变风量空调系统的控制

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摘要：变风量空调控制系统的核心是选择节能的、易于工程使用的控制算法。本文通过对比，对变风量末端选用了压力无关型控制算法，对变风量空调机组选用了定静压控制算法。本文通过优化控制参数，在节能方面，获得了满意的效果。

关键词： 集散控制 　变风量

压力无关型控制算法 定静压控制算法

1.概述

变风量空调技术是跨暖通专业和控制专业的新领域，如果没有好的控制策略和在工程中简单可行的实施方法，变风量空调系统达不到预期节能效果的。在此背景下，探讨变风量空调系统的控制，有着重要的现实意义。

1.1 变风量空调控制组成

变风量空调系统由变风量末端、变风量空调机组两部分组成，两者通过风道连接。系统的组成如图所示。

变风量空调系统的组成

变风量末端有风机动力性和风压型两种。

变风量空调机组有双风机型和单风机型两种。

2 变风量空调控制

2.1 变风量末端的控制

2.1.1 变风量末端

变风量末端一般均由进风短管、消声腔、调节阀等基本部分构成。其核心是调节风阀，利用其调节进入房间的风量。

2.1.2 控制目标

变风量末端控制目标是：

根据空调空间要求的温度（设定温度），调节风阀的开度，从而调节进入空调空间（房间）的风量，进一步将空调空间的实际温度控制到设定值上。并希望被调空间的温度尽量平稳，少受其他因素的影响。

2.1.3 控制算法

压力无关型算法是为了解决压力相关型算法房间温度易受风量变化的影响，平稳性差的缺点而引入，其基本思想是在温度闭环控制的基础上，引入风量反馈来提早抑制风量的变化对房间温度的影响，改善温度的平稳性。

由于风量反馈的引入，可提早抑制风压的扰动对温度的影响，较压力相关型算法，温度的平稳性可得到很好的改善。该控制算法的优点是房间温度的平稳性好。

2.2 变风量空调机组的控制

2.2.1 变风量空调机组

变风量空调系统，是通过随负荷的变化调节送风量，达到调节房间温度的。在整个运行过程中，送风温度保持不变。

如何调节送风量呢？通过调节送风风机的运行频率，即可调节送风量。所以，变风量空调机组，是通过调节送风机所配的变频器的运行频率实现变风量的。

变风量空调机组是由新风段、回风段、表冷/加热段、送风段、加湿段等组成，

2.2.2 控制目标

变风量空调机组控制主要的目标是：

（1）新风量控制：控制进入空调机组的新风量，满足室内空气的卫生指标。

（2）送风温度的控制：控制送给变风量末端装置的空气温度，使其能够满足对房间温度调节的要求。

（3）送风湿度的控制：控制送给变风量末端装置的空气湿度，将送风湿度控制在设定值上。

（4）送风量的控制：这是变风量空调系统控制的难点和关键，要随末端负荷的变化调节送风量。

2.2.3 新风量的控制

足够的新风量对于提供良好的室内空气品质(IAQ)，保证室内人员的舒适感和身体健康有着直接意义。但是，过大的新风量，会造成能耗增大。

所以新风量控制的目标是：保证空气品质的情况下，新风量最小。

对变风量系统，若仍采用定风量系统所采用的最小新风比时，当室内负荷减小引起总风量减少时，新、回风也按同样比例减少，因而新风绝对量也在减少。在负荷很低的情况下，就有可能出现新风量严重不足的现象，因而必须对空调系统的新风量实施有效的控制。

目前新风量的控制方式主要有风速法，CO2浓度控制法和混合段中静压控制法三种。

（1）风速法

风速法实现最小新风量控制的思路是：在新风入口处设置风速传感器，通过控制器调节新风阀，维持恒定的风速。此时可控制回风阀保持全开，风量由变频风机调节。当采用这种控制时，最小新风量设定值可在控制器里随时调整，过渡季节则控制新风阀完全开启，回风阀完全闭合，因此回风阀可采用开关控制即可，这样过渡季节可以最大限度地利用室外新风的冷量。

（2）二氧化碳浓度控制法

这种控制方法是在回风管中设置CO2检测仪，检测CO2浓度。通过CO2变送器转换成电信号传送给控制器，调节新风阀开度，以保持系统所需的最小新风量。

这种控制方法虽然简单易行，但是不足之处是当人员在室率很低时，不能控制非人为因素产生的其它有害物质所需的最小新风量。空气的质量包含许多综合因素，因此，从人居健康的角度出发， CO2浓度控制法在空调业的发展中有一定的局限性，有待进一步研制开发出空气综合质量传感器，通过此信号来调节新风量以满足要求。

（3）机组混合段中静压控制法

因为通过风阀的风量与风阀前后压差的平方根成正比，所以只要保持压差不变，风量就能保持恒定。据此，在变风量系统中，不论送风量为多少，如果新风阀开度不变，通过设在混风箱中的压力传感器调节回风阀开度，保证机组混合段中负压不变，理论上就能保证最小新风量，但实际上混风箱中气流相当混乱，很难找到一个合适的静压点，因此该方法的效果关键在于混风箱内静压点的选择合理与否。

2.2.4 送风温度的控制

送风温度的控制，在冬夏季和过渡季采用不同的控制策略。

冬夏季模式：

检测送风温度，并与设定温度值进行PID运算，根据运算结果调节冷/热水量，达到控制温度的目的。

过渡季模式：

过渡季关闭冷热水阀，根据室内外的温差调节新回风比来满足室内温度的要求，以充分节约能源。

送风温度的再设定

当系统风量减小至最小风量（或达到最大风量）时，此时末端仍按要求减小送风量（或增大送量），则对变风量空调机组的送风温度进行再设定。

2.2.5 送风湿度的控制

送风温度的控制，在冬季和夏季采用不同的控制策略。因为在西安地区，冬季需要加湿，夏季无需控制。

冬季的加湿控制

根据送风湿度的测量值和送风湿度的设定值作PID调节运算，调节加湿阀，使送风湿度达到设定值。

2.2.6 送风量的控制

送风量的控制方法有三种：①定静压法；②变静压法；③总风量控制算法。

（1）定静压法：

在送风管道的合适位置设置静压传感器，测量静压并与设定值比较，对差值进行PID调节运算，利用运算结果调整风机的频率，达到根据末端负荷调整风量的目的。

（2）变静压法

变静压法的思想是：尽量使变风量末端风阀片地全开状态(85%~95%)，把系统的静压降到最低。

其控制策略是定期巡检变风量末端的风阀开度，当末端只要有一个风阀未处于全开状态，即降低风机的频率。当末端有一个风阀处于全开状态，而房间温度失控，则调高风机的频率。即确保至少有一个末端风阀处于全开状态，并房间温度可控。

（3）总风量控制法

总风量控制法的原理是：计算每一个变风量末端为满足房间温度所需的风量。所有变风量末端所需的风量之和就是变风量空调机组的送风量，而送风量与风机转速又有经验的函数关系，所以可根据送风量计算出风机的转速，进一步对风机进行控制。

我们在本次设计中采用定静压控制方法。并且通过合理选择静压的设定值来弥补末端风阀开度过小、风机运行频率过高的不足。本次工程实施中我们通过现场调试，按如下思路确定静压的设定值：首先在变风量空调机组工作在最大送风量下，并将各房间温度设定在24℃（以夏季为例），待系统稳定后，观察各变风量末端风阀的开度，若无风阀开到最大，则逐步降低送风机的频率，直到出现一个风阀开到最大，而且房间温度可控，此时实测的静压值即为设定值。可见，我们是将变静压法动态调节的思想用于定静压静态参数的确定。可有效降低定静压法算法的缺点。