變風量系統控制管論文

　摘要：本文對變風量空調系統自動控制設計、監控系統設計及實施中的一些問題進行了討淪。

關鍵詞：變風量空調系統末端裝置自動控制

由於變風量系統具有可減少空調設備的安裝容量、節省運行能耗、可以滿足不同房間不同温度控制的要求、適應使用空間變更的要求、維修量小等優點，在我國的一些高級辦公樓中已被採用，如北京的南銀大廈、中國銀行、中國人壽大廈等建築，而一些正設計中的新的辦公樓也採用了變風量空調系統，變風量空調系統將會越來越多。本文僅就係統控制設計及實施中的一些問題進行討論。

1.變風量系統的控制

變風量空調系統的控制可分為變風量空調機組和變風量末端裝置兩部分，本文用圖1與圖2的變風量空調系統為例，來討論監控點的設置及主要的控制功能。該系統為單風道系統，建築物內、外區共用同一空調系統，內區變風量末端裝置為單風道基本型，外區變風量末端裝置為帶再熱的串聯式風機動力型。

圖1變風量系統控制原理圖

圖2變風量末端裝置控制原理圖

a.單風道基本型；b.串聯式風機動力型（帶再熱）

（1）監控點的設置

1）變風量末端裝置

變風量末端裝置監控點的設置見圖2。圖2a為單風道基本型，圖2b為帶再熱的串聯式風機動力型。需要説明的是：①室內温度傳感器為帶温度設定功能型，故設2AI點；②壓力無關型變風量末端裝置的進風口處有一風量檢測裝置，設1AI點；③熱水盤管調節閥的控制可為開/關型，也可以為增量調節型和連續調節型。此處為開/關型控制，設1DO點；④風閥控制可用1AO點或2DO點；

2）變風量機組

監控點的設置見圖1，需要説明的是：為風機的變頻器設6個點，變頻器電源控制設3個點，用於手動/自動開關狀態（DI），電源通、斷控制（1DO點），電源狀態（1DI點）；變頻器運行監控設三個點，頻率控制1AO點，頻率反饋1AI點，故障報警1DI點；

（2）控制

1）變風量末端裝置的控制

壓力無關型變風量末端裝置對室內温度的控制為串級控制方式，它能及時處理送風壓力變化對末端裝置送風量的干擾，保證好的調節品質。在此例中內區為單風道基本型，全年送冷風，按圖3的特性進行控制。變風量末端裝置調節風閥的運行範圍受空調設計確定的最大風量和最小風量的限制。對於每一個變風量末端裝置，都有其自己的最大和最小風量，在系統調試時需將這兩個參數編寫到調節器的控制程序中。

圖3單風道基本型末端裝置控制特性圖4串聯式風機動力型（帶再熱）末端裝置控制特性

圖4為外區變風量末端裝置的控制特性，當房間温度大於設定值時，控制器控制風閥開大，加大一次風量，二次風量相應減少，直至最大風量，最大風量等於風機風量。當房間温度低於設定值時，控制器控制風閥關小，減少一次風量，二次風量相應加大，若到了最小一次風與最大二次風區域，房間温度繼續降低，則再加熱器投入工作，提高送風温度，以滿足室內負荷的要求。

變風量末端裝置的運行與變風量機組同步，系統風機運行，則末端裝置的風機必開。

2）變風量空調機組的控制

在冬、夏季，根據送風温度控制（PI）熱、冷水調節閥，使送風温度達到設定值。

當系統負荷減小到某一程度時，可參考迴風温度、末端裝置風閥的開度來修改送風温度設定值。以避免部分房間的變風量末端裝置運行在最小或最大風量時，室温仍達不到設定值。

在冬季，根據迴風相對濕度控制加濕閥，以保證室內相對濕度。

送風量控制目前常採用控制系統靜壓的方式，改變風機轉數實現對機組送風量的調節，這是暖通規範推薦的方式。風機轉速有一最低允許值，此值對應於系統的最小風量。系統的送風靜壓與送風温度控制之間要相互協調，以保證變風量末端裝置工作在合理狀態，不要經常工作在最大或最小送風量狀態。靜壓控制除定靜壓外，還有變靜壓控制方式，其目的是使系統根據負荷的變化將靜壓保持在允許的最低值，因此其比定靜壓控制方式更節能，但此種方式易使系統不穩定，故而在實際工程中使用時要注意控制程序的設計和轉換參數的選擇。

變頻器的電源按時間程序進行控制。

新風量的控制是根據實測的新風量F來調節新風、迴風閥門開度，使新風量達到設定值，保持新風量不變。當系統風量減少時，開新風閥關回風閥，迴風風量減少，新風比加大。當系統達到最小風量時，新風比為100%，即無迴風，全部用新風。

2.監控系統規劃

在大型建築物中，變風量系統數量多，末端裝置的數量大，例如信遠大廈，變風量系統有60多個，變風量末端裝置有一千餘台。除變風量系統外，建築物內還有其他許多需監控的設備。顯然，對於這類大型建築物，它的建築設備監控系統是一個大型有多條總線的系統。在進行系統設計時，應本着科學和節約的原則仔細規化，通常有以下幾點需要注意：

（1）應將控制某一變風量機組的控制器（DDC）與此係統所負責送風的末端裝置的控制器設在同一條通信總線上，這樣將有利網絡通信和整個變風量系統的管理和運行。同時此總線所帶的控制器或監控點的數量要合理，不可有太多的富裕量。

（2）對系統總線的規劃，在考慮上述因素的同時，尚應注意總線施工和維護的難易程度。

（3）應注意變風量末端裝置的温度傳感器的合理配置。末端裝置的温度傳感器配置大致分為三種情況：其一，是為每一變風量末端裝置設一個有温度設定功能的温度傳感器；其二，是多個變風量末端裝置共用一個有温度設定功能的温度傳感器；其三，是多個變風量末端裝置共用一個或幾個無温度設定功能的温度傳感器。

第一種情況多用於面積不大的房間，後兩種情況多用於大空間。帶有温度設定功能的温度傳感器安裝於牆上，無温度設定功能的温度傳感器多設在作為迴風空間的吊頂上，此時房間的温度給定值由末端裝置控制器中的軟件設定。

設計時，具體採用何種温度傳感器，要根據建築和空調專業的設計，仔細劃分變風量末端裝置的服務區，按照區域的建築和使用特點，為相應的變風量末端裝置配置合適的温度傳感器。

3.幾個有關的問題

（1）新風量控制

由於受新風管道的影響，新風量測量會存在測不準的問題。為此，可根據迴風或有代表性房間的二氧化碳濃度來控制新風量的控制方式。

另一種新風量的控制方式是在新風管道上設置定風量裝置（CVABox），穩定輸送一定量的新風。定風量裝置又稱為風量調節器，圖3為其外形及結構示意圖。這是一種機械式自動裝置，不需要外加動力，所需的風量直接在此裝置上設定。裝置內部設有限流板、氣囊、凸輪、彈簧等部件，它們協同工作使風量調節器在允許的壓差範圍內將風量保持在設定的流量上。

a.b.

a.外形b.內部結構示意圖

圖5風量調節器

（2）變頻調速

風機電機的功耗與其轉速的三次方成正比關係，故而當系統風量減少時，風機的耗電量會降低很多。考慮到變頻調速裝置的.能耗及風機轉速降低後效率的下降等因素，變頻調速方式節能與轉速達不到三次方的關係，但還是很可觀的，例風量為50%時，電機功耗約為15%。

風機是變轉矩負荷，變頻器應按此來進行配置。目前許多製造商都生產專為空調系統中風機控制而設計的變頻器，這種變頻器有較好的性價比。選擇時應使電機功率與變頻器的功率相匹配，電機的功率不能大於變頻器的功率，也不能低於變頻器功率的一半，變頻器的輸出電壓、電流及最高頻率要與電機的要求相吻合，同時還應注意變頻器的干擾與輸出至風機電機間的允許距離。

變頻器電源是否要控制，這與強電設計有關，在實際工程中也有不設這些監控點的實例，這不影響系統的運行，但在單台切斷空調系統電源方面不大方便。

風機轉速控制手動或自動方式的選擇是在變頻器上解決的，在變頻器的控制面板上可以進行“遠方”或“就地”控制模式的設定。當設置為“就地”時，對變頻器的操作直接在控制面板上進行，這多用於空調系統風量調試及風機維修；當設置為“遠方”時，則由監控系統進行控制。

目前許多製造商生產的變頻器和其控制面板是分離式的，以便於當變頻器由系統控制時，可為同類的變頻器配置一塊麪板，它僅用於變頻器的參數設定和初調。但此方式若用於變風量系統，會給先於監控系統調試的空調風系統調試帶來諸多不便，故而最好為每一台變頻器配置一塊控制面板。

（3）風壓差開關

在選擇風壓差開關時要注意使其性能指標滿足變風量系統運行的要求，因為系統運行在最小風量時，風機兩端的風壓差也為最小值。選擇不當，則可能出現系統在最小風量運行時，風壓差開關不動作的情況。而且在進行系統調時，應在系統為最小風量運行狀態，調節風壓差開關的動作值。

過濾器風壓差開關的動作值調試則應在系統設計風量下進行。表1為國家標準《組合式空調機組》GB/T14294-93對各類過濾器初阻力的規定。對過濾器積塵狀況檢測的風壓差開關，應根據表中不同效率的過濾器之初阻力與積塵後允許的終阻力來選型和設定動作值。對於粗效過濾器，終阻力一般都大於表中允許值的2倍。

過濾器效率和阻力表1

粗效

中效

高中效

亞高效

大氣塵粒徑（μm）

≥5

≥1

≥1

≥0.5

計數效率E（%）

20≤E＜80

20≤E＜70

70≤E＜99

95≤E＜99.9

阻力（Pa）

≤50

≤80

≤100

≤120

參考文獻

1.潘雲鋼.高層民用建築空調設計.北京：中國建築工業出版社，1999