暖通空調系統的計算機控制管理(2)

暖通空調系統的計算機控制管理(2)

　　摘要從新風(fēng)機組的控制開(kāi)始，至全空氣定風(fēng)量系統、變風(fēng)量系統，逐漸深入地討論各種空調系統的計算機監測控制，討論的內容涉及控制系統應具備的功能，實(shí)現這些功能所要求的硬件設備，控制方案實(shí)際的運行效果及可能出現的問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞控制、監測、空氣處理、變風(fēng)量

　　AbstractDealswiththecontrolandmonitoringwithcomputersofthefreshairhandlingunit,allairCAV(constantairvolume)systemandVAV(variableairvolume)system.Studiesthehardwareconfigurationforthefreshairunit,givesthealgorithmforcoolingcoilandsteamhumidifier,anddiscussesairprocessschemesforanairhandlingunit,pressurecontrolinVAV,etc.

　　Keywordscontrol,monitoring,air-handling,VAV

　　--------------------------------------------------------------------------------

　　2.1新風(fēng)機組的監測控制

　　空氣--水換熱器夏季通入冷水對新風(fēng)降溫除濕，冬季通入熱水對空氣加熱。干蒸汽加濕器則在冬季對新風(fēng)加濕。對于這樣一臺新風(fēng)機組，要用計算機進(jìn)行全面監測控制管理，可以實(shí)現如下功能：

　　(1)監測功能

　　·檢查風(fēng)機電機的工作狀態(tài)，確定是處于"開(kāi)"還是"關(guān)"；

　　·測量風(fēng)機出口空氣溫濕度參數，以了解機組是否將新風(fēng)處理到要求的狀態(tài)；

　　·測量新風(fēng)過(guò)濾器兩側壓差，以了解過(guò)濾器是否需要更換；

　　·檢查新風(fēng)閥狀況，以確定其是否打開(kāi)。

　　(2)控制功能

　　·根據要求啟/停風(fēng)機；

　　·控制空氣--水換熱器水側調節閥，以使風(fēng)機出口空氣溫度達到設定值；

　　·控制干蒸汽加濕器調節閥，使冬季風(fēng)機出口空氣相對濕度達到設定值。

　　(3)保護功能

　　冬季當某種原因造成熱水溫度降低或熱水停止供應時(shí)，為了防止機組內溫度過(guò)低，凍裂空氣--水換熱器，應自動(dòng)停止風(fēng)機，同時(shí)關(guān)閉新風(fēng)閥門(mén)。當熱水恢復供應時(shí)，應能重新啟動(dòng)風(fēng)機，打開(kāi)新風(fēng)閥，恢復機組的正常工作。

　　集中管理功能：

　　一座建筑物內可能有若干臺新風(fēng)機組，這樣就希望采用分布式計算機系統，通過(guò)通訊網(wǎng)將各新風(fēng)機組的現場(chǎng)控制機與中央控制管理機相聯(lián)。中央控制管理機應能對每臺新風(fēng)機組實(shí)現如下管理：

　　·顯示新風(fēng)機組啟/停狀況，送風(fēng)溫濕度，風(fēng)閥水閥狀態(tài)；

　　·通過(guò)中央控制管理機啟/停新風(fēng)機組，修改送風(fēng)參數的設定值

　　·當過(guò)濾器壓差過(guò)大、冬季熱水中斷、風(fēng)機電機過(guò)載或其它原因停機時(shí)，通過(guò)中央控制管理機報警。

　　2.1.1根據要求的功能確定硬件配置

　　為實(shí)現上述四大類(lèi)功能，首先要選擇合適的傳感器、執行器，并配置相應的現場(chǎng)控制機。

　　為監測風(fēng)機電機的工作狀態(tài)，將風(fēng)機電機交流接觸器的輔助觸點(diǎn)作為開(kāi)關(guān)量輸入信號，接到DCU的DI輸入通道上。選擇如第1講介紹過(guò)的以占空比形式信號輸出的溫度變送器，接至DCU的一個(gè)DI輸入通道上。選用具有4～20mA電流信號輸出的濕度變送器，接在DCU-AI通道上，也可以選擇2個(gè)都是4～20mA電流輸出的溫濕度變送器，接至2路AI輸入通道上。為準確地了解新內機組工作狀況，溫度傳感器的測溫精度應＜±0.5℃，濕度傳感器測量相對濕度的精度應＜±0.5%。

　　用微壓差開(kāi)關(guān)即可監視新風(fēng)過(guò)濾器兩側壓差。當過(guò)濾器阻力增大時(shí)，微壓差開(kāi)關(guān)吸合，從而產(chǎn)生"通"的開(kāi)關(guān)信號，通過(guò)一個(gè)DI輸入通道接入DCU。微壓差開(kāi)關(guān)吸合時(shí)所對的應的壓差可以根據過(guò)濾器阻力的情況預先設定。這種壓差開(kāi)關(guān)的成本遠低于可以直接測出壓差的微壓差傳感器，并且比微壓差傳感器可靠耐用。因此，在這種情況下一般不選擇昂貴的可連續輸出的微壓差傳感器。

　　在換熱器水盤(pán)管出口安裝水溫傳感器，測量出口水溫。一方面供控制機用來(lái)確定是熱水還是冷水，以自動(dòng)進(jìn)行工況轉換；同時(shí)還可以在冬季用來(lái)監測熱水供應情況，供防凍保護用。水溫傳感器可使用占空比信號輸出的溫度變送器，這時(shí)接到DCU的DI輸入通道，也可選取用4～20mA電流輸出的溫度變送器，但要接到AI通道上。

　　以上為必需測量的參數。為了更好地了解機組工作情況，在經(jīng)費允許時(shí)，還可以在過(guò)濾器前、新風(fēng)閥后安裝溫度傳感器，測量室外新風(fēng)的溫度；在換熱器水盤(pán)管的供水側安裝水溫傳感器測量供水水溫，在風(fēng)機出口風(fēng)道上安裝風(fēng)速開(kāi)關(guān)，以確認風(fēng)機是否開(kāi)啟，新風(fēng)閥或風(fēng)道中其它風(fēng)閥是否打開(kāi)。

　　由于新風(fēng)閥不用來(lái)調節風(fēng)量，僅為冬季停機后防止盤(pán)管凍結用，因此可選擇通斷式風(fēng)閥控制器，通過(guò)一路DO通道來(lái)控制，當輸出為高電平時(shí)，風(fēng)閥控制器打開(kāi)風(fēng)閥，低電平時(shí)關(guān)閉風(fēng)閥。為了解風(fēng)閥實(shí)際的狀態(tài)，此時(shí)還可以將風(fēng)閥控制器中的全開(kāi)限位開(kāi)關(guān)和全關(guān)限位開(kāi)關(guān)通過(guò)2個(gè)DI輸入通道接入DCU。

　　水閥應為連續可調的電動(dòng)調節閥以控制風(fēng)溫。為了解準確的閥位還通過(guò)一路AI輸入通道測量閥門(mén)的閥位反饋信號。如果閥門(mén)控制器中安裝了閥位定位器，也可以通過(guò)AO輸出通道輸出4～20mA或0～10mA的電流信號直接對閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制。

　　2.1.2通過(guò)軟件實(shí)現要求的功能

　　定型的現場(chǎng)控制機產(chǎn)品，都帶有通用的輸入輸出程序，并提供一些編程方法。不論采用哪種編程方法。不論采用哪種諧和方法，其目的都是要描述具體使用場(chǎng)合的特殊性，使現場(chǎng)控制機了解其特點(diǎn)和任務(wù)，實(shí)現各項指定的功能。這種特殊性的描述一般包括對輸入輸出的描述及對各種控制、保護功能的描述兩部分。

　　2.1.2.1輸入輸出描述例

　　輸入通道：

　　fan:風(fēng)機狀態(tài)，由DI1通道測出，高電平為風(fēng)機開(kāi)，低電平為關(guān)。

　　temp-air：送風(fēng)溫度，由DI2通道測出，為占空比信號，需要以表的形式定義不同占空比所對應的溫度數值。

　　ψ-air:送風(fēng)相對濕度，由AI1通道測出，為4～20mA信號，相對濕度與電流信號的關(guān)系為：ψ=6I-20，

　　I為測出的電流信號，mA，ψ為轉換的相對濕度，%。

　　Δp過(guò)濾器壓差報警開(kāi)關(guān)，由DI3通道測出，高電平為壓差過(guò)大，低電平為正常。

　　d-air新風(fēng)閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由DI4通道測出，高電平為全開(kāi)，低電平為全關(guān)。

　　temp-water:空氣--水換熱器出口水溫，由DI5通道測出，為占空比信號。

　　V-water電動(dòng)調節水閥閥位，由AI2通道測驗出，其閥位為：V-water=0.06I-0.2,I為測出的電流，mA。

　　V-steam:電動(dòng)調節蒸汽閥閥位，由AI3通道測出，其閥位為：V-steam=0.06I-0.2，I為測出的電流，mA。

　　輸出通道：

　　fan-on:控制風(fēng)機，與DO1通道連接，高電平風(fēng)機開(kāi)，低電平風(fēng)機關(guān)。

　　V-water-on:控制電動(dòng)調節水閥開(kāi)大，與DO2通道連接。

　　V-water-off:控制電動(dòng)調節水閥關(guān)小，與DO3通道連接。

　　V-steam-on:控制電動(dòng)蒸汽閥開(kāi)大，與DO4通道連接。

　　V-water-off:控制電動(dòng)蒸汽閥關(guān)小，與DO5通道連接。

　　d-air-on：控制新風(fēng)閥，與D06通道連接，高電平打開(kāi)，低電平關(guān)閉。

　　以上給出上例新風(fēng)機組監測驗控制所要求的輸入輸出通道全部信息，根據這些信息可按照現場(chǎng)控制機具體的編程要求描述輸入輸出通道，也可以將這些信息提交給控制機的供應商，委托其代為編程。

　　2.1.2.2自動(dòng)和遠動(dòng)控制

　　風(fēng)機的啟/停及各個(gè)閥的調節可以由現場(chǎng)機根據控制及保護的要求確定，也可以由中央控制管理機通過(guò)通訊下命令進(jìn)行遠動(dòng)。為了不使現場(chǎng)控制機的控制與中央控制管理機的命令發(fā)生沖突，就要增設一個(gè)"遠動(dòng)/自動(dòng)"標志Auto。Auto為1時(shí)，各設備由現場(chǎng)控制機自選控制；Auto為0時(shí)，則現場(chǎng)控制機不做與控制有關(guān)的分析計算，各設備均直接由中央控制管理機發(fā)出的命令控制。標志Auto為貯存在現場(chǎng)控制機中的一個(gè)變量，其數值可以由中央控制管理機通過(guò)通訊網(wǎng)直接設定修改。這樣，各設備動(dòng)作的邏輯關(guān)系為：

　　不論Auto為何值，風(fēng)機都可以由中央控制管理機啟/停，在需要防凍保護時(shí)，也都可以由現場(chǎng)控制機停止。當Auto為1時(shí)，現場(chǎng)控制機可以在防凍保護解除后，重新啟動(dòng)風(fēng)機。

　　新風(fēng)閥完全根據風(fēng)機狀態(tài)而定，開(kāi)風(fēng)機后開(kāi)新風(fēng)閥，關(guān)風(fēng)機后關(guān)閉新風(fēng)閥。

　　Auto為1時(shí)，水閥、蒸汽閥由現場(chǎng)控制機根據送風(fēng)溫濕度進(jìn)行調節，Auto為0時(shí)，這兩個(gè)閥門(mén)根據中央控制管理機發(fā)來(lái)的命令動(dòng)作。

　　2.1.2.3送風(fēng)參數的控制

　　當Auto為1時(shí)，水閥、蒸汽閥的控制邏輯如下：

　　如果水溫temp-water低于20℃，初步判定為夏季工況，此時(shí)關(guān)閉蒸汽閥門(mén)，調節水閥開(kāi)度使送風(fēng)溫度達到設定值。這時(shí)可按照比例積分調節方式（PI）。進(jìn)行調節由于計算機調節是以一定的時(shí)間步長(cháng)一步步進(jìn)行，因此需要用離散的PI算法。

　　通過(guò)噴蒸汽向空氣加濕，在h-d圖中可近似為一個(gè)等溫增d的過(guò)程。也就是說(shuō)調整蒸汽閥改變噴蒸汽的量，僅影響送風(fēng)空氣的絕對含溫量d,而基本上不影響送風(fēng)溫度。本例新風(fēng)機組的控制中，用的是相對濕度的濕度測量元件，如果直接用實(shí)測送風(fēng)相對濕度與設定值之差作為控制變量，則調節水閥改變加熱量會(huì )使相對濕度降低，開(kāi)大蒸汽閥增加噴汽量會(huì )使相對濕度上升。為了避免這種相互影響，可以根據測出的送風(fēng)溫度和相對濕度計算出送風(fēng)的絕對含濕量d，通過(guò)調節蒸汽閥控制d，通過(guò)調節熱水閥控制t，這樣兩個(gè)控制環(huán)節可以相互獨立地進(jìn)行。具體的控制算式可以采用PI調節器。選擇線(xiàn)性流量特性的調節閥，使蒸汽的噴射量基本上與開(kāi)度成線(xiàn)性關(guān)系，Δd與閥位間即為線(xiàn)性，使用PI調節可以得到較好的控制效果。

　　2.1.2.4防凍保護的實(shí)現

　　冬季有三種情況可以?xún)隽阉P(pán)管：熱水循環(huán)泵停，熱水不流動(dòng)，繼續開(kāi)風(fēng)機，使盤(pán)管溫度不斷下降、盤(pán)管凍結；熱源停止（如使用蒸汽--水換熱器產(chǎn)生熱水，蒸汽停供）水溫降低，繼續開(kāi)風(fēng)機使盤(pán)管凍結；無(wú)熱水供應，新風(fēng)機亦停止，但新風(fēng)閥未關(guān)閉，外界冷風(fēng)進(jìn)入機組內，使盤(pán)管凍結。在第二種情況下，水盤(pán)管出口水溫會(huì )很低，如果水盤(pán)管出口水溫測驗點(diǎn)距盤(pán)管較遠（距離大于0.5m），且機房?jì)扔泄┡O施，熱水停止流動(dòng)后，該點(diǎn)測出的溫度不一定很低，不可完全依照它來(lái)進(jìn)行判斷。第三種情況送風(fēng)溫度與盤(pán)管出口水溫可能都不會(huì )太低，不能通過(guò)溫度來(lái)判斷，只能設定為關(guān)風(fēng)機時(shí)必須關(guān)風(fēng)閥。對于第一、二兩種情況，可設定為當盤(pán)管出口水溫temp-water小于5℃或送風(fēng)溫度temp-air小于10℃(考慮了風(fēng)機溫升、風(fēng)道影響等各種因素)時(shí)，都應停止風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)閥。同時(shí)還應該將水閥全開(kāi)，以盡可能增加盤(pán)管內與水系統間水的對流，同時(shí)還可排除由于水閥堵塞或水閥誤關(guān)造成的降溫。由于是保護動(dòng)作，因此不論系統處在自動(dòng)還是遠動(dòng)狀態(tài)，即不論Auto為1或0，發(fā)現降溫都有需要執行保護動(dòng)作。

　　保護后，如果熱水恢復供應，應重新啟動(dòng)風(fēng)機，恢復正常運行。為此需設一防凍保護標志Pt，當產(chǎn)生防凍動(dòng)作后，將Pt置為1。當測出盤(pán)管出口水溫temp-water大于35℃，并且Pt為1時(shí)，可認為熱水供應恢復，應重新開(kāi)啟風(fēng)機，打開(kāi)新風(fēng)閥，恢復控制調節動(dòng)作，同時(shí)將標志Pt重置為0。由于不論Auto為1或0都進(jìn)行了保護，因此恢復動(dòng)作也不應考慮Auto的狀態(tài)。

　　如果風(fēng)道內安裝了風(fēng)速開(kāi)關(guān)，還可以根據它來(lái)預防上述第三種情況的凍裂危險。當風(fēng)機電機由于某種故障停止、而風(fēng)機開(kāi)啟的反饋信號仍指示風(fēng)機開(kāi)通時(shí)，如果風(fēng)速開(kāi)關(guān)指示出風(fēng)速過(guò)低，也應關(guān)閉新風(fēng)閥，防止外界冷空氣進(jìn)入。

　　2.2全空氣空調系統的監測控制

　　與上一節的新風(fēng)機組相比，從控制調節的角度看，有如下3點(diǎn)不同：

　　(1)控制調節對象是房間內的溫度、濕度，而不是送風(fēng)參數；

　　(2)要求房間的溫濕度全年均處于舒適區范圍內，與上一例相比，在夏季也要考慮濕度控制，同時(shí)還要研究系統省能的控制方法；

　　(3)有回風(fēng)回到空調機組，不再是全新風(fēng)系統，尤其是新回風(fēng)比還可以變化，因此可盡量利用新風(fēng)降溫，但這會(huì )引出許多新的問(wèn)題。

　　上述問(wèn)題主要是控制調節問(wèn)題。系統的監測管理、遠動(dòng)、防凍保護等與前面討論的新風(fēng)機組類(lèi)似，此節不再介紹。

　　2.2.1傳感器與執行器的配置

　　與新風(fēng)機組相比，需要增加被調房間或被調區域內溫濕度傳感器。如果被調房間較大，或是由幾個(gè)房間構成一個(gè)區域作為調控對象，則可安裝幾組溫濕度測點(diǎn)，以這些測點(diǎn)溫濕度的平均值或其中重要位置的溫濕度作為控制調節參照值。房間的溫濕度參數A直接反饋到控制空調機組的現場(chǎng)控制機上，以便直接用來(lái)作為參照值進(jìn)行控制調節。當被控房間距空調機房較遠、需測的房間溫濕度參數又較多時(shí)，可再設一臺數據采集用現場(chǎng)控制機，安裝在被控區域附近，專(zhuān)門(mén)與各溫濕度傳感器連接，將測量信息處理后再通過(guò)通訊網(wǎng)把作為參照值的溫濕度參數送至空調機組的現場(chǎng)控制機。

　　由于存在回風(fēng)，需增加新風(fēng)與回風(fēng)的溫濕度測點(diǎn)?；仫L(fēng)的溫濕度參數是供確定空氣處理方案時(shí)參考的?；仫L(fēng)道存在較大慣性，有些系統還采用走廊回風(fēng)等方式，這都使得回風(fēng)空氣狀態(tài)不完全等同于室內平均空氣狀態(tài)，因此不宜直接用回風(fēng)參數作為被控房間的空氣參數（除非系統很小，回風(fēng)從室內直接引至機組）。

　　新回風(fēng)混合后的空氣狀態(tài)對空氣處理室的調節有很大的指導意義，但由于混合室內空氣流動(dòng)混亂，溫度亦很不均勻，很難真正得到混合后的空氣參數。因此一般不測量混合空氣狀態(tài)。

　　為了調節新回風(fēng)比，對新風(fēng)、排風(fēng)、混風(fēng)三個(gè)風(fēng)閥都要進(jìn)行單獨的連續調節，因此分別安裝電動(dòng)執行器，每個(gè)風(fēng)閥都用2個(gè)DO輸出通道控制其開(kāi)大或關(guān)小，并用一個(gè)AI輸入通道測量其閥位，如同上一節中的電動(dòng)調節水閥。當然也可以安裝閥門(mén)定位器，通過(guò)AO輸出通道直接輸出4～20mA電流信號來(lái)控制風(fēng)閥的開(kāi)度。

　　其它的測量與控制同上一節新風(fēng)機組。由于增加了3個(gè)連續調節的風(fēng)閥，需用啟/?？刂撇⒈O測驗回風(fēng)機狀態(tài)及測量室溫、新風(fēng)回風(fēng)溫濕度，所需要的輸入輸出通道遠遠多于新風(fēng)機組。

　　2.2.2送風(fēng)參數的確定

　　與新風(fēng)機組不同，影響空氣處理室工作的有兩個(gè)干擾源：室外空氣狀態(tài)的變化和室內熱濕負荷的變化。此外房間一般都有較大的熱慣性，加之空氣處理室內各種閥門(mén)調節的非線(xiàn)性，導致直接通過(guò)風(fēng)閥、水閥控制房間溫濕度有一定困難。比較好的方法是采用"串級調節"，即根據房間溫度的變化確定要求的送風(fēng)參數設定值，及類(lèi)似于新風(fēng)機組的控制，根據要求的送風(fēng)參數與實(shí)測的送風(fēng)狀態(tài)之差調節空氣處理室。

　　2.2.3空氣處理室的控制

　　確定了要求的送風(fēng)狀態(tài)，接著(zhù)就是如何調節空氣處理室內各設備，使處理后的空氣達到要求的設定值。對于新回風(fēng)比不可調的固定新風(fēng)量系統，當只要求控溫時(shí)，可以采用與新風(fēng)機組控制相同的方法；當溫濕度都有所要求，如圖2-11那樣分別有冷水盤(pán)管、熱水盤(pán)管時(shí)，則可以判斷當需要加濕時(shí)，用冷水盤(pán)管或熱水盤(pán)管控制送風(fēng)溫度，用蒸汽加濕器控制送風(fēng)的d，當需要除濕時(shí)則靠調整冷水盤(pán)管中的冷水量控制送風(fēng)的d，用調整熱水閥來(lái)控制二次加熱量以保證送風(fēng)溫度。

　　與新風(fēng)機組的控制相比，帶有回風(fēng)的空氣處理室的主要問(wèn)題是按照什么原則控制新回風(fēng)比使空氣處理室耗能最小。文獻[1]中給出所謂"最小能耗法"的分析方法。

　　2.2.4從節能角度確定室內空氣的最佳狀態(tài)

　　對于舒適性建筑，并非要求室內空氣狀態(tài)恒定于一點(diǎn)，而是允許在較大范圍內浮動(dòng)，例如溫度為20～27℃，相對濕度在40%～70%內，均滿(mǎn)足舒適性要求。這樣，當室外狀態(tài)偏低時(shí)，室內相應靠近此域的下限；室外狀態(tài)偏高時(shí)，室內則靠近此域的上限。當室外處于此域附近時(shí)，則盡可能多用新風(fēng)，使室內狀態(tài)隨外界空氣狀態(tài)變化。這樣既可最大限度地節能，又可提高室內空氣品質(zhì)和舒適程度。

　　將空氣處理到該點(diǎn)，這樣做最節省冷量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區及I區相交，僅與Ⅲ區相交，則應取相交域最右側的最下部作為送風(fēng)點(diǎn)S，以節省冷量及二次加熱量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區及I區相交，與Ⅳ相交時(shí)，應取相交域的最左側的中點(diǎn)。

　　·如果Ωs僅與Ⅳ區相交，則應取相交域的左下角。

　　·如果Ωs僅與Ⅴ區相交，則應取相交域的左上角。

　　按照上述方式，可以在每個(gè)時(shí)刻根據新、回風(fēng)狀態(tài)及室內狀態(tài)確定最適宜的送風(fēng)狀態(tài)，既保證房間空氣狀態(tài)處于舒適區，又使空氣處理能耗最小。這樣的幾何計算看起來(lái)很復雜，但利用計算機卻并不十分困難。當房間允許的舒適域范圍較大時(shí)，與固定的室內設定狀態(tài)相比，這樣做節能效果十分顯著(zhù)。這是采用計算機控制空調系統遠比常規電子式調節器控制節省運行能耗的主要原因之一。

　　2.2.5各空氣處理裝置的調節

　　在上述討論中，涉及到控制新風(fēng)、排風(fēng)和混風(fēng)三個(gè)風(fēng)閥以調節新回風(fēng)比，控制表冷器、加熱器的水閥以調節冷熱量以及控制加濕器蒸汽閥以調節加濕量。在控制方案確定后，它們的調節都是以送風(fēng)空氣的溫度或絕對濕度為目標，這時(shí)需根據控制調節裝置的特性不同分別采用相應的調節算法。

　　新回風(fēng)比的變化與送風(fēng)參數（d和t）的變化成正比，因此可用PI形式的算法，根據送風(fēng)d或t的偏差控制這三個(gè)風(fēng)閥，其中新風(fēng)、排風(fēng)風(fēng)閥應同向同步調節，混風(fēng)閥則按相反方向調節。

　　2.3變風(fēng)量系統的控制

　　變風(fēng)量系統（VAV）是目前在國內開(kāi)始試用的方式。所涉及的各種問(wèn)題在《暖通空調》雜志有專(zhuān)文介紹，這里僅討論采用計算機控制時(shí)的一些做法。

　　當一套全空氣空調系統所帶各房間的負荷變化情況彼此不同，或各房間要求的設定值彼此不同時(shí)，VAV是一種解決問(wèn)題的有效方式。每個(gè)VAV末端裝置需要一套控制器。最簡(jiǎn)單的控制方式是根據房間溫度實(shí)測值與設定值之差，直接調整末端裝置中的風(fēng)閥。這樣做，當某個(gè)房間溫度達到要求值時(shí)，由于其它房間風(fēng)量的變化或總的送風(fēng)機風(fēng)量有所變化導致連接末端裝置風(fēng)道處的空氣壓力有變化，從而使這個(gè)房間的風(fēng)量變化。由于房間熱慣性較大，在此瞬間房間溫度并不變化。待房間溫度發(fā)生足夠大的變化后，再對風(fēng)閥進(jìn)行調整，又會(huì )反過(guò)來(lái)影響其它房間的風(fēng)量，并引起溫度變化，這樣各房間風(fēng)閥不斷調節，風(fēng)量和溫度不斷變化，導致系統不穩定。一種改進(jìn)的方法是采用"壓力無(wú)關(guān)"（Pressureindependent）末端裝置。此種末端上裝有風(fēng)量測量裝置，房間溫度的變化不再直接改變風(fēng)閥開(kāi)度，而是去修正風(fēng)量設定值。風(fēng)閥則根據實(shí)測的風(fēng)量與風(fēng)量設定值進(jìn)行調整。這樣，當某房間風(fēng)量由于風(fēng)道內壓力變化而變化時(shí)，末端控制裝置會(huì )直接調整風(fēng)閥，以維持原來(lái)的風(fēng)量，房間溫度不會(huì )由此引起波動(dòng)。簡(jiǎn)單的末端控制器和"壓力無(wú)關(guān)"方式的末端控制器都可以由常規模擬電路構成或以計算機為核心構成。

　　2.3.1具有獨立的末端控制器的VAV系統

　　此種VAV末端控制器是與VAV末端裝置配套的定型產(chǎn)品，它包括掛在室內墻壁上的溫度設定器及安裝在末端裝置上的控制器兩部分，設定器內裝有溫度傳感器以測量房間溫度。溫度實(shí)測值與設定值之差被送到控制器中去修正風(fēng)量設定值或直接控制風(fēng)閥。對于"壓力無(wú)關(guān)"的末端裝置，重要的是要測準風(fēng)速或風(fēng)量。一般都需要在出廠(chǎng)前逐臺標定，將標定結果設置到控制器中。有的末端控制器產(chǎn)品還要求在現場(chǎng)逐臺標定，這在選用產(chǎn)品的訂貨時(shí)要十分注意。

　　除VAV末端裝置外就是對空調機的控制了。與前一節討論過(guò)的空氣處理室的控制相比，VAV系統的新的控制問(wèn)題為：①由于各房間風(fēng)量變化，空調機的總風(fēng)量將隨之變化，如何對送風(fēng)機轉速進(jìn)行控制使之與變化的風(fēng)量相適應？②如何調整回風(fēng)機轉速使之與變化了的風(fēng)量相適應，從而不使各房間內壓力出現大的變化？③如何確定空氣處理室送風(fēng)溫濕度的設定值？④如何調整新回風(fēng)閥，使各房間有足夠的新風(fēng)？

　　2.3.1.1送風(fēng)機的控制

　　為了保證系統中每個(gè)VAV末端裝置都能正常工作，要求主風(fēng)道內各點(diǎn)的靜壓都不低于VAV末端裝置所要求的最低壓力。在主風(fēng)道壓力最低處安裝靜壓傳感器，根據此點(diǎn)測出的壓力，調整送風(fēng)機轉速，使該點(diǎn)的壓力恒定在VAV末端裝置所要求的最小壓力值，即可保證各VAV末端裝置正常工作。對于僅一條風(fēng)道的系統，將壓力傳感器裝在風(fēng)道的最遠處，根據它的壓力調節送風(fēng)機轉速，即可保證各VAV末端裝置都在足夠的壓力下工作，然而在實(shí)際工程中會(huì )出現問(wèn)題：當主風(fēng)道前半部分風(fēng)速較高，尾部風(fēng)速較低時(shí)，最遠處的靜壓比近處某些位置的靜壓還高，導致近處一些VAV裝置不能正常工作。當主風(fēng)道分為兩支或多支（如圖2-11）時(shí)，若裝有壓力傳感器的分支A內各變風(fēng)量裝置的風(fēng)閥因需要的風(fēng)量小而關(guān)小，分支內總風(fēng)量減少，而另一支要求的風(fēng)量大，則壓力傳感器測出的壓力接近于風(fēng)道分叉處點(diǎn)a的壓力，但由于分支B內風(fēng)量大，壓降大，點(diǎn)C的壓力遠低于點(diǎn)a，從而也就低于點(diǎn)b的壓力，這樣，當控制送風(fēng)機轉速使點(diǎn)b于額定壓力時(shí)，點(diǎn)c及其附近的壓力就會(huì )偏低，使連接于這些位置的ＶＡＶ末端裝置不能正常運行。鑒于這種情況，國外一些文獻建議將參考測壓點(diǎn)前移至總風(fēng)道上距末端1／3處，如圖2-21中d點(diǎn)。在歐洲有些工程師干脆將測點(diǎn)設在風(fēng)機出口，使風(fēng)機出口壓力恒定。此時(shí)風(fēng)機轉速調整過(guò)程如圖2-22所示。這樣，部分負荷時(shí)VAV末端裝置壓力過(guò)大，使得風(fēng)閥關(guān)得很小，噪聲增加，同時(shí)小風(fēng)量時(shí)風(fēng)機電耗節省不多。這樣，雖然測壓點(diǎn)越接近風(fēng)機，系統越可靠，但風(fēng)機節能效果就越差。這些分析都是采有一個(gè)壓力測點(diǎn)控制風(fēng)機轉速這種單回路的簡(jiǎn)單控制方式，而使用DDC控制，可以多裝幾個(gè)壓力測點(diǎn)來(lái)解決上述矛盾。例如圖2-11例中，在點(diǎn)b、c處均安裝壓力傳感器，調節送風(fēng)機轉速，使這兩個(gè)壓力中的最小者不低于VAV末端裝置要求的最低壓力。還可以在有可能出現最高風(fēng)速的風(fēng)道處裝壓力測點(diǎn)，以保證該點(diǎn)壓力不低于額定值。當然在保證可基本了解風(fēng)道內壓力分布的前提下，應盡可能減少壓力測點(diǎn)，以減少投資。在何處設壓力測點(diǎn)是出現了VAV系統以后國外長(cháng)期爭論、且尚未圓滿(mǎn)解決的問(wèn)題。但采用計算機控制的，增加這種"哪里壓力最低"的邏輯判斷功能，問(wèn)題就變得很容易解決了。

　　2.3.1.2回風(fēng)機的控制

　　回風(fēng)機的轉速也需要調節，以使回風(fēng)風(fēng)量與變化了的送風(fēng)量相匹配，從而保證各房間不會(huì )出現太大的負壓或正壓。由于不可能直接測量每個(gè)房間的室內壓力，因此不能直接按照室內壓力對回風(fēng)機進(jìn)行控制。由于送風(fēng)機在維持送風(fēng)道中的靜壓，其工作點(diǎn)如圖2-22那樣隨轉速變化而變化，因此送風(fēng)量并非與轉速成正比。而回風(fēng)道中如果沒(méi)有可隨時(shí)調整的風(fēng)閥，回風(fēng)量基本上與回風(fēng)機轉速成正比。因此也不能簡(jiǎn)單地使回風(fēng)機與送風(fēng)機同步地改變轉速。實(shí)際工程中可行的方法是同時(shí)測量總送風(fēng)量和總回風(fēng)量，調整回風(fēng)機轉速使總回風(fēng)量總是略低于總送風(fēng)量，即可維持各房間稍有正壓。再一種方式是測量總送風(fēng)量和總回風(fēng)道接近回風(fēng)機入口處的靜壓，此靜壓應與總送風(fēng)量的平方成正比，由測出的總送風(fēng)量即可計算出回風(fēng)機入口靜壓的設定值，調整回風(fēng)機轉速使回風(fēng)機入口靜壓達到該設定值，即可保證各房間內的零壓。

　　2.3.1.3送風(fēng)參數設定

　　對于第二節中討論的定風(fēng)量系統，總的送風(fēng)參數可以根據實(shí)測房間溫濕度狀況確定。對于變風(fēng)量系統，由于每個(gè)房間的風(fēng)量都根據實(shí)測溫度調節，因此房間內的溫度高低并不能說(shuō)明送風(fēng)溫度偏高還是偏低。只有將各房間溫度、風(fēng)量及風(fēng)閥位置全測出來(lái)進(jìn)行分析，才能確定送風(fēng)溫度需用調高或降低，這必須靠與各房間變風(fēng)量末端裝置的通訊來(lái)實(shí)現。對于各變風(fēng)量末端間無(wú)通訊功能的控制系統，送風(fēng)參數很難根據反饋來(lái)修正，只能根據設計計算或總結運行經(jīng)驗，根據建筑物使用特點(diǎn)、室內發(fā)熱量變化情況及外溫確定送風(fēng)溫度設定值。根據一般房間內溫濕度要求計算出絕對濕度d,取d-(0.5～1)g/kg作為送風(fēng)絕對濕度的設定值。為了滿(mǎn)足各房間溫度要求，這樣確定的送風(fēng)溫度設定值一般總是偏保守，即夏天偏低，冬天偏高，從而使經(jīng)過(guò)末端裝置調節風(fēng)量后，各房間溫度都能滿(mǎn)足要求。但有時(shí)各VAV末端裝置都關(guān)得很小，增加了噪聲。此外還減少了過(guò)渡期利用新風(fēng)直接送風(fēng)降溫的時(shí)間，多消耗了冷量。

　　2.3.1.4保證足夠的新風(fēng)

　　當新、排、混風(fēng)閥處于最小新風(fēng)位置時(shí)，降低風(fēng)機轉速，使總風(fēng)量減小，新風(fēng)入口處的壓力就會(huì )升高，從而使吸入的新風(fēng)的百分比不變，但絕對量減少。對于舒適性空調，這使各房間新風(fēng)量的絕對量減少，空氣質(zhì)量變差。為避免這一點(diǎn)，在空氣處理室的結構上可采取許多措施。就控制系統來(lái)說(shuō)，可在送風(fēng)機轉速降低時(shí)適當開(kāi)大新風(fēng)和排風(fēng)閥，轉速增加時(shí)再將它們適當關(guān)小。更好的辦法是在新風(fēng)管道上安裝風(fēng)速傳感器，調節新風(fēng)和排風(fēng)閥，使新風(fēng)量在任何情況都不低于要求值。

　　2.3.2各末端控制器具有通訊功能的VAV系統

　　當各個(gè)末端控制器均為DDC控制、空氣處理室的現場(chǎng)控制機可以與各末端控制器通訊時(shí)，前面討論的那些VAV控制調節中的問(wèn)題就較容易解決了。此時(shí)的主題是充分利用計算機的計算分析能力，盡可能少使用各種壓力和風(fēng)量/風(fēng)速傳感器，通過(guò)計算機使各末端裝置相互協(xié)調，解決上述問(wèn)題。此是的控制策略取決于采用"壓力無(wú)關(guān)"型末端裝置還是簡(jiǎn)單的電動(dòng)風(fēng)閥裝置。下面分別進(jìn)行討論。

　　2.3.2.1使用"壓力無(wú)關(guān)"型末端裝置

　　此時(shí)空調處理室的現場(chǎng)控制機可得到各末端裝置風(fēng)量實(shí)測值、風(fēng)量設定值、對應的房間溫度和房間溫度設定值。有些控制器不可得到閥位信息。末端裝置控制器調節的速度很快，一般情況下風(fēng)量實(shí)測值應接近風(fēng)量設定值。如果某個(gè)末端裝置在連續一段時(shí)間內（1～2min）實(shí)測的風(fēng)量低于風(fēng)量設定值較多，則說(shuō)明風(fēng)道內壓力偏低，因此可增加送風(fēng)機轉速。各末端裝置風(fēng)量設定值之和與風(fēng)機轉速有一對應關(guān)系。如果風(fēng)機轉速高于各風(fēng)量設定值之和所對應的轉速，則說(shuō)明風(fēng)機轉速偏高，各變風(fēng)量末端裝置的風(fēng)閥可能都關(guān)得較小，因此需降低轉速?？傦L(fēng)量和轉速的關(guān)系可在初調節時(shí)通過(guò)實(shí)測得到：將幾個(gè)最末端的變風(fēng)量裝置的風(fēng)量設定到最大值（或將房間溫度設定值調到很低）。近端的變風(fēng)量裝置設定到最小值，調節風(fēng)機轉速，使這些風(fēng)量設定值基本上得到滿(mǎn)足。記下此時(shí)實(shí)測風(fēng)量之和及風(fēng)機轉速，再增加幾個(gè)設定風(fēng)量為最大值的末端裝置，再次調整轉速。這樣即可得到一組最不利條件下總風(fēng)量與轉速之關(guān)系，作為控制風(fēng)機轉速的依據。此關(guān)系可通過(guò)同樣的思路根據風(fēng)道阻力情況預先計算得到。當末端裝置的風(fēng)閥閥位信息也可向空氣處理室的現場(chǎng)控制機提供時(shí)，可以根據是否有閥位開(kāi)到90%以上來(lái)確定風(fēng)機轉速，使任何時(shí)候系統中至少有一個(gè)VAV末端裝置的風(fēng)閥閥位大于90%。

　　由各變風(fēng)量裝置實(shí)測的風(fēng)量之和即可確定回風(fēng)機轉速。只要使轉速與總風(fēng)量成正比，房間內基本上可保證正常的壓力范圍。比例系數可在調節時(shí)實(shí)測確定。

　　最適合的送風(fēng)參數亦可由各末端裝置的風(fēng)量設定值確定：當各末端裝置的風(fēng)量設定值都低于各自的最大風(fēng)量，說(shuō)明送風(fēng)溫差過(guò)大，應升溫（夏季）或降溫（冬季），以減小送風(fēng)溫差。若有的裝置風(fēng)量設定值等于或高于其最大風(fēng)量，則說(shuō)明送風(fēng)溫差偏小，應降溫（夏季）或升溫（冬季）。這種控制的結果，系統內應至少有一個(gè)末端裝置其風(fēng)量設定值高于90%的最大風(fēng)量。這種用房間控制信息反饋來(lái)確定送風(fēng)參數的方法比沒(méi)有通訊時(shí)前饋方法要可靠、省能，亦可避免大量風(fēng)閥關(guān)小引起的噪聲。掌握了各房間風(fēng)量的實(shí)測值，還可以更準確地保證各房間的新風(fēng)量。每個(gè)房間都有事先定義的最小新風(fēng)量要求（根據人員數量），由各房間實(shí)測風(fēng)量與該房間額定最小新風(fēng)量之比即得到此時(shí)要求的最小新風(fēng)比。新風(fēng)、排風(fēng)閥閥位開(kāi)度近似于新風(fēng)比，因此可簡(jiǎn)單地根據這種計算出的最小新風(fēng)比檢查和調整新風(fēng)、排風(fēng)閥。為使新風(fēng)量更準確，也可以在新風(fēng)管道上測量新風(fēng)量，再用計算出的實(shí)測總風(fēng)量乘以最小新風(fēng)比作為最小新風(fēng)量的設定值.

　　從上面的分析可以看到，采用各末端裝置有通訊功能的控制系統，可以使風(fēng)道壓力控制、室內壓力控制、送風(fēng)參數設定和新風(fēng)控制這4個(gè)問(wèn)題得到較妥善的解決，并且除VAV末端裝置內的風(fēng)量測量外，不再需要其它測點(diǎn)，免去了無(wú)通訊功能時(shí)需要對風(fēng)道壓力、總風(fēng)量、回風(fēng)機入口壓力及新風(fēng)量的測量。通訊功能所需要增加的投資可以從省下的這些傳感器投資中得到。而系統控制調節品質(zhì)卻會(huì )大大改善。

　　2.3.2.2使用無(wú)風(fēng)量測量的末端裝置

　　即使不采用"壓力無(wú)關(guān)"型末端裝置，直接通過(guò)調風(fēng)閥控制房間溫度，依靠各DDC控制器通過(guò)通訊網(wǎng)的相互聯(lián)系，也能獲得較好的控制效果。

　　采用"壓力無(wú)關(guān)"末端裝置的主要原因是為了避免鄰近末端裝置及送風(fēng)機的調整造成的風(fēng)量變化。當具有通訊功能時(shí),每個(gè)末端裝置要對風(fēng)閥進(jìn)行調節時(shí)，同時(shí)將要調整的開(kāi)度變化通知鄰近的各末端裝置。各鄰近末端裝置可根據預定的權系數對自己的風(fēng)閥同時(shí)進(jìn)行調整。例如某末端裝置為使房間溫度降低，要將風(fēng)閥開(kāi)大10%，則最鄰近的兩個(gè)末端裝置同時(shí)也將自己的風(fēng)閥開(kāi)大3%～4%，次鄰近者同時(shí)開(kāi)大1%～2%，這樣就可避免在風(fēng)量減小、引起溫度變化后再進(jìn)行調整了。送風(fēng)機轉速變化時(shí)，則所有的風(fēng)閥都應自行進(jìn)行相應的調整。這種調整量的權系數可通過(guò)"自學(xué)習"的方法逐漸修正。此種控制調節的效果可接近"壓力無(wú)關(guān)"型末端裝置（詳細討論與模擬實(shí)驗分析見(jiàn)文獻[3]）。

　　對于這種末端裝置，空調室的現場(chǎng)控制機應知道各末端裝置的閥位，根據各末端裝置的閥位狀態(tài)確定送風(fēng)機轉速及空調機送風(fēng)狀態(tài)。當所有末端裝置的閥位均小于80%時(shí)，說(shuō)明風(fēng)道內靜壓偏高，應降低送風(fēng)機轉速。反之，若發(fā)現有開(kāi)度大于90%的末端裝置，說(shuō)明有可能風(fēng)道內靜壓偏低，應加大送風(fēng)機轉速。這樣可以用各末端裝置中閥門(mén)開(kāi)度最大值來(lái)控制送風(fēng)機轉速，使得在任何時(shí)候系統內至少有一個(gè)末端裝置風(fēng)閥開(kāi)度在80%～90%之間，沒(méi)有風(fēng)閥開(kāi)度超過(guò)90%。

　　根據各末端裝置風(fēng)閥開(kāi)度，同樣也可確定適宜的送風(fēng)溫度：

　　若各風(fēng)閥開(kāi)度在20%～90%之間，而送風(fēng)機未達到最大轉速，則應減小送風(fēng)溫差，這將導致各末端裝置風(fēng)閥相繼開(kāi)大。最大都超過(guò)90%后，風(fēng)機轉速增加，最終的結果使各末端裝置風(fēng)閥開(kāi)度范圍在40%～90%之間。當風(fēng)機轉速達到最大，各風(fēng)閥間開(kāi)度仍較大時(shí)，就不能再調整。

　　若各風(fēng)閥開(kāi)度在70%～90%之間，則可適當加大送風(fēng)溫差，各風(fēng)閥就會(huì )相繼關(guān)小，此時(shí)風(fēng)機轉速會(huì )降低，最終的結果也可使各末端裝置風(fēng)閥開(kāi)度范圍在40%～90%之間。這樣做還要注意送風(fēng)溫差的最大值，當送風(fēng)溫差設定值達到其最大值時(shí)，就不能再減小風(fēng)機轉速。

　　回風(fēng)機轉速可能控制成基本上與送風(fēng)機轉速同時(shí)按比例變化。由于風(fēng)道內靜壓不是恒定而是隨風(fēng)量變化，各末端裝置的風(fēng)閥開(kāi)度范圍基本不變，因此風(fēng)道的阻力特性變化不大，送風(fēng)機的工作點(diǎn)變化不大，因此送風(fēng)機風(fēng)量近似與轉速成正比，于是回風(fēng)機轉速即可與送風(fēng)機同步。這與風(fēng)道內維持額定正壓的控制不同。對于后者，即使所有的風(fēng)閥全關(guān)小，總風(fēng)量降到50%，風(fēng)道風(fēng)測壓點(diǎn)的壓力仍不變，于是風(fēng)機工作點(diǎn)偏移，總風(fēng)量與轉速不成正比.

　　由于總風(fēng)量近似正比于送風(fēng)機轉速，由此可估計出不同轉速下所需要的最小新風(fēng)比，以保證系統有足夠的新風(fēng)量，用這個(gè)最小新風(fēng)量即可作為新排風(fēng)閥此時(shí)刻的開(kāi)度下限。

　　由上述初步的定性分析與討論，可以看出來(lái)用計算機控制后，尤其是采用帶有通訊功能的計算機可以對整個(gè)系統工作情況進(jìn)行全面分析，確定控制策略，可使VAV控制中的一些困難問(wèn)題得以較好地解決，同時(shí)可以減少傳感器使用數量。上述最后一例，無(wú)任何風(fēng)量傳感器使用數量。上述最后一例，無(wú)任何風(fēng)量傳感器和壓力傳感器，完全依靠各變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥位的信息，即解決了VAV系統各環(huán)節的控制?？刂菩Ч斎徊蝗鐜в?壓力無(wú)關(guān)"末端裝置的系統，但如果送回風(fēng)道設計恰當，變風(fēng)量末端裝置選擇合適，也可以獲得較好的運行品質(zhì)。

　　2.4參考文獻

　　1李吉生，彥啟森.空調系統最小能耗控制.制冷學(xué)報，1993，（1）.

　　2朱偉峰.變風(fēng)量系統的解耦控制[學(xué)位論文].北京：清華大學(xué)熱能系，1996.

　　3ThomasBHartman.DirectdigitalcontrolsforHVACsystem.McGraw-Hill,inc.