暖通空调系统的计算机控制管理(lǐ)(2)
摘要从新(xīn)风机组的控制开始，至全空气定风量系统、变风量系统，逐渐深入地讨论各种空调系统的计算机监测控制，讨论的内容涉及控制系统应具备的功能(néng)，实现这些功能(néng)所要求的硬件设备，控制方案实际的运行效果及可(kě)能(néng)出现的问题。
关键词控制、监测、空气处理(lǐ)、变风量
AbstractDealswiththecontrolandmonitoringwithcomputersofthefreshairhandlingunit,allairCAV(constantairvolume)systemandVAV(variableairvolume)system.Studiesthehardwareconfigurationforthefreshairunit,givesthealgorithmforcoolingcoilandsteamhumidifier,anddiscussesairprocessschemesforanairhandlingunit,pressurecontrolinVAV,etc.
Keywordscontrol,monitoring,air-handling,VAV
--------------------------------------------------------------------------------
2.1新(xīn)风机组的监测控制
空气--水换热器夏季通入冷水对新(xīn)风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季对新(xīn)风加湿。对于这样一台新(xīn)风机组，要用(yòng)计算机进行全面监测控制管理(lǐ)，可(kě)以实现如下功能(néng)：
(1)监测功能(néng)
·检查风机電(diàn)机的工作状态，确定是处于"开"还是"关"；
·测量风机出口空气温湿度参数，以了解机组是否将新(xīn)风处理(lǐ)到要求的状态；
·测量新(xīn)风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换；
·检查新(xīn)风阀状况，以确定其是否打开。
(2)控制功能(néng)
·根据要求启/停风机；
·控制空气--水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值；
·控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值。
(3)保护功能(néng)
冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时，為(wèi)了防止机组内温度过低，冻裂空气--水换热器，应自动停止风机，同时关闭新(xīn)风阀门。当热水恢复供应时，应能(néng)重新(xīn)启动风机，打开新(xīn)风阀，恢复机组的正常工作。
集中管理(lǐ)功能(néng)：
一座建筑物(wù)内可(kě)能(néng)有(yǒu)若干台新(xīn)风机组，这样就希望采用(yòng)分(fēn)布式计算机系统，通过通讯网将各新(xīn)风机组的现场控制机与中央控制管理(lǐ)机相联。中央控制管理(lǐ)机应能(néng)对每台新(xīn)风机组实现如下管理(lǐ)：
·显示新(xīn)风机组启/停状况，送风温湿度，风阀水阀状态；
·通过中央控制管理(lǐ)机启/停新(xīn)风机组，修改送风参数的设定值
·当过滤器压差过大、冬季热水中断、风机電(diàn)机过载或其它原因停机时，通过中央控制管理(lǐ)机报警。
2.1.1根据要求的功能(néng)确定硬件配置
為(wèi)实现上述四大类功能(néng)，首先要选择合适的传感器、执行器，并配置相应的现场控制机。
為(wèi)监测风机電(diàn)机的工作状态，将风机電(diàn)机交流接触器的辅助触点作為(wèi)开关量输入信号，接到DCU的DI输入通道上。选择如第1讲介绍过的以占空比形式信号输出的温度变送器，接至DCU的一个DI输入通道上。选用(yòng)具有(yǒu)4～20mA電(diàn)流信号输出的湿度变送器，接在DCU-AI通道上，也可(kě)以选择2个都是4～20mA電(diàn)流输出的温湿度变送器，接至2路AI输入通道上。為(wèi)准确地了解新(xīn)内机组工作状况，温度传感器的测温精度应＜±0.5℃，湿度传感器测量相对湿度的精度应＜±0.5%。
用(yòng)微压差开关即可(kě)监视新(xīn)风过滤器两侧压差。当过滤器阻力增大时，微压差开关吸合，从而产生"通"的开关信号，通过一个DI输入通道接入DCU。微压差开关吸合时所对的应的压差可(kě)以根据过滤器阻力的情况预先设定。这种压差开关的成本遠(yuǎn)低于可(kě)以直接测出压差的微压差传感器，并且比微压差传感器可(kě)靠耐用(yòng)。因此，在这种情况下一般不选择昂贵的可(kě)连续输出的微压差传感器。
在换热器水盘管出口安装水温传感器，测量出口水温。一方面供控制机用(yòng)来确定是热水还是冷水，以自动进行工况转换；同时还可(kě)以在冬季用(yòng)来监测热水供应情况，供防冻保护用(yòng)。水温传感器可(kě)使用(yòng)占空比信号输出的温度变送器，这时接到DCU的DI输入通道，也可(kě)选取用(yòng)4～20mA電(diàn)流输出的温度变送器，但要接到AI通道上。
以上為(wèi)必需测量的参数。為(wèi)了更好地了解机组工作情况，在经费允许时，还可(kě)以在过滤器前、新(xīn)风阀后安装温度传感器，测量室外新(xīn)风的温度；在换热器水盘管的供水侧安装水温传感器测量供水水温，在风机出口风道上安装风速开关，以确认风机是否开启，新(xīn)风阀或风道中其它风阀是否打开。
由于新(xīn)风阀不用(yòng)来调节风量，仅為(wèi)冬季停机后防止盘管冻结用(yòng)，因此可(kě)选择通断式风阀控制器，通过一路DO通道来控制，当输出為(wèi)高電(diàn)平时，风阀控制器打开风阀，低電(diàn)平时关闭风阀。為(wèi)了解风阀实际的状态，此时还可(kě)以将风阀控制器中的全开限位开关和全关限位开关通过2个DI输入通道接入DCU。
水阀应為(wèi)连续可(kě)调的電(diàn)动调节阀以控制风温。為(wèi)了解准确的阀位还通过一路AI输入通道测量阀门的阀位反馈信号。如果阀门控制器中安装了阀位定位器，也可(kě)以通过AO输出通道输出4～20mA或0～10mA的電(diàn)流信号直接对阀门的开度进行控制。
2.1.2通过软件实现要求的功能(néng)
定型的现场控制机产品，都带有(yǒu)通用(yòng)的输入输出程序，并提供一些编程方法。不论采用(yòng)哪种编程方法。不论采用(yòng)哪种谐和方法，其目的都是要描述具體(tǐ)使用(yòng)场合的特殊性，使现场控制机了解其特点和任務(wù)，实现各项指定的功能(néng)。这种特殊性的描述一般包括对输入输出的描述及对各种控制、保护功能(néng)的描述两部分(fēn)。
2.1.2.1输入输出描述例
输入通道：
fan:风机状态，由DI1通道测出，高電(diàn)平為(wèi)风机开，低電(diàn)平為(wèi)关。
temp-air：送风温度，由DI2通道测出，為(wèi)占空比信号，需要以表的形式定义不同占空比所对应的温度数值。
ψ-air:送风相对湿度，由AI1通道测出，為(wèi)4～20mA信号，相对湿度与電(diàn)流信号的关系為(wèi)：ψ=6I-20，
I為(wèi)测出的電(diàn)流信号，mA，ψ為(wèi)转换的相对湿度，%。
Δp过滤器压差报警开关，由DI3通道测出，高電(diàn)平為(wèi)压差过大，低電(diàn)平為(wèi)正常。
d-air新(xīn)风阀开关状态，由DI4通道测出，高電(diàn)平為(wèi)全开，低電(diàn)平為(wèi)全关。
temp-water:空气--水换热器出口水温，由DI5通道测出，為(wèi)占空比信号。
V-water電(diàn)动调节水阀阀位，由AI2通道测验出，其阀位為(wèi)：V-water=0.06I-0.2,I為(wèi)测出的電(diàn)流，mA。
V-steam:電(diàn)动调节蒸汽阀阀位，由AI3通道测出，其阀位為(wèi)：V-steam=0.06I-0.2，I為(wèi)测出的電(diàn)流，mA。
输出通道：
fan-on:控制风机，与DO1通道连接，高電(diàn)平风机开，低電(diàn)平风机关。
V-water-on:控制電(diàn)动调节水阀开大，与DO2通道连接。
V-water-off:控制電(diàn)动调节水阀关小(xiǎo)，与DO3通道连接。
V-steam-on:控制電(diàn)动蒸汽阀开大，与DO4通道连接。
V-water-off:控制電(diàn)动蒸汽阀关小(xiǎo)，与DO5通道连接。
d-air-on：控制新(xīn)风阀，与D06通道连接，高電(diàn)平打开，低電(diàn)平关闭。
以上给出上例新(xīn)风机组监测验控制所要求的输入输出通道全部信息，根据这些信息可(kě)按照现场控制机具體(tǐ)的编程要求描述输入输出通道，也可(kě)以将这些信息提交给控制机的供应商(shāng)，委托其代為(wèi)编程。
2.1.2.2自动和遠(yuǎn)动控制
风机的启/停及各个阀的调节可(kě)以由现场机根据控制及保护的要求确定，也可(kě)以由中央控制管理(lǐ)机通过通讯下命令进行遠(yuǎn)动。為(wèi)了不使现场控制机的控制与中央控制管理(lǐ)机的命令发生冲突，就要增设一个"遠(yuǎn)动/自动"标志(zhì)Auto。Auto為(wèi)1时，各设备由现场控制机自选控制；Auto為(wèi)0时，则现场控制机不做与控制有(yǒu)关的分(fēn)析计算，各设备均直接由中央控制管理(lǐ)机发出的命令控制。标志(zhì)Auto為(wèi)贮存在现场控制机中的一个变量，其数值可(kě)以由中央控制管理(lǐ)机通过通讯网直接设定修改。这样，各设备动作的逻辑关系為(wèi)：
不论Auto為(wèi)何值，风机都可(kě)以由中央控制管理(lǐ)机启/停，在需要防冻保护时，也都可(kě)以由现场控制机停止。当Auto為(wèi)1时，现场控制机可(kě)以在防冻保护解除后，重新(xīn)启动风机。
新(xīn)风阀完全根据风机状态而定，开风机后开新(xīn)风阀，关风机后关闭新(xīn)风阀。
Auto為(wèi)1时，水阀、蒸汽阀由现场控制机根据送风温湿度进行调节，Auto為(wèi)0时，这两个阀门根据中央控制管理(lǐ)机发来的命令动作。
2.1.2.3送风参数的控制
当Auto為(wèi)1时，水阀、蒸汽阀的控制逻辑如下：
如果水温temp-water低于20℃，初步判定為(wèi)夏季工况，此时关闭蒸汽阀门，调节水阀开度使送风温度达到设定值。这时可(kě)按照比例积分(fēn)调节方式（PI）。进行调节由于计算机调节是以一定的时间步長(cháng)一步步进行，因此需要用(yòng)离散的PI算法。
通过喷蒸汽向空气加湿，在h-d图中可(kě)近似為(wèi)一个等温增d的过程。也就是说调整蒸汽阀改变喷蒸汽的量，仅影响送风空气的绝对含温量d,而基本上不影响送风温度。本例新(xīn)风机组的控制中，用(yòng)的是相对湿度的湿度测量元件，如果直接用(yòng)实测送风相对湿度与设定值之差作為(wèi)控制变量，则调节水阀改变加热量会使相对湿度降低，开大蒸汽阀增加喷汽量会使相对湿度上升。為(wèi)了避免这种相互影响，可(kě)以根据测出的送风温度和相对湿度计算出送风的绝对含湿量d，通过调节蒸汽阀控制d，通过调节热水阀控制t，这样两个控制环节可(kě)以相互独立地进行。具體(tǐ)的控制算式可(kě)以采用(yòng)PI调节器。选择線(xiàn)性流量特性的调节阀，使蒸汽的喷射量基本上与开度成線(xiàn)性关系，Δd与阀位间即為(wèi)線(xiàn)性，使用(yòng)PI调节可(kě)以得到较好的控制效果。
2.1.2.4防冻保护的实现
冬季有(yǒu)三种情况可(kě)以冻裂水盘管：热水循环泵停，热水不流动，继续开风机，使盘管温度不断下降、盘管冻结；热源停止（如使用(yòng)蒸汽--水换热器产生热水，蒸汽停供）水温降低，继续开风机使盘管冻结；无热水供应，新(xīn)风机亦停止，但新(xīn)风阀未关闭，外界冷风进入机组内，使盘管冻结。在第二种情况下，水盘管出口水温会很(hěn)低，如果水盘管出口水温测验点距盘管较遠(yuǎn)（距离大于0.5m），且机房内有(yǒu)供暖设施，热水停止流动后，该点测出的温度不一定很(hěn)低，不可(kě)完全依照它来进行判断。第三种情况送风温度与盘管出口水温可(kě)能(néng)都不会太低，不能(néng)通过温度来判断，只能(néng)设定為(wèi)关风机时必须关风阀。对于第一、二两种情况，可(kě)设定為(wèi)当盘管出口水温temp-water小(xiǎo)于5℃或送风温度temp-air小(xiǎo)于10℃(考虑了风机温升、风道影响等各种因素)时，都应停止风机，关闭风阀。同时还应该将水阀全开，以尽可(kě)能(néng)增加盘管内与水系统间水的对流，同时还可(kě)排除由于水阀堵塞或水阀误关造成的降温。由于是保护动作，因此不论系统处在自动还是遠(yuǎn)动状态，即不论Auto為(wèi)1或0，发现降温都有(yǒu)需要执行保护动作。
保护后，如果热水恢复供应，应重新(xīn)启动风机，恢复正常运行。為(wèi)此需设一防冻保护标志(zhì)Pt，当产生防冻动作后，将Pt置為(wèi)1。当测出盘管出口水温temp-water大于35℃，并且Pt為(wèi)1时，可(kě)认為(wèi)热水供应恢复，应重新(xīn)开启风机，打开新(xīn)风阀，恢复控制调节动作，同时将标志(zhì)Pt重置為(wèi)0。由于不论Auto為(wèi)1或0都进行了保护，因此恢复动作也不应考虑Auto的状态。
如果风道内安装了风速开关，还可(kě)以根据它来预防上述第三种情况的冻裂危险。当风机電(diàn)机由于某种故障停止、而风机开启的反馈信号仍指示风机开通时，如果风速开关指示出风速过低，也应关闭新(xīn)风阀，防止外界冷空气进入。
2.2全空气空调系统的监测控制
与上一节的新(xīn)风机组相比，从控制调节的角度看，有(yǒu)如下3点不同：
(1)控制调节对象是房间内的温度、湿度，而不是送风参数；
(2)要求房间的温湿度全年均处于舒适區(qū)范围内，与上一例相比，在夏季也要考虑湿度控制，同时还要研究系统省能(néng)的控制方法；
(3)有(yǒu)回风回到空调机组，不再是全新(xīn)风系统，尤其是新(xīn)回风比还可(kě)以变化，因此可(kě)尽量利用(yòng)新(xīn)风降温，但这会引出许多(duō)新(xīn)的问题。
上述问题主要是控制调节问题。系统的监测管理(lǐ)、遠(yuǎn)动、防冻保护等与前面讨论的新(xīn)风机组类似，此节不再介绍。
2.2.1传感器与执行器的配置
与新(xīn)风机组相比，需要增加被调房间或被调區(qū)域内温湿度传感器。如果被调房间较大，或是由几个房间构成一个區(qū)域作為(wèi)调控对象，则可(kě)安装几组温湿度测点，以这些测点温湿度的平均值或其中重要位置的温湿度作為(wèi)控制调节参照值。房间的温湿度参数A直接反馈到控制空调机组的现场控制机上，以便直接用(yòng)来作為(wèi)参照值进行控制调节。当被控房间距空调机房较遠(yuǎn)、需测的房间温湿度参数又(yòu)较多(duō)时，可(kě)再设一台数据采集用(yòng)现场控制机，安装在被控區(qū)域附近，专门与各温湿度传感器连接，将测量信息处理(lǐ)后再通过通讯网把作為(wèi)参照值的温湿度参数送至空调机组的现场控制机。
由于存在回风，需增加新(xīn)风与回风的温湿度测点。回风的温湿度参数是供确定空气处理(lǐ)方案时参考的。回风道存在较大惯性，有(yǒu)些系统还采用(yòng)走廊回风等方式，这都使得回风空气状态不完全等同于室内平均空气状态，因此不宜直接用(yòng)回风参数作為(wèi)被控房间的空气参数（除非系统很(hěn)小(xiǎo)，回风从室内直接引至机组）。
新(xīn)回风混合后的空气状态对空气处理(lǐ)室的调节有(yǒu)很(hěn)大的指导意义，但由于混合室内空气流动混乱，温度亦很(hěn)不均匀，很(hěn)难真正得到混合后的空气参数。因此一般不测量混合空气状态。
為(wèi)了调节新(xīn)回风比，对新(xīn)风、排风、混风三个风阀都要进行单独的连续调节，因此分(fēn)别安装電(diàn)动执行器，每个风阀都用(yòng)2个DO输出通道控制其开大或关小(xiǎo)，并用(yòng)一个AI输入通道测量其阀位，如同上一节中的電(diàn)动调节水阀。当然也可(kě)以安装阀门定位器，通过AO输出通道直接输出4～20mA電(diàn)流信号来控制风阀的开度。
其它的测量与控制同上一节新(xīn)风机组。由于增加了3个连续调节的风阀，需用(yòng)启/停控制并监测验回风机状态及测量室温、新(xīn)风回风温湿度，所需要的输入输出通道遠(yuǎn)遠(yuǎn)多(duō)于新(xīn)风机组。
2.2.2送风参数的确定
与新(xīn)风机组不同，影响空气处理(lǐ)室工作的有(yǒu)两个干扰源：室外空气状态的变化和室内热湿负荷的变化。此外房间一般都有(yǒu)较大的热惯性，加之空气处理(lǐ)室内各种阀门调节的非線(xiàn)性，导致直接通过风阀、水阀控制房间温湿度有(yǒu)一定困难。比较好的方法是采用(yòng)"串级调节"，即根据房间温度的变化确定要求的送风参数设定值，及类似于新(xīn)风机组的控制，根据要求的送风参数与实测的送风状态之差调节空气处理(lǐ)室。
2.2.3空气处理(lǐ)室的控制
确定了要求的送风状态，接着就是如何调节空气处理(lǐ)室内各设备，使处理(lǐ)后的空气达到要求的设定值。对于新(xīn)回风比不可(kě)调的固定新(xīn)风量系统，当只要求控温时，可(kě)以采用(yòng)与新(xīn)风机组控制相同的方法；当温湿度都有(yǒu)所要求，如图2-11那样分(fēn)别有(yǒu)冷水盘管、热水盘管时，则可(kě)以判断当需要加湿时，用(yòng)冷水盘管或热水盘管控制送风温度，用(yòng)蒸汽加湿器控制送风的d，当需要除湿时则靠调整冷水盘管中的冷水量控制送风的d，用(yòng)调整热水阀来控制二次加热量以保证送风温度。
与新(xīn)风机组的控制相比，带有(yǒu)回风的空气处理(lǐ)室的主要问题是按照什么原则控制新(xīn)回风比使空气处理(lǐ)室耗能(néng)最小(xiǎo)。文(wén)献[1]中给出所谓"最小(xiǎo)能(néng)耗法"的分(fēn)析方法。
2.2.4从节能(néng)角度确定室内空气的最佳状态
对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒定于一点，而是允许在较大范围内浮动，例如温度為(wèi)20～27℃，相对湿度在40%～70%内，均满足舒适性要求。这样，当室外状态偏低时，室内相应靠近此域的下限；室外状态偏高时，室内则靠近此域的上限。当室外处于此域附近时，则尽可(kě)能(néng)多(duō)用(yòng)新(xīn)风，使室内状态随外界空气状态变化。这样既可(kě)最大限度地节能(néng)，又(yòu)可(kě)提高室内空气品质和舒适程度。
将空气处理(lǐ)到该点，这样做最节省冷量。
·如果Ωs不与Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，仅与Ⅲ區(qū)相交，则应取相交域最右侧的最下部作為(wèi)送风点S，以节省冷量及二次加热量。
·如果Ωs不与Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，与Ⅳ相交时，应取相交域的最左侧的中点。
·如果Ωs仅与Ⅳ區(qū)相交，则应取相交域的左下角。
·如果Ωs仅与Ⅴ區(qū)相交，则应取相交域的左上角。
按照上述方式，可(kě)以在每个时刻根据新(xīn)、回风状态及室内状态确定最适宜的送风状态，既保证房间空气状态处于舒适區(qū)，又(yòu)使空气处理(lǐ)能(néng)耗最小(xiǎo)。这样的几何计算看起来很(hěn)复杂，但利用(yòng)计算机却并不十分(fēn)困难。当房间允许的舒适域范围较大时，与固定的室内设定状态相比，这样做节能(néng)效果十分(fēn)显著。这是采用(yòng)计算机控制空调系统遠(yuǎn)比常规電(diàn)子式调节器控制节省运行能(néng)耗的主要原因之一。
2.2.5各空气处理(lǐ)装置的调节
在上述讨论中，涉及到控制新(xīn)风、排风和混风三个风阀以调节新(xīn)回风比，控制表冷器、加热器的水阀以调节冷热量以及控制加湿器蒸汽阀以调节加湿量。在控制方案确定后，它们的调节都是以送风空气的温度或绝对湿度為(wèi)目标，这时需根据控制调节装置的特性不同分(fēn)别采用(yòng)相应的调节算法。
新(xīn)回风比的变化与送风参数（d和t）的变化成正比，因此可(kě)用(yòng)PI形式的算法，根据送风d或t的偏差控制这三个风阀，其中新(xīn)风、排风风阀应同向同步调节，混风阀则按相反方向调节。
2.3变风量系统的控制
变风量系统（VAV）是目前在國(guó)内开始试用(yòng)的方式。所涉及的各种问题在《暖通空调》杂志(zhì)有(yǒu)专文(wén)介绍，这里仅讨论采用(yòng)计算机控制时的一些做法。
当一套全空气空调系统所带各房间的负荷变化情况彼此不同，或各房间要求的设定值彼此不同时，VAV是一种解决问题的有(yǒu)效方式。每个VAV末端装置需要一套控制器。最简单的控制方式是根据房间温度实测值与设定值之差，直接调整末端装置中的风阀。这样做，当某个房间温度达到要求值时，由于其它房间风量的变化或总的送风机风量有(yǒu)所变化导致连接末端装置风道处的空气压力有(yǒu)变化，从而使这个房间的风量变化。由于房间热惯性较大，在此瞬间房间温度并不变化。待房间温度发生足够大的变化后，再对风阀进行调整，又(yòu)会反过来影响其它房间的风量，并引起温度变化，这样各房间风阀不断调节，风量和温度不断变化，导致系统不稳定。一种改进的方法是采用(yòng)"压力无关"（Pressureindependent）末端装置。此种末端上装有(yǒu)风量测量装置，房间温度的变化不再直接改变风阀开度，而是去修正风量设定值。风阀则根据实测的风量与风量设定值进行调整。这样，当某房间风量由于风道内压力变化而变化时，末端控制装置会直接调整风阀，以维持原来的风量，房间温度不会由此引起波动。简单的末端控制器和"压力无关"方式的末端控制器都可(kě)以由常规模拟電(diàn)路构成或以计算机為(wèi)核心构成。
2.3.1具有(yǒu)独立的末端控制器的VAV系统
此种VAV末端控制器是与VAV末端装置配套的定型产品，它包括挂在室内墙壁上的温度设定器及安装在末端装置上的控制器两部分(fēn)，设定器内装有(yǒu)温度传感器以测量房间温度。温度实测值与设定值之差被送到控制器中去修正风量设定值或直接控制风阀。对于"压力无关"的末端装置，重要的是要测准风速或风量。一般都需要在出厂前逐台标定，将标定结果设置到控制器中。有(yǒu)的末端控制器产品还要求在现场逐台标定，这在选用(yòng)产品的订货时要十分(fēn)注意。
除VAV末端装置外就是对空调机的控制了。与前一节讨论过的空气处理(lǐ)室的控制相比，VAV系统的新(xīn)的控制问题為(wèi)：①由于各房间风量变化，空调机的总风量将随之变化，如何对送风机转速进行控制使之与变化的风量相适应？②如何调整回风机转速使之与变化了的风量相适应，从而不使各房间内压力出现大的变化？③如何确定空气处理(lǐ)室送风温湿度的设定值？④如何调整新(xīn)回风阀，使各房间有(yǒu)足够的新(xīn)风？
2.3.1.1送风机的控制
為(wèi)了保证系统中每个VAV末端装置都能(néng)正常工作，要求主风道内各点的静压都不低于VAV末端装置所要求的最低压力。在主风道压力最低处安装静压传感器，根据此点测出的压力，调整送风机转速，使该点的压力恒定在VAV末端装置所要求的最小(xiǎo)压力值，即可(kě)保证各VAV末端装置正常工作。对于仅一条风道的系统，将压力传感器装在风道的最遠(yuǎn)处，根据它的压力调节送风机转速，即可(kě)保证各VAV末端装置都在足够的压力下工作，然而在实际工程中会出现问题：当主风道前半部分(fēn)风速较高，尾部风速较低时，最遠(yuǎn)处的静压比近处某些位置的静压还高，导致近处一些VAV装置不能(néng)正常工作。当主风道分(fēn)為(wèi)两支或多(duō)支（如图2-11）时，若装有(yǒu)压力传感器的分(fēn)支A内各变风量装置的风阀因需要的风量小(xiǎo)而关小(xiǎo)，分(fēn)支内总风量减少，而另一支要求的风量大，则压力传感器测出的压力接近于风道分(fēn)叉处点a的压力，但由于分(fēn)支B内风量大，压降大，点C的压力遠(yuǎn)低于点a，从而也就低于点b的压力，这样，当控制送风机转速使点b于额定压力时，点c及其附近的压力就会偏低，使连接于这些位置的ＶＡＶ末端装置不能(néng)正常运行。鉴于这种情况，國(guó)外一些文(wén)献建议将参考测压点前移至总风道上距末端1／3处，如图2-21中d点。在欧洲有(yǒu)些工程师干脆将测点设在风机出口，使风机出口压力恒定。此时风机转速调整过程如图2-22所示。这样，部分(fēn)负荷时VAV末端装置压力过大，使得风阀关得很(hěn)小(xiǎo)，噪声增加，同时小(xiǎo)风量时风机電(diàn)耗节省不多(duō)。这样，虽然测压点越接近风机，系统越可(kě)靠，但风机节能(néng)效果就越差。这些分(fēn)析都是采有(yǒu)一个压力测点控制风机转速这种单回路的简单控制方式，而使用(yòng)DDC控制，可(kě)以多(duō)装几个压力测点来解决上述矛盾。例如图2-11例中，在点b、c处均安装压力传感器，调节送风机转速，使这两个压力中的最小(xiǎo)者不低于VAV末端装置要求的最低压力。还可(kě)以在有(yǒu)可(kě)能(néng)出现最高风速的风道处装压力测点，以保证该点压力不低于额定值。当然在保证可(kě)基本了解风道内压力分(fēn)布的前提下，应尽可(kě)能(néng)减少压力测点，以减少投资。在何处设压力测点是出现了VAV系统以后國(guó)外長(cháng)期争论、且尚未圆满解决的问题。但采用(yòng)计算机控制的，增加这种"哪里压力最低"的逻辑判断功能(néng)，问题就变得很(hěn)容易解决了。
2.3.1.2回风机的控制
回风机的转速也需要调节，以使回风风量与变化了的送风量相匹配，从而保证各房间不会出现太大的负压或正压。由于不可(kě)能(néng)直接测量每个房间的室内压力，因此不能(néng)直接按照室内压力对回风机进行控制。由于送风机在维持送风道中的静压，其工作点如图2-22那样随转速变化而变化，因此送风量并非与转速成正比。而回风道中如果没有(yǒu)可(kě)随时调整的风阀，回风量基本上与回风机转速成正比。因此也不能(néng)简单地使回风机与送风机同步地改变转速。实际工程中可(kě)行的方法是同时测量总送风量和总回风量，调整回风机转速使总回风量总是略低于总送风量，即可(kě)维持各房间稍有(yǒu)正压。再一种方式是测量总送风量和总回风道接近回风机入口处的静压，此静压应与总送风量的平方成正比，由测出的总送风量即可(kě)计算出回风机入口静压的设定值，调整回风机转速使回风机入口静压达到该设定值，即可(kě)保证各房间内的零压。
2.3.1.3送风参数设定
对于第二节中讨论的定风量系统，总的送风参数可(kě)以根据实测房间温湿度状况确定。对于变风量系统，由于每个房间的风量都根据实测温度调节，因此房间内的温度高低并不能(néng)说明送风温度偏高还是偏低。只有(yǒu)将各房间温度、风量及风阀位置全测出来进行分(fēn)析，才能(néng)确定送风温度需用(yòng)调高或降低，这必须靠与各房间变风量末端装置的通讯来实现。对于各变风量末端间无通讯功能(néng)的控制系统，送风参数很(hěn)难根据反馈来修正，只能(néng)根据设计计算或总结运行经验，根据建筑物(wù)使用(yòng)特点、室内发热量变化情况及外温确定送风温度设定值。根据一般房间内温湿度要求计算出绝对湿度d,取d-(0.5～1)g/kg作為(wèi)送风绝对湿度的设定值。為(wèi)了满足各房间温度要求，这样确定的送风温度设定值一般总是偏保守，即夏天偏低，冬天偏高，从而使经过末端装置调节风量后，各房间温度都能(néng)满足要求。但有(yǒu)时各VAV末端装置都关得很(hěn)小(xiǎo)，增加了噪声。此外还减少了过渡期利用(yòng)新(xīn)风直接送风降温的时间，多(duō)消耗了冷量。
2.3.1.4保证足够的新(xīn)风
当新(xīn)、排、混风阀处于最小(xiǎo)新(xīn)风位置时，降低风机转速，使总风量减小(xiǎo)，新(xīn)风入口处的压力就会升高，从而使吸入的新(xīn)风的百分(fēn)比不变，但绝对量减少。对于舒适性空调，这使各房间新(xīn)风量的绝对量减少，空气质量变差。為(wèi)避免这一点，在空气处理(lǐ)室的结构上可(kě)采取许多(duō)措施。就控制系统来说，可(kě)在送风机转速降低时适当开大新(xīn)风和排风阀，转速增加时再将它们适当关小(xiǎo)。更好的办法是在新(xīn)风管道上安装风速传感器，调节新(xīn)风和排风阀，使新(xīn)风量在任何情况都不低于要求值。
2.3.2各末端控制器具有(yǒu)通讯功能(néng)的VAV系统
当各个末端控制器均為(wèi)DDC控制、空气处理(lǐ)室的现场控制机可(kě)以与各末端控制器通讯时，前面讨论的那些VAV控制调节中的问题就较容易解决了。此时的主题是充分(fēn)利用(yòng)计算机的计算分(fēn)析能(néng)力，尽可(kě)能(néng)少使用(yòng)各种压力和风量/风速传感器，通过计算机使各末端装置相互协调，解决上述问题。此是的控制策略取决于采用(yòng)"压力无关"型末端装置还是简单的電(diàn)动风阀装置。下面分(fēn)别进行讨论。
2.3.2.1使用(yòng)"压力无关"型末端装置
此时空调处理(lǐ)室的现场控制机可(kě)得到各末端装置风量实测值、风量设定值、对应的房间温度和房间温度设定值。有(yǒu)些控制器不可(kě)得到阀位信息。末端装置控制器调节的速度很(hěn)快，一般情况下风量实测值应接近风量设定值。如果某个末端装置在连续一段时间内（1～2min）实测的风量低于风量设定值较多(duō)，则说明风道内压力偏低，因此可(kě)增加送风机转速。各末端装置风量设定值之和与风机转速有(yǒu)一对应关系。如果风机转速高于各风量设定值之和所对应的转速，则说明风机转速偏高，各变风量末端装置的风阀可(kě)能(néng)都关得较小(xiǎo)，因此需降低转速。总风量和转速的关系可(kě)在初调节时通过实测得到：将几个最末端的变风量装置的风量设定到最大值（或将房间温度设定值调到很(hěn)低）。近端的变风量装置设定到最小(xiǎo)值，调节风机转速，使这些风量设定值基本上得到满足。记下此时实测风量之和及风机转速，再增加几个设定风量為(wèi)最大值的末端装置，再次调整转速。这样即可(kě)得到一组最不利条件下总风量与转速之关系，作為(wèi)控制风机转速的依据。此关系可(kě)通过同样的思路根据风道阻力情况预先计算得到。当末端装置的风阀阀位信息也可(kě)向空气处理(lǐ)室的现场控制机提供时，可(kě)以根据是否有(yǒu)阀位开到90%以上来确定风机转速，使任何时候系统中至少有(yǒu)一个VAV末端装置的风阀阀位大于90%。
由各变风量装置实测的风量之和即可(kě)确定回风机转速。只要使转速与总风量成正比，房间内基本上可(kě)保证正常的压力范围。比例系数可(kě)在调节时实测确定。
最适合的送风参数亦可(kě)由各末端装置的风量设定值确定：当各末端装置的风量设定值都低于各自的最大风量，说明送风温差过大，应升温（夏季）或降温（冬季），以减小(xiǎo)送风温差。若有(yǒu)的装置风量设定值等于或高于其最大风量，则说明送风温差偏小(xiǎo)，应降温（夏季）或升温（冬季）。这种控制的结果，系统内应至少有(yǒu)一个末端装置其风量设定值高于90%的最大风量。这种用(yòng)房间控制信息反馈来确定送风参数的方法比没有(yǒu)通讯时前馈方法要可(kě)靠、省能(néng)，亦可(kě)避免大量风阀关小(xiǎo)引起的噪声。掌握了各房间风量的实测值，还可(kě)以更准确地保证各房间的新(xīn)风量。每个房间都有(yǒu)事先定义的最小(xiǎo)新(xīn)风量要求（根据人员数量），由各房间实测风量与该房间额定最小(xiǎo)新(xīn)风量之比即得到此时要求的最小(xiǎo)新(xīn)风比。新(xīn)风、排风阀阀位开度近似于新(xīn)风比，因此可(kě)简单地根据这种计算出的最小(xiǎo)新(xīn)风比检查和调整新(xīn)风、排风阀。為(wèi)使新(xīn)风量更准确，也可(kě)以在新(xīn)风管道上测量新(xīn)风量，再用(yòng)计算出的实测总风量乘以最小(xiǎo)新(xīn)风比作為(wèi)最小(xiǎo)新(xīn)风量的设定值.
从上面的分(fēn)析可(kě)以看到，采用(yòng)各末端装置有(yǒu)通讯功能(néng)的控制系统，可(kě)以使风道压力控制、室内压力控制、送风参数设定和新(xīn)风控制这4个问题得到较妥善的解决，并且除VAV末端装置内的风量测量外，不再需要其它测点，免去了无通讯功能(néng)时需要对风道压力、总风量、回风机入口压力及新(xīn)风量的测量。通讯功能(néng)所需要增加的投资可(kě)以从省下的这些传感器投资中得到。而系统控制调节品质却会大大改善。
2.3.2.2使用(yòng)无风量测量的末端装置
即使不采用(yòng)"压力无关"型末端装置，直接通过调风阀控制房间温度，依靠各DDC控制器通过通讯网的相互联系，也能(néng)获得较好的控制效果。
采用(yòng)"压力无关"末端装置的主要原因是為(wèi)了避免邻近末端装置及送风机的调整造成的风量变化。当具有(yǒu)通讯功能(néng)时,每个末端装置要对风阀进行调节时，同时将要调整的开度变化通知邻近的各末端装置。各邻近末端装置可(kě)根据预定的权系数对自己的风阀同时进行调整。例如某末端装置為(wèi)使房间温度降低，要将风阀开大10%，则最邻近的两个末端装置同时也将自己的风阀开大3%～4%，次邻近者同时开大1%～2%，这样就可(kě)避免在风量减小(xiǎo)、引起温度变化后再进行调整了。送风机转速变化时，则所有(yǒu)的风阀都应自行进行相应的调整。这种调整量的权系数可(kě)通过"自學(xué)习"的方法逐渐修正。此种控制调节的效果可(kě)接近"压力无关"型末端装置（详细讨论与模拟实验分(fēn)析见文(wén)献[3]）。
对于这种末端装置，空调室的现场控制机应知道各末端装置的阀位，根据各末端装置的阀位状态确定送风机转速及空调机送风状态。当所有(yǒu)末端装置的阀位均小(xiǎo)于80%时，说明风道内静压偏高，应降低送风机转速。反之，若发现有(yǒu)开度大于90%的末端装置，说明有(yǒu)可(kě)能(néng)风道内静压偏低，应加大送风机转速。这样可(kě)以用(yòng)各末端装置中阀门开度最大值来控制送风机转速，使得在任何时候系统内至少有(yǒu)一个末端装置风阀开度在80%～90%之间，没有(yǒu)风阀开度超过90%。
根据各末端装置风阀开度，同样也可(kě)确定适宜的送风温度：
若各风阀开度在20%～90%之间，而送风机未达到最大转速，则应减小(xiǎo)送风温差，这将导致各末端装置风阀相继开大。最大都超过90%后，风机转速增加，最终的结果使各末端装置风阀开度范围在40%～90%之间。当风机转速达到最大，各风阀间开度仍较大时，就不能(néng)再调整。
若各风阀开度在70%～90%之间，则可(kě)适当加大送风温差，各风阀就会相继关小(xiǎo)，此时风机转速会降低，最终的结果也可(kě)使各末端装置风阀开度范围在40%～90%之间。这样做还要注意送风温差的最大值，当送风温差设定值达到其最大值时，就不能(néng)再减小(xiǎo)风机转速。
回风机转速可(kě)能(néng)控制成基本上与送风机转速同时按比例变化。由于风道内静压不是恒定而是随风量变化，各末端装置的风阀开度范围基本不变，因此风道的阻力特性变化不大，送风机的工作点变化不大，因此送风机风量近似与转速成正比，于是回风机转速即可(kě)与送风机同步。这与风道内维持额定正压的控制不同。对于后者，即使所有(yǒu)的风阀全关小(xiǎo)，总风量降到50%，风道风测压点的压力仍不变，于是风机工作点偏移，总风量与转速不成正比.
由于总风量近似正比于送风机转速，由此可(kě)估计出不同转速下所需要的最小(xiǎo)新(xīn)风比，以保证系统有(yǒu)足够的新(xīn)风量，用(yòng)这个最小(xiǎo)新(xīn)风量即可(kě)作為(wèi)新(xīn)排风阀此时刻的开度下限。
由上述初步的定性分(fēn)析与讨论，可(kě)以看出来用(yòng)计算机控制后，尤其是采用(yòng)带有(yǒu)通讯功能(néng)的计算机可(kě)以对整个系统工作情况进行全面分(fēn)析，确定控制策略，可(kě)使VAV控制中的一些困难问题得以较好地解决，同时可(kě)以减少传感器使用(yòng)数量。上述最后一例，无任何风量传感器使用(yòng)数量。上述最后一例，无任何风量传感器和压力传感器，完全依靠各变风量末端风阀阀位的信息，即解决了VAV系统各环节的控制。控制效果当然不如带有(yǒu)"压力无关"末端装置的系统，但如果送回风道设计恰当，变风量末端装置选择合适，也可(kě)以获得较好的运行品质。
2.4参考文(wén)献
1李吉生，彦启森.空调系统最小(xiǎo)能(néng)耗控制.制冷學(xué)报，1993，（1）.
2朱伟峰.变风量系统的解耦控制[學(xué)位论文(wén)].北京：清华大學(xué)热能(néng)系，1996.
3ThomasBHartman.DirectdigitalcontrolsforHVACsystem.McGraw-Hill,inc.
<
<
<
