基于溫濕度獨立控制系統的新風變風量系統分布式預測控制研究

文｜廣州市設計院 李繼路 劉 謹 黃 偉

杭州華電華源環境工程有限公司 胡良軍

1 引言

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

圖1 溫濕度獨立控制系統室內空調示意圖

在南方亞熱帶地區，新風系統的控制至關重要，因為精確的控制才能保證冷輻射天花不會結露，確?？照{系統的安全運行；另外新風負荷的能耗約占空調總能耗的50%，故新風供應按需精確控制，對空調系統的節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中，一種新穎的變風量新風系統的分布式預測控制系統，運用整套成熟和適用的控制原理進行優化控制，最終達到系統高效穩定運行的目標，從而提供一個舒適、安全的生活和工作環境，以及實現空調的節能運行。

2 新風變風量分布式控制系統簡介

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

本工程的一臺組合式新風空調機組負責供應較大區域的新風供應，由于房間間隔多，新風末端的VAV BOX數量較大，故該控制系統比較復雜，采用分布式控制系統是很好的選擇，根據新風管網的阻力特性，采用分級、合作自治的結構形式，具體如圖2所示。

圖2 新風變風量系統示意圖

（1）末端變風量控制器：VAV BOX是整個新風系統的最末端設備，用于房間濕度的調節控制。VAV BOX根據室內濕度的變化自動調節閥門開度，確保送入室內新風量滿足室內實際動態需求；根據房間絕對含濕量的變化自動調節送風量的大?。ㄐ嘛L機組的送出的為定狀態的干空氣），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系。

（2）樓層變風量控制器：樓層電動變風量調節閥根據樓層水平送風管靜壓值變化以及末端VAV BOX上傳總風量進行控制，自動調節變風量調節閥開度實現樓層變風量運行；樓層調節閥采用壓力無關型變風量調節閥。

（3）新風機組控制器：首先將新風空調器的送風狀態控制在設定范圍內；其次根據送風立管的靜壓值變化，并根據樓層控制器上傳的總風量進行控制，自動調節新風空調器的運行頻率，調節送風量的輸出值。

以上控制器同時自帶標準通訊協議，與上一級網絡控制器通信，將數據上傳給網絡控制器，并經網絡控制器傳到監控計算機。同時也接收來自監控計算機的修改參數或開關機等命令，實現遠程控制。

圖3 新風VAV BOX的絕對濕度預測控制示意圖

3 新風VAV BOX的絕對濕度預測控制

變風量新風系統的末端裝置新風VAV BOX通過絕對濕度來控制新風量。某一區域內人數的變化將改變這一區域的含濕量，含濕量的改變用來對新風進行調節。

根據濕度設定值d與實測值比較，進行VAV設定風量設定，再根據實際風量與設定風量的比較，進行新風量控制；在VAV最大風量和最小風量間調節?？刂频哪繕耸牵簩崪y濕度為設定濕度d±1g/kg。

按以下公式計算設定風量：

設定風量G設=Gmin+P1/10×（Gmax-Gmin）

Gmax：最大風量；

Gmin：最小風量；

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

VAV BOX根據實測得到的實際風量與設定風量G設比較進行PID計算，輸出值控制電動風閥執行器，來調節閥門開度，使實際風量趨向設定風量。

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、微分的參數也各不相同。需要根據現場調試來確定各個參數的值。當今的各種樓宇自控的控制器中均自帶PID程序，調試人員只需調整各個參數即可，如圖3所示。

4 結束語

在溫濕度獨立控制空調系統中，變風量新風的控制是整個控制系統中的重點和難點。通過對室內環境參數絕對濕度預測控制和新風系統各組成部分的分布式控制，不僅能較精確地控制室內相對濕度，避免輻射板結露，同時控制穩定可靠，具有很好的舒適和節能效果。