不同控制策略下變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行工況

丁帥，孟慶龍，常賽南

(1. 長安大學(xué) a.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院；b.建筑工程學(xué)院，西安 710061；2.日照市東港區(qū)鋼鐵配套產(chǎn)業(yè)園服務(wù)中心，山東 日照 276800)

變風(fēng)量(VAV, variable air volume)空調(diào)以節(jié)省能耗、智能化[1-2]等優(yōu)點(diǎn)在中國得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但目前，變風(fēng)量系統(tǒng)并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。已有研究中，一個(gè)方向是利用軟件預(yù)測負(fù)荷、室外溫度或利用優(yōu)化算法[3-5]來計(jì)算系統(tǒng)能耗，或?qū)Ρ茸冿L(fēng)量系統(tǒng)與其他空調(diào)系統(tǒng)能耗消耗情況[6-7]；另一個(gè)方向是對(duì)組合空調(diào)機(jī)組與系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷[8-9]。而對(duì)實(shí)際運(yùn)行變風(fēng)量系統(tǒng)的結(jié)果分析與反饋研究相對(duì)較少，大部分基于理論分析或前期設(shè)計(jì)規(guī)劃方面來介紹系統(tǒng)。金寧等[10]對(duì)上海某辦公樓變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行進(jìn)行了分析，介紹如何根據(jù)內(nèi)外區(qū)負(fù)荷選取變風(fēng)量末端，并提供了不同的運(yùn)行策略，但沒有具體策略運(yùn)行之后的各參數(shù)指標(biāo)分析。Kang等[11]提出了一種以熱舒適集成算法為目標(biāo)的最小風(fēng)量控制方法，通過現(xiàn)場采集氣流速度、CO2等數(shù)據(jù)并利用TRNSYS軟件進(jìn)行計(jì)算，模擬效果顯示，該策略比現(xiàn)有的控制策略節(jié)約26.7%的能耗，但并沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些因素的影響在人體對(duì)熱舒適的判斷中是否大于溫度。朱進(jìn)桃[12]在室溫、新風(fēng)、送風(fēng)溫度等方面對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)做出了一系列總體性的控制評(píng)價(jià)與建議，提出了變靜壓的靜壓設(shè)定值采用定步長會(huì)給系統(tǒng)帶來響應(yīng)緩慢的問題，但并沒有從變靜壓控制的角度來解決該問題，而是以總風(fēng)量法直接代替變靜壓控制。

針對(duì)上述研究結(jié)果中實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)無參數(shù)分析、無實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度對(duì)控制策略是否起主導(dǎo)作用等問題，本文通過實(shí)驗(yàn)，以夏季實(shí)際運(yùn)行工況為例，采用兩種控制策略對(duì)變風(fēng)量系統(tǒng)進(jìn)行控制，研究不同控制策略下室溫、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)頻率、最大閥位、設(shè)定靜壓值與風(fēng)機(jī)消耗電量的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與實(shí)驗(yàn)原理

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為市政與暖通實(shí)驗(yàn)中心的變風(fēng)量VAV空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，空調(diào)面積為106 m2，413、406為實(shí)驗(yàn)室，401、405為辦公室。其中，401兼做休息室、會(huì)議室，因此，會(huì)產(chǎn)生峰值負(fù)荷的情況。考慮到中央空調(diào)在正常工作工況下不能滿足滿員會(huì)議室的溫度要求，在401房間設(shè)置一臺(tái)分體式空調(diào)。實(shí)驗(yàn)室平面圖見圖1，房間401、406、413選用的VAVBOX型號(hào)相同，為RSV-TU-1-I-05-L，可用風(fēng)量范圍為0～680 m3/h；405的型號(hào)為RSV-TU-1-I-07-L，可用風(fēng)量范圍為0～1 360 m3/h，每個(gè)房間都配備溫控器，可以調(diào)節(jié)房間設(shè)定溫度。系統(tǒng)僅一臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，額定風(fēng)量為5 000 m3/h，機(jī)組全靜壓為300 Pa。

測點(diǎn)分布：如圖1所示，送風(fēng)主管上共有4個(gè)靜壓測點(diǎn)：P1、P2、P3、P4，房間406與413支管設(shè)計(jì)為對(duì)稱支管，設(shè)計(jì)風(fēng)量與支管結(jié)構(gòu)完全相同。風(fēng)管總長30.37 m，風(fēng)機(jī)出口端連接一段垂直向上的風(fēng)管，接入靜壓箱，冷空氣通過靜壓箱后進(jìn)入送風(fēng)管。定靜壓的控制原理是在送風(fēng)管道上設(shè)置靜壓傳感器，位置一般是在距離送風(fēng)機(jī)出口的距離約為2/3送風(fēng)主管的長度[13]。在系統(tǒng)中，這個(gè)點(diǎn)的位置為P3測點(diǎn)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，上位機(jī)利用組態(tài)王開發(fā)人機(jī)界面，通過OPC與PLC建立連接，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場所有模擬量和數(shù)字量的采集以及現(xiàn)場設(shè)備的控制，包括靜壓傳感器所測靜壓的數(shù)據(jù)采集。在實(shí)驗(yàn)中，由于管道靜壓的不穩(wěn)定性，以秒為單位的靜壓采集易造成風(fēng)機(jī)頻率的頻繁改變，且易受干擾影響，因此，以1 min為采樣周期來采集靜壓數(shù)據(jù)。

1.2 靜壓控制策略

如圖2所示，靜壓控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原理分為兩種，但都是根據(jù)靜壓來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一種為定靜壓控制，即輸入的靜壓設(shè)定值P為定值，具體數(shù)值需要根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；另一種為變靜壓控制，即輸入的P為變值，變靜壓控制需要DDC系統(tǒng)通過讀取每個(gè)末端的閥門開度，篩選出來最大的開度值，并判斷開度是否處于最優(yōu)閥位域之間，大于最大值說明系統(tǒng)提供靜壓過小，需要增大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，反之，小于最小值，則需要減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖2 靜壓控制原理圖Fig.2 Principle diagram of static pressure contro

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的閥門實(shí)驗(yàn)，如圖3所示，風(fēng)機(jī)頻率不變時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)406的閥門對(duì)所有房間造成的風(fēng)量影響。可見閥門開度在80%～100%時(shí)，通過各支管的風(fēng)量幾乎沒有大的變化，這是因該實(shí)驗(yàn)閥門為拋物線特性造成的，在該區(qū)間閥門阻抗均可以看做接近于0。變風(fēng)量的目的是保持最不利環(huán)路的閥門即最大閥位保持在最大開度上，最好的位置為80%開度，但實(shí)際上不可能保持在80%這個(gè)開度上，需要進(jìn)行一個(gè)區(qū)間的定義。在實(shí)驗(yàn)中，變靜壓控制最優(yōu)閥位域設(shè)定為[70,90]。當(dāng)前靜壓設(shè)定值Pn+1由上一個(gè)時(shí)段的靜壓設(shè)定值Pn與最大閥位δmax決定，為排除改變步長對(duì)能耗的影響，不采用利用算法調(diào)整的非固定步長[14]，采用5 Pa的固定靜壓步長。實(shí)驗(yàn)中，靜壓控制原理見式(1)。風(fēng)機(jī)頻率改變上限為50 Hz，為保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，最低風(fēng)機(jī)頻率為30 Hz。

(1)

圖3 406閥門調(diào)控下各送風(fēng)支管風(fēng)量Fig.3 Air volume in each supply pipe branches under controlling 406 valv

2 實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

2.1 變靜壓實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)選擇

實(shí)驗(yàn)臺(tái)主風(fēng)管靜壓測點(diǎn)共4個(gè)，在確定靜壓實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)之前，先對(duì)所有測點(diǎn)進(jìn)行了靜壓值的校驗(yàn)。在30、40、50 Hz的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，以秒為單位，測量3 min之內(nèi)所有測點(diǎn)的靜壓值，測量結(jié)果見表1。

表1 靜壓測點(diǎn)平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 1 Mean and standard deviation of static pressure measurement points

在文獻(xiàn)[15-16]中，建議用風(fēng)機(jī)出口點(diǎn)作為變靜壓取點(diǎn)，第一,因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)的靜壓平均值在改變風(fēng)機(jī)頻率或改變管網(wǎng)阻抗時(shí)，產(chǎn)生的靜壓差值相對(duì)其余各點(diǎn)所產(chǎn)生的值更大，可以提高傳送信號(hào)質(zhì)量;第二,該點(diǎn)處于風(fēng)機(jī)出口位置，可以減少傳送延遲。但由于其測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差(如表1所示)比其余的測點(diǎn)大，作者并不建議將風(fēng)機(jī)出口點(diǎn)作為測量靜壓的選取點(diǎn)。

另外,鑒于接近末端的靜壓測點(diǎn)P4所測得的靜壓值較小，在系統(tǒng)運(yùn)行前期靜壓增加過慢，因此,選取P2、P3作為變靜壓實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

1)風(fēng)機(jī)控制策略1:定靜壓實(shí)驗(yàn)。以P4點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)，初始靜壓值100 Pa，P=2，I=0.5。

為保證外界環(huán)境接近相同，實(shí)驗(yàn)日期緊跟在變靜壓實(shí)驗(yàn)之后，以便實(shí)驗(yàn)結(jié)果與變靜壓實(shí)驗(yàn)對(duì)比運(yùn)行效果。

2)風(fēng)機(jī)控制策略2：變靜壓實(shí)驗(yàn)。以P2點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)進(jìn)行變靜壓控制實(shí)驗(yàn)，初始靜壓值100 Pa，P=3，I=0.5；

3)風(fēng)機(jī)控制策略3：以P3點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)進(jìn)行變靜壓控制實(shí)驗(yàn)，初始靜壓值100 Pa，P=3，I=0.5。

通過在相近日期的夏季典型日內(nèi)，運(yùn)行以不同位置測點(diǎn)為靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)的相同變靜壓控制策略，在實(shí)驗(yàn)日內(nèi)，其他房間窗戶與門均關(guān)閉，溫度均由溫控器進(jìn)行控制。401作為特殊房間，由房間人員根據(jù)自身感受自行決定窗戶、分體式空調(diào)的開閉，滿足內(nèi)部人員溫度與濕度的需求。因此，401房間的設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的關(guān)系并不完全一致，作為一個(gè)不可控房間，與其余房間形成對(duì)比。

水側(cè)為一次泵定頻控制，頻率為45 Hz。冷源為風(fēng)冷熱泵，出水溫度為7 ℃。

中央空調(diào)設(shè)定溫度調(diào)整規(guī)律：8:30開始房間設(shè)定溫度統(tǒng)一為27 ℃，上午的溫度根據(jù)房間人員的需求自行調(diào)整，11:40—14:30，大部分房間都無人的情況下，房間設(shè)定溫度偏高，為28 ℃。14:30重新設(shè)定為27 ℃，房間溫度依舊根據(jù)人員的熱舒適感自行進(jìn)行設(shè)置，17:00后停機(jī)。

每個(gè)房間的實(shí)驗(yàn)人員均為23～25歲之間的男性，以排除性別與年齡對(duì)房間熱舒適度的影響。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 控制策略2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 室內(nèi)溫度結(jié)果：從圖4所示，在8:30剛開機(jī)時(shí)，房間401早已打開分體空調(diào)，因此,房間溫度并不是很高。運(yùn)行一段時(shí)間后，房間人員出于對(duì)室外空氣的需求打開了窗戶，室外熱空氣進(jìn)入室內(nèi)提高了室內(nèi)溫度，401的溫度接近29 ℃，其余房間均在28 ℃左右，但此時(shí)房間人員并沒有感覺不適，反而是其余房間的人員感到悶熱，甚至405房間的人員調(diào)低了房間溫度以滿足對(duì)冷空氣的需求。11:40—14:30中央空調(diào)的溫度統(tǒng)一調(diào)整為28 ℃，期間為人員休息時(shí)間，401房間作為休息室，全部房間人員進(jìn)入401房間。關(guān)閉窗戶，401溫度因此下降。16:00左右房間人員再次打開窗戶，房間溫度再次回升。其余房間在14:30以后由于房間溫度并沒有達(dá)到人員對(duì)溫度的要求，因此,人員持續(xù)調(diào)低設(shè)定溫度。

圖4 各房間設(shè)定溫度與實(shí)際溫度Fig.4 Set temperature and actual temperature of each roo

以上分析與溫度圖表明：401房間的溫度高，但房間空氣流動(dòng)性強(qiáng)度大于其余房間，因此，人員并沒有調(diào)節(jié)房間的設(shè)定溫度，其余房間溫度低于401，但房間人員卻因?yàn)閻灍帷⒉贿m等原因持續(xù)調(diào)低房間的設(shè)定溫度。

鄭慧凡等[17]指出，室內(nèi)動(dòng)態(tài)熱環(huán)境下人體熱舒適是各種因素綜合作用的結(jié)果，如室內(nèi)空氣溫度、氣流速度、空氣相對(duì)濕度、平均輻射溫度等客觀因素和人體心理特點(diǎn)、人體活動(dòng)量、服裝參數(shù)等主觀因素。上述分析恰好證明了這一點(diǎn)，在一定程度上說明了僅僅調(diào)整設(shè)定溫度的高低并不能反映人們對(duì)熱舒適的直接需求，但實(shí)際工程中所應(yīng)用的變風(fēng)量箱大部分算法都是根據(jù)房間溫度對(duì)內(nèi)部風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，變風(fēng)量箱內(nèi)的算法需要滿足多目標(biāo)優(yōu)化[18]。

需求風(fēng)量與送入風(fēng)量關(guān)系：以房間413為例，如圖5所示，實(shí)際風(fēng)量的突降是由于自動(dòng)控制讀取系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)剛開始進(jìn)行時(shí)出現(xiàn)故障，房間變風(fēng)量箱的參數(shù)未能在系統(tǒng)中顯示，但工作情況不受影響。實(shí)際風(fēng)量與設(shè)定風(fēng)量相差較大，最多相差25%左右。實(shí)驗(yàn)之前，并未調(diào)整VAVBOX的PI值，直接使用廠家自帶的參數(shù)。可以觀察到，在剛開機(jī)時(shí)，房間溫度偏高，閥門開到最大100%，設(shè)定風(fēng)量也達(dá)到最大，實(shí)驗(yàn)室定制的是舒適性空調(diào)的變風(fēng)量箱，溫度精度波動(dòng)范圍較大，在設(shè)定溫度與實(shí)際溫度相差1 ℃時(shí)，設(shè)定風(fēng)量便開始持續(xù)下降，因此，房間溫度一直不能達(dá)到設(shè)定溫度值。在11:40—14:30期間提高設(shè)定溫度時(shí)，設(shè)定風(fēng)量一度下降為0，這是由于房間溫度與設(shè)定溫度相等，BOX內(nèi)置PID模塊接收的反饋溫度與實(shí)際溫度偏差值為0，因此，設(shè)定輸出的風(fēng)量也為0。但為了保持最小新風(fēng)量，在設(shè)定風(fēng)量達(dá)到最低時(shí)，最小實(shí)際風(fēng)量為50 m3/h。

圖5 413房間風(fēng)量、閥門開度與溫度關(guān)系圖Fig.5 Relationship between air volume、opening angle of valve and temperature of 413 roo

圖5的折線表明：雖然房間溫度與設(shè)定溫度在一點(diǎn)點(diǎn)接近，但這個(gè)過程過于緩慢，且由于房間溫度偏差在減小，VAVBOX送入房間的風(fēng)量也會(huì)減小，使得溫降過程時(shí)間變得更加漫長，因此，在購買回廠家原裝生產(chǎn)的BOX之后，需要根據(jù)不同房間的功能、地方、朝向?qū)OX參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這一點(diǎn)必須有自動(dòng)控制人員配合，避免不合適的參數(shù)導(dǎo)致較差的熱舒適。例如，會(huì)議室這種會(huì)出現(xiàn)高峰負(fù)荷的房間，BOX的P值設(shè)置應(yīng)偏大，I值設(shè)置應(yīng)偏小，以便快速響應(yīng)人員流入流出導(dǎo)致的負(fù)荷變動(dòng)；而在辦公室一類的穩(wěn)定負(fù)荷房間，P值設(shè)置應(yīng)偏小，I值設(shè)置應(yīng)偏大，給予房間人員適應(yīng)溫度的時(shí)間。同理，朝陽的房間P值設(shè)置應(yīng)偏大，I值偏小，背陰的房間P值設(shè)置應(yīng)偏小，I值偏大。

風(fēng)機(jī)頻率與最大閥位、靜壓反饋結(jié)果：如圖6所示，在工作時(shí)間，最大工作閥位維持在70 %左右，最大風(fēng)機(jī)頻率維持在42 Hz左右。由式(1)所示，靜壓設(shè)定值根據(jù)最大閥門開度的大小來進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置，從圖6中看出，設(shè)定靜壓與實(shí)際靜壓的契合度很高，說明風(fēng)機(jī)的PI參數(shù)選取合理。在11:40—14:30，房間所需的風(fēng)量降到最低，風(fēng)機(jī)的頻率也降低到30 Hz，最大閥位開始下降，但由于有最低風(fēng)機(jī)頻率的限制，因此，不能實(shí)現(xiàn)最不利環(huán)路的閥門達(dá)到比較大的閥位開度。總體來說，在工作時(shí)間內(nèi)，該策略下變風(fēng)量箱的開度維持在最優(yōu)閥位域的下限，實(shí)現(xiàn)了最不利環(huán)路的閥門開度最大的設(shè)置。但房間的溫度卻并沒有達(dá)到設(shè)定值，這是由于風(fēng)機(jī)輸送的風(fēng)量并沒有達(dá)到房間溫降所需要的量，即風(fēng)機(jī)頻率沒有滿足設(shè)定要求。從圖6與式(1)中得知，風(fēng)機(jī)頻率與最大閥門開度有關(guān)，風(fēng)機(jī)頻率的頻繁變化是由于達(dá)到最大閥位的房間并不是唯一的。在1天之中，405達(dá)到最不利環(huán)路的比例為50%，406為25%，413為24%，最大閥位的開度大小取決于各個(gè)房間設(shè)定溫度與真實(shí)溫度。因此，要在系統(tǒng)運(yùn)行初始達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的風(fēng)機(jī)頻率，需要將最大閥位穩(wěn)定在同一個(gè)房間內(nèi)，在風(fēng)機(jī)頻率穩(wěn)定之后，自動(dòng)控制系統(tǒng)再根據(jù)各房間負(fù)荷對(duì)最大閥位進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止系統(tǒng)由于最大閥位的不穩(wěn)定導(dǎo)致的持續(xù)震蕩。

圖6 風(fēng)機(jī)頻率與靜壓、最大閥位反饋結(jié)果Fig.6 Feedback result of fan frequency、static pressure and maximum valve positio

因此，在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，應(yīng)該先將房間溫度快速降低到設(shè)定溫度值，即先將風(fēng)機(jī)與所有的房間閥門開到最大，避免受到BOX內(nèi)自帶的PID或其他的算法影響，當(dāng)房間溫度降低到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，再開啟自動(dòng)控制功能，這樣，既能快速達(dá)到房間人員需要的溫度值，又可以在之后的過程中節(jié)省能耗。

圖7 控制策略2下一天內(nèi)的風(fēng)機(jī)電量消耗Fig.7 Fan power consumption in one day under control strategy 2

風(fēng)機(jī)電量消耗結(jié)果：如圖7所示，策略2上午的風(fēng)機(jī)電量消耗占當(dāng)天總體消耗的51%，下午功率消耗為46%，這是因?yàn)樯衔顼L(fēng)機(jī)提供的冷空氣除了消除圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)擾所造成的冷負(fù)荷之外，還需要消除前一天機(jī)器停止運(yùn)行后，室外空氣進(jìn)入房間的熱量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與其他物品蓄熱后進(jìn)入到室內(nèi)空氣中的熱量。而下午室內(nèi)冷負(fù)荷的組成部分僅僅只有上午的前者，但由于下午的太陽輻射強(qiáng)于上午，因此，兩者之間的差距看似并不大，電量消耗差也僅僅只有5%。假如，基于一棟規(guī)模較大的建筑或建筑群，5%的電量消耗數(shù)目則是巨大的。因此，可以考慮提前啟動(dòng)系統(tǒng)利用建筑物熱容的能量儲(chǔ)存能力實(shí)現(xiàn)電力的“移峰填谷”[19]。

2.3.2 3種控制策略對(duì)比 如圖8所示，運(yùn)行3種不同控制策略時(shí)，當(dāng)天的室外溫度分布并不一致。圖中直線表示在從10:00—17:00時(shí)間段內(nèi)，控制策略2與控制策略3的室外溫度幾乎一樣。相似的外界環(huán)境下，可以對(duì)比策略2和策略3。風(fēng)機(jī)控制策略3的測點(diǎn)P3比風(fēng)機(jī)控制策略2的測點(diǎn)P2點(diǎn)距離風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，兩種策略的初始靜壓值、P值、I值相同。表2給出了不同策略下各房間室內(nèi)實(shí)際溫度降低1 ℃所需的時(shí)間，在相同溫降條件下，通過對(duì)比各策略所需時(shí)間來判斷策略的優(yōu)劣。

圖8 運(yùn)行不同控制策略時(shí)的室外溫度Fig.8 Outdoor temperature under running different

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由表2可見，在策略2和策略3下，401房間室內(nèi)溫度降低1 ℃所用時(shí)間相同，作為熱舒適的對(duì)比房間，相同時(shí)間表明該房間的溫度不受不同策略的影響；房間405，策略3較策略2快5 min；房間406，策略3比策略2快9 min；對(duì)于房間413，策略3比策略2快8 min。策略3下降低1 ℃的室內(nèi)溫度所用時(shí)間明顯小于策略2所用時(shí)間，即策略3可以更快地滿足人們降溫的需求，達(dá)到需要的室內(nèi)溫度，策略3的降溫效果優(yōu)于策略2。也就是說，外界環(huán)境幾乎相同的情況下，靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)的控制策略較遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的控制策略降溫效果好，對(duì)于對(duì)稱房間413與406，策略3比策略2快33%；對(duì)于主房間405，由于房間較大，溫降速度沒有小房間快，因此，策略3比策略2快14%。定靜壓的溫降時(shí)間較長，因?qū)嶒?yàn)外界條件不一致，不與策略2、策略3做對(duì)比討論，但從單獨(dú)的處理效果來看，定靜壓系統(tǒng)降溫效果并不如意。在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，最好將房間溫度快速降低至設(shè)定溫度。表2中顯示，405的溫度響應(yīng)速度太慢，既跟不上房間人員對(duì)于溫度的需求，也可能導(dǎo)致后期的變頻運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生震蕩。

由于系統(tǒng)記錄中有各種設(shè)備的能耗電量信號(hào)，為了比較不同外界條件的各策略節(jié)能效果，定義總耗電量與空調(diào)總冷負(fù)荷的比值為輸送率[20]，即輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量。輸送率與輸送單位冷負(fù)荷所需要消耗的電量成正比。空調(diào)總冷負(fù)荷由制冷機(jī)供水溫度、回水溫度、流量計(jì)算得到，數(shù)據(jù)均可以從系統(tǒng)記錄中提取。

由表3可見，由于定靜壓的外界溫度高，因此，負(fù)荷大。策略2與策略3外界溫度相似，但策略3的負(fù)荷稍大于策略2。采用策略2的控制方法最節(jié)能，其次是控制策略3，定靜壓是三者中消耗電量最大的控制策略。相對(duì)于定靜壓，策略2的節(jié)能率為7.8%，策略3為5.5%；策略2比策略3節(jié)能2.4%。結(jié)合表2的溫降時(shí)間，可以得到以下結(jié)論：定靜壓輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量多，且降溫效果較差；策略3輸送率比策略2僅僅高2%，但策略3的溫降速度比策略2快。

表3 各控制策略下的輸送率Table 3 Transport rate under different control strategies

3 結(jié)論

1)設(shè)定溫度的高低并不能反映人們對(duì)熱舒適的直接需求，其他氣流速度、濕度、人體生理心理特點(diǎn)、服裝等因素也影響著人體對(duì)熱環(huán)境的體感。因此，購買回廠家原裝生產(chǎn)的變風(fēng)量箱之后，需要根據(jù)不同的房間功能、地方、朝向?qū)ο潴w內(nèi)固定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但必須有自動(dòng)控制人員配合。

2)在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，建議先不開自動(dòng)控制系統(tǒng)，將風(fēng)機(jī)與各閥門開到最大，房間溫度降至設(shè)定值后再開啟自控系統(tǒng)，避免受到算法的延遲影響,或考慮利用建筑物熱容的能量儲(chǔ)存能力實(shí)現(xiàn)電力的“移峰填谷”。

3)定靜壓輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量，比測點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)的變靜壓控制策略多7.8%，且降溫效果較差；外界環(huán)境幾乎相同的情況下，變靜壓策略中，靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的控制策略較靠近風(fēng)機(jī)的控制策略降溫效果好，速度至少快14%，消耗電量幾乎相同。

[1] OKOCHI G S, YE Y. A review of recent developments and technological advancements of variable-air-volume (VAV) air-conditioning systems [J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016,59:784-817.

[2] ZHANG J, LI X, ZHAO T, et al. A review of static pressure reset control in variable air volume air condition system [J]. Procedia Engineering, 2015,121: 1844-1850.

[3] ALIBABAEI N, FUNG A S, RAAHEMIFAR K. Development of Matlab-TRNSYS co-simulator for applying predictive strategy planning models on residential house HVAC system [J]. Energy and Buildings, 2016,128(15): 81-98.

[4] ASADI E, DA SILVA M G, ANTUNES C H, et al. A multi-objective optimization model for building retrofit strategies using TRNSYS simulations, GenOpt and MATLAB [J]. Building and Environment, 2012,56(10): 370-378.

[5] ZHU Y, JIN X, DU Z, et al. Online optimal control of variable refrigerant flow and variable air volume combined air conditioning system for energy saving [J]. Applied Thermal Engineering, 2015,80(5): 87-96.

[6] AYNUR T N, HWANG Y, RADERMACHER R. Simulation comparison of VAV and VRF air conditioning systems in an existing building for the cooling season [J]. Energy & Buildings, 2009,41(11): 1143-1150.

[7] YU X, YAN D, SUN K, et al. Comparative study of the cooling energy performance of variable refrigerant flow systems and variable air volume systems in office buildings [J]. Applied Energy, 2016,183(1): 725-736.

[8] SONG L, WANG G. Using a hybrid method to construct a computational efficient cooling coil model for an automated single-duct variable air volume system fault detection and diagnosis [J]. Energy and Buildings, 2015,92(1): 363-373.

[9] WANG H, CHEN Y, CHAN C W H, et al. Online model-based fault detection and diagnosis strategy for VAV air handling units [J]. Energy and Buildings, 2012,55(12): 252-263.

[10] 金寧,李春旺,胡佳林,等. 上海某辦公樓變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行分析[J]. 暖通空調(diào),2012,42(4): 60-63.

JIN N, LI C W, HU J L, et al. VAV air conditioning system design and operation analysis of an office building in Shanghai [J]. HV&AC, 2012,42(4):60-63.(in Chinese)

[11] KANG S H, KIM H J, CHO Y H. A study on the control method of single duct VAV terminal unit through the determination of proper minimum air flow [J]. Energy and Buildings, 2014,69(3): 464-472.

[12] 朱進(jìn)桃. 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行[J]. 暖通空調(diào),2014,44(5): 97-102.

ZHU J T. Energy saving operation of VAV air conditioning system [J]. Journal of HV&AC, 2014,44(5): 97-102.(in Chinese)

[13] 武根峰, 曹勇. 定靜壓變風(fēng)量系統(tǒng)靜壓設(shè)定值的確定方法[J]. 暖通空調(diào),2014,44(7):36-39.

WU G F, CAO Y. Static pressure setpoint determination method for the fixed static pressure control VAV system [J]. Journal of HV&AC, 2014,44(7):36-39.(in Chinese)

[14] ZHANG J, LI X, ZHAO T, et al. Experimental study on a novel fuzzy control method for static pressure reset based on the maximum damper position feedback [J]. Energy and Buildings, 2015,108(1): 215-222.

[15] LORENZENTTI D M, NORFORD L K. Pressure setpoint control of adjustable speed fans [J]. Journal of Solar Energy Engineering, 1994,116(3):158-163.

[16] SREVEN T, TAYLOR. Increasing efficiency with VAV system static pressure setpoint reset [J]. Ashrae Journal, 2007,49(6):24-32.

[17] 鄭慧凡,梁耀華,范曉偉,等. 室內(nèi)動(dòng)態(tài)熱舒適的影響因素分析[J]. 熱科學(xué)與技術(shù),2015,14(4):259-266.

ZHENG H F, LIANG Y H, FAN X W, et al. Analysis of influencing factors of indoor dynamic thermal comfort [J]. Journal of Thermal Science and Technology, 2015,14(4): 259-266.(in Chinese)

[18] 邢麗娟,楊世忠. 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)房間舒適度溫度優(yōu)化設(shè)置[J]. 計(jì)算機(jī)仿真,2015,32(4):455-459.

XING L J, YANG S Z. Room comfort temperature optimization setting of variable air volume air conditioning system [J]. Computer Simulation, 2015,32(4):455-459.(in Chinese)

[19] 王海斌,晉欣橋,孫金龍,等. 基于建筑儲(chǔ)能的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)避峰運(yùn)行控制策略分析[J]. 流體機(jī)械,2006(3):70-73.

WANG H B, JIN X Q, SUN Q L, et al. Analysis of energy storage based strategy of shifting peak operation of HVAC system [J]. Fluid Machinery, 2006(3):70-73. (in Chinese)

[20] 劉健,程時(shí)柏,陳友明,等. 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)不同控制方法下的實(shí)測分析[J]. 流體機(jī)械,2013,41(4):65-69.

LIU J, CHENG S B, CHEN Y M, et al. Performance measurement of VAV air system with different control methods [J]. Fluid Machinery, 2013,41(4):65-69.(in Chinese)