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1、工艺与设备 广东建材2 0 1 0 年第3 期 变风量空调系统的控制方案设计分析 闫永亮赖伟国 罗国立 ( 泛华建设集团有 限公司广东设计分公司) 摘 要：本文介绍了变风量空调系统中的定静压控制方法、 变静压控制法、 直接数字控制法( D D C ) 、 风机总风量控制法的原理及优 缺点 。 关键词：变风量系统控制； 定静压控制法； 变静压控制法； 直接数字控制法( D D C ) ； 风机总风量控制法 1引言 变风量系统 ( v a r i a b l e a i r v o l u m e s y s t e m ) 是在 美国广泛使用的一种空调系统。 变风量技术的基本原理 是通过 自动调
2、节送入房间的风量来满足室内变化 的负 荷， 满足室内不同温度参数的要求 ， 由于空调系统火部 分时间在部分负荷下运行， 系统能 自动调节送风机 的转 速 以降低空调系统运行能耗 。 变风量系统有如下优点： ( 1 ) 由于变风量系统通过调节送入房间的风量来适 应负荷 的变化， 同时在确定系统总风量时还可以考虑一 定的同时使用情况， 所以能够节约风机运行能耗和减少 风机装机容量。 ( 2 ) 区别于常规的定风量或风机盘管系统， 在每一系 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逐时负荷 各房间的峰值叠加来确定， 而只要按逐时负荷的综合最 大值
3、来确定。 这样变风量空调器的冷却量及风量 比定风 量或风机盘管系统可减少 1 5 -2 0 。 ( 3 ) 系统灵活性较好， 易于改、 扩建和新建项 目， 尤其 适应于负荷变化较大 、 格局多变 、 楼层房间净深较大的 建筑 。 在暖通空调工程设计 中， 楼层或局部厅、 堂设计采 用变风量空调系统也是一项较好的节能措施， 国内不少 项 目也逐渐采用变风量空调系统， 为了保证设计的变风 量空调系统使用时不出问题 ，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
4、制法 ( D D C ) ； 风 机总风量控制法 。以下将就这四种方法加以一 论证。 2定静压控制法 一 1 5 2 2 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 的控制原理图如图 1 所示： 玉囊 l 节 - 6 压 著 书 l f i DP 由 图 1定静压控 制原理 图 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 。 2 2 定静压控制法存在不少缺点 ( 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
5、比较。 ( 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， 如图 2 所示。 图 a 图 b 图 图 2 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 广东建材2 0 1 0 年第3 期 工艺与设备
6、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 4 D ， 并尽量避 免离静压传感器最近的 V A V B o x流量变化对传感器的 影 响 。 ( 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。 3变静压控制法 3 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
7、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 图 3所 示 ： 温廖奄更信号 尹 I 量加算信号 图 3 变静 压控 制原 理 图 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 一 系统静压过高一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 设定值一系统 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
8、际风 量 低 于温 控 器 设 定值 一 系 统 静压偏低一调节并提高风机转速 。 3 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f 蜘 道 丽 ， o c P2 n 2N 2 n! 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 ， i“1 为风机 的转速 ，为通风机 的效率 与通风机的传动效率乘积 。当空调负荷变小时， 风量 Q 从正常工况点 Q 。 减少到 Q 时， 如图 4 所示： 三 定静压控制法的风机工作曲线变静压控制法的风机 工作 曲线 图 4 很明显，由于变静压控制法的 n 。 小于定静压控制 法的 n ，
9、 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 。 3 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 ， 房问负荷变化后要达到房间设定值有一段 小幅波动过程 。 4直接数字控制法( D D C) 所谓直接数字控制法 ( D D C ) 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
10、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一压差一流量特性， 风管的流量一 阻力特性 ， 风机的转速一扬程一流量特性 ， 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。 一 1 5 3
11、 工艺与设备 广东建材2 0 1 0 年第3 期 5 风机总风量控制法 5 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： =入 c 要得到 入， 先引出相对设定风量 R 的概念： R ： ( 式 2 ) U d 式中， G 为第 i个末端的设定风量，由房间温度 P I D控制器输 出的控制信号设定 ； G 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 R i 的不一致。 一R R = 一 ( 式 3 ) ( 式 4 ) G N s - LN d ( 1 +o x )( 式 5
12、 ) G l ： l 式中， N 为运行工况下风机设定转速； N 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。 5 2 风机总风量控制方法的优点 ( 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， 对房问负荷变化作出的反应 较快。 ( 2 ) 避免使用压力测量装置， 减少 了风机的个 闭环 控制环节。 1 5 4 ( 3 ) 不需要变静压控制法中的阀位控制。 5 3 风机总风量控制方法的缺点 ( 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 。 ， t j，一 6
13、 结 束 倍 变风量系统虽然已经在国内发展 了近 3 0年，但是 技术还不很成熟， 包括对施工水平和 目前设备的精准度 等等 。变风量系统有很强的动态特性， 加之空调系统固 有的非线性， 设计人员要想使系统运行 中少出问题或不 出问题，就需要对变风量系统的特性有足够 的认识， 并 能够做出较准确的定量分析。 变风量系统设计比定风量系统设计难得多， 但在实 际设计变风量空调系统中的控制方法显得尤为重要， 如 果设计选择控制系统不当就影响了成败 。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 工程设计应用 中， 不论是从节能的角度， 还是系统稳定 性角度 ， 都要加以认真
14、考虑， 从而找到种适合此工程 的控制方法 。 【 参考文献】 1 周漠仁 流体力学泵 与风机 M 3版 北 京： 中国建筑工业 出 版社 ， 1 9 9 4 2 陈 向阳 变风量空调系统 的 自动控 制 J 暖通 空调， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 ) 3 李克欣 ， 叶大发 ， 杨 国容 ， 等 V A V空调 系统初探 J 暖通 空 调 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 ) 4 戴斌文， 狄洪发， 江亿 变风量空调系统风机总风量控制方法 J 暖通空调， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 3 ) 5 全国民用建筑工程 设计技术措施 暖通 空调动力一节能专篇 2 007 6 北京市建筑 设计技术细则设备专业一2 0 0 5 7 相关变风量空调设备J 一 家的设备样本 0 l l
