變風(fēng)量空調(diào)總風(fēng)量控制系統(tǒng)分析

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高。隨之對(duì)于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的使用也越來(lái)越多。但是變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的耗能也逐漸增多，所以針對(duì)風(fēng)量控制系統(tǒng)研究進(jìn)展采取相應(yīng)的控制手段，減少變風(fēng)量空調(diào)能耗等優(yōu)化手段具有重要意義。本文通過(guò)相關(guān)事例對(duì)變風(fēng)量空調(diào)的總風(fēng)量控制系統(tǒng)進(jìn)行合理研究，對(duì)相關(guān)應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】邊鋒量空調(diào);總風(fēng)量;控制系統(tǒng)

前言

隨著生活要求的不斷提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)系統(tǒng)受到了全國(guó)各地的人民青睞，并且應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，應(yīng)用數(shù)量也急劇增加。隨著能源危機(jī)以及環(huán)境污染等問(wèn)題的不斷突出，如何能夠降低空調(diào)能耗，有效優(yōu)化變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是人們研究的重要焦點(diǎn)。

變風(fēng)量空調(diào)的總風(fēng)量控制系統(tǒng)（VAV）系統(tǒng)，這是根據(jù)所要控制區(qū)域的參數(shù)和空調(diào)負(fù)荷的變化情況而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量的控制。通過(guò)控制變風(fēng)量，可以滿足人們生活等各個(gè)方面的要求，并且變風(fēng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、維修量小、壽命長(zhǎng)、節(jié)能性好。

1.國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

自變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)問(wèn)世后，共經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：（1）是80年代的開(kāi)發(fā)定靜壓定溫度法;（2）90年代開(kāi)發(fā)出的定靜壓變溫法;（3）90年代后期的開(kāi)發(fā)出的變靜壓變溫法[1]。

現(xiàn)階段，在國(guó)外的建筑中已經(jīng)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式，成功應(yīng)用到空調(diào)及能量管理系統(tǒng)中，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)行全局控制。研究表明，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管理程序能在線運(yùn)行，可以在保證環(huán)境舒適的前提下，比其他的管理程序更加節(jié)能。

VAV技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)很成熟了，但是在國(guó)內(nèi)卻還處在發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)的VAV還存在些許問(wèn)題，例如新風(fēng)不足、氣流組織不好、房?jī)?nèi)負(fù)壓和正壓過(guò)大、系統(tǒng)調(diào)控不穩(wěn)定、節(jié)能效果不明顯等。現(xiàn)階段我國(guó)空調(diào)系統(tǒng)采用定靜壓控制方式。在清華大學(xué)，研究人員提出了總風(fēng)量控制法，認(rèn)為總風(fēng)量控制法節(jié)能效果不如變靜壓控制法，但是由于少壓力控制環(huán)節(jié)，故穩(wěn)定性很好。

2.VAV系統(tǒng)控制環(huán)路

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)主要由送風(fēng)溫度控制、新排風(fēng)量控制、送回風(fēng)量匹配控制、室溫控制等反饋控制環(huán)路組成。送風(fēng)控制的主要目標(biāo)就在于把室內(nèi)流動(dòng)氣流保持最佳狀態(tài)，用來(lái)阻止室內(nèi)的氣流組織紊亂[2]。而新排風(fēng)量控制是可以使室內(nèi)空間壓力維持在適當(dāng)水平，其中排風(fēng)閥的開(kāi)度應(yīng)參考新風(fēng)閥的裁定。空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)送風(fēng)量改變會(huì)引起送回風(fēng)量最差值的改變。使風(fēng)量維持在平衡狀態(tài)下，可通過(guò)控制器進(jìn)行調(diào)整。送風(fēng)壓控制常用方法是總風(fēng)量法、變靜壓法、定靜壓法、運(yùn)用總風(fēng)量時(shí)必須要計(jì)算VAV系統(tǒng)末端的裝置總瞬時(shí)風(fēng)量，同時(shí)參考風(fēng)道阻力和風(fēng)機(jī)性能曲線特點(diǎn)，確定轉(zhuǎn)速和流量的關(guān)系，主控制器利用此關(guān)系對(duì)風(fēng)機(jī)控制風(fēng)量進(jìn)行控制。定壓控制時(shí)需要將靜壓傳感器測(cè)定值和設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)風(fēng)管靜壓和風(fēng)機(jī)速度。空間溫度控制由主控制和副控制回路之分，主控制回路先對(duì)比設(shè)定溫度和室內(nèi)溫度的實(shí)際值，使用PID控制算法計(jì)算輸出風(fēng)量值，然后用于輸入副控制回路。這里副控制回路根據(jù)從主控制回路輸入值和末端裝置的實(shí)際風(fēng)量之間的差值，使用PID算法將結(jié)果傳輸?shù)斤L(fēng)閥執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)流量的控制。

3.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

3.1 具體事例

山東青島某甲級(jí)寫(xiě)字樓宇，建筑總面積22萬(wàn)平方米，高度240m。其中樓上53層樓下3層，外部使用鋼結(jié)構(gòu)框架，內(nèi)部使用剪力墻核心筒。青島主要受到溫帶大陸性氣候影響[3]。

3.2 整體樓宇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

由于建筑面積巨大，所帶來(lái)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。所要求的大空間周邊使用變風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，會(huì)所區(qū)、車(chē)庫(kù)、存儲(chǔ)室等大空間區(qū)域，運(yùn)用空氣定風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)，電梯，餐廳采用的空調(diào)系統(tǒng)是變風(fēng)量全空氣低速送風(fēng)系統(tǒng)。

寫(xiě)字樓辦公區(qū)域主要分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，這里按要求都采用單風(fēng)道變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，并要求不同的標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)設(shè)置東西兩個(gè)方向上的送風(fēng)系統(tǒng)，每個(gè)送風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)都包含3個(gè)朝向的房間。在空間系統(tǒng)末端安裝單風(fēng)道變風(fēng)量裝置。此外，為了冬季工作要求，必須在外區(qū)安裝熱水加熱管，進(jìn)行溫度提升。

辦公區(qū)域內(nèi)每層都要有兩個(gè)空調(diào)機(jī)房，空調(diào)機(jī)房安裝5太變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組，實(shí)行雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，并運(yùn)用送回風(fēng)機(jī)變頻控制。樓層間的空氣使用百葉進(jìn)行更新。此外，空調(diào)機(jī)組均安裝全熱交換器，以此提高排風(fēng)所帶余熱。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)控制的實(shí)行

該棟寫(xiě)字樓的溫度控制是由VAV控制器組成，由主副環(huán)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。主環(huán)是定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用室內(nèi)溫度作為參考，副環(huán)是隨即調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可將風(fēng)道空氣流量作為副參數(shù)。工作時(shí)候VAV控制器先對(duì)比室內(nèi)和預(yù)訂的溫度間的差值，利用PID控制算法，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁杯h(huán)。副環(huán)在VAV的控制器控制下，比較空氣流量和主環(huán)傳輸?shù)臄?shù)值，并在PID算法控制下，通過(guò)末端裝置對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

該寫(xiě)字樓內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)中，控制空調(diào)機(jī)組送風(fēng)方法使用總風(fēng)量控制法。該控制方法需要計(jì)算VAV末端總風(fēng)量數(shù)據(jù)，讀取出末端風(fēng)量，計(jì)算出所需要的總風(fēng)量。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，證實(shí)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)風(fēng)量近似正比關(guān)系。在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)所需總風(fēng)量的轉(zhuǎn)速低于風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，此為表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高出預(yù)定值，適當(dāng)關(guān)掉末端風(fēng)閥。

冬季如盤(pán)管溫度未達(dá)到防凍保護(hù)溫度的要求，防凍開(kāi)關(guān)應(yīng)該及時(shí)發(fā)出警告，立刻將加濕閥和新風(fēng)閥關(guān)閉，及時(shí)打開(kāi)熱水閥，并且調(diào)節(jié)到全開(kāi)狀態(tài)，避免凍裂盤(pán)管。

4.總風(fēng)量的調(diào)試分析

4.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的測(cè)定

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速之間存在正比例關(guān)系，在初次調(diào)試時(shí)候，可以測(cè)出。此外，該項(xiàng)數(shù)據(jù)資料是控制系統(tǒng)總風(fēng)量的重要參數(shù)，所以要認(rèn)真測(cè)試以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性[4]。

測(cè)定風(fēng)機(jī)總風(fēng)量應(yīng)該在空調(diào)機(jī)組正常運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在距離離異管件4到5倍管徑位置處，設(shè)置些測(cè)定風(fēng)量孔洞，把風(fēng)量傳感器安裝到其中，利用傳感器的空氣壓差，得到電壓差，最終得到管道中的風(fēng)量。

4.2 系統(tǒng)風(fēng)量平衡

變風(fēng)量空調(diào)風(fēng)機(jī)工作過(guò)程中，總風(fēng)量的調(diào)節(jié)主要依據(jù)末端BOX，它的需求總風(fēng)量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。不過(guò)實(shí)際調(diào)試時(shí)，末端箱體風(fēng)量不足的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。工作人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持系統(tǒng)壓力平衡。

5.總結(jié)

根據(jù)以上論述，變風(fēng)量控制系統(tǒng)主要通過(guò)末端設(shè)計(jì)風(fēng)量確定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)調(diào)試難度。所以，對(duì)于變風(fēng)量總風(fēng)量控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，可以使得該系統(tǒng)能夠更好地為廣泛應(yīng)用，而打下基石基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：郭金錢(qián)（1987—），女，山東濰坊人，碩士，研究方向：控制科學(xué)與工程。