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1、ELCO TRAINING DOCUMENT,1,VAV空调系统控制策略,LEE XF2010-01-31,ELCO 1VAV空调系统控制策略 LEE XF,2,1、定义2、分类3、控制方式4、常见问题5、其他,21、定义,3,-变风量控制器和房间温控器一起构成室内串级控制，采用室内温度或压力为主控制量，空气流量为辅助控制量。 -变风量控制器按房间温度或压力传感器检测到的数值，与设定温度比较差值，以此输出所需风量的调整信号，调节变风量末端的风阀，改变送风量，使室内温度或压力保持在设定范围。 同时，风道压力传感器检测风道内的压力变化，采用PI或者PID（Proportion Integratio
2、n Differentiation）调节，通过变频器控制变风量空调机送风机的转速，消除压力波动的影响，维持送风量。,变风量（VAV）系统基本构成: 1、室内变风量温控器或压力控制器; 2、变风量末端（VAVBOX）带有控制器、传感器、风阀、BOX箱体及其他辅助设施 ;3、风道静压测量装置; 4、变风量空调机（带有变频器）;,VAV,3 -变风量控制器和房间温控器一起构成室内串级控制，采用,变风量空调系统（VAV，Variable Air Volume）20世纪60年代产生于美国:,一、节能：由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变关风量来调节室温的，因此可以
3、大幅度减少送风风机的动力耗能。当全年空调负荷率为60时，它可节约风机动力耗能78。 二、新风作冷源：因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗，而且可改善室内空气质量。 三、不会产生冷凝水：因为它是全空气系统，可以避免产生冷凝水造成的滴漏污染吊顶。 四、灵活性好：在二次装修过程中，风口位置可通过软管连接任意改变。 五、系统噪声低，不存在现场噪声。 六、不会发生过冷或过热。,4,- （全空气空调系统）,与传统风机盘管系统比较,优点：,变风量空调系统（VAV，Variable Air Volum,5,用VAV空调系统，或与CAV
4、空调系统、FCU空调系统相结合的方式。,VAV空调系统的控制方式基本上采用多个回路的PID控制。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好。但是，VAV空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定性系统，这是由于：1.外界气候和空调区域里的人员活动的变化很大，对系统形成干扰，导致系统不稳定；2.空气调节过程是高度非线性的；各执行器的运行特性也是非线性的；3.各个控制回路之间耦合强烈，完全解耦是不可能的；4.随着时间的推移，设备会老化和更换，从而造成系统参数的变化；5.在许多系统里，系统的数字模型很难建立。,缺点：,干扰信号源与测量信号线之间存在着分布电容，耦合到信号线，由信号线进入自控
5、系统。,直接面向数据库中数据逻辑结构,5用VAV空调系统，或与CAV空调系统、FCU空调系统相结合,6,目前市场上常用的单风道系统VAVBOX主要分为三种： 节流式风阀型（DAMPERTYPE） 风机动力型（FANPOWEREDUNITS） 文丘里型（VENTURITYPE）,风阀型VAVBOX结构示意图 文丘里型VAVBOX结构示意图,文丘里型VAV BOX由于其结构的特殊性，无需配置风量检测机构，此功能由其迎风面完成。,风阀型VAV BOX根据不同传感器信号反馈动态调节阀门开度,6目前市场上常用的单风道系统VAVBOX主要分为三种：,7,风机动力型根据风口和风机的相对位置又可分：串联型：由
6、于进风口、风机、出风口直接连通，故称为串联型（如图1所示），又因其出风口总风量是固定的，只能通过位于进风口处的风阀进行一次风量的变化调节，所以也被俗称为固定风量的VAV BOX（CAV）； 并联型：由于进风口、出风口直接连通，风机和回风口并在BOX的一侧，故称为并联型（如图2所示）。并联型BOX的风机在夏季不运行，冬季才运行，采用进风口处风阀进行一次风量变化调节，导致出风口风量的变化。,串联型VAVBOX结构示意图 并联型VAVBOX结构示意图,7风机动力型根据风口和风机的相对位置又可分：串联型VAVBO,8,不同的VAV BOX由于结构不同，其使用的方式也有区别，按照建筑的内区和外区分类来说
7、，一般遵循如下规则：A: 节流式风阀型一般使用在内区，通常全年采用制冷模式运行； B: 串联风机动力型一般使用在周边区域，多数带有再加热功能； C: 并联风机动力型一般使用在外区，多数带有再加热功能； D: 文丘里型多数使用在医院、手术室、净化车间等特殊应用场合，其独特的结构设计使得房间内能够出现负压，起到防止污染物扩散、保护环境卫生的作用。虽然VAV BOX的控制方式各有不同，但其基本原理都是根据室内设定温度（压力、风速）和监测温度（压力、风速）的变化，通过调节送风量的大小，达到室内所需环境的动态平衡。,8不同的VAV BOX由于结构不同，其使用的,9,VAV末端根据其控制方式可以分为压力有
8、关型和压力无关型： （1）压力有关型末端根据实测的室内温度与设定温度之间的偏差，以PID控制率输出控制风阀开度，调节送风量。但实际送入室内的风量不仅与末端风阀的开度有关，还和风管压力有关，因此压力有关型的VAV系统为保证实际送风量与热负荷相匹配，需保持系统风管静压恒定。 （2）压力无关型末端只根据房间负荷需求来调节送入室内的风量，而与系统风管的静压变化与否无关。 室内温度传感器用于修正末端的风量设定值，即根据不同的室内温度调节风量设定值。 与压力有关型末端相比，压力无关型末端增设一个风速传感器作为压力补偿装置，用于检测风管内的风量，并与风量设定点比较，PID输出控制末端风阀，调节送风量。在末端
9、的选型问题上存在着流派的争论，其实两者各有优点，在实际应用中，末端的选择需根据投资预算、系统的控制要求和房间的舒适度要求来决定。,9VAV末端根据其控制方式可以分为压力有关型和压力无关型：,10,变风量系统控制方式总体上可以分为三种：, 定静压控制 工作原理：在系统中由于VAVBOX 控制器根据室内负荷变化，来调整末端出风量满足负荷要求。出风量的变化引起系统管路中静压变化，静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器DDC，变频器DDC根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。 定静压控制包括定静压定温度法和定静压变温度法。前者是VAV空调系统早期阶段常用的
10、一种方法，当时多采用机械式模拟控制。但随着电子技术的发展，定静压定温度控制现在已基本不被采用。定静压变温度是在定静压定温度控制法的基础上发展起来的，现在常说的定静压控制一般指的是定静压变温度法。 变静压控制 工作原理：系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使VAVBOX处于全开状态（85-100%），保持系统静压降至最底。 变静压控制是使风机提供的风压与管网实际所需的静压相一致，即系统的送风压力不是恒定值，而是随系统负荷的变化而变化，将系统的送风压力动态控制在较低的位置，最大限度降低风机的转速以便节能。 变静压控制法主要有：最小静压法、总风量控制法和变风量变压力法（VVVP）。 总风量控制
11、工作原理：VAVBOX 控制器根据室内负荷变化，来调整末端出风量满足负荷要求，并将风量信号传递给变频器控制器。变频器控制器将所管辖范围内的每个末端风量搜集起来进行解偶分析计算后累加，去控制变频器，调整空调机电机转速，使送风量等于总末端风量之和，其中需要测量总送风量进行反馈控制。,10变风量系统控制方式总体上可以分为三种： 定静压控制,11,A: 定静压控制: 定静压控制系统的主要控制机理是保持系统风管上某一点（或几点平均）静压恒定，由静压设定值与实际静压值的偏差控制变频器的输出频率以调节风机转速，实现总送风量的调节；同时可以改变送风温度，扩大风量调节范围；室内风量需求由末端风阀调节。 在定静压
12、VAV系统的风量控制中，室内负荷的变化引起末端开度的改变，进而影响系统的静压，是一个标准的反馈控制过程。图1为带两个末端的定静压VAV控制系统。,图1所示的静压传感器与风机控制器组成一个静压闭环控制环节。根据风管上某一点静压值（或几点的平均值，由Pressure Sensor测得）与设定静压值的偏差，由风机控制器（Fan Controller）按PID算法计算出控制信号，控制变频器的输出频率来调节风机转速，改变系统的送风量。,图2 定静压控制法管道阻力和风机性能曲线变化图, 图所示的是定静压控制中管道阻力和风机性能曲线变化的关系，当室内负荷减小时，末端装置调小送风阀的开度减少房间的送风量，这时
13、系统阻力从S1增加到S2，送风静压升高，当超过设定静压一定程度时静压调节器通过变频器把风机的转速从1调低到2，减少系统的送风量，同时送风静压值保持不变。,11A: 定静压控制: 图1所示的静压传感器与风机控制器组成,12,定静压控制方法的静压控制是由系统风管的静压反馈闭环控制环节来实现，由于舒适性空调本身所具有的滞后性较大等特点，因此这个环节的存在会带来一些问题： （1）通常是按系统设计的最大工况选取静压设定点，而大部分时间VAV系统都在部分负荷条件下工作。因而，在实际工程中，大多数的VAV系统风管压头过高，多余的风管静压往往需由末端消化，因此造成末端送风噪音增加、风机能耗上升及系统控制性能变
14、差等诸多问题。 （2）静压设定点的位置不容易确定。理论上考虑风机的节能，以及为了保证最小静压设定值，设定点应放在系统的最不利管路的末端入口，但实际的VAV系统动态特性很难确定哪个末端是最不利末端。而ASHRAE建议把静压传感器放在风机送风口到系统末端的2/3处也只是一个折中的考虑。 （3）由于压力测量误差的存在，导致风机调节出现无谓的波动，造成系统的不稳定。 基于上述定静压控制方法的诸多缺点，近年来VAV工程中更多的采用了变静压控制方法。,12定静压控制方法的静压控制是由系统风管的静压反馈闭环控制环,13,B: 变静压控制法（最小静压法） : 最小静压法是变静压控制方法的一种，其基本原理是：系
15、统风管上的某一点（或几点的平均）的静压值在满足最不利末端所需静压值的前提下始终为最小，尽量保持各VAV末端风阀的开度处于全开（85%100%）的状态。在变风量末端装置中设置电动风门开度反馈，风机控制器根据各阀门的开度判断系统静压是否满足，不足则增加风机电机频率/转速，过高则减少电机频率/转速，判断流程如图3所示。,由流程图可得，当末端装置VAV BOX的风量发生变化时，AHU的送风量也随之变化。,（1）系统中有一个电动风门开度为100%且该VAV BOX控制的房间温度高于设定值，风量不足即变风量末端入口静压不足，增大变频风机转速。（夏季工况） （2）系统中有一个电动风门开度大于85%且小于等于
16、100%，且该VAV BOX控制的房间温度等于设定值，风量满足即变风量末端静压适中，保持变频风机转速。 （3）系统所有电动风门开度小于85%，变风量末端入口静压过高，降低变频风机转速。,13B: 变静压控制法（最小静压法） : 由流程图可得,14,如图4所示，当室内负荷减小时，末端装置调小风阀开度到最小开度85%，这时控制器判断各风阀的开度后判断系统的静压过高，就通过变频器把风机的转速从1调低到2，减少系统的送风量，系统的阻力从S1下降到S2。与图2中定静压控制法的管道阻力和风机转速变化相比较，不难发现当风量减小相同的幅度，最小静压法的风机转速下降的幅度要大于定静压法中风机转速下降的幅度，因此
17、更能节约风机的能耗。,图4 最小静压法管道阻力和风机性能曲线变化图,由于VAV末端风阀的开度基本上处于85%100%之间，VAV的送风噪声和辐射噪声可控制在最小范围内，因此室内的噪声较小。 最小静压法在日本应用较多，技术较为成熟，在国内应用也较多。目前上海一些高档办公楼VAV系统的控制方法采用最小静压法，多为日方的设计单位设计。,14 如图4所示，当室内负荷减小时，末端装置调小风阀开度到,15,C: 总风量控制法： 总风量控制法是基于压力无关型变风量末端的控制方法。总风量控制法是以各VAV末端的风量设定值作为参数，该参数为室内温度传感器的测量值与室内温度设定值偏差的PID控制输出，反映了末端所
18、带房间所需的送风量，然后对所有末端的风量设定值求和，得到系统当前要求的总风量，按一定的控制算法调节风机的转速。 流体力学中在风管系统阻力系数不变的情况下，根据流量和风机转速成正比原理，得到一个风机转速与各个VAV末端风量设定值的控制关系算法，由各末端的风量设定值直接计算出房间负荷变化后风机所需的转速，对风机转速进行实时调节；而末端根据各自的风量设定值单独进行调节。从控制原理来看，总风量控制法也具有前馈控制性质，并可按照实际负荷动态设定风机的转速，一般也被认为是一种变静压控制策略。图7为总风量控制法的控制原理。,15C: 总风量控制法：,16,目前变风量系统风机常用的控制方法有定静压、变静压和总
19、风量三种，以下对几种方法做一介绍和对比：,1、定静压控制方法此方法为在风道上合适位置选定一个测点，测量该点静压，调节风机转速保证该点静压不变。该方法一直存在着一些难于解决的问题：静压测点的位置，以及静压值的设定。可通过完善系统风道设计、尽量使主风道上静压一致改善上述问题，这样静压测点的放置和静压设定值的问题都相对简单。但是，设计系统和实际系统总是存在着一定的差异，实际运行和想象的很难真正做到一致。具体做法通常是选主风道距风机出口2/3处(经验值)的静压为控制点，静压设定值取设计状况下的压力值并保持不变，这是为了保证每个末端在任何情况下都能调到最大设计风量。这种控制方法最为简单实用，基本能满足变
20、风量系统的控制要求。但是，如果整个系统都处于部分负荷工况时，高静压设定值给风机增添了不必要的能耗，而且末端的风阀开度过小导致噪声很大。,16目前变风量系统风机常用的控制方法有定静压、变静压和总风量,17,2、变静压控制方法变静压控制通行的思路是根据末端装置风阀开度随时调整静压设定值，使系统中至少有一个末端装置风阀的开度接近全开位置。以往的算法采用固定步长搜索法调整设定值。顾名思义，如果风阀没有达到开度设定值，就在压力设定值上增减一个固定数值，直到满意为止。然而步长大小难确定，选择太大易产生大的振荡，选择过小又导致调节过程太长。为此，可允许一定量（Nmax）的末端风阀全开，使第Nmax+1个末端
21、风阀的开度接近全开。当Nmax+1个末端风阀的开度超过某一上限设定值时，PID控制器根据偏差产生长高静压的输出。相反，当其小于某一下限设定值时，PID控制器输出降低静压的命令。该算法的优点是采用PID算法“搜索”合适的静压设定值，比固定步长法响应速度快，精度高。不过，算法中的Nmax很难确定，而且当第Nmax+1个末端风阀的开度接近全开时，前N个末端的资用压力可能已经不足了。因此，将其改造为如下算法：设定末端风阀最大开度Lmax.set；协调级采集各末端风阀开度值；从中选取开度最大的末端，以它的开度值Lmax与Lmax.set的差作偏差，采用PID算法计算送风压力设定值。其最终送风压力仅为初始
22、设定值的一半左右，所以可以大大节省风机功耗。这种方法不仅能够最大限度地节约风机能耗，而且不必考虑传感器的安放位置。变静压设定方法要求末端装置阀位信号输出。由于变静压控制方法存在强耦合性和非线性，变风量系统的调试对系统的成败起了很大的作用。调试工作复杂、繁重，具有调试能力的公司并不多。,172、变静压控制方法,18,3、总风量控制方法总风量控制方法在控制系统形式上，具有比静压控制简单得多的结构形式。它可以避免使用压力测量装置，减少了一个风机的闭环控制环节；此外也不需要变静压控制时的末端阀位信号。这种控制系统形式上的简化，同时也带来了控制系统可靠性的提高。总风量控制方式在控制点上是直接根据设定风量
23、计算出要求的风机转速，具有某中程度上的前馈控制含义，而不同于静压控制中典型的反馈控制。但设定风量并不是一个房间符合变化后立刻设定到未来能满足该符合的风量（即稳定风量），而是一个由房间温度偏差积分出的逐渐稳定下来的中间控制量。因此总风量控制方式下风机转速也不是在房间负荷变化后立刻调节到稳定转速就不动了，它可以说是一种直接根据房间温度偏差由PID控制器来控制转速的风机控制方法，这是总风量控制方法的实质。总风量控制在控制性能上具有快速、稳定的特点，不象压力控制下系统压力总是有一些高频小幅振荡，其主要原因是因为总风量控制方法取消了压力控制环节，而传统控制方式下由压力测量压差的存在，导致风机做出一些无谓
24、的微小调节，使系统总不可避免地出现小幅波动现象。而且实际系统中压力测量误差更大，控制算法往往要对其进行简单的滤波处理，再用来控制风机，否则系统稳定不下来，正因为为总风量控制的这个优点，使得控制系统不仅减少了初投资，而且在初调试时还可以大大减少工作量，并提高控制系统的可靠性。总风量控制在风机节能上介于变静压和定静压控制之间，并更接近于变静压控制。因为变静压控制算法较为复杂而且更容易引起系统压力振荡，所以总风量控制综合从控制角度和节能角度上考虑，不失为一种替代传统静压控制的有效方法。,183、总风量控制方法,19,对于VAV变风量回风系统的风量平衡解决方法：1、国内常见的VAV变风量系统空调形式常
25、有：A、单风机空调箱+多层共用的总排风机和总新风机；B、双风机空调箱+多层共用的总排风机和总新风机。2、对于保持变风量系统风量平衡的可以采取如下措施：A、单风机空调箱：保持总新风管道正压值、总排风管道负压值（通过压力测点压力值控制总新、排风机的变频实现），并通过设定新风管、排风管定风量阀（CAV）设定值，控制系统新风量、排风量；则回风量根据送风机频率同步波动。通过室内外压差传感器测量值，调整排风管定风量阀设定值，维持室内正压。新风管定风量阀设定值大于排风管定风量阀设定值，保证室内微正压。B、双风机空调箱：通过总新、排风机的控制，保证总新、排风管道的压力稳定；空调箱送风机、回风机连锁控制，同开同
26、关，同步变频控制。同时根据室内外压差传感器测量值，调整回风机频率，当室内外压差大于10Pa时，提高回风机频率，当室内外压差小于5Pa时，降低回风机频率。,19对于VAV变风量回风系统的风量平衡解决方法：,20,对于VAV变风量新风系统控制的基本原则：在空调季尽量减小新风处理负荷，措施是保持最小新风量运行、并通过转轮回收装置进行全热回收。在过渡季保持最大新风量运行，尽量利用天然冷源给室内供冷。在空调季最小新风比运行时，因负荷减小，总送风量减少导致新风量偏低、导致CO2浓度超标时，调整新排风比例，增加新风比，保证新风量。在过渡季室外空气最低温度达5左右，焓值低达20KJ/Kg.干，分析可知，其过渡
27、季的新风运行有三种情况：1、新风焓值较室内焓值低很多，部分新风运行（新风机、送风机均变频），新风即可完全消除室内负荷，不开启冷冻机制冷，无回风；2、新风焓值较室内焓值低，最大新风运行，新风可完全消除室内负荷，不开启冷冻机制冷，无回风；3、新风焓值较室内焓值低，最大新风运行也不能完全消除室内负荷，此时开启冷冻机辅助制冷，无回风。,20对于VAV变风量新风系统控制的基本原则：,21,需要指出，新风焓值较室内焓值低时，全新风运行能节省部分制冷量，但是新风机耗电却增加了，因此需要确定一个合理的启动全新风的新风焓值，使得节省的冷机电耗大于风机电耗。如果设定的新风焓值过低，全新风运行的时间过短，不能充分利
28、用新风冷量；反之，设定焓值过高，节省的冷机电耗不能抵消风机耗电，反而费能。因此由最小新风切换到最大新风的控制策略关键是确定室内设定焓值。对本项目全新风风机的配备进行初步计算，当回风焓值大于新风焓值5KJ/Kg.干时，即可启用全新风运行。上表给出了不同室内设定焓值对应的全新风运行时间情况。,21需要指出，新风焓值较室内焓值低时，全新风运行能节省部分制,22,1、在空调季节，当回风温度低于室外新风温度4且回风焓值低于新风焓值4KJ/Kg.干时，启动转轮热回收装置，进入排风热回收工况；当回风温度低于室外新风温度不足4持续一段时间，停止运行转轮热回收装置，转入旁通新风工况。2、空调季节，新风机排风机维
29、持最小新风比运行。当回风的CO2浓度高于设定值时，提高新排风定风量阀风量（CAV）设定值，增加新风量；当回风CO2浓度低于设定值下限，减小新排风定风量阀（CAV）风量设定值，减小新风量。3、当室外空气焓值低于启动全新风的设定焓值（室内设计焓值减5KJ/Kg.干）时，进入全新风工况，开启空调箱过渡季新风阀、关闭回风阀，连锁开启全部总新风机、总排风机。当新风不能完全消除室内余热时，根据室内温度控制空调箱水阀开度；当全新风可完全消除室内余热时，关闭空调箱水阀；当新风温度过低，根据室内温度值调节新风阀、回风阀，减少新风量，增加回风量，新风机、送风机变频运行。4、在全新风工况运行时，当室外空气焓值高于启
30、动全新风的设定焓值，停止全新风运行，进入空调季工况。对全新风、最小新风工况的转换不宜过于频繁，每天不应超过一次，系统切换策略需保证系统的稳定性。,22 1、在空调季节，当回风温度低于室外新风温度4,23,对于VAV变风量系统中风量测量单元（FMS）种类建议：由于变风量系统控制常采用静压控制，所以静压传感器的安装位置以及其精度直接影响系统的控制精度和准确度，常见的为在送风管路离风机2/3处安装静压传感器。,但是由于静压传感器经常受到空气脏堵，安装偏差等影响，常常出现不准确现象，建议将其更换为风量测量单元装置（FMS）最为理想，因为风量测量单元装置精度远高于静压传感器，并且直接输出风量信号，省却D
31、DC风量计算环节的误差，会大大提高变风量控制的精度，从而使风量平衡成为必然。,23对于VAV变风量系统中风量测量单元（FMS）种类建议：但,24,VAV空调系统工程的实施方案主要有以下几种方式:a) VAV空调系统工程单独发包方式;b) VAV空调系统工程纳人BAS系统的发包方式;c) VAV空调系统工程纳人机电安装工程的发包方式。,为了保证VAV空调系统的最终成功，应该优先考虑采用将VAV空调系统独立单项发包，由专业性VAV空调系统工程公司来完成的模式。在这一模式无法实施的情况下，可以采用将VAV空调系统工程纳人BAS系统工程进行发包的实施方案，也可以保证VAV空调系统工程的顺利完成。而采用将VAV纳人机电设备安装总包的实施方案，由于机电安装总包技术力量较弱和协调能力较差等因素制约，VAV系统可能无法达到理想的效果。,24VAV空调系统工程的实施方案主要有以下几种方式:为了保证,25,THANKSQUESTIONES ?,25THANKSQUESTIONES ?,
