变风量空调控制系统的设计与应用

文｜浙江中控研究院有限公司 孙 全

在建筑物内，暖通空调系统随环境及使用情况的不同，负荷也不断发生变化，建立一个实时调整并合理满足暖通使用需求的空调系统已成为建筑运营的迫切需求；而变风量空调系统是近年来被广泛推广并应用到建筑空调的节能技术，其是一种基于逐时负荷计算的全空气空调系统。例如在一个建筑中，各个区域负荷差异较大，就可以通过变风量系统调整系统风量和冷量达到使用需求及节能目标，通过变风量空调系统的有效控制，可节约运行费用20%～30%。

在我们日常使用的定风量系统中，采用风机盘管通过温控器控制，容易产生环境温度过冷或过热、冷凝水过多对吊顶造成污染、噪声大影响工作或休息等；而设计如采用变风量系统则不会出现此类问题，除了能最大程度保证恒温运行外，噪声等其他问题也能得到很好的解决；系统可根据实际需求符合实现按需提供、按需分配、按需运行等，系统运行灵活、调节合理、使用便捷等。

1 项目概况

某办公大楼，地下2层、地面21层，建筑面积五万余平方米，其中地下层为汽车停车库、非机动车停车库、重要机房、库房等；1至5层为群房，配备咖啡店、健身中心、商场、银行、消控中心及弱电机房等；6至21层为办公。

2 系统设计

设计中办公层采用带热水加热盘管的VAV末端装置，夏季通过调节VAV末端装置的冷风量来适应负荷的变化，冬季调节VAV设备的冷风量，冷风量减少到最小设定风量，室温仍低于设计温度时，开启加热盘管上电动阀加热以满足使用要求。

大楼公共区域采用中央空调，在大楼群房1至5层区域采用吊顶式新风机组及卧式空调机组，其具体控制内容如下：对每台新风机组进行优化控制，通过软件进行时间的累计和生成温度曲线；新风机组设置手动/自动控制，每台新风机组都有就地选择开关来选择手动/楼宇自动化控制。在楼宇自动控制模式下，楼宇自控系统将按时间表来操作新风机组，执行相关的控制程序和联锁。在手动模式下，楼宇系统控制功能失效，但监视功能和新风机末端风量调节仍然保持工作；新风机组末端都配有电动风阀和电动执行器，以达到控制风量的目的。

控制过程如下：

在新风门和末端送风门安装的电动新风阀门接受就地安装的DDC控制器的指令。当DDC控制器接收的室内CO2浓度或者室内压力与设定值有偏差时，现场DDC控制器内置的控制算式，如比例控制P、比例加积分控制PI、PID和优化PID发出控制信号到电动调节风阀，调节末端送风阀的开度，这样构成闭环控制，保持室内CO2浓度和室内压力在要求的控制范围内，达到空气清新的环境要求。当新风机组停止运行时，自动关闭新风阀。

电动新风阀门与送风机联锁控制，送风机工作时，阀门保持打开状态；送风机组停止工作时，阀门保持关闭状态。

在新风过滤段上设置压差开关，监测过滤器上的积尘所造成的气阻，当积尘过多时，则发出报警，提示清理过滤器。

每台新风机实时监测送风的温度情况，DDC通过设定温度与送风温度的比对，实施调整表冷器电动二通阀执行器，严格控制表冷器内的冷冻水流量，始终将送风温度控制在设定温度范围内，以确保室内环境温度的舒适性。

各个公共区域温湿度信号和室外的温湿度信号，通过相应的DDC采集数据，然后通以MODBUS TCP网关形式读取到电脑上，电脑主机与LED屏之间通过通信接口，在LED屏上发布各温湿度信息。

3 系统特点

（1）采用单层网络结构：Optisys系统采用了单层网络结构和先进的现场总线控制技术，使得Optisys集散系统无论在可靠性和技术上都是世界领先的水平。中央控制室单独设立中央工作站，通过访问现场控制器将现场设备的数据进行采集、分析后，反馈给现场控制器，通过控制器执行相应的动作，实现管理、控制一体化。

（2）系统硬件配置：整个大厦楼宇自控系统共配置19台PCS300系列DDC控制柜，通过以太网交换机组成控制主网络，通过CAN总线分别扩展了21台DDC控制柜。以满足空调系统设备及其他机电等设施的要求。

（3）系统软件配置：运行于Windows 2003/XP中文平台，灵活的动态图形操作界面，软功能键、下拉式菜单，可用鼠标完成大部分功能。如：面向对象的数据库、跨平台数据库数据交换、接口与服务器、数据采集与管理应用软件、运行参数与状态显示应用软件、运行记录报表的打印应用软件、中央调度及智能远动控制应用软件、故障诊断及报警应用软件、面向Excel的趋势数据界面、可制定的权限、运行画面若干张、现场控制单元编程软件。

（4）设备功能：系统由PC主机、彩色屏幕显示器及打印机组成，可直接与以太网相连，通过密码访问楼宇自动化管理软件，对全动态窗口进行监测；完成直观的图文操作、对数据历史保存和打印、故障诊断和报警，方便管理和系统备份。

（5）BAS和电气设备的I/O信号接口要求：按系统设计方案，BAS对大楼内的机电设备进行监视、控制和管理，所以BAS和大楼的这些机电设备要建立一定的I/O信号连接。

这种信号连接对于风机等电气设备的电器控制盘（柜）的技术要求：

◆ BAS的输入信号：设备运行状态，过载报警，手动/自控状态；

◆ BAS的输出信号：设备启停控制。

对于照明灯光的电器控制箱（盘）的技术要求：

◆ BAS的输入信号：设备状态，手动/自控状态；

◆ BAS的输出信号：开关控制。

BAS对电气设备I/O信号的特别要求：

◆ BAS和电气设备之间传送的接点信号都是独立的不带电的，俗称“干接点”；

◆ 从电气控制箱送往BAS的状态接点要求电阻小于1Ω。

从BAS的DDC控制盘送到电气控制箱的开关控制接点额定容量为230V或24V，如启动触点功率过大，则采用隔离继电器进行隔离启动。

（6）BA系统电源和接地

BA系统电源采用单独设置，由机房内的UPS统一供电，不与动力、照明等合用。BA系统电源箱设置在中央控制室，至各现场控制器的电源均由BA系统电源箱集中供应。楼宇自控系统接地采用综合接地方式，接地电阻小于1Ω。

4 结束语

楼宇自控系统在充分考虑现有设备和环境结构的同时，采用了在优化控制系统下实现了楼内设备的自动化控制，其降低成本，节约能源，为大楼建筑创建了一个安全、舒适、便捷的办公环境。