變風(fēng)量系統(tǒng)控制管論文
摘要：本文對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)自動控制設(shè)計、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及實施中的一些問題進行了討淪。
關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端裝置自動控制
由于變風(fēng)量系統(tǒng)具有可減少空調(diào)設(shè)備的安裝容量、節(jié)省運行能耗、可以滿足不同房間不同溫度控制的要求、適應(yīng)使用空間變更的要求、維修量小等優(yōu)點，在我國的一些高級辦公樓中已被采用，如北京的南銀大廈、中國銀行、中國人壽大廈等建筑，而一些正設(shè)計中的新的辦公樓也采用了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)將會越來越多。本文僅就系統(tǒng)控制設(shè)計及實施中的一些問題進行討論。
1.變風(fēng)量系統(tǒng)的控制
變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制可分為變風(fēng)量空調(diào)機組和變風(fēng)量末端裝置兩部分，本文用圖1與圖2的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)為例，來討論監(jiān)控點的設(shè)置及主要的控制功能。該系統(tǒng)為單風(fēng)道系統(tǒng)，建筑物內(nèi)、外區(qū)共用同一空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)區(qū)變風(fēng)量末端裝置為單風(fēng)道基本型，外區(qū)變風(fēng)量末端裝置為帶再熱的串聯(lián)式風(fēng)機動力型。
圖1變風(fēng)量系統(tǒng)控制原理圖
圖2變風(fēng)量末端裝置控制原理圖
a.單風(fēng)道基本型；b.串聯(lián)式風(fēng)機動力型（帶再熱）
�。�1）監(jiān)控點的設(shè)置
1）變風(fēng)量末端裝置
變風(fēng)量末端裝置監(jiān)控點的設(shè)置見圖2。圖2a為單風(fēng)道基本型，圖2b為帶再熱的串聯(lián)式風(fēng)機動力型。需要說明的是：①室內(nèi)溫度傳感器為帶溫度設(shè)定功能型，故設(shè)2AI點；②壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端裝置的進風(fēng)口處有一風(fēng)量檢測裝置，設(shè)1AI點；③熱水盤管調(diào)節(jié)閥的控制可為開/關(guān)型，也可以為增量調(diào)節(jié)型和連續(xù)調(diào)節(jié)型。此處為開/關(guān)型控制，設(shè)1DO點；④風(fēng)閥控制可用1AO點或2DO點；
2）變風(fēng)量機組
監(jiān)控點的設(shè)置見圖1，需要說明的是：為風(fēng)機的變頻器設(shè)6個點，變頻器電源控制設(shè)3個點，用于手動/自動開關(guān)狀態(tài)（DI），電源通、斷控制（1DO點），電源狀態(tài)（1DI點）；變頻器運行監(jiān)控設(shè)三個點，頻率控制1AO點，頻率反饋1AI點，故障報警1DI點；
�。�2）控制
1）變風(fēng)量末端裝置的控制
壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端裝置對室內(nèi)溫度的控制為串級控制方式，它能及時處理送風(fēng)壓力變化對末端裝置送風(fēng)量的干擾，保證好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。在此例中內(nèi)區(qū)為單風(fēng)道基本型，全年送冷風(fēng)，按圖3的特性進行控制。變風(fēng)量末端裝置調(diào)節(jié)風(fēng)閥的運行范圍受空調(diào)設(shè)計確定的最大風(fēng)量和最小風(fēng)量的限制。對于每一個變風(fēng)量末端裝置，都有其自己的最大和最小風(fēng)量，在系統(tǒng)調(diào)試時需將這兩個參數(shù)編寫到調(diào)節(jié)器的控制程序中。
圖3單風(fēng)道基本型末端裝置控制特性圖4串聯(lián)式風(fēng)機動力型（帶再熱）末端裝置控制特性
圖4為外區(qū)變風(fēng)量末端裝置的控制特性，當(dāng)房間溫度大于設(shè)定值時，控制器控制風(fēng)閥開大，加大一次風(fēng)量，二次風(fēng)量相應(yīng)減少，直至最大風(fēng)量，最大風(fēng)量等于風(fēng)機風(fēng)量。當(dāng)房間溫度低于設(shè)定值時，控制器控制風(fēng)閥關(guān)小，減少一次風(fēng)量，二次風(fēng)量相應(yīng)加大，若到了最小一次風(fēng)與最大二次風(fēng)區(qū)域，房間溫度繼續(xù)降低，則再加熱器投入工作，提高送風(fēng)溫度，以滿足室內(nèi)負(fù)荷的要求。
變風(fēng)量末端裝置的運行與變風(fēng)量機組同步，系統(tǒng)風(fēng)機運行，則末端裝置的風(fēng)機必開。
2）變風(fēng)量空調(diào)機組的控制
在冬、夏季，根據(jù)送風(fēng)溫度控制（PI）熱、冷水調(diào)節(jié)閥，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值。
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減小到某一程度時，可參考回風(fēng)溫度、末端裝置風(fēng)閥的開度來修改送風(fēng)溫度設(shè)定值。以避免部分房間的變風(fēng)量末端裝置運行在最小或最大風(fēng)量時，室溫仍達(dá)不到設(shè)定值。
在冬季，根據(jù)回風(fēng)相對濕度控制加濕閥，以保證室內(nèi)相對濕度。
送風(fēng)量控制目前常采用控制系統(tǒng)靜壓的方式，改變風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)實現(xiàn)對機組送風(fēng)量的.調(diào)節(jié)，這是暖通規(guī)范推薦的方式。風(fēng)機轉(zhuǎn)速有一最低允許值，此值對應(yīng)于系統(tǒng)的最小風(fēng)量。系統(tǒng)的送風(fēng)靜壓與送風(fēng)溫度控制之間要相互協(xié)調(diào)，以保證變風(fēng)量末端裝置工作在合理狀態(tài)，不要經(jīng)常工作在最大或最小送風(fēng)量狀態(tài)。靜壓控制除定靜壓外，還有變靜壓控制方式，其目的是使系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷的變化將靜壓保持在允許的最低值，因此其比定靜壓控制方式更節(jié)能，但此種方式易使系統(tǒng)不穩(wěn)定，故而在實際工程中使用時要注意控制程序的設(shè)計和轉(zhuǎn)換參數(shù)的選擇。
變頻器的電源按時間程序進行控制。
新風(fēng)量的控制是根據(jù)實測的新風(fēng)量F來調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)閥門開度，使新風(fēng)量達(dá)到設(shè)定值，保持新風(fēng)量不變。當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量減少時，開新風(fēng)閥關(guān)回風(fēng)閥，回風(fēng)風(fēng)量減少，新風(fēng)比加大。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最小風(fēng)量時，新風(fēng)比為100%，即無回風(fēng)，全部用新風(fēng)。
2.監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃
在大型建筑物中，變風(fēng)量系統(tǒng)數(shù)量多，末端裝置的數(shù)量大，例如信遠(yuǎn)大廈，變風(fēng)量系統(tǒng)有60多個，變風(fēng)量末端裝置有一千余臺。除變風(fēng)量系統(tǒng)外，建筑物內(nèi)還有其他許多需監(jiān)控的設(shè)備。顯然，對于這類大型建筑物，它的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一個大型有多條總線的系統(tǒng)。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)本著科學(xué)和節(jié)約的原則仔細(xì)規(guī)化，通常有以下幾點需要注意：
�。�1）應(yīng)將控制某一變風(fēng)量機組的控制器（DDC）與此系統(tǒng)所負(fù)責(zé)送風(fēng)的末端裝置的控制器設(shè)在同一條通信總線上，這樣將有利網(wǎng)絡(luò)通信和整個變風(fēng)量系統(tǒng)的管理和運行。同時此總線所帶的控制器或監(jiān)控點的數(shù)量要合理，不可有太多的富裕量。
�。�2）對系統(tǒng)總線的規(guī)劃，在考慮上述因素的同時，尚應(yīng)注意總線施工和維護的難易程度。
�。�3）應(yīng)注意變風(fēng)量末端裝置的溫度傳感器的合理配置。末端裝置的溫度傳感器配置大致分為三種情況：其一，是為每一變風(fēng)量末端裝置設(shè)一個有溫度設(shè)定功能的溫度傳感器；其二，是多個變風(fēng)量末端裝置共用一個有溫度設(shè)定功能的溫度傳感器；其三，是多個變風(fēng)量末端裝置共用一個或幾個無溫度設(shè)定功能的溫度傳感器。
第一種情況多用于面積不大的房間，后兩種情況多用于大空間。帶有溫度設(shè)定功能的溫度傳感器安裝于墻上，無溫度設(shè)定功能的溫度傳感器多設(shè)在作為回風(fēng)空間的吊頂上，此時房間的溫度給定值由末端裝置控制器中的軟件設(shè)定。
設(shè)計時，具體采用何種溫度傳感器，要根據(jù)建筑和空調(diào)專業(yè)的設(shè)計，仔細(xì)劃分變風(fēng)量末端裝置的服務(wù)區(qū)，按照區(qū)域的建筑和使用特點，為相應(yīng)的變風(fēng)量末端裝置配置合適的溫度傳感器。
3.幾個有關(guān)的問題
�。�1）新風(fēng)量控制
由于受新風(fēng)管道的影響，新風(fēng)量測量會存在測不準(zhǔn)的問題。為此，可根據(jù)回風(fēng)或有代表性房間的二氧化碳濃度來控制新風(fēng)量的控制方式。
另一種新風(fēng)量的控制方式是在新風(fēng)管道上設(shè)置定風(fēng)量裝置（CVABox），穩(wěn)定輸送一定量的新風(fēng)。定風(fēng)量裝置又稱為風(fēng)量調(diào)節(jié)器，圖3為其外形及結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種機械式自動裝置，不需要外加動力，所需的風(fēng)量直接在此裝置上設(shè)定。裝置內(nèi)部設(shè)有限流板、氣囊、凸輪、彈簧等部件，它們協(xié)同工作使風(fēng)量調(diào)節(jié)器在允許的壓差范圍內(nèi)將風(fēng)量保持在設(shè)定的流量上。
a.b.
a.外形b.內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
圖5風(fēng)量調(diào)節(jié)器
（2）變頻調(diào)速
風(fēng)機電機的功耗與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，故而當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量減少時，風(fēng)機的耗電量會降低很多�？紤]到變頻調(diào)速裝置的能耗及風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后效率的下降等因素，變頻調(diào)速方式節(jié)能與轉(zhuǎn)速達(dá)不到三次方的關(guān)系，但還是很可觀的，例風(fēng)量為50%時，電機功耗約為15%。
風(fēng)機是變轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，變頻器應(yīng)按此來進行配置。目前許多制造商都生產(chǎn)專為空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機控制而設(shè)計的變頻器，這種變頻器有較好的性價比。選擇時應(yīng)使電機功率與變頻器的功率相匹配，電機的功率不能大于變頻器的功率，也不能低于變頻器功率的一半，變頻器的輸出電壓、電流及最高頻率要與電機的要求相吻合，同時還應(yīng)注意變頻器的干擾與輸出至風(fēng)機電機間的允許距離。
變頻器電源是否要控制，這與強電設(shè)計有關(guān)，在實際工程中也有不設(shè)這些監(jiān)控點的實例，這不影響系統(tǒng)的運行，但在單臺切斷空調(diào)系統(tǒng)電源方面不大方便。
風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制手動或自動方式的選擇是在變頻器上解決的，在變頻器的控制面板上可以進行“遠(yuǎn)方”或“就地”控制模式的設(shè)定。當(dāng)設(shè)置為“就地”時，對變頻器的操作直接在控制面板上進行，這多用于空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)試及風(fēng)機維修；當(dāng)設(shè)置為“遠(yuǎn)方”時，則由監(jiān)控系統(tǒng)進行控制。
目前許多制造商生產(chǎn)的變頻器和其控制面板是分離式的，以便于當(dāng)變頻器由系統(tǒng)控制時，可為同類的變頻器配置一塊面板，它僅用于變頻器的參數(shù)設(shè)定和初調(diào)。但此方式若用于變風(fēng)量系統(tǒng)，會給先于監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試帶來諸多不便，故而最好為每一臺變頻器配置一塊控制面板。
�。�3）風(fēng)壓差開關(guān)
在選擇風(fēng)壓差開關(guān)時要注意使其性能指標(biāo)滿足變風(fēng)量系統(tǒng)運行的要求，因為系統(tǒng)運行在最小風(fēng)量時，風(fēng)機兩端的風(fēng)壓差也為最小值。選擇不當(dāng)，則可能出現(xiàn)系統(tǒng)在最小風(fēng)量運行時，風(fēng)壓差開關(guān)不動作的情況。而且在進行系統(tǒng)調(diào)時，應(yīng)在系統(tǒng)為最小風(fēng)量運行狀態(tài)，調(diào)節(jié)風(fēng)壓差開關(guān)的動作值。
過濾器風(fēng)壓差開關(guān)的動作值調(diào)試則應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量下進行。表1為國家標(biāo)準(zhǔn)《組合式空調(diào)機組》GB/T14294-93對各類過濾器初阻力的規(guī)定。對過濾器積塵狀況檢測的風(fēng)壓差開關(guān)，應(yīng)根據(jù)表中不同效率的過濾器之初阻力與積塵后允許的終阻力來選型和設(shè)定動作值。對于粗效過濾器，終阻力一般都大于表中允許值的2倍。
過濾器效率和阻力表1
粗效
中效
高中效
亞高效
大氣塵粒徑（μm）
≥5
≥1
≥1
≥0.5
計數(shù)效率E（%）
20≤E＜80
20≤E＜70
70≤E＜99
95≤E＜99.9
阻力（Pa）
≤50
≤80
≤100
≤120
參考文獻
1.潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
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