變風(fēng)量空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略★

薛韓玲 程凱麗

(西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

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·水·暖·電·

變風(fēng)量空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略★

薛韓玲 程凱麗

(西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

為了使變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)合理、經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，結(jié)合工程實例，探討了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)控制以及送風(fēng)溫度控制優(yōu)化策略，指出優(yōu)化后的系統(tǒng)控制效果與節(jié)能效果顯著，提高了系統(tǒng)控制精度。

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)溫度控制，新風(fēng)量，送風(fēng)量

0 引言

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是大慣性、非線性、大純滯后系統(tǒng)，控制變量多，變量間存在著強(qiáng)耦合關(guān)系，所以控制技術(shù)復(fù)雜，最突出的表現(xiàn)是在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制中，因此，有必要對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化研究。劉靜紈等應(yīng)用所設(shè)計的模糊PID控制器對送風(fēng)溫度和空調(diào)房間的溫度進(jìn)行了實時在線控制；上海交通大學(xué)學(xué)者建立了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制動態(tài)模型，并給出了系統(tǒng)的參數(shù)控制分析結(jié)果[1]?；谇叭说难芯浚疚膹乃惋L(fēng)溫度控制以及新風(fēng)控制策略方面對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)由于負(fù)荷得到補(bǔ)償，最小新風(fēng)量得到控制，可使得室內(nèi)的相對溫濕度保持在較好的水平。

1 新風(fēng)優(yōu)化控制

在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，送風(fēng)量在系統(tǒng)運(yùn)行過程中隨著負(fù)荷變化而不斷變化，且影響空調(diào)箱內(nèi)的壓力狀況，尤其是混合段的壓力。當(dāng)負(fù)荷動態(tài)減小時，送風(fēng)量也會隨著減小，同時新風(fēng)量也會隨著送風(fēng)量的減小而成比例地減小[2，3]，因此必須對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量實施優(yōu)化控制，以保證變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

1.1 新、回風(fēng)混合箱壓差控制

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在最小新風(fēng)量工況時，全新風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥關(guān)閉，新風(fēng)閥、排風(fēng)閥開啟并按照初始設(shè)置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。其優(yōu)化控制原理圖如圖1所示；系統(tǒng)變風(fēng)量運(yùn)行，如果送風(fēng)量增加，導(dǎo)致混合靜壓箱內(nèi)的負(fù)壓值減小，最小新風(fēng)閥開度隨之減小，系統(tǒng)新風(fēng)量同步減小，DDC控制閥閥門開度減小，總體上維持混合靜壓箱內(nèi)一定的負(fù)壓；如果送風(fēng)量減小，混合靜壓箱內(nèi)的負(fù)壓值增加，最小新風(fēng)閥開度隨之增加，DDC控制回風(fēng)閥閥門開度增大，繼續(xù)維持混合靜壓箱內(nèi)一定的負(fù)壓[4]。采用這種控制方法，不管送風(fēng)量怎么變化，可以實現(xiàn)間接控制新風(fēng)量。由于新風(fēng)量在動態(tài)變化過程中精確測量要求高，所以該方法尤其適合大、中型變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。

1.2 總風(fēng)量控制法

早前的變風(fēng)量系統(tǒng)控制方法一直將靜壓作為調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的唯一參數(shù)，但是工程實踐證明，只要靜壓控制環(huán)節(jié)存在，就會較大地影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此尋求一種不依賴于靜壓的控制方法是非常必要的?；谇叭说姆治觯罁?jù)系統(tǒng)參數(shù)和實際背景要求來優(yōu)化變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，關(guān)鍵是建立變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)定風(fēng)量和風(fēng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，對變頻空調(diào)機(jī)組送風(fēng)管上掛接的所有末端需求之和作為系統(tǒng)的設(shè)定總風(fēng)量，在此基礎(chǔ)上求得風(fēng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速[5]。在空調(diào)系統(tǒng)阻力系數(shù)不變的情況下，總風(fēng)量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，下面用關(guān)系特性曲線來分析，曲線圖見圖2。

由圖2看出，當(dāng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷大，風(fēng)機(jī)送風(fēng)量大，現(xiàn)場的變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥門開度也較大，風(fēng)管阻力曲線向Od位置移動；當(dāng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷小，風(fēng)機(jī)送風(fēng)量小，現(xiàn)場的變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥門開度小，風(fēng)管阻力曲線向Oe位置移動。這種控制方法可以避免使用壓力測量裝置，也不需要變靜壓控制時的末端閥位信號。在控制系統(tǒng)形式上具有快速、穩(wěn)定的特點，不管從節(jié)能角度還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面來講，都具有很大的優(yōu)勢。

2 送風(fēng)溫度優(yōu)化

傳統(tǒng)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)主要使用固定變頻空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度，變風(fēng)機(jī)末端裝置變送風(fēng)量送風(fēng)的方式來調(diào)節(jié)空調(diào)房間的溫度；隨著技術(shù)的發(fā)展，要對其控制方法進(jìn)行優(yōu)化，將變送風(fēng)溫度控制方法與變風(fēng)量控制方法相結(jié)合，改善運(yùn)行性能水平和優(yōu)化氣流組織結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)節(jié)能[6]。

2.1 變送風(fēng)溫度控制

在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制中，對于相同的冷負(fù)荷，較低的送風(fēng)溫度可減少系統(tǒng)送風(fēng)量，較高的送風(fēng)溫度需要較大的系統(tǒng)送風(fēng)量，不同空調(diào)房間的末端裝置所需要的最佳送風(fēng)溫度常?；ハ嗝埽虼艘獜南到y(tǒng)控制角度設(shè)定合理的送風(fēng)溫度[7]。依據(jù)特定的送風(fēng)溫度變化率控制送風(fēng)溫度，不設(shè)目標(biāo)值；送風(fēng)溫度變化率取正值時送風(fēng)溫度逐漸升高，送風(fēng)溫度變化率取負(fù)值時送風(fēng)溫度逐漸降低。其優(yōu)化控制邏輯如下：讀取各末端裝置的需求風(fēng)量，計算各末端裝置的負(fù)荷率。讀取分布在各個不同空調(diào)房間及區(qū)域的變風(fēng)量和末端裝置的需求風(fēng)量。應(yīng)用送風(fēng)溫度重置值關(guān)系中的供冷舒適模式曲線見圖3，供冷節(jié)能模式曲線見圖4。

空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境、分布在各個裝置的運(yùn)行情況也不盡相同，控制方法基于如下原則：最大限度地滿足整個系統(tǒng)的負(fù)荷、溫度、冷量供給的需求，同時又要很好地協(xié)調(diào)末端運(yùn)行工況產(chǎn)生的差異。

2.2 CO2濃度控制法

如前所述，盡管新風(fēng)供給不存在過量的問題，但是超過一定的限度，必然會導(dǎo)致冷、熱能量的過多消耗，帶來能源的浪費。精細(xì)的室內(nèi)環(huán)境控制不僅要求對CO2進(jìn)行監(jiān)測控制，還要對室內(nèi)其他雜質(zhì)氣體進(jìn)行監(jiān)測；CO2控制法中使用了CO2傳感器，注意了與空氣質(zhì)量傳感器的區(qū)別，實現(xiàn)了精細(xì)的室內(nèi)環(huán)境控制。通過在回風(fēng)管內(nèi)設(shè)置CO2傳感器，以CO2濃度作為新風(fēng)量調(diào)節(jié)來實現(xiàn)優(yōu)化控制；CO2濃度通過傳感器及變送電路將CO2濃度信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號，傳給DDC，從此作為調(diào)節(jié)變風(fēng)量末端裝置風(fēng)閥開度的依據(jù)，以保持系統(tǒng)的最小新風(fēng)量[8]。當(dāng)CO2傳感器檢測到濃度高于設(shè)定值時，可適當(dāng)提高最小新風(fēng)量設(shè)定值；反之，則保持或降低最小新風(fēng)量設(shè)定值。這種控制方法簡單易行，適用于人員密度較大的空調(diào)建筑，因為當(dāng)人員在室率很低時，不能控制非人為因素產(chǎn)生的其他物質(zhì)所需的最小新風(fēng)量，此控制方法還有待于進(jìn)一步實現(xiàn)優(yōu)化。

3 西門子變風(fēng)量空調(diào)控制實例

以并聯(lián)機(jī)(帶再熱環(huán)節(jié))的控制為例，其控制原理圖如圖5所示。

當(dāng)控制系統(tǒng)為制冷模式時，并聯(lián)風(fēng)機(jī)關(guān)閉，再熱裝置在整個制冷模式中均關(guān)閉。將溫度傳感器檢測到的室內(nèi)溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器的比例運(yùn)算，調(diào)節(jié)變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥門開度實現(xiàn)送風(fēng)量的調(diào)節(jié)和房間溫度的調(diào)節(jié)。風(fēng)閥

在最小開度和最大開度之間調(diào)節(jié)。當(dāng)控制系統(tǒng)為供熱模式時，將室內(nèi)實際溫度與設(shè)定溫度的差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)器的比例運(yùn)算實現(xiàn)對房間的控制[9]?？刂撇呗匀缦拢菏棺冿L(fēng)量末端風(fēng)閥閥門維持最小開度并對應(yīng)保持最小新風(fēng)量，由控制器對再熱裝置進(jìn)行相關(guān)控制，風(fēng)閥和再熱裝置的調(diào)節(jié)呈現(xiàn)跳躍控制。

4 結(jié)語

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)控制方法復(fù)雜，能耗較高且實現(xiàn)較為困難；如果不進(jìn)行優(yōu)化控制，會影響實際工程的可行性和控制精度。本文分析討論了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)控制及送風(fēng)溫度控制優(yōu)化策略，包括新、回風(fēng)混合箱壓差控制及最大負(fù)荷法等,并引入了特性曲線進(jìn)行了對比分析。與傳統(tǒng)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的控制方法相比，優(yōu)化后的系統(tǒng)控制精度更高,控制效果更好,在控制性能上具有更快速、穩(wěn)定的特點；不管是從控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，還是節(jié)能角度分析，都有很大的優(yōu)勢，因此值得被廣泛應(yīng)用。

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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

★:國家自然科學(xué)青年基金項目(項目編號：51404191);陜西省教育廳專項科研計劃項目(項目編號：11JK0843)

薛韓玲(1971- )，女，博士，碩士生導(dǎo)師，副教授； 程凱麗(1992- )，女，在讀碩士

TU834.3

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