“节能之王”——变风量系统控制技术系列文章之五

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1、工程设计 CAD 与智能建筑 2000(10)141 概述变风量 VAV 系统简介 中央空调变风量是指空调系统根据区域负荷变化和要求自动调整送风量的一种空调系统 其最大优点是节能显著 素有节能之王 的美称 同时 还具有使用舒适 灵活 可用新风作冷源等优点 变风量系统起源于美国 在日本得到发展 现在诸多发展国家得到广泛应用变风量空调系统有以下显著优点1. 节能 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 因此可大幅度减少送风风机的动力耗能 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 对不同的建

2、筑物同时使用系数可取 0.8 左右 可以节约空调系统的总装机容量 10% 30% 左右有关文献介绍 VAV 系统与定风量系统相比大约可以节能 30% 70% 据实际测算 当风量减少到80% 时 风机耗能将减少到约 51% 当风量减少到50% 时 风机耗能将减少到约 15% 若全年空调负荷率只有 60% 时 变风量空调系统可节约风机动力耗能 75%例如 对于商场 以空调机组每周运行 100 小时计 单位装机容量的节电量一年可达 4000 度 /kW 对于写字楼 以每周运行 60 小时计 单位装机容量的节电量也可达 2300 度 /kW 节电效果相当可观 同时还延长了机组使用寿命2. 舒适性高 能

3、实现各局部区域的灵活控制可以根据负荷的变化或个人的要求自行设置环境温度 与一般定风量系统相比 能更有效地调节局部区域的温度 实现温度的独立控制 避免在局部区域产生过冷或过热现象 并由此可以减少制冷和供热负荷 15% 30%3. 新风作冷源 VAV 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 没有风机盘管凝水问题和霉菌问题4. 系统的灵活性较好 易于改 扩建 尤其适用于格局多变的建筑 例如出租写字楼等 当室内参数改变或重新隔断时 可能只需要更换支管和末端装置 移动风口位置 甚至仅仅重新设定一下室内温控器2 中央空调变风量系统控制方式简介现在变风量空调系统常用的

4、控制方式多为静压控制 定静压控制和变静压控制两种 其中定静压控制更为常用1. 定静压控制结构示意图如下节能之王 变风量系统控制技术系列文章之五关键词 变风量 VAV 静压控制 定静压 变静压 DDC KMD-ControllerT 温控器 TIC 温度调节器 TD 温度传感器 dp 静压传感器VFD 变频器 PIC 静压调节器 MV 两通伐TEL 010 65542003 65542041 65544615控制技术讲座技术纵横工程设计 CAD 与智能建筑 2000(10) 15工作原理 在系统中由于 VAVBOX 根据室内负荷变化 来调整末端出风量满足负荷要求 出风量的变化引起系统管路中静压变

5、化 静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器 变频器根据静压变化信号 去控制空调机电机转速 调整总出风量维持送风管路系统的静压恒定2. 变静压控制结构示意图如下工作原理 系统在满足室内负荷变化要求的情况下 尽量使 VAVBOX 处于全开状态 85% 100%保持系统静压降至最底另外 当今的变风量系统已经可以与 DDC 连接用计算机网络系统来进行适时采样 监控 分析和管理 与楼宇自控系统相连接 成为现代化智能大厦的一部分3 变风量系统设计方案步骤A 搜集建筑设计资料1. 建筑的类型 外墙 外窗 屋顶 地面等围护结构的面积和热工性能2. 周围环境和外界遮挡影响3. 当地的室外气候数据4. 空调房间

6、的负荷设计参数5. 房间内部灯具 电器等机械设备的负荷 分布及使用状况6. 人员分布和变化情况B 确定使用变风量空调系统的区域根据楼宇建筑的特性 用途确定是否选用变风量空调系统 建议在室内负荷变化较大的区域使用变风量 如办公楼 商务中心 商场 金融中心宴会厅之类区域 某些特殊场合 如实验室 储存室 手术室等 由于负荷变化不大 故不建议使用变风量系统根据建筑的负荷特性 按照距外墙距离或外窗的进深 进行内外分区 建议当进深超过 6 7m 以上时 最好进行分区C 进行空调负荷计算1. 供冷负荷的计算末端区域的供冷负荷包含 太阳 传热 灯光 人员 及室内各种机械设备等散发到房间的热量 根据各种热量的种

7、类 性质和区域特性逐个适时计算 得到各个不同时段的供冷负荷值 其中最大值为末端区域空调冷负荷值 再乘合理系数得到变风量末端区域的冷负荷空调系统的冷负荷计算将各个变风量末端区域的供冷负荷按照时段相加 加上系统内部损耗 得到系统的不同时段冷负荷值 选最大值为系统设计冷负荷2. 热负荷的计算在变风量系统中太阳 灯光 人员的得热负荷都是冷负荷的一部分 建筑物的唯一热负荷是由于外围护结构的传热和室外冷空气渗透所产生的 因此 变风量系统热负荷的计算方法与一般采暖或定风量系统热负荷计算方式相同D 新风量控制变风量系统的新风量控制是当前国际变风量系统研究中的一个难题 是 90 年代来变风量系统的研究重点 归纳

8、起来目前现行的变风量系统的最小新风量控制方法主要有以下几种基本形式 1. 风机跟踪法 2. 新风风机风量控制法 3. 二氧化碳浓度监控法浓度1. 送风机 回风机风量测量控制法 风机跟踪法同时测量送风机和回风机风量 一般认为由于送风机和回风机风量远大于新风量 风管内风速较高 所以测量误差相对较小 新风量应该等于送风机和回风机风量之差 控制这一差值即可新风比一般为 30% 40%2. 新风风机新风量控制法T 温控器 TIC 温度调节器 TD 温度传感器 dp 静压传感器VFD 变频器 PIC 静压调节器 MV 两通伐技术纵横工程设计 CAD 与智能建筑 2000(10)16设立单独的新风风机和新风

9、管 新风风机与空调系统同步运转 由安装在新风管内的速度传感器调节风阀维持最小新风量 本方法是目前变风量系统新风量控制最好的方法可以按照每人 25-30CMH的风量供应3. 二氧化碳浓度监控法浓度将 CO 2 传感器置于空调房间具有代表性之处 当 CO 2 浓度高于整定值时 即增大新风量 这种按需求进行控制的方法是目前认为最先进的新风量控制方法 文献提出的 CO 2 浓度上限控制法 将二氧化碳浓度监控法进一步完善E 设备选型根据设备应用类型 - 制冷 / 制热选用末端类型根据最大 / 最小风量决定风阀尺寸根据静压值决定风阀性能根据噪音要求选用消音设备根据系统控制要求匹配相应控制器件4 变风量系统

10、组成变风量系统常由下列设备组成变风量末端 VAVBOX 配有控制器 风速流量传感器等元件 室内变风量温控器 风道静压测量设备 控制空调机运行的变频器等如右上图所示其中 EA 排风 OA 新风 RA 回风 SA 供风VALVE 盘管水阀 VFD 变频器 FMS风量测量设备控制原理在空调机内安装风量测量设备 FMS 变频器 VFD 和就地 DDC 控制器在系统中由于 VAVBOX 根据室内负荷变化来调整末端出风量满足负荷要求 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就地 DDC 控制器 DDC 控制器根据测量值和设定值控制变频器 变频器调整空调机电机转速 调整总出风量 维

11、持送风管路系统的静压平衡 满足设定要求送风机前的风量测量设备 FMS 测量送风量并与回风量进行比较 控制回风机的电机转速 调整回风量 满足整个系统需要5 KMC 公司变风量 VAV 系统1. 常用的变风量末端装置类型有下列几种对单风道系统 常用的类型为风阀式 风机动力式和文丘管式变风量末端其中又可分为压力相关型和压力无关型另外 变风量末端都可根据需要附带加热器加热器的类型又可分为电加热和水加热两种下图为典型 VAVBOX 结构图示此为风阀型 VAVBOX 配有 KMD-7001 VAV 控制器 流量传感器和再加热设备2.KMC 公司提供的常用 DDC VAV 末端控制器有下列几种技术纵横工程设

12、计 CAD 与智能建筑 2000(10) 17KMC 公司可提供电子式 VAV 控制器 模拟式 VAV控制器和 DDC VAV 控制器等多种形式的 VAV 末端控制器与 VAV 末端匹配但由于篇幅有限 下面仅专门介绍 KMC 公司的KMD 7001 DDC VAV 控制器KMD 7001 VAV Controller功能 用于单风道 单冷 / 单热 / 或可变型 变风量系统单风道时间比例加热型或三段加热型系统特点 自动无级调整风量 控制器和执行器一体化 带有压力无关型控制程序 最大 最小风量和控制程序可由用户设定 修改技术参数4 路输出 / 输入 通过软件设定控制类型 模拟量 / 数字量4 种

13、 P PI 和 / 或 PID 控制方式5 个用户自行程序设定空间KMC VAVBOX 控制的典型应用下面以典型的 KMD-7001 DDC VAVController 为例解释 VAVBOX 控制原理左图控制原理 VAV 控制器 KMD7001和房间温控器 S1 一起构成一个室内温度串级控制 采用室内温度作为主控制量 空气流量作为辅助控制量KMD7001 VAV 控制器 将房间温控器 S1 检测到的实际温度和设定温度 根据比较差值输出信号作为所需送风量的设定值 KMD7001 根据设定值调节风阀改变送风量 使室内温度保持在设定范围内同时流量压差传感器 S2 检测风道内的压力变化 采用 P I

14、 调节 消除压力波动的影响 使送风量维持所需要的水平上同时 KMD-7001 DDC VAV 控制器可以通过通讯线与多个末端相连至 KMDigital 管理系统 实现变风量末端集中管理和控制 体现建筑智能化7 结束语现在 随着人们对办公环境的要求越来越高 舒适 健康 安全 节能的变风量系统将得到更广泛的应用 KMC 公司作为世界上 VAV 设备主要的提供商中的一员 愿意利用几十年的变风量控制经验和技术与更多合作伙伴一道 为用户提供最良好设备 创造更舒适的居住和办公环境 享受美好生活( 上接第 13 页 )4 结束语建设部建设 1997290 号文件颁布的意义深远目前我国智能建筑领域发展的形势

15、已经不是 90年代中的无章可循 无规可遵 当前需要注意的现象是 市场行为有章不循 技术行为有规不遵 自行其是习以为常 造成混乱 应当指出的是 对于政府文件 国家标准视而不见我行我素 已不属于学术上 百花齐放 百家争鸣 的范畴 中国建筑智能化事业的规范 有序 健康 正常发展 需要业界广大有识的专家学者 科技工程人员及政府工作人员 以大局为重 克服山头与本位 同心协力参 考 文 献1 林选才 . 加强建筑智能化系统工程的设计管理势在必行 .工程设计 CAD 及自动化 1997.52 徐兴声 . 智能建筑建设中的模糊概念辨析 . 工程设计 CAD及自动化 1997.53 徐兴声 . 知识经济 创新体系与智能建筑 . 工程设计 CAD与智能建筑 1999.14 徐兴声 . 我国智能建筑发展与政府行为 . 工程设计 CAD 与智能建筑 1999.10