变风量空调总风量控制系统分析

王雷

摘要：随着经济的发展和进步，人们生活水平得到很好的改善，无论生活还是生产过程中，空调的使用是非常普遍的，其中进行空调变风量的控制是非常重要的。本文主要就变风量空调总风量控制系统进行了分析研究。

关键词：变风量；空调总风量控制系统

中图分类号：TM925文献标识码： A

一、变风量空调总风量控制系统

变风量空调总风量控制系统，也就是VAV 系统，它是根据室内参数和控制区域空调负荷的变化情况，实现送风量的自动控制，在满足人们生产生活方面发挥重要作用。变风量系统的优点主要包括以下几个方面：一是运行经济，由于风量随负荷的减少而降低，所以冷量、风机功率能接近建筑物空调负荷的实际需要。 在过渡季节与可以尽量利用室外新风冷量。二是能同时满足不同房间的不同温度要求。三是具有一般低速集中空调系统的优点，例如可以进行较好的空气过滤、消声等，并有利于集中管理。四是节能、维修工作量小。五是与风机盘管系统相比，更灵活，更易于改扩建（送风口位置可灵活调整）。六是由于在设计时可以考虑各房间同时使用率，所以能够减少风机装机容量。七是变风量系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点。没有风机盘管凝水问题和霉菌问题【1】。

二、VAV 系统控制原理分析

一个具有代表性的变风量空调系统由送风温度控制、新排风量控制、送回风量匹配控制、送风静压控制、室温控制共五个反馈控制环路构成。其中送风温度控制目的在于将空间内的气流组织维持在最佳状态，以防止空间内的气流组织紊乱；新排风量控制能将空间压力维持在正常水平，因此排风阀的开度大小应参考新风阀的而定；空调系统工作时送风量改变会引起送回风量差值的改变，因此将风量维持在平衡状态，可通过控制器进行调整；送风压控制常用方法有总风量法、变静压法和定静压法，运用总风量法时需计算出 VAV 系统末端装置总瞬时风量，并参考风道阻力和风机性能曲线特点，确定转速和流量之间的关系，控制器利用该关系对空气流量进行控制。变静压控制时应将阀门全部打开，并在保持风管中静压尽量小的基础上对送风量进行控制。不过该种方法控制操作比较麻烦，且系统稳定性不高，因此实际应用率并不高。定压控制时需将静压传感器测定值和设定值进行对比，通过控制器调节风管静压合和风机速度。空间温度控制由主控制和副控制回路之分，主控制回路先对比设定温度和空间温度的实际值，利用 PI 控制算法计算出输出风量值用于输入副控制回路。而副控制回路依据从主控回路输入值和末端装置的实际风量之间的差值，利用 PI控制算法将结果传输到风阀执行器实现流量的控制。

三、变风量空调总风量控制系统的控制方法分析

1、定静压控制方法

所谓定静压控制，就是在风管静压最低点安装静压传感器，测量该点的静压，并调节风机的转速，使该点的静压恒定在变风量末端的最低工作压力。

2、变静压控制法

所谓变静压控制，就是使用带风阀开度传感器，风量传感器和室内温控器的变风量末端，根据风阀开度控制送风机的转速，使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。变风量末端装置的风阀是全部处于中间状态→系统静压过高→调节并降低风机转速。变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量等于温控器设定值→系统静压适合。变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值→系统静压偏低→调节并提高风机转速。

3、直接数字控制法（DDC）

所谓直接数字控制法（DDC）就是计算机在参加闭环的控制过程中，不需要中间环节（调节器），而用计算机的输出去直接控制调节阀、风机等执行机构。 用数字式自动控制器进行最小静压控制时，如果知道了末端装置的风阀全开时的开度—压差—流量特性，风管的流量—阻力特性，风机的转速—扬程—流量特性，就可以根据风量求的满足最小静压控制的送风机转速。其步骤如下：给出各末端要求风量；计算风管的阻力；选择最不利环路和计算最小静压状态的送风机扬程；计算送风机转速；计算送风机的转速，送风机风量为各末端装置要求风量之和各末端；控制，根据送风机转速的设定值控制送风机的转速，并对风机转速的变化率加以限制，以免电机过载【2】。

4、风机总风量控制方法

风机总风量控制法的基本原理是根据风机相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速是一个正比关系。风机总风量控制法能够直接根据设定风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前反馈控制，对房间负荷变化作出的反应较快。避免使用压力测量装置，减少了风机的一个闭环控制环节。不需要变静压控制法中的阀位控制。

四、变风量空调总风量+阀位反馈控制系统设计分析

1、实例概况

重庆力帆中心LFC位置处于重庆市江北城CBD区，由1#、2#、3#塔楼、吊层及其地下室组成，项目用地面积为15025m2，总建筑面积为223794.13m2。地上建筑面积为150247.97m2，地下建筑面积73546.16m2。地下负五层为车库及设备用房且部分车库兼做人防地下室；地下负二至负四层为车库，地下室负一层为车库、设备用房及办公配套的餐厅、厨房；吊三至吊八层为车库、设备用房及办公用房；吊一、吊二层为车库及商业；一层及以上为办公。

重庆力帆中心设备监控系统主控工作站设在吊7层的楼宇管理控制中心内，负责整个大楼的VAV变风量空调设备监控。

2、空调系统控制

2.1、AHU控制

AHU控制原理：

控制对象：电动调节阀、风机启停、风机转速;

检测内容：回风、送风温度、新风量、风机马达频率、CO2浓度、过滤器堵塞信号、风机启停、运行状态、故障报警、手自动状态。以上信息能在上位机上显示。

控制方法：温度控制：系统根据机组送风温度与设定值的差值调节冷热水电动二通阀开度；风机变频控制：根据末端VAV实际总风量需求,调节风机频率，再通过VAV BOX风阀阀位反馈反映实际风量需求，对频率增减量进行修正,使风机变速运行，保证送风量达到实际要求；按照设定的工作时间表，系统按时启停机组。

新风量控制：夏季/冬季通过调节MCAV保证系统最小新风量。

2.2、VAVBOX控制

VMA系列控制器是内置压力传感器和风阀驱动器的一体化控制器，同时具有先进的PRAC算法，自动调整PI参数。控制器根据区域温度及其设定值通过PI调节计算出所需一次风量，并监测当前风量，通过PI调节风阀以使当前一次风量满足需求风量（界于最大和最小设定风量之间）。系统根据区域温度设定值计算出制热及制冷温度设定值，当区域温度处于制热设定值与制冷设定值之间时，调节风阀以保持一次风至最小风量设定值；当区域温度高于制冷设定值时，调节风阀以增加一次风量，最高增加到最大风量设定值；当区域温度低于制热设定值时，调节风阀以保持一次风至最小风量设定。

2.3、总风量+阀位反馈分析

本项目控制方案为总风量+阀位反馈，故风机速度控制（变频控制）分为两个阶段：通过总风量方式计算频率基值；再通过VAV末端装置风阀阀位反馈反映风管内静压需求，对频率增减量修正。

A)通过总风量方式计算频率基值：

总风量方式是通过建立系统设定风量与风机设定转速的函数关系，采集各VAV末端装置需求风量，计算该楼层处于占用状态的VAV末端风量需求总和作为系统设定总风量， 直接算出该楼层AHU风机频率，作为频率基值。具体流程如下：

通过现场测定风机在各个频率下的输出风量，可以将实际风量与风机频率的关系绘制出曲线，将其拟合为线性函数，编入现场控制器中。

使用控制器现场总线，采集各VAV末端装置的需求风量，求和得出的该楼层总需求风量值，作为系统总风量设定值。

在现场控制器中，使用得出的线性函数和总风量设定值，计算可得满足总风量需求所需的AHU风机频率。

B)通过风管静压需求修正频率：

第一阶段的频率计算已经从理论上满足系统风量需求，由于总风量控制策略无法直接反映风管静压，有可能导致的个别末端风阀开度过大仍无法满足该末端风量需求的问题 ，在第二阶段结合了风管静压需求的修正。VAV末端装置的阀位开度受该末端位置风管静压影响，故反馈能够从另一方面反映该位置的风管静压状态。例如若该楼层VAV末端阀位开度过大的末端数量多，能反映该楼层风管总体静压过低的现象；反之则反。这里采用了阀位开度高低个数，及开度最高/最低的VAV阀位开度大小来对风机频率进行修正，能有效解决总风量法无法满足个别VAV末端设备需求的问题。

2.4、系统控制策略

本项目采用环形风管，但是必须进行两台AHU的联机运行，否则系统是无法进入稳定运行的，而且两台AHU采用联机低频率运行可以比一台AHU高频率运行更加节能。在系统运行程序上必须将两台AHU并联运行，即采用相同的频率来运行，这样可以确保系统的稳定和节能运行。同时还可以带来以下好处，（1）从空调器到末端装置，送风可以从两条以上的通道流动，这样更有利于风量平衡；（2）可降低并均化送风管的静压值，还可减少末端装置的噪声，系统运行更加节能和提供更高的舒适性。

考虑到两台机组运行时，变频器的最低频率设定通常不低于20Hz，而风机功率与转速成三次方关系，而频率与转速为正比关系，而每台风机的风量可以通过风机曲线查询。因此有必要考虑，是两台机组并联采用低频运行节能还是采用一台机组采用高频节能。在实际运行策略中，我们要根据两台风柜的风机曲线做出分段函数，找出两台机组是并联运行还是采用单机运行，何时切换最合适。

根据环形风管两台AHU的群控策略，系统处于低负荷运行状态，且采用1台AHU高频运行比采用两台AHU低频运行更佳经济时，系统切换到单台AHU运行模式。为了避免系统气流组织不佳，在该模式下运行是，应在保证气流组织不受明显影响的前提下减小送风量，否则应优先减小送风温差来适应负荷变化。

2.5、新风空气机组控制策略:

本项目办公楼层的新风由设置于十三层和屋顶层的集中新风机组提供，集中新风机组对室外新风进行过滤、冷却（冬季为加热）处理后通过竖向管路送至各楼层。

送风温度控制：冬夏季节工况：DDC控制器根据送风温度与预设的温度值(可供用户调整)作比较，通过比例积分运算，然后输出至冷冻水阀或热水阀，进行温度调节。

新风调节控制：为保证室内负荷变化时送入房间的新风量能满足卫生要求，楼层新风管上设置了MCAV电子式定风量装置。在冬夏季典型季节，新风调节在优先保证空气二氧化碳浓度控制的前提下维持最小新风比；过渡季节新风设定到最大新风量，尽量利用室外新风作为空调系统的冷源，减小冷水阀的开启度。

2.6、吊式新风机组控制策略:

温度控制：通过对安装于水盘管回水侧二通电动调节阀的自动调整，实现对被控温度的控制。控制器会监测送风温度并将它与设定的温度值（可供用户调较）作比较，进行PID运算，然后输出至冷水或热水阀门，以作温度调节作用。

结束语

总之，变风量空调总风量控制系统具有重要作用，在具体的工作中，就必须不断加强变风量空调总风量控制系统的分析和研究，从而使其更好地应用于生产生活之中，促进社会的进一步发展。

[1]李广. 变风量空调系统控制方法探讨[J]. 科技致富向导,2013,14:115+120.

[2]蒋恩华.浅谈变风量空调系统控制方法[J].中国科技纵横，2011（03）.

[3]袁乃起,李江,张盼领. 一种变风量空调的控制系统的设计[J]. 科技广场,2012,11:56-58.

[4]江森自控系统资料