變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探索

王進(jìn)

摘要：變風(fēng)量空調(diào)，是指在保證送風(fēng)溫度沒(méi)有改變的條件下，通過(guò)改變空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量的辦法來(lái)滿(mǎn)足室內(nèi)負(fù)荷的變化。本文介紹了變風(fēng)量控制系統(tǒng)的構(gòu)成，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各變風(fēng)量末端的送風(fēng)裝置，滿(mǎn)足其對(duì)不同溫濕度的要求，節(jié)省能耗及運(yùn)營(yíng)成本。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調(diào)；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TU831.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-168-02

前言

隨著智能建筑技術(shù)的發(fā)展，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為智能建筑系統(tǒng)中的重要組成部分。由于使用量的增大，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，這也導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)建筑的能耗比重越來(lái)越大。很多國(guó)家在建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)設(shè)備改造等方面進(jìn)行改造，取得了一定的節(jié)能效果，但就空調(diào)控制系統(tǒng)如何采用新型控制策略，以達(dá)到節(jié)能目的的研究甚少。

1.變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)概念

變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)（VAV）主要指一種能夠根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化及室內(nèi)需求參數(shù)變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量、回風(fēng)量，最終滿(mǎn)足室內(nèi)參數(shù)滿(mǎn)足要求的一種新型全空氣空調(diào)系統(tǒng)。

2.變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)組成

2.1變風(fēng)量末端裝置控制

變風(fēng)量末端裝置是VAV系統(tǒng)中的核心裝置，主要用于調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的送風(fēng)量和維持室溫，一個(gè)末端裝置的功能直接影響到VAV系統(tǒng)的正常工作。變風(fēng)量末端裝置在室內(nèi)溫度發(fā)生變化時(shí)，由室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)向末端裝置發(fā)出調(diào)節(jié)送風(fēng)量的指令，末端裝置則依據(jù)制定對(duì)風(fēng)閥的開(kāi)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，對(duì)送入室內(nèi)的風(fēng)量進(jìn)行改變，從而達(dá)到了滿(mǎn)足室內(nèi)符合需求的目的。

2.2靜壓控制

靜壓控制也稱(chēng)為壓力控制，目的在于保持VAV系統(tǒng)風(fēng)管中最佳的靜壓。在VAV系統(tǒng)中，需要根據(jù)靜壓傳感器發(fā)出的信號(hào)來(lái)對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)量變化進(jìn)行感知，然后通過(guò)控制器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的送風(fēng)量。在靜壓控制值，預(yù)設(shè)點(diǎn)的選擇是十分重要的，最佳設(shè)定點(diǎn)不能預(yù)先計(jì)算，而是要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析判斷，若設(shè)定點(diǎn)的選擇過(guò)低，則導(dǎo)致最大風(fēng)量不能滿(mǎn)足全部房間的需求，若設(shè)定點(diǎn)選擇過(guò)高，則導(dǎo)致能耗、噪音增加，也不利于控制送風(fēng)量。

3.變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1送風(fēng)量控制的設(shè)計(jì)

在變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)送風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，一般結(jié)合靜壓傳感器信號(hào)感知系統(tǒng)風(fēng)量發(fā)生的變化情況，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)來(lái)影響送風(fēng)量。靜壓控制器在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)控制轉(zhuǎn)速或者入口導(dǎo)葉穩(wěn)定靜壓控制點(diǎn)的靜壓值，以此來(lái)彌補(bǔ)下游風(fēng)道、末端裝置產(chǎn)生的壓力損失，由此可見(jiàn)，恒定靜壓的主要目的是確保任何末端入口壓力穩(wěn)定性，進(jìn)而保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。如果室內(nèi)負(fù)荷逐漸增大，那么相對(duì)應(yīng)的變風(fēng)量箱內(nèi)的風(fēng)閥也會(huì)擴(kuò)大，同時(shí)降低主風(fēng)管靜壓，控制器則需要維持在恒定靜壓，并提升風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，反之，如果負(fù)荷降低，靜壓則會(huì)上升，更好地確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果送風(fēng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值，那么控制器會(huì)自動(dòng)加熱，當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，將會(huì)自動(dòng)停止。

3.2新送風(fēng)量控制的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)使得總新風(fēng)量產(chǎn)生變化，在需要確保新風(fēng)量不發(fā)生變化情況下，需要通過(guò)恒定新風(fēng)量的方式和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制：一方面，將最小新風(fēng)到與經(jīng)濟(jì)循環(huán)風(fēng)道分隔開(kāi)，重新設(shè)置新風(fēng)閥，并在最小新風(fēng)道上設(shè)置流量傳感器，促使傳感器能夠感受新送風(fēng)量強(qiáng)弱，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，確保最小新送風(fēng)量穩(wěn)定性，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。一般情況下，由于現(xiàn)場(chǎng)情況具有復(fù)雜性特點(diǎn)，在很大程度上影響測(cè)量與控制效果。為了能夠提高測(cè)量準(zhǔn)確性，需要合理設(shè)置流量傳感器位置，確保傳感器前后均具有一段直管段，以此來(lái)提高感應(yīng)準(zhǔn)確性，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。另一方面，混風(fēng)壓力發(fā)生變化是產(chǎn)生新風(fēng)量變化的主要原因之一，為此，為了保證新風(fēng)量，可以采取恒定新回風(fēng)混合箱內(nèi)壓力的形式，關(guān)閉經(jīng)濟(jì)循環(huán)新風(fēng)閥，穩(wěn)定混風(fēng)壓力，減少對(duì)新風(fēng)量的影響。另外，在過(guò)渡階段，可以通過(guò)控制器調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)循環(huán)風(fēng)閥的開(kāi)度，在新風(fēng)量增加的同時(shí)，減少混風(fēng)壓力，與此同時(shí)，控制器將混風(fēng)閥減小直至完全關(guān)閉，確保新風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，滿(mǎn)足室內(nèi)溫度需求。

3.3送回風(fēng)風(fēng)量匹配控制的設(shè)計(jì)

變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)中，送回風(fēng)風(fēng)量會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化，以此來(lái)確保房間內(nèi)壓力始終處于穩(wěn)定性。由于受到房間內(nèi)向外滲風(fēng)和廁所排風(fēng)的影響，會(huì)適當(dāng)削弱回風(fēng)量。通常情況下，常用的風(fēng)量匹配控制方法主要包括以下兩種：一方面，送風(fēng)機(jī)與回風(fēng)機(jī)均由一個(gè)控制器控制，如果負(fù)荷降低，那么送回風(fēng)量將會(huì)共同減少，雖然，這種差值會(huì)造成新排風(fēng)量不平衡現(xiàn)象，但是，對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性并不會(huì)產(chǎn)生影響，可以忽略不計(jì)。另一方面，在送風(fēng)與回風(fēng)風(fēng)道處設(shè)置風(fēng)量計(jì)，并設(shè)置控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)二者之間的差值計(jì)算與調(diào)節(jié)，解決系統(tǒng)不穩(wěn)問(wèn)題，提高系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。

3.4案例分析

某寫(xiě)字樓建筑總面積20萬(wàn)平方米，外部結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架，內(nèi)部剪力墻核心簡(jiǎn)，且處于溫帶大陸性氣候帶。該寫(xiě)字樓溫度控制是由VAV控制器組成，并由主副環(huán)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿(mǎn)足寫(xiě)字樓日常需求，主環(huán)一般負(fù)責(zé)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并將室內(nèi)溫度作為基礎(chǔ)，促使副環(huán)隨著溫度的變化而變化，在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比室內(nèi)及預(yù)訂溫度值之間的差值，利用PID控制算法，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至副環(huán)，副環(huán)得到系統(tǒng)指令后，通過(guò)末端實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)，確保送風(fēng)穩(wěn)定性。VAV在實(shí)際應(yīng)用中，要立足于實(shí)際情況，促使系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮自身靈活性、低能耗優(yōu)勢(shì)，為用戶(hù)創(chuàng)建更加舒適、健康的生活、工作環(huán)境。

4.變風(fēng)量空調(diào)控制系統(tǒng)在不同區(qū)域的應(yīng)用

4.1有壓差梯度控制的方法

壓差梯度是由該房間的送風(fēng)減去回風(fēng)和排風(fēng)的余風(fēng)量值來(lái)建立。由于系統(tǒng)總送風(fēng)是由總新風(fēng)和總回風(fēng)組成，新風(fēng)量變化需防止集中式空調(diào)總回風(fēng)量的變化，避免影響到房間的余風(fēng)量，造成壓差梯度的變化。變新風(fēng)量系統(tǒng)在冬夏季模式和過(guò)渡季模式的兩種運(yùn)行模式有以下控制方法：

（1）冬夏季模式：變新風(fēng)量系統(tǒng)在冬夏季模式時(shí)，只要根據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)新風(fēng)比風(fēng)量平衡后的交付使用狀態(tài)運(yùn)行。

（2）過(guò)渡季模式：在過(guò)渡季模式實(shí)現(xiàn)新風(fēng)最大化有三個(gè)前提條件：空調(diào)機(jī)組排風(fēng)管與空調(diào)機(jī)組新風(fēng)管的尺寸要匹配：空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)風(fēng)量及風(fēng)壓需要有一定的余量：設(shè)計(jì)時(shí)采用定風(fēng)量控制的空調(diào)自控系統(tǒng)。定風(fēng)量控制的空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須包括空調(diào)箱新風(fēng)管與排風(fēng)管安裝聯(lián)鎖控制的電動(dòng)風(fēng)閥：采用送風(fēng)靜壓與空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)變頻聯(lián)鎖及末端送風(fēng)口安裝定風(fēng)量閥：增加回風(fēng)箱采用回風(fēng)靜壓與回風(fēng)箱風(fēng)機(jī)變頻聯(lián)鎖及末端回風(fēng)口安裝定風(fēng)量閥。

當(dāng)在空調(diào)自控系統(tǒng)中手動(dòng)開(kāi)大新風(fēng)閥增大空調(diào)機(jī)組送風(fēng)的新風(fēng)比后，與新風(fēng)閥聯(lián)鎖的排風(fēng)閥也會(huì)自動(dòng)調(diào)整到相應(yīng)的開(kāi)度，通過(guò)空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)的頻率變化和末端送風(fēng)定風(fēng)量閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)保持送風(fēng)量幾乎不變，通過(guò)回風(fēng)箱風(fēng)機(jī)的頻率變化和末端排風(fēng)定風(fēng)量閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)保持區(qū)域房間的回風(fēng)量、空調(diào)機(jī)組的總回風(fēng)量幾乎不變，不影響原有的壓差梯度。鑒于過(guò)渡季白天和晚上溫差較大，建議晚上恢復(fù)到冬夏季模式。

4.2不需要考慮壓差梯度的辦公區(qū)控制方法

在辦公區(qū)運(yùn)行時(shí)，變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)流程中參與控制的傳感器和電動(dòng)風(fēng)閥必須在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮。由于辦公區(qū)集中式空調(diào)系統(tǒng)一般在晚上處于停止?fàn)顟B(tài)，所以無(wú)需切換回冬夏季模式。

5.結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)變風(fēng)量（VAv）系統(tǒng)的概念、組成等進(jìn)行說(shuō)明，介紹其在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，在項(xiàng)目工程中需要控制好系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，在施工中遵守施工標(biāo)準(zhǔn)做好接口、保溫等細(xì)致工作，調(diào)試人員需要對(duì)末端風(fēng)量進(jìn)行仔細(xì)核準(zhǔn)，最后通過(guò)合理調(diào)試送風(fēng)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)室溫的控制。