有更简单的结构, 在总风量控制的末端采用风机代替风阀的控制方式, 按照实时风量的需求对风机实现控制, 其控制过程运用了数字信号传输和先进的控制软件, 不需要在变压控制时的末端阀位信号, 较容易实现控制系统的解耦。目前, 我国对VAV末端设备及总风量的控制系统研究已经成熟, 以其低廉的价格、简单的系统、稳定的运行、调试和服务方便等特点在国内取得了实力, 该系统正逐渐被人们所认识和接受, 拥有广阔的发展前景。

三、变风量空调机组控制及末端控制

空调系统通过变频驱动器来改变风机的转速控制系统的送风量。如果室内的负荷增大, 则加大变风量箱内的风阀开度, 降低其主风管的静压, 控制器要维持恒定的静压会使风机的转速加以提升, 如果室内的负荷减少, 则减少变风量箱的开度, 使系统静压的上升, 控制器则会降低风机的转速, 来保持静压的恒定。热水阀和冷水阀由送风温度控制。如果送风温度低于加热设定值时, 控制器将打开热水阀, 并根据温度的偏移量调节比例阀的开度。当送风温度高于制冷设定值时, 控制器将打开冷水阀, 并自动调节阀门的开度。

当房间的相对湿度低于设定下限值时, 控制器将会启动加湿阀并自动调节到适当位置, 使得湿度保持在设定值。如果相对湿度高与设定上限, 控制器将会开启冷水阀进行除湿, 并根据需要开启热水阀, 保证送风温度的要求。经济循环模式控制能自动检测室外空气的温度值, 根据外界空气温度值决定是否采用全新风的工作方式, 以达到节能目的。由房间温度传感器测量室内温度并与设定值比较。当房间温度低于供热设定值时, 热水阀将打开;如果温度高于供冷设定值则关闭热水阀, 并根据温度的偏差和送风量的大小自动调节风阀的开度, 使房间温度保持恒定。

上述变风量空调系统运作的过程为:混合空调室内的回风与室外的新风, 混合后的空气经由集中式空调机组的处理后, 通过送风管到送到各个区域。控制器依据反馈回来的室内负荷, 使用变频驱动器改变风机的转速来改变末端装置的风阀开度, 调节室内的送风量;如果室内需要加热, 可再次打开热水阀, 在提高送风温度后, 再通过改其末端的风阀开度调节送风量。在空调送风房间的送风量改变时, 送风管道的的总静压会发生变化, 总管压力的传感器检测到风道静压改变后, 通过自动控制系统调节风机转速来保证整体静压的恒定。冷水盘管的三通阀是用来保持整体冷水的流量使空调系统的送风温度保持不变, 送风机和回风机同时控制送入房间的新风量和房间室内的正压。个空调系统的每个测量点都可以和计算机通讯, 通过传感器转换信号反馈到计算机, 通过实时监测、分析和调控并可以优化控制参数, 得出最佳的控制方案。

四、结论

控制风量 第2篇

【摘要】变风量空调系统通过调节送风量来控制空调区域温度的一种比较先进的空调系统。由于特殊的硬件设备结构，其控制方式与传统的以调节送风温度的空调系统有所区别。本文着重分析了变风量空调存在的控制问题，并进行了空调系统的特点分析，论证了在变风量控制系统中引入智能方法的必要性，并简要介绍了常见的空调智能控制方法。

【关键词】变风量；空调系统；智能控制；神经网络

空调系统是建筑重要组成部分，其能耗占整个建筑能耗的60%-70%，由于空调系统具有大滞后、大惯性、非线性特性，所以常规控制方法，有一定的局限性，使系统供给的能量与负载所需能量不匹配，能量供求不平衡，浪费大量电能。变风量空调的出现很大程度上解决了能源节约问题。

变风量空调系统是通过改变送风量，而不是改变送风温度来调节和控制某一空调区域温度的一种空调系统[1]。随着科学技术的不断发展，空调技术也不断进行设备改进。传统的空调系统是通过调节送风温度来进行控制区域温度的，因此，传统的空调控制器需要安装在房间里。而变风量控制则采用专用的变风量末端设备进行送风量的控制。这样设计的目的是可以避免冷热抵消，降低能量消耗。另一方面，由于空调风量可以根据制冷或者制热负荷进行一个合理设置，根据负荷变化而调节风量，从这一角度讲可以提高风机的节能运行状态。相比较传统的通过调节送风温度调节室温的方法，其风量是固定不变的，无论负荷如何变化，其风量始终是处于一个较高负荷状态下，因此，大量的实际工程运行数据表明，变风量与传统的定风量系统相比可以大大降低能耗。

1.变风量空调系统的控制及存在问题

空调装置设备的容量一般是通过计算设计负荷确定的，设定之后不再变化。实际上，在不同季节或者不同时段，空调系统并不需要经常处于设计负荷状态。如果可以根据实际的运行情况调节负荷状态是可以进行节能的。空调自动控制的任务是在最大限度节能和安全生产的条件下，自动调节各种装置的实际输出量与实际负荷，使它们相适应，以满足生产工艺和人们在工作和生活中对空气参数（温度、湿度、压力以及清新度等）的要求[2]。因此，变风量空调系统并不是一种全新的问题调节方式，只是在空调设备上进行改造，使传统的定风量改造为根据实际情况变化的变风量。由于进行温度控制的空调系统本身具有较大的大滞后、非线性、湿度和温度耦合的复杂特性，基于变风量空调系统的自动控制方法很少有成功的应用。

由于变风量空调系统有别于传统的定风量控制系统，无论是执行机构还是控制方法都有所区别[3]。为了最大限度地节约能源，变风量空调控制系统通过采集监测房间的实际温度，判断实际温度与设定值之间的偏差，不断调节变风量末端箱的风阀开度，从而改变送风量的大小，最终使得房间温度被控制在理想的设定值附近。可以在冷风风道设置电动调节风门，根据温度偏差进行冷风风门开度的调节。当室内温度偏高使，通过检测信号判断应该加大冷风风门开度，加大送入房间的冷风量，使室内温度下降到预先设定好的理想温度。为了保证室内空气质量，还需要对新风进行控制。这一控制可以通过在新风管道上设置送风温度传感器，通过检测送风温度和室外温度，从而决定混风阀门的开度大小。如果房间温度较高，则可以减少混风阀门开度，从而保证房间的新风温度被控制在一定范围内[4]。另一方面，风机的启停控制也可以提高空调系统的节能效果。设置临时或者永久设定是最简单的方法。实际上，可以根据不同的假期或者不同季节，设置合适的风机启停时间表。

可以看出，变风量空调系统具有很多优点，但控制系统的设计很复杂。变风量空调系统的控制方法大部分仍采用传统的PID控制。如果房间处于比较恒定的环境之下，房间温度控制系统特性变化不大，这种情况下PID的控制可以取得较好的效果。但实际上房间环境不可能恒定不变，例如春夏秋冬四季对空调的风量要求不尽相同，变风量空调系统是一个大滞后、高度非线性、多变量耦合的复杂过程，采用传统的PID控制方法很难获得较好的温度控制。在空调控制过程中，经常会出现各种随机干扰，而PID算法对干扰较为敏感，容易产生积分饱和。如果自动控制器中的控制参数设置不当，有可能使系统产生震荡，影响系统的稳定性，控制器使整个温度控制过程产生更多的过程噪声。例如积分项、比例项参数设置不当会使得控制系统产生较大波动。

2、在变风量空调系统引入智能控制策略

随着在技术上日益成熟，特别是计算机工业的发展，使先进的控制方法引入到空调控制系统成为可能及趋势。传统的自动控制系统的理论得到极大发展，具有自适应能力，并走向智能控制的方向。将智能技术引入到空调控制系统中不仅推动了空调自动控制系统的发展和完善，而且可以进行智能技术的应用研究。由于空调控制系统很难用精确的数学模型进行描述，采用传统的控制技术很难获得较好的控制。而空调智能控制系统擅长处理具有变化环境、复杂控制目标的过程控制，并具有一定的智能行为，能够有效处理复杂过程的非线性映射。具体说，空调智能控制系统对于设定的温度，温度控制器具有一定的智能行为，能够找到合适的风量。温度与风量之间的关系不能用数学的方法精确的加以描述，因此，空调智能控制系统实际上是一种不依赖于模型的自适应估计。智能技术相比较于传统的经典控制理论，智能控制技术更擅长处理复杂环境下的非线性映射问题，智能控制是针对系统的复杂性、非线性、不确定性而提出来的。

将智能控制技术引入到变风量空调系统中，首先要保证系统的稳定运行。才能对系统中的温湿度、风系统和水系统的流量、压力等按照一定的控制策略进行控制。首先要满足系统负荷，实现空调系统健康、节能的运行。由于智能空调控制系统设计理念是使空调系统的负荷随变化的外界环境与室内温度变化而变化，这种设计方式可以使空调系统工作在最佳工况下运行，设定的温度环境同时也使得空调负荷的变化而变化，进而实现节能控制。另外，空调系统具有多变量耦合关系，一旦温度的设定点发生变化，空调系统的变量之间会由于相互影响而增加系统的控制难度，因此，变风量空调系统具有较高的自动化控制要求，这也促进了智能控制技术需要被引入到变风量空调系统的控制中来，对变风量空调系统进行优化控制和管理，寻找最佳的运行模式，以便能够更好的满足人们对空调系统的要求，这在实际变风量空调系统设计中具有十分重要的现实意义。

在空调智能控制系统中引入的较为成熟的智能技术为模糊控制、专家推理系统、人工神经网络、遗传算法等方法。模糊控制是借鉴操作员的成功控制经验，并规则化，从而实现空调的模糊控制，这一方法不需要建立精确的数学模型，并具有较强的鲁棒性，控制院里符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑[6]；而基于神经网络的空调控制器，其控制问题本质上是一类模式识别问题[5]。另外一个思路是采用启发式全局寻优的群优化算法，实现对整个系统的能耗寻优以获得较好的节能效果。另外，针对变风量空调系统下位机设定点变动时，整个系统完全达到稳态时间过长，且各子系统易出现超调的问题，可以考虑采用迭代学习控制（ILC）的设定值序列优化方法，利用迭代学习期望轨迹改善空调子系统的动态特性。如果适当的提高冷冻水出口温度，降低冷却水的出口温度，并采用智能调节方法对多台制冷机和水泵的启动顺序合理调配，采用BP网络预测最小预热（冷）期和最长提前停机时间，对制冷压缩机进行最优启停控制。为了提高人体热舒适度、节约能源，研究基于热舒适度的节能型空调控制算法。以热舒适度算法为系统核心，通过算法得到PMV值，根据PMV值给出了自适应调节的控制，实现系统需要的自适应热舒适度的目标要求，调整算法参数以达到最佳效果。也有人提出采用回归正交试验的方法，得出空调系统耗电与其主要影响因素参数之间的函数关系，可以通过优化计算出最佳的空调系统运行参数。

3.结论

本文介绍了变风量空调概念，并分析了变风量自动控制系统存在的问题，通过分析变风量空调系统的特点，论证了在空调控制系统中引入智能技术的必要性，简要介绍了常见的空调智能控制理论。

参考文献

[1]朱进桃.变风量空调系统的节能运行.暖通空调，2014，5（44）：97-103

[2]廖丽红.变风量空调系统设计中若干问题的探讨.暖通空调，2014，44（8）：18-24.

[3]李俊民.变风量VAV控制方法探讨.现代建筑电气，2013，S1：303-307

[4]张红娣.变风量空调系统的几种控制方法科技创新导报，2008，08：126-126

[5]王茹，陶泽炎.基于模糊前馈解耦的变风量空调控制方法研究，计算机测量与控制2015，23（2）：450-454.

变风量系统控制简介 第3篇

变风量系统于20世纪60年代在美国诞生, 凭借其节能、舒适等特点, 在日、美等国已经得到了广泛应用。随着国内各种商务建筑和办公大楼智能化程度的提高, 相应地也对空调系统的舒适性、安全性和节能提出了更高的要求, 变风量空调系统正逐渐被人们所接受并得到应用。

1 变风量系统的基本概念

变风量空调系统是一种通过改变送入各房间的风量来适应房间负荷变化的全空气系统。具体来讲, 变风量系统是通过变风量末端装置调节送入房间的风量, 并相应地调节空调机 (AHU) 的风量来适应该系统的风量需求。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性要求或其他工艺要求。

变风量系统由变风量空调机组和变风量末端两部分组成。图1是一个变风量空调系统的示意图。

1.1 变风量装置

变风量空调系统的运行依靠称为VAVBOX的设备来根据室内要求提供能量以控制其送风量。同时向DDC控制器传送自己的工作状况, 经DDC分析计算后, 发出控制风机变频器信号。根据系统要求的风量来改变风机的转速, 从而节约送风动力。

1.2 DDC控制器

DDC控制器的主要功能是根据系统中各变风量装置的动作状态、风量或风管的静压值 (设定点) , 分析计算系统的最佳控制量, 指示变频器动作。

1.3 变频风机 (空调机)

变风量空调系统通常采用在送风机的电机前加装变频器的方法, 根据DDC控制器的控制指令改变送风机的转速, 以满足空调系统的需求风量。

2 变风量系统的特点

(1) 节能。

由于变风量系统的末端装置可以随着被空调房间实际需要的负荷变化而改变送风量, 因而绝大部分时间是在非饱和负荷下运行。由于部分负荷运转时可大量减少送风动力, 从而使风机的能耗降低。变风量系统的冷却能力及风量比定风量的风机盘管系统减少10 %～20 %, 可明显降低运行电耗, 并可降低空调机组的总装机容量, 从而使设备规格减小, 初投资和运行费用都可以减少。

(2) 舒适。

由于变风量空调系统的末端装置送风散流器的诱导比高, 可根据负荷的变化或个人的舒适度要求自动调节工作环境, 避免在局部区域产生过冷或过热现象, 由此可减少制冷或供热负荷15 %～30 %。同时由于风量的减小是通过降低风机转速来实现的, 因而可使系统噪声大幅度降低。

(3) 环保。

变风量系统属于全空气系统, 它具有全空气系统的一些优点, 可以利用新风作冷源消除室内负荷, 冷水管路不进入建筑吊顶空间, 因而免除了盘管凝水滴漏和滋生细菌霉变等问题。

(4) 灵活性。

变风量空调系统的灵活性相对较好, 可广泛应用于民用建筑、工业厂房及特殊的建筑设施, 并且易于改扩建, 尤其适用于格局多变的建筑。

3 变风量系统的自动控制方法

3.1 房间温度控制

房间温度控制是通过变风量末端装置对风量的控制来实现的, 这是变风量系统的基本控制环节, 任何一种末端装置都有这类的控制部件。末端装置的控制可分为3类:随压力变化的 (又称压力相关型) 、限制风量的、不随压力变化的 (又称压力无关型) 。其中用的最多的是随压力变化的末端装置, 其控制部件实际上是安装在末端装置箱体内的一个风量调节阀, 它接受室内温度调节器的指令, 通过不断地改变其开度来调节送风量。

3.2 最小新风量控制

变风量系统送入房间的新风量, 会随着总的送风量的变化而成比例地变化。为了补充房间排风的需要, 新风量不可无限制地减少, 这就出现了对最小新风量的控制要求。为了解决这一问题, 自动控制系统中必须增设一套在送风量减少的同时, 按一定比例逐步开大新风阀和排风阀、关小回风阀的控制装置。当新风量达到最小值时, 应固定新风阀门而调节回风量 (改变新风比) , 以满足部分负荷时的需要。对于一些内外区连通的空间场合, 由于内外区的空气可以自由流通, 则可适当降低变风量比, 减少一次风的冷热抵消量, 以达到节能效果。

3.3 定静压控制

所谓定静压控制是在送风系统管网的适当位置 (通常是风管的2/3处) 设置静压传感器, 在保持该点静压值一定的前提下, 通过调节风机的受电频率来改变空调系统的送风量。由于采用定静压, 当所有的末端风量都低于额定风量时, 再维持系统中的设定静压值则不利于风机的节能。定静压控制的变风量系统其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。

3.4 变静压控制

变静压控制法是在定静压控制运行的基础上, 阶段性地改变静压设定值, 在适应流量要求的同时, 尽量使静压保持在允许的最低值, 以节省风机能耗。

采用变静压控制法的系统, 在总风管中需设置静压传感器, 在变风量末端装置中设置阀门开度传感器, 通过变风量末端装置的开启度来调节一次风空调器内风机的变频器。

(1) 变风量末端装置的风阀全部处于中间状态, 若系统静压过高, 则调节并降低风机转速。

(2) 变风量末端装置的风阀全部处于全开状态, 且风量传感器检测的实际变风量末端空气流量等于温控器设定值, 说明系统静压适合。

(3) 变风量末端装置的风阀全部处于全开状态, 且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值, 表明系统静压偏低, 则调节并提高风机转速。

这种控制方法的优点是, 可以使变风量空调的节能效果得以充分体现, 其节能效果比定静压控制法要好, 而且控制精度高、效果好。

3.5 总风量控制

总风量控制方式的变风量系统, 是根据系统各末端风量之和与系统当前总风量相匹配的原理设计而成的。相对于静压控制方式, 总风量控制方式可避免使用压力检测装置, 而是在末端采用风机代替风阀的方式, 根据末端实时的风量需求, 采用数字信号传输及先进的控制软件实施对风机的控制, 在控制性能上具有快速、稳定、简单的特点。

4 结语

浅析空调风量的控制装置 第4篇

随着我国社会市场经济的不断发展, 科学技术水平得到了提升, 人们生活质量进一步提高, 对空调系统提出了更高的要求, 促进了变风量空调的应运而生。变风量空调系统通过改变负荷来调节送风量, 与传统定风量空调相比, 在调节风量和节约能耗方面具有明显的优势, 已广泛应用于人们的日常生活中。在变风量空调系统的设计中, 要体现舒适性和经济性的特点, 充分考虑变风量末端装置的特殊性和复杂性, 选择适宜的施工方法和设备, 提高空调系统的整体性能。

1变送风温度的必要性

变风量空调系统中的象征性设备是变风量末端控制装置, 通过此装置可调节送风机的风量, 保证室内的温度适宜, 同时变频调节风机的运行速度, 维持空调系统的稳定工作, 是一种高效的全空气系统。变风量空调系统的风道设计决定了变风量末端装置性能的优劣。变风量温度的控制是通过变风量末端装置实现的。为了维持室内温度的恒定, 通常在变风量末端装置上安装再热器。变风量末端装置的可调比越大, 变风量空调的舒适性越好, 冷热抵消的热损失则越小, 能量消耗越小。因此, 在设计变风量空调系统时, 必须要考虑变送风温度的影响, 严格控制空调系统的变送风的温度。

2变风量末端装置的控制

2.1变风量空调系统风道的特征

变风量空调系统是基于定风量系统而发展起来的, 具有与定风量空调系统相同的风道系统特征。变风量空调系统风道的设计要遵循定风量空调系统风道的设计方法, 不能让空调变风量末端装置承担阻力平衡功能。在验收时, 将变风量系统的末端装置的阀位全部打开, 通过测量风量的变化情况, 可以确定空调系统的设计风量。变风量末端装置的功能是在非设计工况条件下, 起到系统风量调节的作用。由于变风量末端承担的阻力与风道的静压分布密切相关, 通过静压复得方法, 可计算出风道的阻力值。在定压差条件下, 变风量系统系统的风量是额定的。在实际工况下, 应保持压差不变, 以维持末端装置的行程恒定, 这也是变风量空调系统风道的特征。此外, 变风量空调系统的风道设计引进了分区设计方法, 将风机负荷变化一致的空调区域归为同一个变风量系统中, 不需要考虑使用系数。变风量末端装置的风量值有一个下限, 当达到此下限时, 可在末端装置上附加一个再热装置来进一步调节系统负荷, 或通过提高空调系统机组的送风温度来实现空调负荷调节的目的。

2.2变风量末端装置的可调比

变风量空调系统末端装置的可调比被定义为最大可控风量与最小可控风量的比值。变风量末端装置的可调比越大, 则末端再热器的运行频率越小, 有利于变风量空调系统的节能。可调比是表征变风量末端装置调节性能的一个重要指标。选用设计风量大的末端装置可使该装置的可调比相应变小。变风量末端装置通常采用比例积分调节来控制系统风量, 细分步距角承担的风量对末端装置的比例积分调节有直接的影响。为了增加变风量末端的控制器出厂预设比例积分调节参数的适应性, 在变风量末端装置的设计过程中, 往往不承担空调系统的阻力平衡功能。变风量末端装置的细分步距角的实际风量变化受到空调系统的主风道静压影响。过高的静压会减少末端装置的可用细分步距角, 不利于空调的节能。因此, 要控制变风量空调系统的主风道静压尽量小, 不仅能有效提升变风量末端装置的调节能力, 还能够降低风机的运行能耗。

3变风量空调系统的送风温度控制

在变风量空调的设计中, 系统负荷的降低会引起风机的气流减少, 当气流速度不能满足风量要求时, 无法产生贴附射流效应, 阻碍了空气的气流组织, 室内的有效温差将变大, 变风量空调系统的性能随之降低。因此, 若空调系统中存在较大的负荷变动的情况下, 要通过调节系统的送风温度, 保证风量值达到最小。变风量空调系统的送风温度的控制不仅能使系统的送风量维持最小, 空调的重新换气也需要提高空调系统的送风温度。通过降低空调系统的送风温度, 可实现空调系统的低温送风。变风量空调系统的送风温度的计算, 以变风量末端装置的送风量为变量, 在允许的最小送风量与最大的送风量变化内, 确定系统送风温度的范围, 再以末端装置的允许送风温度为参考根据, 进行空调送风温度的分析, 最后确定变风量空调系统的实际送风温度。

4变风量空调系统的控制方法

4.1定静压控制法

在变风量空调系统中, 应用定静压控制技术, 选择适宜的点安装静压传感器, 并记录静压传感器的示数, 将其作为送风机风量控制的目标值, 改变空调风机的转速, 使送风管的静压保持不变。静压传感器的设置点决定了空调系统的稳定性和能耗。当系统的负荷增加时, 压力测点与送风机的之间距离越远, 则空调变风量末端装置的工作环境压差较小, 降低了风机的运行能耗, 此时空调系统的噪音较小。当系统压力测点与变风量末端装置的距离较远, 则负荷增加时, 风机的工作静压随之增加, 不利于风机系统的节能运转。但此时如变风量末端装置的工作状态仍然处于设计负荷, 由于风机的实际工作静压小于设计值, 将会导致送风量较小, 无法达到要求。在实际的空调系统应用中, 压力测点的位置一般设置为250帕至375帕之间, 此处管路的阻力为总阻力的三分之二。

4.2变静压控制法

变风量空调系统的变静压控制法是指末端装置的静压设定值受到系统负荷的影响, 在满足所需风量需求的基础上, 维持静压的值尽可能小, 进而达到降低风机的能耗的目的。这种控制方法的关键在于定静压的计算, 通常系统静压设计值是通过末端阀位信号确定的。当末端装置中的阀位信号超过95%时, 由于此时空调系统的静压值过低, 需要调节风管的静压, 进而提高风机的运转速度。当末端装置中的阀位大于75%且小于95%时, 说明系统的静压适中。当末端装置中阀位信号都低于75%时, 说明空调系统的静压偏高, 应降低风机的运转速度。

4.3总风量控制法

变风量空调系统中总风量控制法是一种新的空调控制方法, 这种方法基于变风量空调的末端设计, 根据风机相似率的原理, 系统末端装置阻力不变时, 风机运行转速和总风量成正比。在这种情况下, 空调系统运行过程中, 每个运行风量都对应相应的风机转速。虽然在实际工况下, 空调系统的阻力会有变化, 但风机转速和总风量仍可近似为正比的关系。由此可以看出, 与静压控制不同, 总风量控制法是依据设计风量的值来计算风机的运行转速, 控制方法和设计结构更加简单, 在节省能耗和控制系统稳定性方面都有较大的优势。

5结语

变风量空调系统中引进了风量调节装置和变风量末端装置, 能够实现室内温度的有效调节。变风量空调系统的控制方法, 主要有3种:定静压控制法、变静压控制法和总风量控制法, 其中定静压控制法和变静压控制法的应用已经比较成熟, 总风量控制法更加有利于空调系统的稳定运行, 且能够节约能源。

摘要：变风量空调系统中, 使用变风量末端装置来有效控制风机的运行速度和送风量, 具有运行稳定、节约能耗、方便调节的特点, 满足了空调系统的舒适性要求。本文介绍了变送风温度的必要性, 对变风量末端装置的控制进行了分析, 阐述了变风量空调系统的控制方法及其控制原理。

关键词：空调风量,变风量,控制方法

参考文献

[1]何建平.变风量空调系统控制方法对比研究[J].制冷与空调 (四川) , 2009, 02:83-85+101.

[2]廖丽红.变风量空调系统设计中若干问题的探讨[J].暖通空调, 2014, 08:18-24.

控制风量 第5篇

1 楼宇智能化的作用

(1) 具有良好的信息接收和反应能力, 提高工作效率。提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。

(2) 具有良好的节能效果。

(3) 有效节省设备运行维护费用。

2 楼宇控制系统精细化调节变风量控制系统

2.1 变风量空调系统 (VAV) 的组成

空调控制系统的精细化调节变风量控制, 是节能降耗的根本。变风量空调系统由空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量空调箱、房间温控器等组成, 其中变风量空调箱是该系统的最重要部分。由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行, 而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的, 因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算, 当风量减少到80%时, 风机耗能将减少到51%;当风量减少到50%时, 风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60%时, 变风量空调系统 (变静压控制) 可节约风机动力耗能78%。

2.2 变风量精细化调节的作用

(1) 由于变风量空调系统是通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化, 所以风量的减少带来了风机能耗的降低。

(2) 区别于常规的定风量或风机盘管系统, 在每一个系统中的不同朝向房间, 它的空调负荷的峰值出现在一天的不同时间, 因此变风量空调器的容量不必按全部负荷峰值叠加来确定, 而只要按某一时间各朝向负荷之各的最大值来确定。这样, 变风量空调器的工作能力及风量比定风量、风机盘管系统减少10%～20%。

2.3 变风量精细化调节的方法

(1) 21世纪以来系统控制的稳定性和故障监测与诊断, 从变风量控制系统的主从变风量 (VAV) 系统的特点、实施条件、可行性等几个方面都可解决。空调末端方式变风量 (VAV) 系统的时机已较成熟。其基本控制方法有:定静压方法控制、变静压方法、总风量控制等。

首先对VAV的变风量末端控制环节进行了分析。

(2) 末端控制环路分析。以一个典型的变风量控制系统为例, 末端控制环节的控制线路如图1所示。

从图1中可以看出, 末端控制实际上使用了一个串级控制。使用这种串级控制的基本原因是末端流量控制和房间温度控制两个环节的时间常数差别太大。整个串级控制环路中共有两个是测量量, 即温度、流量测量信号;直接设定参数一个, 即设定温度Tset;中间变量一个, 即设定风量Gset;及输出给末端的阀位控制信号C。

(3) 通常情况下变风量空调系统是通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化, 而大型楼宇建筑则不同。例如机场航站楼、火车站等其立体空间较大, 每层温湿度控制要求较高, 避免出现层差, 且因为楼宇结构设计基本要求空调设备应在地下设备层, 所以变风量空调系统控制有一定的难度。

如图2所示空调机组在地下二层送风高至四层, 每层根据要求约五六个出风口 (VAV末端控制器控制封口风量) 。为了保证每层温度相同, 那么每层VAV控制器的设定温度则不同。考虑空气流动性根据季节不同控制理念也不同, 冬季热空气上升若控制指标为20℃, 高层VAV应设定为18℃或关闭, 次层为19℃, 最底层VAV控制器设定22℃或全开状态。夏季冷空气下降若控制指标为24℃, 高层VAV应设定为18℃或全开, 次层为19℃, 最底层VAV控制器设定24℃或关闭状态。这样才能保证楼内温湿度均衡温差达到最小化。

此外, 空调机组的变频控制是节能的主要环节。以静压控制为例, 空调机组或新风机组常将风机装在最后, 风机出口风速高, 动压高, 静压小, 工程中常在出口处加装消声静压箱, 降低动压, 增加静压, 同时起均流、消声作用。

变频器控制一般采用静压控制, 静压监测点一般安装在送风道上, 大空间楼宇建筑建议安装在主送风道上, 不应装在分支。以图2为例:空调机组额定送风量68000m2/h、电机功率37kW、余压600pa, 回风机额定功率18.5kW、风量57000m2/h、余压500pa, 机组在满频50Hz运行, 现场VAV风阀全部打开。实测静压值130pa (量程250pa) 该值设定为静压Pset。每个VAV根据安装位置风道不同, 风量修正系数不同, 实际运行开度也不同, 风量均匀分配。运行时每个VAV控制器根据其所在区域温度调节控制风阀开度。有VAV风阀关闭时, 机组动压不变, 静压值升高, 变频器控制根据静压设定值调节使送回风机控制频率降低, 动压减小静压值稳定在设定值。保证机组运行平稳, 现场温度得以控制。

3 变风量精细化调节总风量控制方法的原理

3.1 总风量控制方法基本原理

通过对末端控制环路的仔细分析, 发现了各个末端的设定风量Gset是一个很有价值的量, 它反映了该末端所带房间目前要求的送风量, 那么所有末端设定风量之和则显然是系统当前要求的总风量, 并且体现了系统希望达到的流量状态。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的关系:

根据这一正比关系, 可以想到在设计工况下有一个设计风量和设计风机转速, 那么在运行过程中有一要求的运行风量自然可能对应一要求的风机转速。虽然设计工况和实际运行工况下系统阻力有所变化, 但可将其近似表示为:

如果说所有末端带的区域要求的风量都是按同比例变化的, 显然这一关系式就足以用来控制风机转速了。

式中Ns为运行工况下风机设定转速;Nd为设计工况下的设计转速;Gs, i为运行工况下的第i个末端的设计风量;σ为所有末端相对设定风量的均方差;K为自适应的整定参数, 缺省值为1.0;n为末端个数。

参数K是一个保留数, 可在系统初调时确定, 也可能通过优化某一项性能指标, 如最大阀位偏差进行自适应整定, 目的是使各个末端在达到设定流量的情况下, 彼此的阀位偏差最小。

有了这个转速关系式后, 就可实时根据末端设定风量的变化对风机进行转速调节。

3.2 总风量控制方法作用

总风量控制方法和静压控制方法一样能很好地完成变风量系统中的风机变频调节;系统运行稳定后, 总风量控制下的系统压力最为稳定, 表明总风量控制时出现系统振荡的可能性最小;.总风量控制在耗能上介于定静压和变静压控制之间。

4 结语

(1) 变风量空调技术的发明源于能源危机时期。中央空调是建筑物的耗能大户, 变风量技术在不同程度上起到了一定的节能效果。

(2) 变风量空调技术调节在大型楼宇建筑温湿度控制中起关键作用。根据结构不同每个楼宇控制运行方案都不一样。环境温度的设定必须通过专业技术人员实际测试试验, 才能根据不同区域设定相应VAV控制温度值, 使楼内层温差降至最低。此外在变风量控制系统中风道的风平衡是很重要的, 它直接影响现场的控制质量。

(3) 变风量控制在控制性能上具有快速、稳定的特点。它有多种控制方法如静压调节、总风量调节等。总风量调节增加了末端之间的耦合程度, 现场VAV控制器工况情况, 风量测量准确性, 这种末端之间的耦合主要是通过风机的调节实现的。

控制风量 第6篇

常规的定风量阀, 是一种机械式自力控制装置, 适用于需要恒定风量的通风空调系统中。机械式定风量阀的风量控制不需要外加动力。

机械式定风量阀有气囊式的, 也有全压动压压差式的, 其共同的原理是以流动空气产生的压力, 对比设定的弹簧力, 通过机械传动装置自动调节风阀的开度, 从而将气流保持在预先设定的流量上。外观如图1所示。

机械式定风量阀的优点主要是能进行独立设定和调试, 简单和方便。

机械式定风量阀的缺点如下:

(1) 单个定风量阀仅仅是一个机械式的恒流装置, 本身不能实现智能控制, 也不能实现联网集中控制。

(2) 受微动气压驱动力的限制, 机械传动装置的扭力很小, 因而定风量风阀的尺寸和流量不大。

(3) 枢轴型定风量阀控制精度不高;文丘里型定风量阀虽然控制精度高, 但是非常昂贵。

2 DDC变风量控制器

DDC数字直接式变风量控制器, 是空调系统末端气流分配装置变风量箱的配套控制设备, 目前工程上应用较为广泛的是压力无关型的DDC变风量控制器, 常用的变风量箱实际上是一个枢轴风量调节阀。

工程上常用的DDC变风量控制器, 实际上是一个统称, 它包括控制器、温度传感器、送风压力变送器和风阀执行器, 控制器内置的控制软件可以读取房间温度, 将送风动压和全压转换成流经变风量箱的空气流量, 通过风阀执行器改变风阀开度来调节变风量箱的空气流量, 还可以输出控制信号控制再热装置例如电加热器和热水盘管来改变风量箱的送风温度。

控制器内置的软件是可编程的, 通过设置不同的控制方案可以获得不同的控制效果, 同时, DDC系统可以通过联网, 在工作站对变风量箱进行监控。

各大知名自控厂家均有功能和性能接近的DDC变风量控制器。为了提高产品的竞争力, 各大自控生产厂家还专门开发了基本型变风量控制装置, 所有的控制功能都被简化到“仅仅够用”的程度, 其控制器和风阀执行器被集成为一体。

3 DDC定风量阀

由于DDC变风量控制器可以读取空气流量, 同时也可以实时控制流量, 因此, 它也可以应用于定风量控制。不同的是, 变风量箱的控制量为房间温度, 而定风量阀的控制量为空气流量。DDC定风量阀如图2所示。

用DDC变风量控制器结合枢轴式风阀组成的定风量阀 (以下称DDC定风量阀) 优点有:

(1) 控制方式属于压力无关型, 控制精度不受周边风管压力波动的影响。

(2) 枢轴的扭力取决于电动风阀执行器的输出扭矩, 因此单个风阀的尺寸和流量可以做到很大。

(3) 可以通过网络, 实现远程监控, 调节流量和开闭, 还可以通过编程, 实现经济运行的节能模式。

(4) 由于可以在工作站实现远程监控, 也可以随时修改定风量设定值, 这样就大大简化了空调风量调试工作, 对于复杂的定风量空调系统, 这个优点尤其突出, 可以说帮助调试工作的效率实现了质的飞跃。

而DDC定风量阀在工程应用中的不利因素就是需要自控专业的参与, 技术门槛较高。

4 工程背景资料

日本市光工业株式会社 (Ichikoh Industries, Ltd.) 是一家全球知名的汽车灯具和汽车反光镜生产企业, 市光法雷奥 (佛山) 汽车照明公司 (以下称市光佛山工厂) 是日本市光在广东佛山兴建的一家生产汽车灯具的海外工厂, 其生产工艺和全套企业标准全部来自日本市光。

5 生产工艺及环境要求

按照市光的生产工艺, 汽车灯具生产的主要流程为:注塑-清洗-喷涂-烘烤-清洗-装配。

汽车灯具是精密的光学产品, 任何表面瑕疵都会影响产品的光学性能。决定成品表面质量的关键工序是注塑、清洗、喷涂和烘烤。为了保证成品的表面质量, 这几道关键工序是在严格的洁净环境下进行的, 负责清洗和喷涂工序的车间被称为涂装车间, 涂装车间的环境控制是本文讨论的重点。注塑工序和烘烤工序是在专门的机器内部完成的, 这些机器所处的环境比涂装车间要求略低, 且不在本文的讨论范围之内。

市光佛山工厂设计与日本市光藤冈工厂类似, 有4个涂装车间, 也就是说可以同时按4种不同的工艺进行灯具生产。其中有一个防雾涂装车间的相对湿度还要控制在40%以下。每个涂装车间的环境空调由同一台空调机组 (AHU) 对空气进行集中处理。

涂装车间的工序为:毛坯灯具的检查-清洗-人工将灯具装上传送带-喷涂-人工将喷漆后的灯具拆下-检查喷漆质量, 还有调漆。除了调漆工序是每批次作业一次以外, 其他工序都是连续作业的, 因而这些不同作业区虽然分隔成不同房间, 但是房间却是相通而不是密闭的。涂装车间按工序分隔成:检查室、清洗室、模具拆装室、调漆室、机器人喷涂室、喷涂外室。

根据日本市光严格的生产环境标准, 机器人喷涂室和喷涂外室要求洁净度为1000级, 涂装车间的其余区域的洁净度为10000级, 所有房间相对于外界均为正压, 由于涂装车间的生产过程有挥发性气体, 因此涂装室的洁净空调为全新风空调, 而且机器人喷涂室、喷涂外室和调漆室的排风还必须先经过环保无害处理, 才能排到大气。

对于涂装车间的环境空调, 除了有洁净度这个硬指标以外, 日本市光还严格规定了车间内部各净化房间之间要严格保证空气的单向流动。例如, 对于同处1000级洁净等级下的机器人喷涂室和喷涂外室, 气流要严格保证从喷涂外室流向机器人喷涂室, 决不能倒向。此外, 同处10000洁净等级的检查室和调漆室, 气流也要保证从检查室流向调漆室。

市光佛山工厂涂装车间的洁净空调还有一个额外的特殊要求, 那就是需要有两种运行模式:生产时空调风量按100%全负荷运行, 歇班时空调风量按30%负荷运行。

6 工程难点

虽然1000级洁净度在工程中已经算不上有多么难, 但是对于同一个空调系统不同的房间要求实现不同的洁净等级, 却是不容易做到的。在设计上虽然可以根据不同洁净等级选用不同的房间换气次数, 但是在工程调试中对这种复杂空调系统进行风量平衡调试的实际操作却是绝非易事。

传统的空调风系统平衡调节是人工以手动调节风阀方式进行的, 调试的效率取决于人的经验。对于复杂的空调系统, 人手调试要完全达到设计要求则很可能是一项几乎难以完成的任务。在同一个系统里, 不同风口的风量互相影响, 往往你调好了这个风口的风量, 到下一个风口的风量调完以后, 刚刚已经调过的风口风量值可能又变了, 很多时候, 由于工期紧迫, 精确的调试难以在短时间内完成, 只有部分达到设计效果而草草收场。

此外, 相邻的房间要严格保证空气流向, 首先一定要保证房间之间的空气压力差。这项要求对于复杂的空调系统, 工程上的技术难度也非常高。一是在设计时既要考虑保证房间空气循环次数, 还要考虑房间的空气泄漏系数对于房间压力的影响, 还应考虑消除开关门这些偶发因素的影响。而且这类设计与调试时常常差异很大, 各种干扰影响很大, 往往牵一发动全身。

由于涂装工艺过程伴随着挥发性气体的产生, 因此, 涂装车间的排气是有组织通过排风机排出, 在排放到大气之前须经环保处理, 机器人喷涂室、喷涂外室和调漆室不允许采用余压阀这种简单易行的压力控制手段, 以免挥发性气体外泄。由于不允许这些部位采用余压阀, 因此控制房间压力成为难点。

随着时间的推移, 高效过滤器的容尘量会逐渐加大, 其阻力也随之逐渐增大, 此时空调送风系统管网的阻力特性将会发生变化, 原来调好的风量也可能发生变化, 这种变化不一定是整个协调线性一致发生变化, 局部风量变化程度是不一致的, 有些房间的风量会略微减小, 而有些房间的风量会大大减小。风量比例失衡对洁净空调系统的洁净度和房间的压力控制极为不利。没有精确保证风量的空调系统, 项目失败的风险是非常高的。

7 分析

针对本项工程的难点进行分析, 问题集中在:

空调送风末端风量要求精确而且有大量的反复平衡调试工作。

由于关键房间不允许采用泄压阀来控制房间压力, 因此, 这些房间只能考虑采用送风排风的流量差来实现房间压力控制, 而送风/排风的流量差与房间压力的对应关系非常复杂, 在设计阶段只能做到大致估计而难于准确定量, 因此只有在风量调试阶段通过不断地试调来改变房间的压力。

8 对策

为了解决这一系列的难点, 本项目选用了空调机恒定风压结合末端恒定风量的设计, 即空调机 (AHU) 风机采用变频控制, 末端高效过滤器前采用DDC定风量阀。这样, 不管过滤器阻力如何变化、开门关门、室内压缩空气释放等等, 都将保持恒定的空气流量。

DDC定风量阀为压力无关型风量控制设备, 一经校准整定, 即可以实现恒定的风量控制而无需操心阀门的开度和风管内压力的波动。由于有DDC系统有现场调试电脑以及网络服务器电脑输入指令的帮助, 在电脑上调整风量, 比用人手调节风阀要大大节约调试的时间。

对于房间的压力控制, 本项目采用送、排风的流量差结合余压阀进行控制, 检查室用余压阀控制, 机器人喷涂室、喷涂前室和调漆室用送、排风流量差控制。

出于成本的考虑, 排风被设计成固定风机、固定风阀的形式, 因此, 只要控制好房间送风流量, 就可以保证房间的压力。

由于本项目采用DDC控制系统, DDC定风量阀本身虽然不带房间压差控制功能, 但是在设计中, 可以安装现场压差传感器, 当相邻房间的压差发生变化时, 压差传感器即会将信号传给服务器, 再由服务器通过网络修改相应DDC定风量阀的设定风量。当然, 维持房间压差的风量调节属于微调, 不会危及房间洁净度。DDC定风量阀控制原理见图3。

相邻房间的压差是逐步试调出来的, 试调工作只需在服务器上用电脑修改DDC变风量阀的流量设定值, 原本海量的调试工作变得简单易行了。

对于歇班的节能模式, 由于DDC控制器可以编程, 设定30%负荷率非常简单。

9空调系统

涂装车间空调系统图如图4所示。

1 0 安装注意事项

为了确保空气流速测量准确, 在DDC定风量阀的安装过程中需要保证入口的直管长度不小于3倍管径 (或短边长) 长度。

1 1 调试中的要点

调试是本项目的一个关键。其中有两个要点:DDC变风量箱风量校准和房间压差试调。

1 2 DDC定风量阀的整定

无论采用哪种形状, 变风量箱的静压动压传感装置在整个测量范围内, 不能保持理想的线性输出, 加上DDC控制器中自带传感设备的压力变送材料的性能限制, 要求DDC控制器在整个量程范围内精度都很高是不现实的。

虽然DDC定风量阀在整个风量范围内难以做到较高的精度, 但是仅仅保证DDC定风量阀在设计流量和30%流量这两个点附近的控制精度是可以做到的。

经过空气流量罩进行校准, 本项目DDC定风量阀在流量设定点和30%流量点, 误差基本能控制在5%以内。这个精度已经达到了国外厂家高精度文丘里型定风量阀5%精度的水平。

1 3 房间压差试调

相邻房间的压差试调, 是在DDC阀已经满足设计风量、达到洁净要求, 而且控制程序调试完成、网络已经开通之后进行的。

根据日方空调专家的经验, 房间压力调试的是按照先低后高, 先排风后送风的顺序进行的。判定空气流向则根据挂在房间之间的布条飘动的方向来判别。

由于DDC定风量阀已经校准, 网络通信的功能已经开通, 因此试调工作由2人分别在现场和服务器端配合, 现场的人报告房间的空气流向, 服务器端的人负责改变流量设定值。

1 4 实际效果

DDC定风量阀为洁净室提供了精确而恒定的风量控制和可靠的房间压差控制, 同时, 用电脑指令代替人手来调节风量, 大大提高了调试的效率和成功率。

DDC作为空调设备的管理系统, 界面友好, 工作稳定, 工程师可以非常容易对空调设备进行智能化管理, 效果令人非常满意。

由于有30%的节能模式, 歇班时节能效果显著。

业主非常满意这套空调控制系统, 日方空调专家评价:这套DDC控制系统设计合理, 对于复杂空调的系统的精确控制和调试效率的提高帮助很大, 本项目的空调控制技术领先于日本市光的藤冈工厂和伊势原工厂。

对于DDC定风量阀, 日方空调专家更是欣赏, 在日本藤冈和伊势原工厂, 一个机器人喷涂室不得不用2台SINKO机械式定风量阀才够风 (见图5) , 而本项目只用了1台DDC定风量阀就够了。无论从单台风量、控制精度还是智能化水平, DDC定风量阀的性能远远超过他们在日本所用的机械式定风量阀。

注:在日本, 市光工业 (株) 有两家工厂, 分别位于藤冈和伊势原, 洁净空调控制系统都是采取PLC控制器。

1 5 总结

空调变风量和定风量是相通的, 以往我们做过很多变风量和定风量空调工程, 积累了大量的风量控制经验。

这次是首次将通常用于楼宇控制的DDC变风量控制设备应用在复杂的工业定风量空调系统, 作为一次有益和成功的尝试, 我们的总结如下:

◆单台定风量阀风量大, 风量可以高达20000m3/h (见图6) 。

◆属于压力无关型控制方式, 不受风管压力波动影响。

◆通过单点或两点校准, 可以实现高精度定风量控制。

◆控制准确, 运行稳定可靠。

◆电脑调节风量代替人手调节风阀, 大大提高调试效率。

◆有电脑界面, 方便工程师重新调整和故障诊断。

变风量控制系统的节能应用研究 第7篇

1 定风量系统和变风量系统的组成

空调自动化控制系统是将与建筑物有关的空调末端设备(AHU、PAU)、通风设备、空调冷源设备(冷水机组及其外围设备)、热交换设备等集中监视、控制和管理的综合性的系统。建筑物的空调送风系统分为两大类:定风量系统(CAV)和变风量系统(VAV)。

1.1 定风量系统(CAV)

定风量系统一般用单一区域的大空间的建筑物中,这样的建筑往往具有:送风的区域单一,负荷变动范围小,对温度控制精度要求低,对舒适性要求低的场合,例如大型超市、篮球馆等建筑。

1.2 变风量系统(VAV)

变风量系统主要运用于多区域的建筑物内,建筑物的负荷变化比较大,对温度控制精度要求高,对舒适性和噪音控制有较高要求的场合。变风量系统的最大优点是舒适和节能。变风量系统一般用于办公大楼、政府大楼、图书馆等高端场合。VAV末端系统有风量调节装置,A H U可以通过变频器来调节系统风量。VAV末端的温控器测量被控制区域内的室内温度,根据测量温度和设定温度来调节进入区域内的风量大小,进而控制该区域内的室内温度,送风机变频器根据定静压或者变静压的逻辑来调整进入建筑物内的风量,按需提供风量,达到变风量的目的。

变风量末端主要有四种类型:节流型、风机动力型、双风道型、旁通型。现在运用到实际工程中的主要是节流型和风机动力型这两种。节流型变风量末端主要通过节流元件:出风导叶、气囊等对风道的开度大小进行调节以达到调整风量的目的。风机动力型的变风量末端装置是从节流型的变风量末端系统发展来的,通过在管道内置加压风机来增加机组的风量调节能力。根据加压风机的排列布置方式的不同,又分为:串联风机动力型和并联风机动力型。前者是风机和变风量阀串联在同一风道中,一次风既通过风机,也通过变风量阀,通过风机增加机组的静压。并联风机动力型的变风量末端是指风机和变风量阀并联布置,一次风只通过变风量阀,风机不作为加压风机。

2 变风量系统控制的应用

变风量系统需要根据建筑物内各个区域的空调负荷大小及时调整进入区域内的风量和系统的总风量。因此对系统的空气处理机和末端的变风量系统的控制就尤为重要,可以说决定变风量系统成败的关键在于变风量系统的控制。

2.1 变风量系统控制室内温度的原理

变风量系统的控制体现在四个方面:(1)室内温度的控制;(2)新风量的控制;(3)被控制区域内正压控制;(4)空气处理机送风温度的控制。这四个部分的控制既相互独立也相互关联,因此要实现和优化变风量系统的控制是一个复杂的系统工程。

室内温度的控制是V A V系统的首要任务,V A V系统是一种全空气系统,V A V末端通过将A H U机组处理后的空气按需求送入被控制的区域内,通过空气热交换来满足温度调节的目的,湿空气的含热量包含两个方面,显热和潜热,前者主要是干空气的热量,引起室内温度的变化,后者主要是水气化所吸收的热量,我们用焓来表示湿空气的含热量。

从VAV机组进入室内的湿空气的焓值为:

其中t1为进入室内的空气温度单位为℃;1.01为空气的比热容,2500为水在0℃时的气化潜热,1.84为水蒸气的比热容,单位为k J/(kg℃);d1为1千克空气中含水蒸气的质量,单位为g。

同理可得,从房间内排出的湿空气的焓为:

由此可得进入房间的焓值变化为:

在工程应用中,还可以通过焓湿图来查找区域内焓值变化情况,由房间内焓值的变化和该空间的热量需求,可以推算出需要进入室内的风量。

因为系统为全空气系统,没有过冷段,因此可以假设系统中的绝对湿度不变。则该区域的换热量为:

式中:Q区域内单位时间换热量,k J;

ρ湿空气的密度,kg/m3;

ν单位时间进入区域内的风量,m3/h;

t1、t2进入区域内的空气温度和离开区域的空气温度,℃。

由上式可以见,当进入室内的新风是恒定时,室内温度的控制完全与进入该区域的风量有关。

2.2 变风量系统控制方法

传统的变风量末端系统通常采用有压力相关型和压力无关型。前者是早期的变风量末端系统常用的控制方法,主要用于气动控制的末端执行器,该控制方法为:区域内的送风量除了和室内负荷相关外,还和送入末端的风管静压相关。即使室内的负荷没有变化,而风管内的静压发生变化,进入区域内的风量也可能发生变化,压力相关型的控制方式只能用于风管压力保持不变的场合。随着电子技术的发展,压力无关型的控制系统成为现在的主流控制方式,该种控制方法,进入区域内的风量只和室内的负荷有关系,变风量控制根据室内的温度设定风量的大小,根据风量传感器采样结果和设定值之间的差值调节风阀的开度。风阀的最大流量和最小流量是可变的,送风量与风管的压力无关。

压力无关型系统的控制策略,目前最简单也最常用的是独立的多回路PID系统,一般采用独立的三回路PID控制,房间温度控制PID:VAV末端根据室内温度控制器和设定点来调整V A V末端的进风量的设定值大小,以达到控制室内温度的目的;导叶开度的PID:VAV末端传感器根据出口处的静压和风量设定值的大小来计算出风导叶的开度;送风频率控制的PID:AHU根据送风总管的压力差来调整风机转速。虽然独立的PID系统控制策略简单,容易实现,在系统模型参数变化不大的情况下,PID控制效果良好。但是,VAV空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定性系统,这是由于:外界气候和空调区域里的人员活动的变化很大,对系统形成过大的干扰;空气调节过程是高度非线性的;各执行器的运行特性也是非线性的;各个控制回路之间耦合强烈,完全解耦是不可能的;随着时间的推移,设备会老化和更换,从而造成系统参数的变化;在许多系统里,系统的数字模型很难建立。因此如果使用普通的PID算法,将会造成极大的误差。最近T.B.Hartman提出了TRAV系统,并应用于在工程实践中,TRAV(Terminal Regulated Air Volume,末端调节的变风量系统)和VAV一样,也是一种变风量系统,通过调节风量来创造舒适环境。但TRAV不采用VAV中的静压调节,而由末端装置直接控制送风机。TRAV基于末端装置实时的风量需求,采用先进的控制软件,实施对送风机的控制。在传统的VAV系统里,当负荷下降并导致流量减少时,末端风阀关小以节流,管道内静压保持不变。而在TRAV系统中,在相同的情况下,末端风阀保持打开,而管道静压降低。于是在相同的流量下,T R A V系统所要求的风机功率要低得多。T R A V提出“集成控制”(i n t e g r a t e d control)、“动态控制”(dynamic control)等概念的基础上的。所谓“动态控制”,是指有预测的、随时间而变化的控制。就房间的热状态来说,它不要求时时热平衡从而保持房间状态于某一“点”,而是充分考虑各种热因素的相互作用从而保持房间在某一个舒适范围。所谓“集成控制”,是指:集中、统一地考虑与HVAC系统有关的各种因素,避免传统方法中各分立模块独立运行可能导致的相互冲突,因此,集成控制将使系统更稳定,而且更舒适、更节能。

在上述基础上,本文提出最小静压控制的控制方法。对于传统的总风量控制系统来说,A H U机组根据风管系统静压来调整AHU送风机转速,为了弥补管路压力分布的不均衡,往往设置多个压力采样点,通过软件开关来选择或者取均值的方法来控制,基本上维持风管系统静压保持不变。当末端风量减少时,通过调节末端的风阀来节流,造成能耗的增加。对于最小静压控制法来说,系统中最远端的VAV末端作为系统测量的点,当风量需求增大时,优先开启VAV末端的风阀;当需求风量降低时,优先降低AHU的风机转速,始终维持最小的静压。如图1为最小静压控制方法的原理图,“变风量控制器”包含两个PID循环,第一个PID循环为:根据被控制区域的采样温度和设定温度计算该区域需求风量;第二个PID循环,根据风量和风阀的最大开度计算该末端的满足风量的最小供风静压;第三个PID循环为“AHU变频控制柜”根据所有的末端中最低静压需求的一个末端作为控制点,控制输入AHU送风机的频率。其中最后一个PID的控制点会根据末端的需求静压变化而通过软件开关来选择。一般来说VAV末端会选取风阀开度为30%时作为最小开度,80%的风阀开度作为最大风阀开度,末端系统的裕量足够保证系统的稳定运行。

最小静压控制的基本计算方法如下公式:

根据室内温度的控制要求,第i台末端的风量需求为:

根据风量需求,和阀门全开的情况,可以得第台最小工作静压:

空气处理机根据系统中所有V A V末端中最小的运行静压来计算运行速度,假设i第台VAV末端为系统中需求静压最低的末端系统,那么设定的风机转速为Nd:

由于风关系统的非线性特征,需要增加总风量控制修正系数,对于系统的总风量控制,通过对末端控制环路的仔细分析,第i个末端的送风量设定值Vi反映了该末端所在房间目前要求的送风量,所有末端设定风量之和则显然是系统当前要求的总风量G,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的关系:

考虑到各末端风量要求的不均衡性,须要增加一个安全系数Ri,即是保证第Ri台VAV末端在最小供应静压下,能满足风量,其中Vdi为最大风量;

AHU:空气处理机V:变风量末端R:被控制区域CRC:变风量末端控制器CSB:AHU变频风管控制/驱动电路

对与所有末端来说取安全系数的均方差来作为AHU送风电机转速的补偿系数:

由此可得均方差δ为:

由上式可得风机的设定转速为Ns e t:

参数是一个优化系数,可在设计调试的时候根据具体情况而确定。

最小静压法的控制逻辑如图2所示,A H U和VAV末端的通过控制系统来联合管理和控制,同传统的控制方法不同,最小静压法将送风系统和末端看成一个联合的系统,而不是独立的PID循环分别控制的对象。

2.3 变风量系统采用最小静压控制变风量系统的运行效果

对于VAV系统来说,衡量VAV系统好坏的关键是是对室内温度精度控制,这个和空调末端系统的节能和舒适性有很大关系,传统的独立的3PID控制法由于AHU风机和末端的迭代的问题,会出现无法收敛或者控制精度较差的问题,而最小静压法可以通过系统关联,可以保证控的精度。由此可见最小静压控制的精度更高。

对1号AHU和对应的VAV末端进行研究表明,使用最小静压控制法,即使被控制区域内的VAV末端负载不断变动,基本上可以保证系统出风量保持稳恒不变。

对A H U送风系统的出风静压进行测量分析,通过最小静压系统的控制,A H U系统静压基本上保持不变。

3 结束语

中央空调系统节能降耗的目标是空调自动化系统的一个重要任务,通过提高空调主机的COP、减少管路渗漏或加强建筑物保温固然是降低中央空调系统能耗的重要手段,但也意味着初次投资成本高,节能有限等缺点。通过空调自动化控制系统来实现建筑物节能是未来发展的方向。

对于某一个中央空调系统,当出现冷量“供需”失衡时,将会出现能耗的增加,供需越失衡能耗越大。空调自动化系统是串联中央空调各个子系统的纽带,在空调自动化系统出现之前,子系统通过干管水温、主风道压力等物理量传递数据,采样的点数有限,对于中央空调这样分布区域广、差异性大的系统来说,很难精确实现供需平衡,特别在部分负载的时候,能源的浪费是巨大的。空调自动化系统使建筑物的冷量“供需”平衡提供了可能。

传统的变风量系统的控制为多个独立P I D循环,各个模块之间是独立调节的,因此AHU和VAV末端的“风量”调节失配是造成末端子系统能耗增加的一个重要原因。本文提出的最小静压控制的VAV系统,AHU的风速调节是基于区域内VAV末端的最小静压,因此将独立的P I D循环合成一个PID控制循环,达到提高希望调节的稳定性和减少系统压力损耗的目的。

摘要：深入分析变风量系统的特点和工作原理。通过最小静压控制法在变风量系统中的实现,稳定了空调系统的出风量;对比传统的独立PID法,提高了空调系统的稳定性并减少系统压力损耗,从而节约了大量的能量。

锅炉二次风量控制系统浅析 第8篇

保证燃料在炉膛中完全燃烧是锅炉经济运行的重要指标。合理的风煤配比是影响炉内燃烧的重要因素,但是目前燃烧系统二次风自动控制系统投运的状况并不理想。为了提高风量测量的可靠性,风量变送器要考虑冗余。大部分研究人员认为原因有二:一是作为风煤配比好坏的氧量信号测量可靠性、准确性和实时性差;二是二次风执行机构不灵敏。而要做到这点,必须有适当的风量和燃料量相配合,即要有合适的空燃比。某300MW机组的风量系统有一次风、二次风两部分组成。其中二次风主要用来帮助燃料在炉膛中燃烧,一次风主要用来携带煤粉。二次风由一台二次风机供给,采用改变二次风机变频器的转速来控制送风量的大小,使烟气中的含氧量保持最佳值,从而保证锅炉燃烧系统配置最佳空燃比,使锅炉达到最高的热效率。

按照燃料元素分析,要使燃料完全燃烧,实际送风量要比理论空气量多一些,实际风量比理论风量多多少可用过剩空气系数α衡量,α=V/V理论。实际空气量过高时,会增加风机的耗电和排烟损失;空气量过低,又会增加不完全燃烧,使锅炉热效率降低,保持锅炉热效率最高的α为1.2～1.4之间。过剩空气系数α还可用炉膛出口烟气中含氧量的百分数O2%衡量。在完全燃烧情况下,过剩空气系数α与O2%关系为:undefined

由此可知,O2%与α成反比。

2二次风量控制系统的控制方案

氧量空燃比串级系统用氧量信号校正空燃比系统的误差。这是目前采用的比较普遍的控制方案,如图1所示。该系统副环能快速保证最佳空燃比,至于给料量误差,可以用烟气中的含氧量作串级校正。

3二次风量控制系统总体结构及分析

3.1氧量修正系数的形成

主蒸汽流量经函数发生器转换成氧量设定值,锅炉尾部烟道在省煤器附近左右各安装有一个烟气含氧量测量点。烟气含氧量测量点“二取中”后的平均值作为烟气中含氧量的实测值。以上所得的氧量设定值与实测值比较后,得其偏差信号,送往氧量校正器的入口,经PI运算的输出信号就是氧量修正系数。

3.2风量偏差信号的形成

送风量信号的测量值是通过得到二次风机的出口风量信号经校正后与一次风机出口流量经校正后的信号相加得到得,由于风量信号测量的准确性直接受风温的影响,故风量信号需经风温校正。再经氧量校正就是总风量测量信号。图2为一次风量和二次风量分别进行校正后求和得到的总风量信号,这个信号送入PID控制器作为被调量。

总风量指令信号的形成是通过计算得到的,总燃煤量为三台给煤机燃煤量信号的总和,对应于总燃煤量BM所需要的风量VM与总燃煤量成正比。即

VM=f(BM)=KMBM

式中,KM为常数,其取值范围为0.95～1.05 ,具体数值应根据燃用煤的成分决定。同理,总燃油量所需的风量也于总燃油量成正比,即

Vu=f(Bu)=KuBu

总燃料量(BM+Bu)所需要的总风量为(VM+Vu),与负荷指令信号及最小风量信号进入大选模块,大选模块的输出就是总风量指令信号。

风量偏差信号为风量指令信号与总风量测量信号的偏差。该风量偏差送到风量控制器再经过一个手/自动切换器和两个两路切换开关后成为二次风机的变频指令。

3.3控制系统的跟踪

当控制回路均处于手动方式时,控制系统处于跟踪状态。由乘法器将零信号引入,切断了风量偏差信号,因此,二次风机的变频指令为零,为控制回路的手/自动无扰切换创造了条件。在跟踪状态下,PI调节的输出应跟踪二次风机的变频器反馈。

图3为二次风量控制系统的总体结构。

以上是本人对二次风量控制系统的粗浅认识,肯定还存在缺点和不足,随着设计和调试工作的不断深入,对二次风量控制系统的理解将会更加全面和透彻。

参考文献

[1]华东电业管理局.热工自动控制技术问答[M].北京:中国电力出版社,1997.

[2]张建华.热工仪表及自动装置[M].北京:中国电力出版社,2005.

[3]黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京:中国电力出版社,2002.