變風量空調送風系統的優化控制策略★

薛韓玲 程凱麗

(西安科技大學，陜西 西安 710054)

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·水·暖·電·

變風量空調送風系統的優化控制策略★

薛韓玲 程凱麗

(西安科技大學，陜西 西安 710054)

為了使變風量空調系統合理、經濟、安全運行，結合工程實例，探討了變風量空調系統的新風控制以及送風溫度控制優化策略，指出優化后的系統控制效果與節能效果顯著，提高了系統控制精度。

變風量空調系統，送風溫度控制，新風量，送風量

0 引言

變風量空調系統是大慣性、非線性、大純滯后系統，控制變量多，變量間存在著強耦合關系，所以控制技術復雜，最突出的表現是在變風量空調系統的控制中，因此，有必要對變風量空調系統的控制策略進行優化研究。劉靜紈等應用所設計的模糊PID控制器對送風溫度和空調房間的溫度進行了實時在線控制；上海交通大學學者建立了變風量空調系統的神經網絡控制動態模型，并給出了系統的參數控制分析結果[1]。基于前人的研究，本文從送風溫度控制以及新風控制策略方面對變風量空調系統進行了優化分析，優化后的控制系統由于負荷得到補償，最小新風量得到控制，可使得室內的相對溫濕度保持在較好的水平。

1 新風優化控制

在變風量空調系統中，送風量在系統運行過程中隨著負荷變化而不斷變化，且影響空調箱內的壓力狀況，尤其是混合段的壓力。當負荷動態減小時，送風量也會隨著減小，同時新風量也會隨著送風量的減小而成比例地減小[2，3]，因此必須對變風量空調系統的新風量實施優化控制，以保證變風量空調系統的高效運行。

1.1 新、回風混合箱壓差控制

變風量空調系統運行在最小新風量工況時，全新風調節風閥關閉，新風閥、排風閥開啟并按照初始設置進行適當調節。其優化控制原理圖如圖1所示；系統變風量運行，如果送風量增加，導致混合靜壓箱內的負壓值減小，最小新風閥開度隨之減小，系統新風量同步減小，DDC控制閥閥門開度減小，總體上維持混合靜壓箱內一定的負壓；如果送風量減小，混合靜壓箱內的負壓值增加，最小新風閥開度隨之增加，DDC控制回風閥閥門開度增大，繼續維持混合靜壓箱內一定的負壓[4]。采用這種控制方法，不管送風量怎么變化，可以實現間接控制新風量。由于新風量在動態變化過程中精確測量要求高，所以該方法尤其適合大、中型變風量空調系統。

1.2 總風量控制法

早前的變風量系統控制方法一直將靜壓作為調節風機轉速的唯一參數，但是工程實踐證明，只要靜壓控制環節存在，就會較大地影響系統的穩定性，因此尋求一種不依賴于靜壓的控制方法是非常必要的。基于前人的分析，依據系統參數和實際背景要求來優化變風量空調系統，關鍵是建立變風量空調系統的設定風量和風機設定轉速的函數關系，對變頻空調機組送風管上掛接的所有末端需求之和作為系統的設定總風量，在此基礎上求得風機設定轉速[5]。在空調系統阻力系數不變的情況下，總風量和風機轉速成正比，下面用關系特性曲線來分析，曲線圖見圖2。

由圖2看出，當變風量空調系統負荷大，風機送風量大，現場的變風量末端風閥閥門開度也較大，風管阻力曲線向Od位置移動；當變風量空調系統負荷小，風機送風量小，現場的變風量末端風閥閥門開度小，風管阻力曲線向Oe位置移動。這種控制方法可以避免使用壓力測量裝置，也不需要變靜壓控制時的末端閥位信號。在控制系統形式上具有快速、穩定的特點，不管從節能角度還是系統的穩定性方面來講，都具有很大的優勢。

2 送風溫度優化

傳統的變風量空調系統主要使用固定變頻空調機組送風溫度，變風機末端裝置變送風量送風的方式來調節空調房間的溫度；隨著技術的發展，要對其控制方法進行優化，將變送風溫度控制方法與變風量控制方法相結合，改善運行性能水平和優化氣流組織結構，同時實現節能[6]。

2.1 變送風溫度控制

在變風量空調系統的控制中，對于相同的冷負荷，較低的送風溫度可減少系統送風量，較高的送風溫度需要較大的系統送風量，不同空調房間的末端裝置所需要的最佳送風溫度常常互相矛盾，因此要從系統控制角度設定合理的送風溫度[7]。依據特定的送風溫度變化率控制送風溫度，不設目標值；送風溫度變化率取正值時送風溫度逐漸升高，送風溫度變化率取負值時送風溫度逐漸降低。其優化控制邏輯如下：讀取各末端裝置的需求風量，計算各末端裝置的負荷率。讀取分布在各個不同空調房間及區域的變風量和末端裝置的需求風量。應用送風溫度重置值關系中的供冷舒適模式曲線見圖3，供冷節能模式曲線見圖4。

空調系統的應用環境、分布在各個裝置的運行情況也不盡相同，控制方法基于如下原則：最大限度地滿足整個系統的負荷、溫度、冷量供給的需求，同時又要很好地協調末端運行工況產生的差異。

2.2 CO2濃度控制法

如前所述，盡管新風供給不存在過量的問題，但是超過一定的限度，必然會導致冷、熱能量的過多消耗，帶來能源的浪費。精細的室內環境控制不僅要求對CO2進行監測控制，還要對室內其他雜質氣體進行監測；CO2控制法中使用了CO2傳感器，注意了與空氣質量傳感器的區別，實現了精細的室內環境控制。通過在回風管內設置CO2傳感器，以CO2濃度作為新風量調節來實現優化控制；CO2濃度通過傳感器及變送電路將CO2濃度信號轉化成對應的標準電信號，傳給DDC，從此作為調節變風量末端裝置風閥開度的依據，以保持系統的最小新風量[8]。當CO2傳感器檢測到濃度高于設定值時，可適當提高最小新風量設定值；反之，則保持或降低最小新風量設定值。這種控制方法簡單易行，適用于人員密度較大的空調建筑，因為當人員在室率很低時，不能控制非人為因素產生的其他物質所需的最小新風量，此控制方法還有待于進一步實現優化。

3 西門子變風量空調控制實例

以并聯機(帶再熱環節)的控制為例，其控制原理圖如圖5所示。

當控制系統為制冷模式時，并聯風機關閉，再熱裝置在整個制冷模式中均關閉。將溫度傳感器檢測到的室內溫度值與設定溫度值進行比較，其差值經過PID調節器的比例運算，調節變風量末端風閥閥門開度實現送風量的調節和房間溫度的調節。風閥

在最小開度和最大開度之間調節。當控制系統為供熱模式時，將室內實際溫度與設定溫度的差值進行PID調節器的比例運算實現對房間的控制[9]。控制策略如下：使變風量末端風閥閥門維持最小開度并對應保持最小新風量，由控制器對再熱裝置進行相關控制，風閥和再熱裝置的調節呈現跳躍控制。

4 結語

變風量空調系統控制方法復雜，能耗較高且實現較為困難；如果不進行優化控制，會影響實際工程的可行性和控制精度。本文分析討論了變風量空調系統的新風控制及送風溫度控制優化策略，包括新、回風混合箱壓差控制及最大負荷法等,并引入了特性曲線進行了對比分析。與傳統的變風量空調系統的控制方法相比，優化后的系統控制精度更高,控制效果更好,在控制性能上具有更快速、穩定的特點；不管是從控制系統穩定性，還是節能角度分析，都有很大的優勢，因此值得被廣泛應用。

[1] 陳建勝.變風量空調系統控制方式[J].福建建設科技，2005(3)：53-54.

[2] 王成立，盧建剛.變風量空調系統末端變論域模糊控制[J].計算機應用，2011,31(2)：470-472.

[3] 馬素貞，劉傳聚.變風量空調系統的發展狀況[J].暖通空調，2007,37(1)：33-37.

[4] 李金川，鄭智慧.空調制冷自控系統運行與管理[M].北京：中國建材工業出版社，2002:220-226.

[5] 李學明，蔡 亮.節能變風量空調系統探討[J].能源研究與應用，2002(3)：21-22.

[6] 趙 斌.中央空調變頻節能的應用及展望[J].福建能源開發與節約，2000(1)：25-27.

[7] Zhentao Wei,Radu Zmeureanu.Exergy analysis of variable air volume system for an office building[J].Energy Conversion and Management,2009(50):387-392.

[8] 李 超，馬玉玲，張偉平.VAV系統中的新風量確定及控制[J].控制系統，2006,22(2)：80-82.

[9] 錢以明，楊書明.變風量空調系統中新風量控制[J].暖通空調，1999,29(3):39-41.

The optimal control strategy of Variable Air Volume air conditioning air supply system★

Xue Hanling Cheng Kaili

(Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China)

To make the VAV system is reasonable, economical and safe operation, combined with engineering example, this paper analyzes and discusses the new air control and supply air temperature VAV system control optimization strategy. Point out optimized control system better, produce better energy efficiency, while greatly improving the control accuracy.

VAV system, supply air temperature control, new air volume, supply air volume

1009-6825(2016)20-0109-02

2016-05-06

★:國家自然科學青年基金項目(項目編號：51404191);陜西省教育廳專項科研計劃項目(項目編號：11JK0843)

薛韓玲(1971- )，女，博士，碩士生導師，副教授； 程凱麗(1992- )，女，在讀碩士

TU834.3

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