基于送风温度计算的室内温度调节策略

2018-11-05薛根

智能建筑与智慧城市 2018年10期

薛根

（广州大学城能源发展有限公司）

1 引言

空调通风系统的温度控制是自动控制中的难点，其温度变化的延迟性、环境热负荷的惰性以及多方面的热源干扰因素等都给控制精度、响应时间和系统稳定性带来了很大的挑战[1]。由于会议室、剧场和大厅等大空间受到人员进出、中场休息以及外界天气变化的巨大影响，其环境温度控制问题更加突出，要求环境温度保持恒定，避免忽冷忽热影响人体的舒适感受。

2 工程概况

广州大学城信息枢纽楼会议室位于10楼，空间约500m2，呈阶梯布置，设置300个坐席。会议室西侧为全落地玻璃，受阳光直射，所以热辐射较大。会议室东侧为走道，设4扇门作为主要出入口，在进出场时会带入东侧走道的热流，引起温度的较大波动。外界环境骤变时，新风温度和窗口热辐射都会发生较大变化，导致室内温度的起伏较大。

会议室配置1套换热风柜，回风经过风柜冷却后与新风混合，然后通过风机以恒定风量送到会议室的15个送风口，采用上出风形式。

原有温控系统以回风温度反映会议室室温，并以此作为调节变量，通过温控器调节冷冻水供水调节阀的开度，达到控制会议室温度的目的。由于回风温度的响应延迟时间过长，调节阀的开度呈周期震荡（周期为25～30min），会议室室温也呈现忽冷忽热的变化，导致用户舒适度不佳。之后改为人工操作调节阀的方式，按照经验控制，在会议室使用前30min打开调节阀，调节阀开度保持在20%，如果感觉到热则开大5%，如果感觉到冷则关小5%，如此频繁操作同样会使人体感到不适。如遇天气突变，则会议室温度变化较大，使用户感受更差。

3 控制难点

会议室温控的难点在于：①空间大，送风对流换热响应慢；②室外热辐射和走道热对流交换引起的室内温度波动大；③采用回风温度作为调节对象延迟严重；④室内送风流向配置不均衡，导致室内温度不均。

4 控制策略

会议室温度控制过程（见图1）设计采用类似串级PID的控制方式。内循环为送风温度控制PID，以送风温度为调节变量，控制冷冻水调节阀的开度，达到稳定送风温度的目的。以外循环为根据加权后得出室温，再重新计算需要控制的送风温度，最终达到室内温度恒定的目的。

5 温度点采样

由于会议室在完成装修后，增加温度采样点需要重新布线施工，难度大且不美观。本文采用基于MODBUS-RTU协议的RS-WS-DY-2-6型无线温湿度传感器进行温度采样，使控制箱集成进入PLC模块，经观察，信号穿2层墙后依然保持稳定可靠的通信。采用无线传输温度点不仅避免了布线施工的烦琐，设备安置好即可投运，还可以根据需求迁移和增加采样点。将温度采样点选在主席台附近、朝阳窗边的下缘以及会议室后部等多处。将信号平均后得出3个温度值，分别是T前台（前台温度）、T窗边（窗边温度）和T后部（会议室后部温度），以T前台和T窗边为计算参数，T后部仅作为监控参数，不参与计算。则室内温度加权计算公式如下：

6 送风温度的计算

内循环送风温度控制是一般的PID控制，调节对象是冷冻水调节阀的开度，通过控制冷冻水调节阀的开度使送风温度稳定在设定值。本文的核心部分是送风温度的计算，会议室送风温度响应趋势（见图2）作为送风温度的计算策略，曲线上部为窗边温度、前台温度以及加权后的温度曲线，下半部曲线即为理想的送风温度设定值曲线。经分析可得：

Δt2=T室内-T室内温度设定，室内温度与送风温度镜像对称，因此，Δt3=Δt2。

图2 会议室送风温度响应趋势图

注：Δt1为室内温度稳定后的设定值温度差，根据调试经验，并根据人体舒适度需要取值为3℃。

初始阶段，系统尽量调低送风温度，目的是快速降低室内温度。一段时间后，送风温度逐渐回调增大，最后接近设定值。系统不仅满足了快速降温的需求，室内温度稳定（本文室内温度波动为±0.5℃），在休会期间人员出入时使热负荷发生变动时也能基本保持稳定（本文休会期间室内温度波动为±1.5℃），还可以满足人体舒适度的要求。

7 项目改造采用的设备及主要程序

本文以西门子PLC224XP作为集中控制设备，温度采样选用仁科测控的无线温度传感器发射和接收机，型号为RS-WS-N01-6-6和RS-JSQ。通过MODBUS与PLC通讯协议传送温度采样数据。

图1 会议室温度控制过程框图

8 实际运行情况

在实际运行中，前台温度的变化较慢，通过计算送风温度，投运初期快速开大冷冻水调节阀，增大冷冻水流量，快速降温，在初始阶段前台温度可以在20～30min内达到设定温度，随后送风温度根据负荷变化进行微调，前台温度波动范围很小，基本稳定在±0.5℃范围内。系统实现了快速降温和稳定控制的目标，同时送风温度计算值的实时趋势和前台温度的实时趋势也符合镜像设计的策略（见图3）。