变风量空调送风系统的优化控制策略★

薛韩玲 程凯丽

(西安科技大学，陕西 西安 710054)



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变风量空调送风系统的优化控制策略★

薛韩玲 程凯丽

(西安科技大学，陕西 西安 710054)

为了使变风量空调系统合理、经济、安全运行，结合工程实例，探讨了变风量空调系统的新风控制以及送风温度控制优化策略，指出优化后的系统控制效果与节能效果显著，提高了系统控制精度。

变风量空调系统，送风温度控制，新风量，送风量

0 引言

变风量空调系统是大惯性、非线性、大纯滞后系统，控制变量多，变量间存在着强耦合关系，所以控制技术复杂，最突出的表现是在变风量空调系统的控制中，因此，有必要对变风量空调系统的控制策略进行优化研究。刘静纨等应用所设计的模糊PID控制器对送风温度和空调房间的温度进行了实时在线控制；上海交通大学学者建立了变风量空调系统的神经网络控制动态模型，并给出了系统的参数控制分析结果[1]。基于前人的研究，本文从送风温度控制以及新风控制策略方面对变风量空调系统进行了优化分析，优化后的控制系统由于负荷得到补偿，最小新风量得到控制，可使得室内的相对温湿度保持在较好的水平。

1 新风优化控制

在变风量空调系统中，送风量在系统运行过程中随着负荷变化而不断变化，且影响空调箱内的压力状况，尤其是混合段的压力。当负荷动态减小时，送风量也会随着减小，同时新风量也会随着送风量的减小而成比例地减小[2，3]，因此必须对变风量空调系统的新风量实施优化控制，以保证变风量空调系统的高效运行。

1.1 新、回风混合箱压差控制

变风量空调系统运行在最小新风量工况时，全新风调节风阀关闭，新风阀、排风阀开启并按照初始设置进行适当调节。其优化控制原理图如图1所示；系统变风量运行，如果送风量增加，导致混合静压箱内的负压值减小，最小新风阀开度随之减小，系统新风量同步减小，DDC控制阀阀门开度减小，总体上维持混合静压箱内一定的负压；如果送风量减小，混合静压箱内的负压值增加，最小新风阀开度随之增加，DDC控制回风阀阀门开度增大，继续维持混合静压箱内一定的负压[4]。采用这种控制方法，不管送风量怎么变化，可以实现间接控制新风量。由于新风量在动态变化过程中精确测量要求高，所以该方法尤其适合大、中型变风量空调系统。

1.2 总风量控制法

早前的变风量系统控制方法一直将静压作为调节风机转速的唯一参数，但是工程实践证明，只要静压控制环节存在，就会较大地影响系统的稳定性，因此寻求一种不依赖于静压的控制方法是非常必要的。基于前人的分析，依据系统参数和实际背景要求来优化变风量空调系统，关键是建立变风量空调系统的设定风量和风机设定转速的函数关系，对变频空调机组送风管上挂接的所有末端需求之和作为系统的设定总风量，在此基础上求得风机设定转速[5]。在空调系统阻力系数不变的情况下，总风量和风机转速成正比，下面用关系特性曲线来分析，曲线图见图2。

由图2看出，当变风量空调系统负荷大，风机送风量大，现场的变风量末端风阀阀门开度也较大，风管阻力曲线向Od位置移动；当变风量空调系统负荷小，风机送风量小，现场的变风量末端风阀阀门开度小，风管阻力曲线向Oe位置移动。这种控制方法可以避免使用压力测量装置，也不需要变静压控制时的末端阀位信号。在控制系统形式上具有快速、稳定的特点，不管从节能角度还是系统的稳定性方面来讲，都具有很大的优势。

2 送风温度优化

传统的变风量空调系统主要使用固定变频空调机组送风温度，变风机末端装置变送风量送风的方式来调节空调房间的温度；随着技术的发展，要对其控制方法进行优化，将变送风温度控制方法与变风量控制方法相结合，改善运行性能水平和优化气流组织结构，同时实现节能[6]。

2.1 变送风温度控制

在变风量空调系统的控制中，对于相同的冷负荷，较低的送风温度可减少系统送风量，较高的送风温度需要较大的系统送风量，不同空调房间的末端装置所需要的最佳送风温度常常互相矛盾，因此要从系统控制角度设定合理的送风温度[7]。依据特定的送风温度变化率控制送风温度，不设目标值；送风温度变化率取正值时送风温度逐渐升高，送风温度变化率取负值时送风温度逐渐降低。其优化控制逻辑如下：读取各末端装置的需求风量，计算各末端装置的负荷率。读取分布在各个不同空调房间及区域的变风量和末端装置的需求风量。应用送风温度重置值关系中的供冷舒适模式曲线见图3，供冷节能模式曲线见图4。

空调系统的应用环境、分布在各个装置的运行情况也不尽相同，控制方法基于如下原则：最大限度地满足整个系统的负荷、温度、冷量供给的需求，同时又要很好地协调末端运行工况产生的差异。

2.2 CO2浓度控制法

如前所述，尽管新风供给不存在过量的问题，但是超过一定的限度，必然会导致冷、热能量的过多消耗，带来能源的浪费。精细的室内环境控制不仅要求对CO2进行监测控制，还要对室内其他杂质气体进行监测；CO2控制法中使用了CO2传感器，注意了与空气质量传感器的区别，实现了精细的室内环境控制。通过在回风管内设置CO2传感器，以CO2浓度作为新风量调节来实现优化控制；CO2浓度通过传感器及变送电路将CO2浓度信号转化成对应的标准电信号，传给DDC，从此作为调节变风量末端装置风阀开度的依据，以保持系统的最小新风量[8]。当CO2传感器检测到浓度高于设定值时，可适当提高最小新风量设定值；反之，则保持或降低最小新风量设定值。这种控制方法简单易行，适用于人员密度较大的空调建筑，因为当人员在室率很低时，不能控制非人为因素产生的其他物质所需的最小新风量，此控制方法还有待于进一步实现优化。

3 西门子变风量空调控制实例

以并联机(带再热环节)的控制为例，其控制原理图如图5所示。

当控制系统为制冷模式时，并联风机关闭，再热装置在整个制冷模式中均关闭。将温度传感器检测到的室内温度值与设定温度值进行比较，其差值经过PID调节器的比例运算，调节变风量末端风阀阀门开度实现送风量的调节和房间温度的调节。风阀

在最小开度和最大开度之间调节。当控制系统为供热模式时，将室内实际温度与设定温度的差值进行PID调节器的比例运算实现对房间的控制[9]。控制策略如下：使变风量末端风阀阀门维持最小开度并对应保持最小新风量，由控制器对再热装置进行相关控制，风阀和再热装置的调节呈现跳跃控制。

4 结语

变风量空调系统控制方法复杂，能耗较高且实现较为困难；如果不进行优化控制，会影响实际工程的可行性和控制精度。本文分析讨论了变风量空调系统的新风控制及送风温度控制优化策略，包括新、回风混合箱压差控制及最大负荷法等,并引入了特性曲线进行了对比分析。与传统的变风量空调系统的控制方法相比，优化后的系统控制精度更高,控制效果更好,在控制性能上具有更快速、稳定的特点；不管是从控制系统稳定性，还是节能角度分析，都有很大的优势，因此值得被广泛应用。

[1] 陈建胜.变风量空调系统控制方式[J].福建建设科技，2005(3)：53-54.

[2] 王成立，卢建刚.变风量空调系统末端变论域模糊控制[J].计算机应用，2011,31(2)：470-472.

[3] 马素贞，刘传聚.变风量空调系统的发展状况[J].暖通空调，2007,37(1)：33-37.

[4] 李金川，郑智慧.空调制冷自控系统运行与管理[M].北京：中国建材工业出版社，2002:220-226.

[5] 李学明，蔡 亮.节能变风量空调系统探讨[J].能源研究与应用，2002(3)：21-22.

[6] 赵 斌.中央空调变频节能的应用及展望[J].福建能源开发与节约，2000(1)：25-27.

[7] Zhentao Wei,Radu Zmeureanu.Exergy analysis of variable air volume system for an office building[J].Energy Conversion and Management,2009(50):387-392.

[8] 李 超，马玉玲，张伟平.VAV系统中的新风量确定及控制[J].控制系统，2006,22(2)：80-82.

[9] 钱以明，杨书明.变风量空调系统中新风量控制[J].暖通空调，1999,29(3):39-41.

The optimal control strategy of Variable Air Volume air conditioning air supply system★

Xue Hanling Cheng Kaili

(Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China)

To make the VAV system is reasonable, economical and safe operation, combined with engineering example, this paper analyzes and discusses the new air control and supply air temperature VAV system control optimization strategy. Point out optimized control system better, produce better energy efficiency, while greatly improving the control accuracy.

VAV system, supply air temperature control, new air volume, supply air volume

1009-6825(2016)20-0109-02

2016-05-06

★:国家自然科学青年基金项目(项目编号：51404191);陕西省教育厅专项科研计划项目(项目编号：11JK0843)

薛韩玲(1971- )，女，博士，硕士生导师，副教授； 程凯丽(1992- )，女，在读硕士

TU834.3

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