暖通空調(diào)系統(tǒng)的計算機控制管理(2)

　　摘要從新風機組的控制開始，至全空氣定風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)，逐漸深入地討論各種空調(diào)系統(tǒng)的計算機監(jiān)測控制，討論的內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，實現(xiàn)這些功能所要求的硬件設(shè)備，控制方案實際的運行效果及可能出現(xiàn)的問題。

　　關(guān)鍵詞控制、監(jiān)測、空氣處理、變風量

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

　　Keywordscontrol,monitoring,air-handling,VAV

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　　2.1新風機組的監(jiān)測控制

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

　　(1)監(jiān)測功能

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

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

　　·測量新風過濾器兩側(cè)壓差，以了解過濾器是否需要更換；

　　·檢查新風閥狀況，以確定其是否打開。

　　(2)控制功能

　　·根據(jù)要求啟/停風機；

　　·控制空氣--水換熱器水側(cè)調(diào)節(jié)閥，以使風機出口空氣溫度達到設(shè)定值；

　　·控制干蒸汽加濕器調(diào)節(jié)閥，使冬季風機出口空氣相對濕度達到設(shè)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(yīng)時，為了防止機組內(nèi)溫度過低，凍裂空氣--水換熱器，應(yīng)自動停止風機，同時關(guān)閉新風閥門。當熱水恢復供應(yīng)時，應(yīng)能重新啟動風機，打開新風閥，恢復機組的正常工作。

　　集中管理功能：

　　一座建筑物內(nèi)可能有若干臺新風機組，這樣就希望采用分布式計算機系統(tǒng)，通過通訊網(wǎng)將各新風機組的現(xiàn)場控制機與中央控制管理機相聯(lián)。中央控制管理機應(yīng)能對每臺新風機組實現(xiàn)如下管理：

　　·顯示新風機組啟/停狀況，送風溫濕度，風閥水閥狀態(tài)；

　　·通過中央控制管理機啟/停新風機組，修改送風參數(shù)的設(shè)定值

　　·當過濾器壓差過大、冬季熱水中斷、風機電機過載或其它原因停機時，通過中央控制管理機報警。

　　2.1.1根據(jù)要求的功能確定硬件配置

　　為實現(xiàn)上述四大類功能，首先要選擇合適的傳感器、執(zhí)行器，并配置相應(yīng)的現(xiàn)場控制機。

　　為監(jiān)測風機電機的工作狀態(tài)，將風機電機交流接觸器的輔助觸點作為開關(guān)量輸入信號，接到DCU的DI輸入通道上。選擇如第1講介紹過的以占空比形式信號輸出的溫度變送器，接至DCU的一個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(nèi)機組工作狀況，溫度傳感器的測溫精度應(yīng)＜±0.5℃，濕度傳感器測量相對濕度的精度應(yīng)＜±0.5%。

　　用微壓差開關(guān)即可監(jiān)視新風過濾器兩側(cè)壓差。當過濾器阻力增大時，微壓差開關(guān)吸合，從而產(chǎn)生"通"的開關(guān)信號，通過一個DI輸入通道接入DCU。微壓差開關(guān)吸合時所對的應(yīng)的壓差可以根據(jù)過濾器阻力的情況預(yù)先設(shè)定。這種壓差開關(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(xù)輸出的微壓差傳感器。

　　在換熱器水盤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確定是熱水還是冷水，以自動進行工況轉(zhuǎn)換；同時還可以在冬季用來監(jiān)測熱水供應(yīng)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(shù)。為了更好地了解機組工作情況，在經(jīng)費允許時，還可以在過濾器前、新風閥后安裝溫度傳感器，測量室外新風的溫度；在換熱器水盤管的供水側(cè)安裝水溫傳感器測量供水水溫，在風機出口風道上安裝風速開關(guān)，以確認風機是否開啟，新風閥或風道中其它風閥是否打開。

　　由于新風閥不用來調(diào)節(jié)風量，僅為冬季停機后防止盤管凍結(jié)用，因此可選擇通斷式風閥控制器，通過一路DO通道來控制，當輸出為高電平時，風閥控制器打開風閥，低電平時關(guān)閉風閥。為了解風閥實際的狀態(tài)，此時還可以將風閥控制器中的全開限位開關(guān)和全關(guān)限位開關(guān)通過2個DI輸入通道接入DCU。

　　水閥應(yīng)為連續(xù)可調(diào)的電動調(diào)節(jié)閥以控制風溫。為了解準確的閥位還通過一路AI輸入通道測量閥門的閥位反饋信號。如果閥門控制器中安裝了閥位定位器，也可以通過AO輸出通道輸出4～20mA或0～10mA的電流信號直接對閥門的開度進行控制。

　　2.1.2通過軟件實現(xiàn)要求的功能

　　定型的現(xiàn)場控制機產(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合的特殊性，使現(xiàn)場控制機了解其特點和任務(wù)，實現(xiàn)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:風機狀態(tài)，由DI1通道測出，高電平為風機開，低電平為關(guān)。

　　temp-air：送風溫度，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(yīng)的溫度數(shù)值。

　　ψ-air:送風相對濕度，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(zhuǎn)換的相對濕度，%。

　　Δp過濾器壓差報警開關(guān)，由DI3通道測出，高電平為壓差過大，低電平為正常。

　　d-air新風閥開關(guān)狀態(tài)，由DI4通道測出，高電平為全開，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電動調(diào)節(jié)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:電動調(diào)節(jié)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:控制風機，與DO1通道連接，高電平風機開，低電平風機關(guān)。

　　V-water-on:控制電動調(diào)節(jié)水閥開大，與DO2通道連接。

　　V-water-off:控制電動調(diào)節(jié)水閥關(guān)小，與DO3通道連接。

　　V-steam-on:控制電動蒸汽閥開大，與DO4通道連接。

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

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

　　以上給出上例新風機組監(jiān)測驗控制所要求的輸入輸出通道全部信息，根據(jù)這些信息可按照現(xiàn)場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(yīng)商，委托其代為編程。

　　2.1.2.2自動和遠動控制

　　風機的啟/停及各個閥的調(diào)節(jié)可以由現(xiàn)場機根據(jù)控制及保護的要求確定，也可以由中央控制管理機通過通訊下命令進行遠動。為了不使現(xiàn)場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(shè)一個"遠動/自動"標志Auto。Auto為1時，各設(shè)備由現(xiàn)場控制機自選控制；Auto為0時，則現(xiàn)場控制機不做與控制有關(guān)的分析計算，各設(shè)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(xiàn)場控制機中的一個變量，其數(shù)值可以由中央控制管理機通過通訊網(wǎng)直接設(shè)定修改。這樣，各設(shè)備動作的邏輯關(guān)系為：

　　不論Auto為何值，風機都可以由中央控制管理機啟/停，在需要防凍保護時，也都可以由現(xiàn)場控制機停止。當Auto為1時，現(xiàn)場控制機可以在防凍保護解除后，重新啟動風機。

　　新風閥完全根據(jù)風機狀態(tài)而定，開風機后開新風閥，關(guān)風機后關(guān)閉新風閥。

　　Auto為1時，水閥、蒸汽閥由現(xiàn)場控制機根據(jù)送風溫濕度進行調(diào)節(jié)，Auto為0時，這兩個閥門根據(jù)中央控制管理機發(fā)來的命令動作。

　　2.1.2.3送風參數(shù)的控制

　　當Auto為1時，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，此時關(guān)閉蒸汽閥門，調(diào)節(jié)水閥開度使送風溫度達到設(shè)定值。這時可按照比例積分調(diào)節(jié)方式（PI）。進行調(diào)節(jié)由于計算機調(diào)節(jié)是以一定的時間步長一步步進行，因此需要用離散的PI算法。

　　通過噴蒸汽向空氣加濕，在h-d圖中可近似為一個等溫增d的過程。也就是說調(diào)整蒸汽閥改變噴蒸汽的量，僅影響送風空氣的絕對含溫量d,而基本上不影響送風溫度。本例新風機組的控制中，用的是相對濕度的濕度測量元件，如果直接用實測送風相對濕度與設(shè)定值之差作為控制變量，則調(diào)節(jié)水閥改變加熱量會使相對濕度降低，開大蒸汽閥增加噴汽量會使相對濕度上升。為了避免這種相互影響，可以根據(jù)測出的送風溫度和相對濕度計算出送風的絕對含濕量d，通過調(diào)節(jié)蒸汽閥控制d，通過調(diào)節(jié)熱水閥控制t，這樣兩個控制環(huán)節(jié)可以相互獨立地進行。具體的控制算式可以采用PI調(diào)節(jié)器。選擇線性流量特性的調(diào)節(jié)閥，使蒸汽的噴射量基本上與開度成線性關(guān)系，Δd與閥位間即為線性，使用PI調(diào)節(jié)可以得到較好的控制效果。

　　2.1.2.4防凍保護的實現(xiàn)

　　冬季有三種情況可以凍裂水盤管：熱水循環(huán)泵停，熱水不流動，繼續(xù)開風機，使盤管溫度不斷下降、盤管凍結(jié)；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(xù)開風機使盤管凍結(jié)；無熱水供應(yīng)，新風機亦停止，但新風閥未關(guān)閉，外界冷風進入機組內(nèi)，使盤管凍結(jié)。在第二種情況下，水盤管出口水溫會很低，如果水盤管出口水溫測驗點距盤管較遠（距離大于0.5m），且機房內(nèi)有供暖設(shè)施，熱水停止流動后，該點測出的溫度不一定很低，不可完全依照它來進行判斷。第三種情況送風溫度與盤管出口水溫可能都不會太低，不能通過溫度來判斷，只能設(shè)定為關(guān)風機時必須關(guān)風閥。對于第一、二兩種情況，可設(shè)定為當盤管出口水溫temp-water小于5℃或送風溫度temp-air小于10℃(考慮了風機溫升、風道影響等各種因素)時，都應(yīng)停止風機，關(guān)閉風閥。同時還應(yīng)該將水閥全開，以盡可能增加盤管內(nèi)與水系統(tǒng)間水的對流，同時還可排除由于水閥堵塞或水閥誤關(guān)造成的降溫。由于是保護動作，因此不論系統(tǒng)處在自動還是遠動狀態(tài)，即不論Auto為1或0，發(fā)現(xiàn)降溫都有需要執(zhí)行保護動作。

　　保護后，如果熱水恢復供應(yīng)，應(yīng)重新啟動風機，恢復正常運行。為此需設(shè)一防凍保護標志Pt，當產(chǎn)生防凍動作后，將Pt置為1。當測出盤管出口水溫temp-water大于35℃，并且Pt為1時，可認為熱水供應(yīng)恢復，應(yīng)重新開啟風機，打開新風閥，恢復控制調(diào)節(jié)動作，同時將標志Pt重置為0。由于不論Auto為1或0都進行了保護，因此恢復動作也不應(yīng)考慮Auto的狀態(tài)。

　　如果風道內(nèi)安裝了風速開關(guān)，還可以根據(jù)它來預(yù)防上述第三種情況的凍裂危險。當風機電機由于某種故障停止、而風機開啟的反饋信號仍指示風機開通時，如果風速開關(guān)指示出風速過低，也應(yīng)關(guān)閉新風閥，防止外界冷空氣進入。

　　2.2全空氣空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測控制

　　與上一節(jié)的新風機組相比，從控制調(diào)節(jié)的角度看，有如下3點不同：

　　(1)控制調(diào)節(jié)對象是房間內(nèi)的溫度、濕度，而不是送風參數(shù)；

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

　　(3)有回風回到空調(diào)機組，不再是全新風系統(tǒng)，尤其是新回風比還可以變化，因此可盡量利用新風降溫，但這會引出許多新的問題。

　　上述問題主要是控制調(diào)節(jié)問題。系統(tǒng)的監(jiān)測管理、遠動、防凍保護等與前面討論的新風機組類似，此節(jié)不再介紹。

　　2.2.1傳感器與執(zhí)行器的配置

　　與新風機組相比，需要增加被調(diào)房間或被調(diào)區(qū)域內(nèi)溫濕度傳感器。如果被調(diào)房間較大，或是由幾個房間構(gòu)成一個區(qū)域作為調(diào)控對象，則可安裝幾組溫濕度測點，以這些測點溫濕度的平均值或其中重要位置的溫濕度作為控制調(diào)節(jié)參照值。房間的溫濕度參數(shù)A直接反饋到控制空調(diào)機組的現(xiàn)場控制機上，以便直接用來作為參照值進行控制調(diào)節(jié)。當被控房間距空調(diào)機房較遠、需測的房間溫濕度參數(shù)又較多時，可再設(shè)一臺數(shù)據(jù)采集用現(xiàn)場控制機，安裝在被控區(qū)域附近，專門與各溫濕度傳感器連接，將測量信息處理后再通過通訊網(wǎng)把作為參照值的溫濕度參數(shù)送至空調(diào)機組的現(xiàn)場控制機。

　　由于存在回風，需增加新風與回風的溫濕度測點。回風的溫濕度參數(shù)是供確定空氣處理方案時參考的。回風道存在較大慣性，有些系統(tǒng)還采用走廊回風等方式，這都使得回風空氣狀態(tài)不完全等同于室內(nèi)平均空氣狀態(tài)，因此不宜直接用回風參數(shù)作為被控房間的空氣參數(shù)（除非系統(tǒng)很小，回風從室內(nèi)直接引至機組）。

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

　　為了調(diào)節(jié)新回風比，對新風、排風、混風三個風閥都要進行單獨的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此分別安裝電動執(zhí)行器，每個風閥都用2個DO輸出通道控制其開大或關(guān)小，并用一個AI輸入通道測量其閥位，如同上一節(jié)中的電動調(diào)節(jié)水閥。當然也可以安裝閥門定位器，通過AO輸出通道直接輸出4～20mA電流信號來控制風閥的開度。

　　其它的測量與控制同上一節(jié)新風機組。由于增加了3個連續(xù)調(diào)節(jié)的風閥，需用啟/停控制并監(jiān)測驗回風機狀態(tài)及測量室溫、新風回風溫濕度，所需要的輸入輸出通道遠遠多于新風機組。

　　2.2.2送風參數(shù)的確定

　　與新風機組不同，影響空氣處理室工作的有兩個干擾源：室外空氣狀態(tài)的變化和室內(nèi)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(nèi)各種閥門調(diào)節(jié)的非線性，導致直接通過風閥、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(diào)節(jié)"，即根據(jù)房間溫度的變化確定要求的送風參數(shù)設(shè)定值，及類似于新風機組的控制，根據(jù)要求的送風參數(shù)與實測的送風狀態(tài)之差調(diào)節(jié)空氣處理室。

　　2.2.3空氣處理室的控制

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

　　與新風機組的控制相比，帶有回風的空氣處理室的主要問題是按照什么原則控制新回風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(jié)能角度確定室內(nèi)空氣的最佳狀態(tài)

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

　　將空氣處理到該點，這樣做最節(jié)省冷量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，僅與Ⅲ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域最右側(cè)的最下部作為送風點S，以節(jié)省冷量及二次加熱量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，與Ⅳ相交時，應(yīng)取相交域的最左側(cè)的中點。

　　·如果Ωs僅與Ⅳ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域的左下角。

　　·如果Ωs僅與Ⅴ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域的左上角。

　　按照上述方式，可以在每個時刻根據(jù)新、回風狀態(tài)及室內(nèi)狀態(tài)確定最適宜的送風狀態(tài)，既保證房間空氣狀態(tài)處于舒適區(qū)，又使空氣處理能耗最小。這樣的幾何計算看起來很復雜，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，與固定的室內(nèi)設(shè)定狀態(tài)相比，這樣做節(jié)能效果十分顯著。這是采用計算機控制空調(diào)系統(tǒng)遠比常規(guī)電子式調(diào)節(jié)器控制節(jié)省運行能耗的主要原因之一。

　　2.2.5各空氣處理裝置的調(diào)節(jié)

　　在上述討論中，涉及到控制新風、排風和混風三個風閥以調(diào)節(jié)新回風比，控制表冷器、加熱器的水閥以調(diào)節(jié)冷熱量以及控制加濕器蒸汽閥以調(diào)節(jié)加濕量。在控制方案確定后，它們的調(diào)節(jié)都是以送風空氣的溫度或絕對濕度為目標，這時需根據(jù)控制調(diào)節(jié)裝置的特性不同分別采用相應(yīng)的調(diào)節(jié)算法。

　　新回風比的變化與送風參數(shù)（d和t）的變化成正比，因此可用PI形式的算法，根據(jù)送風d或t的偏差控制這三個風閥，其中新風、排風風閥應(yīng)同向同步調(diào)節(jié)，混風閥則按相反方向調(diào)節(jié)。

　　2.3變風量系統(tǒng)的控制

　　變風量系統(tǒng)（VAV）是目前在國內(nèi)開始試用的方式。所涉及的各種問題在《暖通空調(diào)》雜志有專文介紹，這里僅討論采用計算機控制時的一些做法。

　　當一套全空氣空調(diào)系統(tǒng)所帶各房間的負荷變化情況彼此不同，或各房間要求的設(shè)定值彼此不同時，VAV是一種解決問題的有效方式。每個VAV末端裝置需要一套控制器。最簡單的控制方式是根據(jù)房間溫度實測值與設(shè)定值之差，直接調(diào)整末端裝置中的風閥。這樣做，當某個房間溫度達到要求值時，由于其它房間風量的變化或總的送風機風量有所變化導致連接末端裝置風道處的空氣壓力有變化，從而使這個房間的風量變化。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，再對風閥進行調(diào)整，又會反過來影響其它房間的風量，并引起溫度變化，這樣各房間風閥不斷調(diào)節(jié)，風量和溫度不斷變化，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。一種改進的方法是采用"壓力無關(guān)"（Pressureindependent）末端裝置。此種末端上裝有風量測量裝置，房間溫度的變化不再直接改變風閥開度，而是去修正風量設(shè)定值。風閥則根據(jù)實測的風量與風量設(shè)定值進行調(diào)整。這樣，當某房間風量由于風道內(nèi)壓力變化而變化時，末端控制裝置會直接調(diào)整風閥，以維持原來的風量，房間溫度不會由此引起波動。簡單的末端控制器和"壓力無關(guān)"方式的末端控制器都可以由常規(guī)模擬電路構(gòu)成或以計算機為核心構(gòu)成。

　　2.3.1具有獨立的末端控制器的VAV系統(tǒng)

　　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(nèi)墻壁上的溫度設(shè)定器及安裝在末端裝置上的控制器兩部分，設(shè)定器內(nèi)裝有溫度傳感器以測量房間溫度。溫度實測值與設(shè)定值之差被送到控制器中去修正風量設(shè)定值或直接控制風閥。對于"壓力無關(guān)"的末端裝置，重要的是要測準風速或風量。一般都需要在出廠前逐臺標定，將標定結(jié)果設(shè)置到控制器中。有的末端控制器產(chǎn)品還要求在現(xiàn)場逐臺標定，這在選用產(chǎn)品的訂貨時要十分注意。

　　除VAV末端裝置外就是對空調(diào)機的控制了。與前一節(jié)討論過的空氣處理室的控制相比，VAV系統(tǒng)的新的控制問題為：①由于各房間風量變化，空調(diào)機的總風量將隨之變化，如何對送風機轉(zhuǎn)速進行控制使之與變化的風量相適應(yīng)？②如何調(diào)整回風機轉(zhuǎn)速使之與變化了的風量相適應(yīng)，從而不使各房間內(nèi)壓力出現(xiàn)大的變化？③如何確定空氣處理室送風溫濕度的設(shè)定值？④如何調(diào)整新回風閥，使各房間有足夠的新風？

　　2.3.1.1送風機的控制

　　為了保證系統(tǒng)中每個VAV末端裝置都能正常工作，要求主風道內(nèi)各點的靜壓都不低于VAV末端裝置所要求的最低壓力。在主風道壓力最低處安裝靜壓傳感器，根據(jù)此點測出的壓力，調(diào)整送風機轉(zhuǎn)速，使該點的壓力恒定在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。對于僅一條風道的系統(tǒng)，將壓力傳感器裝在風道的最遠處，根據(jù)它的壓力調(diào)節(jié)送風機轉(zhuǎn)速，即可保證各VAV末端裝置都在足夠的壓力下工作，然而在實際工程中會出現(xiàn)問題：當主風道前半部分風速較高，尾部風速較低時，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。當主風道分為兩支或多支（如圖2-11）時，若裝有壓力傳感器的分支A內(nèi)各變風量裝置的風閥因需要的風量小而關(guān)小，分支內(nèi)總風量減少，而另一支要求的風量大，則壓力傳感器測出的壓力接近于風道分叉處點a的壓力，但由于分支B內(nèi)風量大，壓降大，點C的壓力遠低于點a，從而也就低于點b的壓力，這樣，當控制送風機轉(zhuǎn)速使點b于額定壓力時，點c及其附近的壓力就會偏低，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前移至總風道上距末端1／3處，如圖2-21中d點。在歐洲有些工程師干脆將測點設(shè)在風機出口，使風機出口壓力恒定。此時風機轉(zhuǎn)速調(diào)整過程如圖2-22所示。這樣，部分負荷時VAV末端裝置壓力過大，使得風閥關(guān)得很小，噪聲增加，同時小風量時風機電耗節(jié)省不多。這樣，雖然測壓點越接近風機，系統(tǒng)越可靠，但風機節(jié)能效果就越差。這些分析都是采有一個壓力測點控制風機轉(zhuǎn)速這種單回路的簡單控制方式，而使用DDC控制，可以多裝幾個壓力測點來解決上述矛盾。例如圖2-11例中，在點b、c處均安裝壓力傳感器，調(diào)節(jié)送風機轉(zhuǎn)速，使這兩個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(xiàn)最高風速的風道處裝壓力測點，以保證該點壓力不低于額定值。當然在保證可基本了解風道內(nèi)壓力分布的前提下，應(yīng)盡可能減少壓力測點，以減少投資。在何處設(shè)壓力測點是出現(xiàn)了VAV系統(tǒng)以后國外長期爭論、且尚未圓滿解決的問題。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，問題就變得很容易解決了。

　　2.3.1.2回風機的控制

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

　　2.3.1.3送風參數(shù)設(shè)定

　　對于第二節(jié)中討論的定風量系統(tǒng)，總的送風參數(shù)可以根據(jù)實測房間溫濕度狀況確定。對于變風量系統(tǒng)，由于每個房間的風量都根據(jù)實測溫度調(diào)節(jié)，因此房間內(nèi)的溫度高低并不能說明送風溫度偏高還是偏低。只有將各房間溫度、風量及風閥位置全測出來進行分析，才能確定送風溫度需用調(diào)高或降低，這必須靠與各房間變風量末端裝置的通訊來實現(xiàn)。對于各變風量末端間無通訊功能的控制系統(tǒng)，送風參數(shù)很難根據(jù)反饋來修正，只能根據(jù)設(shè)計計算或總結(jié)運行經(jīng)驗，根據(jù)建筑物使用特點、室內(nèi)發(fā)熱量變化情況及外溫確定送風溫度設(shè)定值。根據(jù)一般房間內(nèi)溫濕度要求計算出絕對濕度d,取d-(0.5～1)g/kg作為送風絕對濕度的設(shè)定值。為了滿足各房間溫度要求，這樣確定的送風溫度設(shè)定值一般總是偏保守，即夏天偏低，冬天偏高，從而使經(jīng)過末端裝置調(diào)節(jié)風量后，各房間溫度都能滿足要求。但有時各VAV末端裝置都關(guān)得很小，增加了噪聲。此外還減少了過渡期利用新風直接送風降溫的時間，多消耗了冷量。

　　2.3.1.4保證足夠的新風

　　當新、排、混風閥處于最小新風位置時，降低風機轉(zhuǎn)速，使總風量減小，新風入口處的壓力就會升高，從而使吸入的新風的百分比不變，但絕對量減少。對于舒適性空調(diào)，這使各房間新風量的絕對量減少，空氣質(zhì)量變差。為避免這一點，在空氣處理室的結(jié)構(gòu)上可采取許多措施。就控制系統(tǒng)來說，可在送風機轉(zhuǎn)速降低時適當開大新風和排風閥，轉(zhuǎn)速增加時再將它們適當關(guān)小。更好的辦法是在新風管道上安裝風速傳感器，調(diào)節(jié)新風和排風閥，使新風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(tǒng)

　　當各個末端控制器均為DDC控制、空氣處理室的現(xiàn)場控制機可以與各末端控制器通訊時，前面討論的那些VAV控制調(diào)節(jié)中的問題就較容易解決了。此時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量/風速傳感器，通過計算機使各末端裝置相互協(xié)調(diào)，解決上述問題。此是的控制策略取決于采用"壓力無關(guān)"型末端裝置還是簡單的電動風閥裝置。下面分別進行討論。

　　2.3.2.1使用"壓力無關(guān)"型末端裝置

　　此時空調(diào)處理室的現(xiàn)場控制機可得到各末端裝置風量實測值、風量設(shè)定值、對應(yīng)的房間溫度和房間溫度設(shè)定值。有些控制器不可得到閥位信息。末端裝置控制器調(diào)節(jié)的速度很快，一般情況下風量實測值應(yīng)接近風量設(shè)定值。如果某個末端裝置在連續(xù)一段時間內(nèi)（1～2min）實測的風量低于風量設(shè)定值較多，則說明風道內(nèi)壓力偏低，因此可增加送風機轉(zhuǎn)速。各末端裝置風量設(shè)定值之和與風機轉(zhuǎn)速有一對應(yīng)關(guān)系。如果風機轉(zhuǎn)速高于各風量設(shè)定值之和所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，則說明風機轉(zhuǎn)速偏高，各變風量末端裝置的風閥可能都關(guān)得較小，因此需降低轉(zhuǎn)速。總風量和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可在初調(diào)節(jié)時通過實測得到：將幾個最末端的變風量裝置的風量設(shè)定到最大值（或?qū)⒎块g溫度設(shè)定值調(diào)到很低）。近端的變風量裝置設(shè)定到最小值，調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，使這些風量設(shè)定值基本上得到滿足。記下此時實測風量之和及風機轉(zhuǎn)速，再增加幾個設(shè)定風量為最大值的末端裝置，再次調(diào)整轉(zhuǎn)速。這樣即可得到一組最不利條件下總風量與轉(zhuǎn)速之關(guān)系，作為控制風機轉(zhuǎn)速的依據(jù)。此關(guān)系可通過同樣的思路根據(jù)風道阻力情況預(yù)先計算得到。當末端裝置的風閥閥位信息也可向空氣處理室的現(xiàn)場控制機提供時，可以根據(jù)是否有閥位開到90%以上來確定風機轉(zhuǎn)速，使任何時候系統(tǒng)中至少有一個VAV末端裝置的風閥閥位大于90%。

　　由各變風量裝置實測的風量之和即可確定回風機轉(zhuǎn)速。只要使轉(zhuǎn)速與總風量成正比，房間內(nèi)基本上可保證正常的壓力范圍。比例系數(shù)可在調(diào)節(jié)時實測確定。

　　最適合的送風參數(shù)亦可由各末端裝置的風量設(shè)定值確定：當各末端裝置的風量設(shè)定值都低于各自的最大風量，說明送風溫差過大，應(yīng)升溫（夏季）或降溫（冬季），以減小送風溫差。若有的裝置風量設(shè)定值等于或高于其最大風量，則說明送風溫差偏小，應(yīng)降溫（夏季）或升溫（冬季）。這種控制的結(jié)果，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)至少有一個末端裝置其風量設(shè)定值高于90%的最大風量。這種用房間控制信息反饋來確定送風參數(shù)的方法比沒有通訊時前饋方法要可靠、省能，亦可避免大量風閥關(guān)小引起的噪聲。掌握了各房間風量的實測值，還可以更準確地保證各房間的新風量。每個房間都有事先定義的最小新風量要求（根據(jù)人員數(shù)量），由各房間實測風量與該房間額定最小新風量之比即得到此時要求的最小新風比。新風、排風閥閥位開度近似于新風比，因此可簡單地根據(jù)這種計算出的最小新風比檢查和調(diào)整新風、排風閥。為使新風量更準確，也可以在新風管道上測量新風量，再用計算出的實測總風量乘以最小新風比作為最小新風量的設(shè)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(tǒng)，可以使風道壓力控制、室內(nèi)壓力控制、送風參數(shù)設(shè)定和新風控制這4個問題得到較妥善的解決，并且除VAV末端裝置內(nèi)的風量測量外，不再需要其它測點，免去了無通訊功能時需要對風道壓力、總風量、回風機入口壓力及新風量的測量。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(tǒng)控制調(diào)節(jié)品質(zhì)卻會大大改善。

　　2.3.2.2使用無風量測量的末端裝置

　　即使不采用"壓力無關(guān)"型末端裝置，直接通過調(diào)風閥控制房間溫度，依靠各DDC控制器通過通訊網(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機的調(diào)整造成的風量變化。當具有通訊功能時,每個末端裝置要對風閥進行調(diào)節(jié)時，同時將要調(diào)整的開度變化通知鄰近的各末端裝置。各鄰近末端裝置可根據(jù)預(yù)定的權(quán)系數(shù)對自己的風閥同時進行調(diào)整。例如某末端裝置為使房間溫度降低，要將風閥開大10%，則最鄰近的兩個末端裝置同時也將自己的風閥開大3%～4%，次鄰近者同時開大1%～2%，這樣就可避免在風量減小、引起溫度變化后再進行調(diào)整了。送風機轉(zhuǎn)速變化時，則所有的風閥都應(yīng)自行進行相應(yīng)的調(diào)整。這種調(diào)整量的權(quán)系數(shù)可通過"自學習"的方法逐漸修正。此種控制調(diào)節(jié)的效果可接近"壓力無關(guān)"型末端裝置（詳細討論與模擬實驗分析見文獻[3]）。

　　對于這種末端裝置，空調(diào)室的現(xiàn)場控制機應(yīng)知道各末端裝置的閥位，根據(jù)各末端裝置的閥位狀態(tài)確定送風機轉(zhuǎn)速及空調(diào)機送風狀態(tài)。當所有末端裝置的閥位均小于80%時，說明風道內(nèi)靜壓偏高，應(yīng)降低送風機轉(zhuǎn)速。反之，若發(fā)現(xiàn)有開度大于90%的末端裝置，說明有可能風道內(nèi)靜壓偏低，應(yīng)加大送風機轉(zhuǎn)速。這樣可以用各末端裝置中閥門開度最大值來控制送風機轉(zhuǎn)速，使得在任何時候系統(tǒng)內(nèi)至少有一個末端裝置風閥開度在80%～90%之間，沒有風閥開度超過90%。

　　根據(jù)各末端裝置風閥開度，同樣也可確定適宜的送風溫度：

　　若各風閥開度在20%～90%之間，而送風機未達到最大轉(zhuǎn)速，則應(yīng)減小送風溫差，這將導致各末端裝置風閥相繼開大。最大都超過90%后，風機轉(zhuǎn)速增加，最終的結(jié)果使各末端裝置風閥開度范圍在40%～90%之間。當風機轉(zhuǎn)速達到最大，各風閥間開度仍較大時，就不能再調(diào)整。

　　若各風閥開度在70%～90%之間，則可適當加大送風溫差，各風閥就會相繼關(guān)小，此時風機轉(zhuǎn)速會降低，最終的結(jié)果也可使各末端裝置風閥開度范圍在40%～90%之間。這樣做還要注意送風溫差的最大值，當送風溫差設(shè)定值達到其最大值時，就不能再減小風機轉(zhuǎn)速。

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

　　由于總風量近似正比于送風機轉(zhuǎn)速，由此可估計出不同轉(zhuǎn)速下所需要的最小新風比，以保證系統(tǒng)有足夠的新風量，用這個最小新風量即可作為新排風閥此時刻的開度下限。

　　由上述初步的定性分析與討論，可以看出來用計算機控制后，尤其是采用帶有通訊功能的計算機可以對整個系統(tǒng)工作情況進行全面分析，確定控制策略，可使VAV控制中的一些困難問題得以較好地解決，同時可以減少傳感器使用數(shù)量。上述最后一例，無任何風量傳感器使用數(shù)量。上述最后一例，無任何風量傳感器和壓力傳感器，完全依靠各變風量末端風閥閥位的信息，即解決了VAV系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制。控制效果當然不如帶有"壓力無關(guān)"末端裝置的系統(tǒng)，但如果送回風道設(shè)計恰當，變風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(diào)系統(tǒng)最小能耗控制.制冷學報，1993，（1）.

　　2朱偉峰.變風量系統(tǒng)的解耦控制[學位論文].北京：清華大學熱能系，1996.

　　3ThomasBHartman.DirectdigitalcontrolsforHVACsystem.McGraw-Hill,inc.