變風量空調控制系統的設計與應用探索

王進

摘要：變風量空調，是指在保證送風溫度沒有改變的條件下，通過改變空調系統送風量的辦法來滿足室內負荷的變化。本文介紹了變風量控制系統的構成，從而實時調節各變風量末端的送風裝置，滿足其對不同溫濕度的要求，節省能耗及運營成本。

關鍵詞：變風量空調；控制系統；設計與應用

中圖分類號：TU831.3文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-168-02

前言

隨著智能建筑技術的發展，變風量空調系統已經成為智能建筑系統中的重要組成部分。由于使用量的增大，空調系統的設計更加復雜，這也導致空調系統在整個建筑的能耗比重越來越大。很多國家在建筑設計、空調設備改造等方面進行改造，取得了一定的節能效果，但就空調控制系統如何采用新型控制策略，以達到節能目的的研究甚少。

1.變風量空調控制系統概念

變風量空調控制系統（VAV）主要指一種能夠根據室內負荷變化及室內需求參數變化，自動調節空調系統送風量、回風量，最終滿足室內參數滿足要求的一種新型全空氣空調系統。

2.變風量空調控制系統組成

2.1變風量末端裝置控制

變風量末端裝置是VAV系統中的核心裝置，主要用于調節送入室內的送風量和維持室溫，一個末端裝置的功能直接影響到VAV系統的正常工作。變風量末端裝置在室內溫度發生變化時，由室內溫度調節向末端裝置發出調節送風量的指令，末端裝置則依據制定對風閥的開度進行相應的調整，對送入室內的風量進行改變，從而達到了滿足室內符合需求的目的。

2.2靜壓控制

靜壓控制也稱為壓力控制，目的在于保持VAV系統風管中最佳的靜壓。在VAV系統中，需要根據靜壓傳感器發出的信號來對系統的風量變化進行感知，然后通過控制器來調節風機系統的送風量。在靜壓控制值，預設點的選擇是十分重要的，最佳設定點不能預先計算，而是要在現場進行分析判斷，若設定點的選擇過低，則導致最大風量不能滿足全部房間的需求，若設定點選擇過高，則導致能耗、噪音增加，也不利于控制送風量。

3.變風量空調控制系統設計及應用

3.1送風量控制的設計

在變風量系統設計過程中，針對送風量系統設計來看，一般結合靜壓傳感器信號感知系統風量發生的變化情況，通過控制器調節風機來影響送風量。靜壓控制器在運行過程中，通過控制轉速或者入口導葉穩定靜壓控制點的靜壓值，以此來彌補下游風道、末端裝置產生的壓力損失，由此可見，恒定靜壓的主要目的是確保任何末端入口壓力穩定性，進而保證系統穩定運行。如果室內負荷逐漸增大，那么相對應的變風量箱內的風閥也會擴大，同時降低主風管靜壓，控制器則需要維持在恒定靜壓，并提升風機轉速，反之，如果負荷降低，靜壓則會上升，更好地確保系統穩定性。系統運行過程中，如果送風溫度低于標準值，那么控制器會自動加熱，當達到標準值后，將會自動停止。

3.2新送風量控制的設計

系統風量調節使得總新風量產生變化，在需要確保新風量不發生變化情況下，需要通過恒定新風量的方式和方法，實現對系統的控制：一方面，將最小新風到與經濟循環風道分隔開，重新設置新風閥，并在最小新風道上設置流量傳感器，促使傳感器能夠感受新送風量強弱，通過調節閥門開度，確保最小新送風量穩定性，滿足用戶需求。一般情況下，由于現場情況具有復雜性特點，在很大程度上影響測量與控制效果。為了能夠提高測量準確性，需要合理設置流量傳感器位置，確保傳感器前后均具有一段直管段，以此來提高感應準確性，提升系統穩定性。另一方面，混風壓力發生變化是產生新風量變化的主要原因之一，為此，為了保證新風量，可以采取恒定新回風混合箱內壓力的形式，關閉經濟循環新風閥，穩定混風壓力，減少對新風量的影響。另外，在過渡階段，可以通過控制器調節經濟循環風閥的開度，在新風量增加的同時，減少混風壓力，與此同時，控制器將混風閥減小直至完全關閉，確保新風進入室內，滿足室內溫度需求。

3.3送回風風量匹配控制的設計

變風量空調控制系統中，送回風風量會隨著負荷的變化而變化，以此來確保房間內壓力始終處于穩定性。由于受到房間內向外滲風和廁所排風的影響，會適當削弱回風量。通常情況下，常用的風量匹配控制方法主要包括以下兩種：一方面，送風機與回風機均由一個控制器控制，如果負荷降低，那么送回風量將會共同減少，雖然，這種差值會造成新排風量不平衡現象，但是，對系統整體運行穩定性并不會產生影響，可以忽略不計。另一方面，在送風與回風風道處設置風量計，并設置控制器，實現對二者之間的差值計算與調節，解決系統不穩問題，提高系統控制穩定性。

3.4案例分析

某寫字樓建筑總面積20萬平方米，外部結構為鋼結構框架，內部剪力墻核心簡，且處于溫帶大陸性氣候帶。該寫字樓溫度控制是由VAV控制器組成，并由主副環串級調節系統滿足寫字樓日常需求，主環一般負責定值調節系統，并將室內溫度作為基礎，促使副環隨著溫度的變化而變化，在運行過程中，系統通過對比室內及預訂溫度值之間的差值，利用PID控制算法，將數據實時傳輸至副環，副環得到系統指令后，通過末端實現對室內溫度的調節，確保送風穩定性。VAV在實際應用中，要立足于實際情況，促使系統能夠充分發揮自身靈活性、低能耗優勢，為用戶創建更加舒適、健康的生活、工作環境。

4.變風量空調控制系統在不同區域的應用

4.1有壓差梯度控制的方法

壓差梯度是由該房間的送風減去回風和排風的余風量值來建立。由于系統總送風是由總新風和總回風組成，新風量變化需防止集中式空調總回風量的變化，避免影響到房間的余風量，造成壓差梯度的變化。變新風量系統在冬夏季模式和過渡季模式的兩種運行模式有以下控制方法：

（1）冬夏季模式：變新風量系統在冬夏季模式時，只要根據達到設計新風比風量平衡后的交付使用狀態運行。

（2）過渡季模式：在過渡季模式實現新風最大化有三個前提條件：空調機組排風管與空調機組新風管的尺寸要匹配：空調機組送風機風量及風壓需要有一定的余量：設計時采用定風量控制的空調自控系統。定風量控制的空調自控系統設計必須包括空調箱新風管與排風管安裝聯鎖控制的電動風閥：采用送風靜壓與空調箱送風機變頻聯鎖及末端送風口安裝定風量閥：增加回風箱采用回風靜壓與回風箱風機變頻聯鎖及末端回風口安裝定風量閥。

當在空調自控系統中手動開大新風閥增大空調機組送風的新風比后，與新風閥聯鎖的排風閥也會自動調整到相應的開度，通過空調箱送風機的頻率變化和末端送風定風量閥的自動調節保持送風量幾乎不變，通過回風箱風機的頻率變化和末端排風定風量閥的自動調節保持區域房間的回風量、空調機組的總回風量幾乎不變，不影響原有的壓差梯度。鑒于過渡季白天和晚上溫差較大，建議晚上恢復到冬夏季模式。

4.2不需要考慮壓差梯度的辦公區控制方法

在辦公區運行時，變新風量空調系統流程中參與控制的傳感器和電動風閥必須在空調系統設計時考慮。由于辦公區集中式空調系統一般在晚上處于停止狀態，所以無需切換回冬夏季模式。

5.結語

本文對變風量（VAv）系統的概念、組成等進行說明，介紹其在實際工程中的設計與應用，在項目工程中需要控制好系統設計的每一個環節，完善設計內容，在施工中遵守施工標準做好接口、保溫等細致工作，調試人員需要對末端風量進行仔細核準，最后通過合理調試送風溫度來實現室溫的控制。