變風(fēng)量系統控制管論文
摘要：本文對變風(fēng)量空調系統自動(dòng)控制設計、監控系統設計及實(shí)施中的一些問(wèn)題進(jìn)行了討淪。
關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調系統末端裝置自動(dòng)控制
由于變風(fēng)量系統具有可減少空調設備的安裝容量、節省運行能耗、可以滿(mǎn)足不同房間不同溫度控制的要求、適應使用空間變更的要求、維修量小等優(yōu)點(diǎn)，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，而一些正設計中的新的辦公樓也采用了變風(fēng)量空調系統，變風(fēng)量空調系統將會(huì )越來(lái)越多。本文僅就系統控制設計及實(shí)施中的一些問(wèn)題進(jìn)行討論。
1.變風(fēng)量系統的控制
變風(fēng)量空調系統的控制可分為變風(fēng)量空調機組和變風(fēng)量末端裝置兩部分，本文用圖1與圖2的變風(fēng)量空調系統為例，來(lái)討論監控點(diǎn)的設置及主要的控制功能。該系統為單風(fēng)道系統，建筑物內、外區共用同一空調系統，內區變風(fēng)量末端裝置為單風(fēng)道基本型，外區變風(fēng)量末端裝置為帶再熱的串聯(lián)式風(fēng)機動(dòng)力型。
圖1變風(fēng)量系統控制原理圖
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(dòng)力型（帶再熱）
�。�1）監控點(diǎn)的設置
1）變風(fēng)量末端裝置
變風(fēng)量末端裝置監控點(diǎn)的設置見(jiàn)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(dòng)力型。需要說(shuō)明的是：①室內溫度傳感器為帶溫度設定功能型，故設2AI點(diǎn)；②壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置的進(jìn)風(fēng)口處有一風(fēng)量檢測裝置，設1AI點(diǎn)；③熱水盤(pán)管調節閥的控制可為開(kāi)/關(guān)型，也可以為增量調節型和連續調節型。此處為開(kāi)/關(guān)型控制，設1DO點(diǎn)；④風(fēng)閥控制可用1AO點(diǎn)或2DO點(diǎn)；
2）變風(fēng)量機組
監控點(diǎn)的設置見(jiàn)圖1，需要說(shuō)明的是：為風(fēng)機的變頻器設6個(gè)點(diǎn)，變頻器電源控制設3個(gè)點(diǎn)，用于手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)（DI），電源通、斷控制（1DO點(diǎn)），電源狀態(tài)（1DI點(diǎn)）；變頻器運行監控設三個(gè)點(diǎn)，頻率控制1AO點(diǎn)，頻率反饋1AI點(diǎn)，故障報警1DI點(diǎn)；
�。�2）控制
1）變風(fēng)量末端裝置的控制
壓力無(wú)關(guān)型變風(fēng)量末端裝置對室內溫度的控制為串級控制方式，它能及時(shí)處理送風(fēng)壓力變化對末端裝置送風(fēng)量的干擾，保證好的調節品質(zhì)。在此例中內區為單風(fēng)道基本型，全年送冷風(fēng)，按圖3的特性進(jìn)行控制。變風(fēng)量末端裝置調節風(fēng)閥的運行范圍受空調設計確定的最大風(fēng)量和最小風(fēng)量的限制。對于每一個(gè)變風(fēng)量末端裝置，都有其自己的最大和最小風(fēng)量，在系統調試時(shí)需將這兩個(gè)參數編寫(xiě)到調節器的控制程序中。
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(dòng)力型（帶再熱）末端裝置控制特性
圖4為外區變風(fēng)量末端裝置的控制特性，當房間溫度大于設定值時(shí)，控制器控制風(fēng)閥開(kāi)大，加大一次風(fēng)量，二次風(fēng)量相應減少，直至最大風(fēng)量，最大風(fēng)量等于風(fēng)機風(fēng)量。當房間溫度低于設定值時(shí)，控制器控制風(fēng)閥關(guān)小，減少一次風(fēng)量，二次風(fēng)量相應加大，若到了最小一次風(fēng)與最大二次風(fēng)區域，房間溫度繼續降低，則再加熱器投入工作，提高送風(fēng)溫度，以滿(mǎn)足室內負荷的要求。
變風(fēng)量末端裝置的運行與變風(fēng)量機組同步，系統風(fēng)機運行，則末端裝置的風(fēng)機必開(kāi)。
2）變風(fēng)量空調機組的控制
在冬、夏季，根據送風(fēng)溫度控制（PI）熱、冷水調節閥，使送風(fēng)溫度達到設定值。
當系統負荷減小到某一程度時(shí)，可參考回風(fēng)溫度、末端裝置風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)修改送風(fēng)溫度設定值。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(shí)，室溫仍達不到設定值。
在冬季，根據回風(fēng)相對濕度控制加濕閥，以保證室內相對濕度。
送風(fēng)量控制目前常采用控制系統靜壓的方式，改變風(fēng)機轉數實(shí)現對機組送風(fēng)量的.調節，這是暖通規范推薦的方式。風(fēng)機轉速有一最低允許值，此值對應于系統的最小風(fēng)量。系統的送風(fēng)靜壓與送風(fēng)溫度控制之間要相互協(xié)調，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，其目的是使系統根據負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能，但此種方式易使系統不穩定，故而在實(shí)際工程中使用時(shí)要注意控制程序的設計和轉換參數的選擇。
變頻器的電源按時(shí)間程序進(jìn)行控制。
新風(fēng)量的控制是根據實(shí)測的新風(fēng)量F來(lái)調節新風(fēng)、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，使新風(fēng)量達到設定值，保持新風(fēng)量不變。當系統風(fēng)量減少時(shí)，開(kāi)新風(fēng)閥關(guān)回風(fēng)閥，回風(fēng)風(fēng)量減少，新風(fēng)比加大。當系統達到最小風(fēng)量時(shí)，新風(fēng)比為100%，即無(wú)回風(fēng)，全部用新風(fēng)。
2.監控系統規劃
在大型建筑物中，變風(fēng)量系統數量多，末端裝置的數量大，例如信遠大廈，變風(fēng)量系統有60多個(gè)，變風(fēng)量末端裝置有一千余臺。除變風(fēng)量系統外，建筑物內還有其他許多需監控的設備。顯然，對于這類(lèi)大型建筑物，它的建筑設備監控系統是一個(gè)大型有多條總線(xiàn)的系統。在進(jìn)行系統設計時(shí)，應本著(zhù)科學(xué)和節約的原則仔細規化，通常有以下幾點(diǎn)需要注意：
�。�1）應將控制某一變風(fēng)量機組的控制器（DDC）與此系統所負責送風(fēng)的末端裝置的控制器設在同一條通信總線(xiàn)上，這樣將有利網(wǎng)絡(luò )通信和整個(gè)變風(fēng)量系統的管理和運行。同時(shí)此總線(xiàn)所帶的控制器或監控點(diǎn)的數量要合理，不可有太多的富裕量。
�。�2）對系統總線(xiàn)的規劃，在考慮上述因素的同時(shí)，尚應注意總線(xiàn)施工和維護的難易程度。
�。�3）應注意變風(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)量末端裝置設一個(gè)有溫度設定功能的溫度傳感器；其二，是多個(gè)變風(fēng)量末端裝置共用一個(gè)有溫度設定功能的溫度傳感器；其三，是多個(gè)變風(fēng)量末端裝置共用一個(gè)或幾個(gè)無(wú)溫度設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。帶有溫度設定功能的溫度傳感器安裝于墻上，無(wú)溫度設定功能的溫度傳感器多設在作為回風(fēng)空間的吊頂上，此時(shí)房間的溫度給定值由末端裝置控制器中的軟件設定。
設計時(shí)，具體采用何種溫度傳感器，要根據建筑和空調專(zhuān)業(yè)的設計，仔細劃分變風(fēng)量末端裝置的服務(wù)區，按照區域的建筑和使用特點(diǎn)，為相應的變風(fēng)量末端裝置配置合適的溫度傳感器。
3.幾個(gè)有關(guān)的問(wèn)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(huì )存在測不準的問(wèn)題。為此，可根據回風(fēng)或有代表性房間的二氧化碳濃度來(lái)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)管道上設置定風(fēng)量裝置（CVABox），穩定輸送一定量的新風(fēng)。定風(fēng)量裝置又稱(chēng)為風(fēng)量調節器，圖3為其外形及結構示意圖。這是一種機械式自動(dòng)裝置，不需要外加動(dòng)力，所需的風(fēng)量直接在此裝置上設定。裝置內部設有限流板、氣囊、凸輪、彈簧等部件，它們協(xié)同工作使風(fēng)量調節器在允許的壓差范圍內將風(fēng)量保持在設定的流量上。
a.b.
a.外形b.內部結構示意圖
圖5風(fēng)量調節器
�。�2）變頻調速
風(fēng)機電機的功耗與其轉速的三次方成正比關(guān)系，故而當系統風(fēng)量減少時(shí)，風(fēng)機的耗電量會(huì )降低很多�？紤]到變頻調速裝置的能耗及風(fēng)機轉速降低后效率的下降等因素，變頻調速方式節能與轉速達不到三次方的關(guān)系，但還是很可觀(guān)的，例風(fēng)量為50%時(shí)，電機功耗約為15%。
風(fēng)機是變轉矩負荷，變頻器應按此來(lái)進(jìn)行配置。目前許多制造商都生產(chǎn)專(zhuān)為空調系統中風(fēng)機控制而設計的變頻器，這種變頻器有較好的性?xún)r(jià)比。選擇時(shí)應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(shí)還應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，這與強電設計有關(guān)，在實(shí)際工程中也有不設這些監控點(diǎn)的實(shí)例，這不影響系統的運行，但在單臺切斷空調系統電源方面不大方便。
風(fēng)機轉速控制手動(dòng)或自動(dòng)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(jìn)行“遠方”或“就地”控制模式的設定。當設置為“就地”時(shí)，對變頻器的操作直接在控制面板上進(jìn)行，這多用于空調系統風(fēng)量調試及風(fēng)機維修；當設置為“遠方”時(shí)，則由監控系統進(jìn)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，以便于當變頻器由系統控制時(shí)，可為同類(lèi)的變頻器配置一塊面板，它僅用于變頻器的參數設定和初調。但此方式若用于變風(fēng)量系統，會(huì )給先于監控系統調試的空調風(fēng)系統調試帶來(lái)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(kāi)關(guān)
在選擇風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)時(shí)要注意使其性能指標滿(mǎn)足變風(fēng)量系統運行的要求，因為系統運行在最小風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機兩端的風(fēng)壓差也為最小值。選擇不當，則可能出現系統在最小風(fēng)量運行時(shí)，風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)不動(dòng)作的情況。而且在進(jìn)行系統調時(shí)，應在系統為最小風(fēng)量運行狀態(tài)，調節風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)的動(dòng)作值。
過(guò)濾器風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)的動(dòng)作值調試則應在系統設計風(fēng)量下進(jìn)行。表1為國家標準《組合式空調機組》GB/T14294-93對各類(lèi)過(guò)濾器初阻力的規定。對過(guò)濾器積塵狀況檢測的風(fēng)壓差開(kāi)關(guān)，應根據表中不同效率的過(guò)濾器之初阻力與積塵后允許的終阻力來(lái)選型和設定動(dòng)作值。對于粗效過(guò)濾器，終阻力一般都大于表中允許值的2倍。
過(guò)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.高層民用建筑空調設計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
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