變風量空調控制系統的設計與應用

文｜浙江中控研究院有限公司 孫 全

在建筑物內，暖通空調系統隨環境及使用情況的不同，負荷也不斷發生變化，建立一個實時調整并合理滿足暖通使用需求的空調系統已成為建筑運營的迫切需求；而變風量空調系統是近年來被廣泛推廣并應用到建筑空調的節能技術，其是一種基于逐時負荷計算的全空氣空調系統。例如在一個建筑中，各個區域負荷差異較大，就可以通過變風量系統調整系統風量和冷量達到使用需求及節能目標，通過變風量空調系統的有效控制，可節約運行費用20%～30%。

在我們日常使用的定風量系統中，采用風機盤管通過溫控器控制，容易產生環境溫度過冷或過熱、冷凝水過多對吊頂造成污染、噪聲大影響工作或休息等；而設計如采用變風量系統則不會出現此類問題，除了能最大程度保證恒溫運行外，噪聲等其他問題也能得到很好的解決；系統可根據實際需求符合實現按需提供、按需分配、按需運行等，系統運行靈活、調節合理、使用便捷等。

1 項目概況

某辦公大樓，地下2層、地面21層，建筑面積五萬余平方米，其中地下層為汽車停車庫、非機動車停車庫、重要機房、庫房等；1至5層為群房，配備咖啡店、健身中心、商場、銀行、消控中心及弱電機房等；6至21層為辦公。

2 系統設計

設計中辦公層采用帶熱水加熱盤管的VAV末端裝置，夏季通過調節VAV末端裝置的冷風量來適應負荷的變化，冬季調節VAV設備的冷風量，冷風量減少到最小設定風量，室溫仍低于設計溫度時，開啟加熱盤管上電動閥加熱以滿足使用要求。

大樓公共區域采用中央空調，在大樓群房1至5層區域采用吊頂式新風機組及臥式空調機組，其具體控制內容如下：對每臺新風機組進行優化控制，通過軟件進行時間的累計和生成溫度曲線；新風機組設置手動/自動控制，每臺新風機組都有就地選擇開關來選擇手動/樓宇自動化控制。在樓宇自動控制模式下，樓宇自控系統將按時間表來操作新風機組，執行相關的控制程序和聯鎖。在手動模式下，樓宇系統控制功能失效，但監視功能和新風機末端風量調節仍然保持工作；新風機組末端都配有電動風閥和電動執行器，以達到控制風量的目的。

控制過程如下：

在新風門和末端送風門安裝的電動新風閥門接受就地安裝的DDC控制器的指令。當DDC控制器接收的室內CO2濃度或者室內壓力與設定值有偏差時，現場DDC控制器內置的控制算式，如比例控制P、比例加積分控制PI、PID和優化PID發出控制信號到電動調節風閥，調節末端送風閥的開度，這樣構成閉環控制，保持室內CO2濃度和室內壓力在要求的控制范圍內，達到空氣清新的環境要求。當新風機組停止運行時，自動關閉新風閥。

電動新風閥門與送風機聯鎖控制，送風機工作時，閥門保持打開狀態；送風機組停止工作時，閥門保持關閉狀態。

在新風過濾段上設置壓差開關，監測過濾器上的積塵所造成的氣阻，當積塵過多時，則發出報警，提示清理過濾器。

每臺新風機實時監測送風的溫度情況，DDC通過設定溫度與送風溫度的比對，實施調整表冷器電動二通閥執行器，嚴格控制表冷器內的冷凍水流量，始終將送風溫度控制在設定溫度范圍內，以確保室內環境溫度的舒適性。

各個公共區域溫濕度信號和室外的溫濕度信號，通過相應的DDC采集數據，然后通以MODBUS TCP網關形式讀取到電腦上，電腦主機與LED屏之間通過通信接口，在LED屏上發布各溫濕度信息。

3 系統特點

（1）采用單層網絡結構：Optisys系統采用了單層網絡結構和先進的現場總線控制技術，使得Optisys集散系統無論在可靠性和技術上都是世界領先的水平。中央控制室單獨設立中央工作站，通過訪問現場控制器將現場設備的數據進行采集、分析后，反饋給現場控制器，通過控制器執行相應的動作，實現管理、控制一體化。

（2）系統硬件配置：整個大廈樓宇自控系統共配置19臺PCS300系列DDC控制柜，通過以太網交換機組成控制主網絡，通過CAN總線分別擴展了21臺DDC控制柜。以滿足空調系統設備及其他機電等設施的要求。

（3）系統軟件配置：運行于Windows 2003/XP中文平臺，靈活的動態圖形操作界面，軟功能鍵、下拉式菜單，可用鼠標完成大部分功能。如：面向對象的數據庫、跨平臺數據庫數據交換、接口與服務器、數據采集與管理應用軟件、運行參數與狀態顯示應用軟件、運行記錄報表的打印應用軟件、中央調度及智能遠動控制應用軟件、故障診斷及報警應用軟件、面向Excel的趨勢數據界面、可制定的權限、運行畫面若干張、現場控制單元編程軟件。

（4）設備功能：系統由PC主機、彩色屏幕顯示器及打印機組成，可直接與以太網相連，通過密碼訪問樓宇自動化管理軟件，對全動態窗口進行監測；完成直觀的圖文操作、對數據歷史保存和打印、故障診斷和報警，方便管理和系統備份。

（5）BAS和電氣設備的I/O信號接口要求：按系統設計方案，BAS對大樓內的機電設備進行監視、控制和管理，所以BAS和大樓的這些機電設備要建立一定的I/O信號連接。

這種信號連接對于風機等電氣設備的電器控制盤（柜）的技術要求：

◆ BAS的輸入信號：設備運行狀態，過載報警，手動/自控狀態；

◆ BAS的輸出信號：設備啟停控制。

對于照明燈光的電器控制箱（盤）的技術要求：

◆ BAS的輸入信號：設備狀態，手動/自控狀態；

◆ BAS的輸出信號：開關控制。

BAS對電氣設備I/O信號的特別要求：

◆ BAS和電氣設備之間傳送的接點信號都是獨立的不帶電的，俗稱“干接點”；

◆ 從電氣控制箱送往BAS的狀態接點要求電阻小于1Ω。

從BAS的DDC控制盤送到電氣控制箱的開關控制接點額定容量為230V或24V，如啟動觸點功率過大，則采用隔離繼電器進行隔離啟動。

（6）BA系統電源和接地

BA系統電源采用單獨設置，由機房內的UPS統一供電，不與動力、照明等合用。BA系統電源箱設置在中央控制室，至各現場控制器的電源均由BA系統電源箱集中供應。樓宇自控系統接地采用綜合接地方式，接地電阻小于1Ω。

4 結束語

樓宇自控系統在充分考慮現有設備和環境結構的同時，采用了在優化控制系統下實現了樓內設備的自動化控制，其降低成本，節約能源，為大樓建筑創建了一個安全、舒適、便捷的辦公環境。