變風(fēng)量系統(tǒng)控制管論文
摘要：本文對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施中的一些問題進(jìn)行了討淪。
關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端裝置自動(dòng)控制
由于變風(fēng)量系統(tǒng)具有可減少空調(diào)設(shè)備的安裝容量、節(jié)省運(yùn)行能耗、可以滿足不同房間不同溫度控制的要求、適應(yīng)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(jí)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(shè)計(jì)中的新的辦公樓也采用了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)將會(huì)越來越多。本文僅就系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)及實(shí)施中的一些問題進(jìn)行討論。
1.變風(fēng)量系統(tǒng)的控制
變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制可分為變風(fēng)量空調(diào)機(jī)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(diào)系統(tǒng)為例，來討論監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置及主要的控制功能。該系統(tǒng)為單風(fēng)道系統(tǒng)，建筑物內(nèi)、外區(qū)共用同一空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)區(qū)變風(fēng)量末端裝置為單風(fēng)道基本型，外區(qū)變風(fēng)量末端裝置為帶再熱的串聯(lián)式風(fēng)機(jī)動(dòng)力型。
圖1變風(fēng)量系統(tǒng)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(jī)動(dòng)力型（帶再熱）
（1）監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置
1）變風(fēng)量末端裝置
變風(fēng)量末端裝置監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置見圖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(jī)動(dòng)力型。需要說明的是：①室內(nèi)溫度傳感器為帶溫度設(shè)定功能型，故設(shè)2AI點(diǎn)；②壓力無關(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(shè)1AI點(diǎn)；③熱水盤管調(diào)節(jié)閥的控制可為開/關(guān)型，也可以為增量調(diào)節(jié)型和連續(xù)調(diào)節(jié)型。此處為開/關(guān)型控制，設(shè)1DO點(diǎn)；④風(fēng)閥控制可用1AO點(diǎn)或2DO點(diǎn)；
2）變風(fēng)量機(jī)組
監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置見圖1，需要說明的是：為風(fēng)機(jī)的變頻器設(shè)6個(gè)點(diǎn)，變頻器電源控制設(shè)3個(gè)點(diǎn)，用于手動(dòng)/自動(dòng)開關(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(yùn)行監(jiān)控設(shè)三個(gè)點(diǎn)，頻率控制1AO點(diǎn)，頻率反饋1AI點(diǎn)，故障報(bào)警1DI點(diǎn)；
（2）控制
1）變風(fēng)量末端裝置的控制
壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端裝置對室內(nèi)溫度的控制為串級(jí)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(diào)節(jié)品質(zhì)。在此例中內(nèi)區(qū)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(diào)節(jié)風(fēng)閥的運(yùn)行范圍受空調(diào)設(shè)計(jì)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(tǒng)調(diào)試時(shí)需將這兩個(gè)參數(shù)編寫到調(diào)節(jié)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(jī)動(dòng)力型（帶再熱）末端裝置控制特性
圖4為外區(qū)變風(fēng)量末端裝置的控制特性，當(dāng)房間溫度大于設(shè)定值時(shí)，控制器控制風(fēng)閥開大，加大一次風(fēng)量，二次風(fēng)量相應(yīng)減少，直至最大風(fēng)量，最大風(fēng)量等于風(fēng)機(jī)風(fēng)量。當(dāng)房間溫度低于設(shè)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(yīng)加大，若到了最小一次風(fēng)與最大二次風(fēng)區(qū)域，房間溫度繼續(xù)降低，則再加熱器投入工作，提高送風(fēng)溫度，以滿足室內(nèi)負(fù)荷的要求。
變風(fēng)量末端裝置的運(yùn)行與變風(fēng)量機(jī)組同步，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，則末端裝置的風(fēng)機(jī)必開。
2）變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組的控制
在冬、夏季，根據(jù)送風(fēng)溫度控制（PI）熱、冷水調(diào)節(jié)閥，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值。
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷減小到某一程度時(shí)，可參考回風(fēng)溫度、末端裝置風(fēng)閥的開度來修改送風(fēng)溫度設(shè)定值。以避免部分房間的變風(fēng)量末端裝置運(yùn)行在最小或最大風(fēng)量時(shí)，室溫仍達(dá)不到設(shè)定值。
在冬季，根據(jù)回風(fēng)相對濕度控制加濕閥，以保證室內(nèi)相對濕度。
送風(fēng)量控制目前常采用控制系統(tǒng)靜壓的方式，改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)對機(jī)組送風(fēng)量的.調(diào)節(jié)，這是暖通規(guī)范推薦的方式。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一最低允許值，此值對應(yīng)于系統(tǒng)的最小風(fēng)量。系統(tǒng)的送風(fēng)靜壓與送風(fēng)溫度控制之間要相互協(xié)調(diào)，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(tǒng)根據(jù)負(fù)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(jié)能，但此種方式易使系統(tǒng)不穩(wěn)定，故而在實(shí)際工程中使用時(shí)要注意控制程序的設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換參數(shù)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(jù)實(shí)測的新風(fēng)量F來調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)閥門開度，使新風(fēng)量達(dá)到設(shè)定值，保持新風(fēng)量不變。當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量減少時(shí)，開新風(fēng)閥關(guān)回風(fēng)閥，回風(fēng)風(fēng)量減少，新風(fēng)比加大。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最小風(fēng)量時(shí)，新風(fēng)比為100%，即無回風(fēng)，全部用新風(fēng)。
2.監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃
在大型建筑物中，變風(fēng)量系統(tǒng)數(shù)量多，末端裝置的數(shù)量大，例如信遠(yuǎn)大廈，變風(fēng)量系統(tǒng)有60多個(gè)，變風(fēng)量末端裝置有一千余臺(tái)。除變風(fēng)量系統(tǒng)外，建筑物內(nèi)還有其他許多需監(jiān)控的設(shè)備。顯然，對于這類大型建筑物，它的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)大型有多條總線的系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)本著科學(xué)和節(jié)約的原則仔細(xì)規(guī)化，通常有以下幾點(diǎn)需要注意：
（1）應(yīng)將控制某一變風(fēng)量機(jī)組的控制器（DDC）與此系統(tǒng)所負(fù)責(zé)送風(fēng)的末端裝置的控制器設(shè)在同一條通信總線上，這樣將有利網(wǎng)絡(luò)通信和整個(gè)變風(fēng)量系統(tǒng)的管理和運(yùn)行。同時(shí)此總線所帶的控制器或監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量要合理，不可有太多的富裕量。
（2）對系統(tǒng)總線的規(guī)劃，在考慮上述因素的同時(shí)，尚應(yīng)注意總線施工和維護(hù)的難易程度。
（3）應(yīng)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(shè)一個(gè)有溫度設(shè)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(shè)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)無溫度設(shè)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(shè)定功能的溫度傳感器安裝于墻上，無溫度設(shè)定功能的溫度傳感器多設(shè)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(shè)定。
設(shè)計(jì)時(shí)，具體采用何種溫度傳感器，要根據(jù)建筑和空調(diào)專業(yè)的設(shè)計(jì)，仔細(xì)劃分變風(fēng)量末端裝置的服務(wù)區(qū)，按照區(qū)域的建筑和使用特點(diǎn)，為相應(yīng)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(zhǔn)的問題。為此，可根據(jù)回風(fēng)或有代表性房間的二氧化碳濃度來控制新風(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(shè)置定風(fēng)量裝置（CVABox），穩(wěn)定輸送一定量的新風(fēng)。定風(fēng)量裝置又稱為風(fēng)量調(diào)節(jié)器，圖3為其外形及結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種機(jī)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(shè)定。裝置內(nèi)部設(shè)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(diào)節(jié)器在允許的壓差范圍內(nèi)將風(fēng)量保持在設(shè)定的流量上。
a.b.
a.外形b.內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
圖5風(fēng)量調(diào)節(jié)器
（2）變頻調(diào)速
風(fēng)機(jī)電機(jī)的功耗與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，故而當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)量減少時(shí)，風(fēng)機(jī)的耗電量會(huì)降低很多。考慮到變頻調(diào)速裝置的能耗及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后效率的下降等因素，變頻調(diào)速方式節(jié)能與轉(zhuǎn)速達(dá)不到三次方的關(guān)系，但還是很可觀的，例風(fēng)量為50%時(shí)，電機(jī)功耗約為15%。
風(fēng)機(jī)是變轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，變頻器應(yīng)按此來進(jìn)行配置。目前許多制造商都生產(chǎn)專為空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)控制而設(shè)計(jì)的變頻器，這種變頻器有較好的性價(jià)比。選擇時(shí)應(yīng)使電機(jī)功率與變頻器的功率相匹配，電機(jī)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(jī)的要求相吻合，同時(shí)還應(yīng)注意變頻器的干擾與輸出至風(fēng)機(jī)電機(jī)間的允許距離。
變頻器電源是否要控制，這與強(qiáng)電設(shè)計(jì)有關(guān)，在實(shí)際工程中也有不設(shè)這些監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)例，這不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，但在單臺(tái)切斷空調(diào)系統(tǒng)電源方面不大方便。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(yuǎn)方”或“就地”控制模式的設(shè)定。當(dāng)設(shè)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(diào)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)試及風(fēng)機(jī)維修；當(dāng)設(shè)置為“遠(yuǎn)方”時(shí)，則由監(jiān)控系統(tǒng)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(dāng)變頻器由系統(tǒng)控制時(shí)，可為同類的變頻器配置一塊面板，它僅用于變頻器的參數(shù)設(shè)定和初調(diào)。但此方式若用于變風(fēng)量系統(tǒng)，會(huì)給先于監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試帶來諸多不便，故而最好為每一臺(tái)變頻器配置一塊控制面板。
（3）風(fēng)壓差開關(guān)
在選擇風(fēng)壓差開關(guān)時(shí)要注意使其性能指標(biāo)滿足變風(fēng)量系統(tǒng)運(yùn)行的要求，因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行在最小風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)兩端的風(fēng)壓差也為最小值。選擇不當(dāng)，則可能出現(xiàn)系統(tǒng)在最小風(fēng)量運(yùn)行時(shí)，風(fēng)壓差開關(guān)不動(dòng)作的情況。而且在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)為最小風(fēng)量運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)風(fēng)壓差開關(guān)的動(dòng)作值。
過濾器風(fēng)壓差開關(guān)的動(dòng)作值調(diào)試則應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量下進(jìn)行。表1為國家標(biāo)準(zhǔn)《組合式空調(diào)機(jī)組》GB/T14294-93對各類過濾器初阻力的規(guī)定。對過濾器積塵狀況檢測的風(fēng)壓差開關(guān)，應(yīng)根據(jù)表中不同效率的過濾器之初阻力與積塵后允許的終阻力來選型和設(shè)定動(dòng)作值。對于粗效過濾器，終阻力一般都大于表中允許值的2倍。
過濾器效率和阻力表1
粗效
中效
高中效
亞高效
大氣塵粒徑（μm）
≥5
≥1
≥1
≥0.5
計(jì)數(shù)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(xiàn)
1.潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
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