基于溫濕度獨立控制系統(tǒng)的新風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)分布式預(yù)測控制研究

文｜廣州市設(shè)計院 李繼路 劉 謹 黃 偉

杭州華電華源環(huán)境工程有限公司 胡良軍

1 引言

本研究課題是基于溫濕度獨立控制系統(tǒng)中的“置換通風(fēng)+冷輻射”空調(diào)系統(tǒng)進行的，如圖1所示。冷輻射吊頂和冷梁主要負責(zé)消除室內(nèi)的顯熱負荷，地板送新風(fēng)系統(tǒng)（置換通風(fēng)系統(tǒng)）負責(zé)消除室內(nèi)的濕負荷。

圖1 溫濕度獨立控制系統(tǒng)室內(nèi)空調(diào)示意圖

在南方亞熱帶地區(qū)，新風(fēng)系統(tǒng)的控制至關(guān)重要，因為精確的控制才能保證冷輻射天花不會結(jié)露，確?？照{(diào)系統(tǒng)的安全運行；另外新風(fēng)負荷的能耗約占空調(diào)總能耗的50%，故新風(fēng)供應(yīng)按需精確控制，對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行具有重要意義。

本文將重點描述在溫濕度獨立控制系統(tǒng)中，一種新穎的變風(fēng)量新風(fēng)系統(tǒng)的分布式預(yù)測控制系統(tǒng)，運用整套成熟和適用的控制原理進行優(yōu)化控制，最終達到系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的目標，從而提供一個舒適、安全的生活和工作環(huán)境，以及實現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能運行。

2 新風(fēng)變風(fēng)量分布式控制系統(tǒng)簡介

分布式控制系統(tǒng)又稱為集散式控制系統(tǒng)，簡稱DCS，它是一個為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復(fù)雜的過程控制要求，從綜合自動化的角度出發(fā)，按功能分散、集中管理的原則構(gòu)思，采用多層分級，合作自治的結(jié)構(gòu)形式，綜合計算機、通信、終端顯示和控制技術(shù)而發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)。

本工程的一臺組合式新風(fēng)空調(diào)機組負責(zé)供應(yīng)較大區(qū)域的新風(fēng)供應(yīng)，由于房間間隔多，新風(fēng)末端的VAV BOX數(shù)量較大，故該控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，采用分布式控制系統(tǒng)是很好的選擇，根據(jù)新風(fēng)管網(wǎng)的阻力特性，采用分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，具體如圖2所示。

圖2 新風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)示意圖

（1）末端變風(fēng)量控制器：VAV BOX是整個新風(fēng)系統(tǒng)的最末端設(shè)備，用于房間濕度的調(diào)節(jié)控制。VAV BOX根據(jù)室內(nèi)濕度的變化自動調(diào)節(jié)閥門開度，確保送入室內(nèi)新風(fēng)量滿足室內(nèi)實際動態(tài)需求；根據(jù)房間絕對含濕量的變化自動調(diào)節(jié)送風(fēng)量的大?。ㄐ嘛L(fēng)機組的送出的為定狀態(tài)的干空氣），確保房間相對濕度值。這樣較好的解除了相對濕度與干球溫度的耦合關(guān)系。

（2）樓層變風(fēng)量控制器：樓層電動變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥根據(jù)樓層水平送風(fēng)管靜壓值變化以及末端VAV BOX上傳總風(fēng)量進行控制，自動調(diào)節(jié)變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)樓層變風(fēng)量運行；樓層調(diào)節(jié)閥采用壓力無關(guān)型變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。

（3）新風(fēng)機組控制器：首先將新風(fēng)空調(diào)器的送風(fēng)狀態(tài)控制在設(shè)定范圍內(nèi)；其次根據(jù)送風(fēng)立管的靜壓值變化，并根據(jù)樓層控制器上傳的總風(fēng)量進行控制，自動調(diào)節(jié)新風(fēng)空調(diào)器的運行頻率，調(diào)節(jié)送風(fēng)量的輸出值。

以上控制器同時自帶標準通訊協(xié)議，與上一級網(wǎng)絡(luò)控制器通信，將數(shù)據(jù)上傳給網(wǎng)絡(luò)控制器，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器傳到監(jiān)控計算機。同時也接收來自監(jiān)控計算機的修改參數(shù)或開關(guān)機等命令，實現(xiàn)遠程控制。

圖3 新風(fēng)VAV BOX的絕對濕度預(yù)測控制示意圖

3 新風(fēng)VAV BOX的絕對濕度預(yù)測控制

變風(fēng)量新風(fēng)系統(tǒng)的末端裝置新風(fēng)VAV BOX通過絕對濕度來控制新風(fēng)量。某一區(qū)域內(nèi)人數(shù)的變化將改變這一區(qū)域的含濕量，含濕量的改變用來對新風(fēng)進行調(diào)節(jié)。

根據(jù)濕度設(shè)定值d與實測值比較，進行VAV設(shè)定風(fēng)量設(shè)定，再根據(jù)實際風(fēng)量與設(shè)定風(fēng)量的比較，進行新風(fēng)量控制；在VAV最大風(fēng)量和最小風(fēng)量間調(diào)節(jié)?？刂频哪繕耸牵簩崪y濕度為設(shè)定濕度d±1g/kg。

按以下公式計算設(shè)定風(fēng)量：

設(shè)定風(fēng)量G設(shè)=Gmin+P1/10×（Gmax-Gmin）

Gmax：最大風(fēng)量；

Gmin：最小風(fēng)量；

P1：實測絕對濕度與設(shè)定絕對濕度比較，進行PID計算得到的輸出值，范圍為0～10。

VAV BOX根據(jù)實測得到的實際風(fēng)量與設(shè)定風(fēng)量G設(shè)比較進行PID計算，輸出值控制電動風(fēng)閥執(zhí)行器，來調(diào)節(jié)閥門開度，使實際風(fēng)量趨向設(shè)定風(fēng)量。

這里用到了兩次PID計算，由于每次控制的目標不一樣，PID程序中的比例、積分、微分的參數(shù)也各不相同。需要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試來確定各個參數(shù)的值。當今的各種樓宇自控的控制器中均自帶PID程序，調(diào)試人員只需調(diào)整各個參數(shù)即可，如圖3所示。

4 結(jié)束語

在溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中，變風(fēng)量新風(fēng)的控制是整個控制系統(tǒng)中的重點和難點。通過對室內(nèi)環(huán)境參數(shù)絕對濕度預(yù)測控制和新風(fēng)系統(tǒng)各組成部分的分布式控制，不僅能較精確地控制室內(nèi)相對濕度，避免輻射板結(jié)露，同時控制穩(wěn)定可靠，具有很好的舒適和節(jié)能效果。