暖通空調(diào)系統(tǒng)的計算機控制管理(2)

　　摘要從新風(fēng)機組的控制開始，至全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)，逐漸深入地討論各種空調(diào)系統(tǒng)的計算機監(jiān)測控制，討論的內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，實現(xiàn)這些功能所要求的硬件設(shè)備，控制方案實際的運行效果及可能出現(xiàn)的問題。

　　關(guān)鍵詞控制、監(jiān)測、空氣處理、變風(fēng)量

　　AbstractDealswiththecontrolandmonitoringwithcomputersofthefreshairhandlingunit,allairCAV(constantairvolume)systemandVAV(variableairvolume)system.Studiesthehardwareconfigurationforthefreshairunit,givesthealgorithmforcoolingcoilandsteamhumidifier,anddiscussesairprocessschemesforanairhandlingunit,pressurecontrolinVAV,etc.

　　Keywordscontrol,monitoring,air-handling,VAV

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　　2.1新風(fēng)機組的監(jiān)測控制

　　空氣--水換熱器夏季通入冷水對新風(fēng)降溫除濕，冬季通入熱水對空氣加熱。干蒸汽加濕器則在冬季對新風(fēng)加濕。對于這樣一臺新風(fēng)機組，要用計算機進行全面監(jiān)測控制管理，可以實現(xiàn)如下功能：

　　(1)監(jiān)測功能

　　·檢查風(fēng)機電機的工作狀態(tài)，確定是處于"開"還是"關(guān)"；

　　·測量風(fēng)機出口空氣溫濕度參數(shù)，以了解機組是否將新風(fēng)處理到要求的狀態(tài)；

　　·測量新風(fēng)過濾器兩側(cè)壓差，以了解過濾器是否需要更換；

　　·檢查新風(fēng)閥狀況，以確定其是否打開。

　　(2)控制功能

　　·根據(jù)要求啟/停風(fēng)機；

　　·控制空氣--水換熱器水側(cè)調(diào)節(jié)閥，以使風(fēng)機出口空氣溫度達到設(shè)定值；

　　·控制干蒸汽加濕器調(diào)節(jié)閥，使冬季風(fēng)機出口空氣相對濕度達到設(shè)定值。

　　(3)保護功能

　　冬季當(dāng)某種原因造成熱水溫度降低或熱水停止供應(yīng)時，為了防止機組內(nèi)溫度過低，凍裂空氣--水換熱器，應(yīng)自動停止風(fēng)機，同時關(guān)閉新風(fēng)閥門。當(dāng)熱水恢復(fù)供應(yīng)時，應(yīng)能重新啟動風(fēng)機，打開新風(fēng)閥，恢復(fù)機組的正常工作。

　　集中管理功能：

　　一座建筑物內(nèi)可能有若干臺新風(fēng)機組，這樣就希望采用分布式計算機系統(tǒng)，通過通訊網(wǎng)將各新風(fēng)機組的現(xiàn)場控制機與中央控制管理機相聯(lián)。中央控制管理機應(yīng)能對每臺新風(fēng)機組實現(xiàn)如下管理：

　　·顯示新風(fēng)機組啟/停狀況，送風(fēng)溫濕度，風(fēng)閥水閥狀態(tài)；

　　·通過中央控制管理機啟/停新風(fēng)機組，修改送風(fēng)參數(shù)的設(shè)定值

　　·當(dāng)過濾器壓差過大、冬季熱水中斷、風(fēng)機電機過載或其它原因停機時，通過中央控制管理機報警。

　　2.1.1根據(jù)要求的功能確定硬件配置

　　為實現(xiàn)上述四大類功能，首先要選擇合適的傳感器、執(zhí)行器，并配置相應(yīng)的現(xiàn)場控制機。

　　為監(jiān)測風(fēng)機電機的工作狀態(tài)，將風(fēng)機電機交流接觸器的輔助觸點作為開關(guān)量輸入信號，接到DCU的DI輸入通道上。選擇如第1講介紹過的以占空比形式信號輸出的溫度變送器，接至DCU的一個DI輸入通道上。選用具有4～20mA電流信號輸出的濕度變送器，接在DCU-AI通道上，也可以選擇2個都是4～20mA電流輸出的溫濕度變送器，接至2路AI輸入通道上。為準確地了解新內(nèi)機組工作狀況，溫度傳感器的測溫精度應(yīng)＜±0.5℃，濕度傳感器測量相對濕度的精度應(yīng)＜±0.5%。

　　用微壓差開關(guān)即可監(jiān)視新風(fēng)過濾器兩側(cè)壓差。當(dāng)過濾器阻力增大時，微壓差開關(guān)吸合，從而產(chǎn)生"通"的開關(guān)信號，通過一個DI輸入通道接入DCU。微壓差開關(guān)吸合時所對的應(yīng)的壓差可以根據(jù)過濾器阻力的情況預(yù)先設(shè)定。這種壓差開關(guān)的成本遠低于可以直接測出壓差的微壓差傳感器，并且比微壓差傳感器可靠耐用。因此，在這種情況下一般不選擇昂貴的可連續(xù)輸出的微壓差傳感器。

　　在換熱器水盤管出口安裝水溫傳感器，測量出口水溫。一方面供控制機用來確定是熱水還是冷水，以自動進行工況轉(zhuǎn)換；同時還可以在冬季用來監(jiān)測熱水供應(yīng)情況，供防凍保護用。水溫傳感器可使用占空比信號輸出的溫度變送器，這時接到DCU的DI輸入通道，也可選取用4～20mA電流輸出的溫度變送器，但要接到AI通道上。

　　以上為必需測量的參數(shù)。為了更好地了解機組工作情況，在經(jīng)費允許時，還可以在過濾器前、新風(fēng)閥后安裝溫度傳感器，測量室外新風(fēng)的溫度；在換熱器水盤管的供水側(cè)安裝水溫傳感器測量供水水溫，在風(fēng)機出口風(fēng)道上安裝風(fēng)速開關(guān)，以確認風(fēng)機是否開啟，新風(fēng)閥或風(fēng)道中其它風(fēng)閥是否打開。

　　由于新風(fēng)閥不用來調(diào)節(jié)風(fēng)量，僅為冬季停機后防止盤管凍結(jié)用，因此可選擇通斷式風(fēng)閥控制器，通過一路DO通道來控制，當(dāng)輸出為高電平時，風(fēng)閥控制器打開風(fēng)閥，低電平時關(guān)閉風(fēng)閥。為了解風(fēng)閥實際的狀態(tài)，此時還可以將風(fēng)閥控制器中的全開限位開關(guān)和全關(guān)限位開關(guān)通過2個DI輸入通道接入DCU。

　　水閥應(yīng)為連續(xù)可調(diào)的電動調(diào)節(jié)閥以控制風(fēng)溫。為了解準確的閥位還通過一路AI輸入通道測量閥門的閥位反饋信號。如果閥門控制器中安裝了閥位定位器，也可以通過AO輸出通道輸出4～20mA或0～10mA的電流信號直接對閥門的開度進行控制。

　　2.1.2通過軟件實現(xiàn)要求的功能

　　定型的現(xiàn)場控制機產(chǎn)品，都帶有通用的輸入輸出程序，并提供一些編程方法。不論采用哪種編程方法。不論采用哪種諧和方法，其目的都是要描述具體使用場合的特殊性，使現(xiàn)場控制機了解其特點和任務(wù)，實現(xiàn)各項指定的功能。這種特殊性的描述一般包括對輸入輸出的描述及對各種控制、保護功能的描述兩部分。

　　2.1.2.1輸入輸出描述例

　　輸入通道：

　　fan:風(fēng)機狀態(tài)，由DI1通道測出，高電平為風(fēng)機開，低電平為關(guān)。

　　temp-air：送風(fēng)溫度，由DI2通道測出，為占空比信號，需要以表的形式定義不同占空比所對應(yīng)的溫度數(shù)值。

　　ψ-air:送風(fēng)相對濕度，由AI1通道測出，為4～20mA信號，相對濕度與電流信號的關(guān)系為：ψ=6I-20，

　　I為測出的電流信號，mA，ψ為轉(zhuǎn)換的相對濕度，%。

　　Δp過濾器壓差報警開關(guān)，由DI3通道測出，高電平為壓差過大，低電平為正常。

　　d-air新風(fēng)閥開關(guān)狀態(tài)，由DI4通道測出，高電平為全開，低電平為全關(guān)。

　　temp-water:空氣--水換熱器出口水溫，由DI5通道測出，為占空比信號。

　　V-water電動調(diào)節(jié)水閥閥位，由AI2通道測驗出，其閥位為：V-water=0.06I-0.2,I為測出的電流，mA。

　　V-steam:電動調(diào)節(jié)蒸汽閥閥位，由AI3通道測出，其閥位為：V-steam=0.06I-0.2，I為測出的電流，mA。

　　輸出通道：

　　fan-on:控制風(fēng)機，與DO1通道連接，高電平風(fēng)機開，低電平風(fēng)機關(guān)。

　　V-water-on:控制電動調(diào)節(jié)水閥開大，與DO2通道連接。

　　V-water-off:控制電動調(diào)節(jié)水閥關(guān)小，與DO3通道連接。

　　V-steam-on:控制電動蒸汽閥開大，與DO4通道連接。

　　V-water-off:控制電動蒸汽閥關(guān)小，與DO5通道連接。

　　d-air-on：控制新風(fēng)閥，與D06通道連接，高電平打開，低電平關(guān)閉。

　　以上給出上例新風(fēng)機組監(jiān)測驗控制所要求的輸入輸出通道全部信息，根據(jù)這些信息可按照現(xiàn)場控制機具體的編程要求描述輸入輸出通道，也可以將這些信息提交給控制機的供應(yīng)商，委托其代為編程。

　　2.1.2.2自動和遠動控制

　　風(fēng)機的啟/停及各個閥的調(diào)節(jié)可以由現(xiàn)場機根據(jù)控制及保護的要求確定，也可以由中央控制管理機通過通訊下命令進行遠動。為了不使現(xiàn)場控制機的控制與中央控制管理機的命令發(fā)生沖突，就要增設(shè)一個"遠動/自動"標(biāo)志Auto。Auto為1時，各設(shè)備由現(xiàn)場控制機自選控制；Auto為0時，則現(xiàn)場控制機不做與控制有關(guān)的分析計算，各設(shè)備均直接由中央控制管理機發(fā)出的命令控制。標(biāo)志Auto為貯存在現(xiàn)場控制機中的一個變量，其數(shù)值可以由中央控制管理機通過通訊網(wǎng)直接設(shè)定修改。這樣，各設(shè)備動作的邏輯關(guān)系為：

　　不論Auto為何值，風(fēng)機都可以由中央控制管理機啟/停，在需要防凍保護時，也都可以由現(xiàn)場控制機停止。當(dāng)Auto為1時，現(xiàn)場控制機可以在防凍保護解除后，重新啟動風(fēng)機。

　　新風(fēng)閥完全根據(jù)風(fēng)機狀態(tài)而定，開風(fēng)機后開新風(fēng)閥，關(guān)風(fēng)機后關(guān)閉新風(fēng)閥。

　　Auto為1時，水閥、蒸汽閥由現(xiàn)場控制機根據(jù)送風(fēng)溫濕度進行調(diào)節(jié)，Auto為0時，這兩個閥門根據(jù)中央控制管理機發(fā)來的命令動作。

　　2.1.2.3送風(fēng)參數(shù)的控制

　　當(dāng)Auto為1時，水閥、蒸汽閥的控制邏輯如下：

　　如果水溫temp-water低于20℃，初步判定為夏季工況，此時關(guān)閉蒸汽閥門，調(diào)節(jié)水閥開度使送風(fēng)溫度達到設(shè)定值。這時可按照比例積分調(diào)節(jié)方式（PI）。進行調(diào)節(jié)由于計算機調(diào)節(jié)是以一定的時間步長一步步進行，因此需要用離散的PI算法。

　　通過噴蒸汽向空氣加濕，在h-d圖中可近似為一個等溫增d的過程。也就是說調(diào)整蒸汽閥改變噴蒸汽的量，僅影響送風(fēng)空氣的絕對含溫量d,而基本上不影響送風(fēng)溫度。本例新風(fēng)機組的控制中，用的是相對濕度的濕度測量元件，如果直接用實測送風(fēng)相對濕度與設(shè)定值之差作為控制變量，則調(diào)節(jié)水閥改變加熱量會使相對濕度降低，開大蒸汽閥增加噴汽量會使相對濕度上升。為了避免這種相互影響，可以根據(jù)測出的送風(fēng)溫度和相對濕度計算出送風(fēng)的絕對含濕量d，通過調(diào)節(jié)蒸汽閥控制d，通過調(diào)節(jié)熱水閥控制t，這樣兩個控制環(huán)節(jié)可以相互獨立地進行。具體的控制算式可以采用PI調(diào)節(jié)器。選擇線性流量特性的調(diào)節(jié)閥，使蒸汽的噴射量基本上與開度成線性關(guān)系，Δd與閥位間即為線性，使用PI調(diào)節(jié)可以得到較好的控制效果。

　　2.1.2.4防凍保護的實現(xiàn)

　　冬季有三種情況可以凍裂水盤管：熱水循環(huán)泵停，熱水不流動，繼續(xù)開風(fēng)機，使盤管溫度不斷下降、盤管凍結(jié)；熱源停止（如使用蒸汽--水換熱器產(chǎn)生熱水，蒸汽停供）水溫降低，繼續(xù)開風(fēng)機使盤管凍結(jié)；無熱水供應(yīng)，新風(fēng)機亦停止，但新風(fēng)閥未關(guān)閉，外界冷風(fēng)進入機組內(nèi)，使盤管凍結(jié)。在第二種情況下，水盤管出口水溫會很低，如果水盤管出口水溫測驗點距盤管較遠（距離大于0.5m），且機房內(nèi)有供暖設(shè)施，熱水停止流動后，該點測出的溫度不一定很低，不可完全依照它來進行判斷。第三種情況送風(fēng)溫度與盤管出口水溫可能都不會太低，不能通過溫度來判斷，只能設(shè)定為關(guān)風(fēng)機時必須關(guān)風(fēng)閥。對于第一、二兩種情況，可設(shè)定為當(dāng)盤管出口水溫temp-water小于5℃或送風(fēng)溫度temp-air小于10℃(考慮了風(fēng)機溫升、風(fēng)道影響等各種因素)時，都應(yīng)停止風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)閥。同時還應(yīng)該將水閥全開，以盡可能增加盤管內(nèi)與水系統(tǒng)間水的對流，同時還可排除由于水閥堵塞或水閥誤關(guān)造成的降溫。由于是保護動作，因此不論系統(tǒng)處在自動還是遠動狀態(tài)，即不論Auto為1或0，發(fā)現(xiàn)降溫都有需要執(zhí)行保護動作。

　　保護后，如果熱水恢復(fù)供應(yīng)，應(yīng)重新啟動風(fēng)機，恢復(fù)正常運行。為此需設(shè)一防凍保護標(biāo)志Pt，當(dāng)產(chǎn)生防凍動作后，將Pt置為1。當(dāng)測出盤管出口水溫temp-water大于35℃，并且Pt為1時，可認為熱水供應(yīng)恢復(fù)，應(yīng)重新開啟風(fēng)機，打開新風(fēng)閥，恢復(fù)控制調(diào)節(jié)動作，同時將標(biāo)志Pt重置為0。由于不論Auto為1或0都進行了保護，因此恢復(fù)動作也不應(yīng)考慮Auto的狀態(tài)。

　　如果風(fēng)道內(nèi)安裝了風(fēng)速開關(guān)，還可以根據(jù)它來預(yù)防上述第三種情況的凍裂危險。當(dāng)風(fēng)機電機由于某種故障停止、而風(fēng)機開啟的反饋信號仍指示風(fēng)機開通時，如果風(fēng)速開關(guān)指示出風(fēng)速過低，也應(yīng)關(guān)閉新風(fēng)閥，防止外界冷空氣進入。

　　2.2全空氣空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測控制

　　與上一節(jié)的新風(fēng)機組相比，從控制調(diào)節(jié)的角度看，有如下3點不同：

　　(1)控制調(diào)節(jié)對象是房間內(nèi)的溫度、濕度，而不是送風(fēng)參數(shù)；

　　(2)要求房間的溫濕度全年均處于舒適區(qū)范圍內(nèi)，與上一例相比，在夏季也要考慮濕度控制，同時還要研究系統(tǒng)省能的控制方法；

　　(3)有回風(fēng)回到空調(diào)機組，不再是全新風(fēng)系統(tǒng)，尤其是新回風(fēng)比還可以變化，因此可盡量利用新風(fēng)降溫，但這會引出許多新的問題。

　　上述問題主要是控制調(diào)節(jié)問題。系統(tǒng)的監(jiān)測管理、遠動、防凍保護等與前面討論的新風(fēng)機組類似，此節(jié)不再介紹。

　　2.2.1傳感器與執(zhí)行器的配置

　　與新風(fēng)機組相比，需要增加被調(diào)房間或被調(diào)區(qū)域內(nèi)溫濕度傳感器。如果被調(diào)房間較大，或是由幾個房間構(gòu)成一個區(qū)域作為調(diào)控對象，則可安裝幾組溫濕度測點，以這些測點溫濕度的平均值或其中重要位置的溫濕度作為控制調(diào)節(jié)參照值。房間的溫濕度參數(shù)A直接反饋到控制空調(diào)機組的現(xiàn)場控制機上，以便直接用來作為參照值進行控制調(diào)節(jié)。當(dāng)被控房間距空調(diào)機房較遠、需測的房間溫濕度參數(shù)又較多時，可再設(shè)一臺數(shù)據(jù)采集用現(xiàn)場控制機，安裝在被控區(qū)域附近，專門與各溫濕度傳感器連接，將測量信息處理后再通過通訊網(wǎng)把作為參照值的溫濕度參數(shù)送至空調(diào)機組的現(xiàn)場控制機。

　　由于存在回風(fēng)，需增加新風(fēng)與回風(fēng)的溫濕度測點。回風(fēng)的溫濕度參數(shù)是供確定空氣處理方案時參考的?；仫L(fēng)道存在較大慣性，有些系統(tǒng)還采用走廊回風(fēng)等方式，這都使得回風(fēng)空氣狀態(tài)不完全等同于室內(nèi)平均空氣狀態(tài)，因此不宜直接用回風(fēng)參數(shù)作為被控房間的空氣參數(shù)（除非系統(tǒng)很小，回風(fēng)從室內(nèi)直接引至機組）。

　　新回風(fēng)混合后的空氣狀態(tài)對空氣處理室的調(diào)節(jié)有很大的指導(dǎo)意義，但由于混合室內(nèi)空氣流動混亂，溫度亦很不均勻，很難真正得到混合后的空氣參數(shù)。因此一般不測量混合空氣狀態(tài)。

　　為了調(diào)節(jié)新回風(fēng)比，對新風(fēng)、排風(fēng)、混風(fēng)三個風(fēng)閥都要進行單獨的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此分別安裝電動執(zhí)行器，每個風(fēng)閥都用2個DO輸出通道控制其開大或關(guān)小，并用一個AI輸入通道測量其閥位，如同上一節(jié)中的電動調(diào)節(jié)水閥。當(dāng)然也可以安裝閥門定位器，通過AO輸出通道直接輸出4～20mA電流信號來控制風(fēng)閥的開度。

　　其它的測量與控制同上一節(jié)新風(fēng)機組。由于增加了3個連續(xù)調(diào)節(jié)的風(fēng)閥，需用啟/?？刂撇⒈O(jiān)測驗回風(fēng)機狀態(tài)及測量室溫、新風(fēng)回風(fēng)溫濕度，所需要的輸入輸出通道遠遠多于新風(fēng)機組。

　　2.2.2送風(fēng)參數(shù)的確定

　　與新風(fēng)機組不同，影響空氣處理室工作的有兩個干擾源：室外空氣狀態(tài)的變化和室內(nèi)熱濕負荷的變化。此外房間一般都有較大的熱慣性，加之空氣處理室內(nèi)各種閥門調(diào)節(jié)的非線性，導(dǎo)致直接通過風(fēng)閥、水閥控制房間溫濕度有一定困難。比較好的方法是采用"串級調(diào)節(jié)"，即根據(jù)房間溫度的變化確定要求的送風(fēng)參數(shù)設(shè)定值，及類似于新風(fēng)機組的控制，根據(jù)要求的送風(fēng)參數(shù)與實測的送風(fēng)狀態(tài)之差調(diào)節(jié)空氣處理室。

　　2.2.3空氣處理室的控制

　　確定了要求的送風(fēng)狀態(tài)，接著就是如何調(diào)節(jié)空氣處理室內(nèi)各設(shè)備，使處理后的空氣達到要求的設(shè)定值。對于新回風(fēng)比不可調(diào)的固定新風(fēng)量系統(tǒng)，當(dāng)只要求控溫時，可以采用與新風(fēng)機組控制相同的方法；當(dāng)溫濕度都有所要求，如圖2-11那樣分別有冷水盤管、熱水盤管時，則可以判斷當(dāng)需要加濕時，用冷水盤管或熱水盤管控制送風(fēng)溫度，用蒸汽加濕器控制送風(fēng)的d，當(dāng)需要除濕時則靠調(diào)整冷水盤管中的冷水量控制送風(fēng)的d，用調(diào)整熱水閥來控制二次加熱量以保證送風(fēng)溫度。

　　與新風(fēng)機組的控制相比，帶有回風(fēng)的空氣處理室的主要問題是按照什么原則控制新回風(fēng)比使空氣處理室耗能最小。文獻[1]中給出所謂"最小能耗法"的分析方法。

　　2.2.4從節(jié)能角度確定室內(nèi)空氣的最佳狀態(tài)

　　對于舒適性建筑，并非要求室內(nèi)空氣狀態(tài)恒定于一點，而是允許在較大范圍內(nèi)浮動，例如溫度為20～27℃，相對濕度在40%～70%內(nèi)，均滿足舒適性要求。這樣，當(dāng)室外狀態(tài)偏低時，室內(nèi)相應(yīng)靠近此域的下限；室外狀態(tài)偏高時，室內(nèi)則靠近此域的上限。當(dāng)室外處于此域附近時，則盡可能多用新風(fēng)，使室內(nèi)狀態(tài)隨外界空氣狀態(tài)變化。這樣既可最大限度地節(jié)能，又可提高室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適程度。

　　將空氣處理到該點，這樣做最節(jié)省冷量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，僅與Ⅲ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域最右側(cè)的最下部作為送風(fēng)點S，以節(jié)省冷量及二次加熱量。

　　·如果Ωs不與Ⅱ區(qū)及I區(qū)相交，與Ⅳ相交時，應(yīng)取相交域的最左側(cè)的中點。

　　·如果Ωs僅與Ⅳ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域的左下角。

　　·如果Ωs僅與Ⅴ區(qū)相交，則應(yīng)取相交域的左上角。

　　按照上述方式，可以在每個時刻根據(jù)新、回風(fēng)狀態(tài)及室內(nèi)狀態(tài)確定最適宜的送風(fēng)狀態(tài)，既保證房間空氣狀態(tài)處于舒適區(qū)，又使空氣處理能耗最小。這樣的幾何計算看起來很復(fù)雜，但利用計算機卻并不十分困難。當(dāng)房間允許的舒適域范圍較大時，與固定的室內(nèi)設(shè)定狀態(tài)相比，這樣做節(jié)能效果十分顯著。這是采用計算機控制空調(diào)系統(tǒng)遠比常規(guī)電子式調(diào)節(jié)器控制節(jié)省運行能耗的主要原因之一。

　　2.2.5各空氣處理裝置的調(diào)節(jié)

　　在上述討論中，涉及到控制新風(fēng)、排風(fēng)和混風(fēng)三個風(fēng)閥以調(diào)節(jié)新回風(fēng)比，控制表冷器、加熱器的水閥以調(diào)節(jié)冷熱量以及控制加濕器蒸汽閥以調(diào)節(jié)加濕量。在控制方案確定后，它們的調(diào)節(jié)都是以送風(fēng)空氣的溫度或絕對濕度為目標(biāo)，這時需根據(jù)控制調(diào)節(jié)裝置的特性不同分別采用相應(yīng)的調(diào)節(jié)算法。

　　新回風(fēng)比的變化與送風(fēng)參數(shù)（d和t）的變化成正比，因此可用PI形式的算法，根據(jù)送風(fēng)d或t的偏差控制這三個風(fēng)閥，其中新風(fēng)、排風(fēng)風(fēng)閥應(yīng)同向同步調(diào)節(jié)，混風(fēng)閥則按相反方向調(diào)節(jié)。

　　2.3變風(fēng)量系統(tǒng)的控制

　　變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）是目前在國內(nèi)開始試用的方式。所涉及的各種問題在《暖通空調(diào)》雜志有專文介紹，這里僅討論采用計算機控制時的一些做法。

　　當(dāng)一套全空氣空調(diào)系統(tǒng)所帶各房間的負荷變化情況彼此不同，或各房間要求的設(shè)定值彼此不同時，VAV是一種解決問題的有效方式。每個VAV末端裝置需要一套控制器。最簡單的控制方式是根據(jù)房間溫度實測值與設(shè)定值之差，直接調(diào)整末端裝置中的風(fēng)閥。這樣做，當(dāng)某個房間溫度達到要求值時，由于其它房間風(fēng)量的變化或總的送風(fēng)機風(fēng)量有所變化導(dǎo)致連接末端裝置風(fēng)道處的空氣壓力有變化，從而使這個房間的風(fēng)量變化。由于房間熱慣性較大，在此瞬間房間溫度并不變化。待房間溫度發(fā)生足夠大的變化后，再對風(fēng)閥進行調(diào)整，又會反過來影響其它房間的風(fēng)量，并引起溫度變化，這樣各房間風(fēng)閥不斷調(diào)節(jié)，風(fēng)量和溫度不斷變化，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。一種改進的方法是采用"壓力無關(guān)"（Pressureindependent）末端裝置。此種末端上裝有風(fēng)量測量裝置，房間溫度的變化不再直接改變風(fēng)閥開度，而是去修正風(fēng)量設(shè)定值。風(fēng)閥則根據(jù)實測的風(fēng)量與風(fēng)量設(shè)定值進行調(diào)整。這樣，當(dāng)某房間風(fēng)量由于風(fēng)道內(nèi)壓力變化而變化時，末端控制裝置會直接調(diào)整風(fēng)閥，以維持原來的風(fēng)量，房間溫度不會由此引起波動。簡單的末端控制器和"壓力無關(guān)"方式的末端控制器都可以由常規(guī)模擬電路構(gòu)成或以計算機為核心構(gòu)成。

　　2.3.1具有獨立的末端控制器的VAV系統(tǒng)

　　此種VAV末端控制器是與VAV末端裝置配套的定型產(chǎn)品，它包括掛在室內(nèi)墻壁上的溫度設(shè)定器及安裝在末端裝置上的控制器兩部分，設(shè)定器內(nèi)裝有溫度傳感器以測量房間溫度。溫度實測值與設(shè)定值之差被送到控制器中去修正風(fēng)量設(shè)定值或直接控制風(fēng)閥。對于"壓力無關(guān)"的末端裝置，重要的是要測準風(fēng)速或風(fēng)量。一般都需要在出廠前逐臺標(biāo)定，將標(biāo)定結(jié)果設(shè)置到控制器中。有的末端控制器產(chǎn)品還要求在現(xiàn)場逐臺標(biāo)定，這在選用產(chǎn)品的訂貨時要十分注意。

　　除VAV末端裝置外就是對空調(diào)機的控制了。與前一節(jié)討論過的空氣處理室的控制相比，VAV系統(tǒng)的新的控制問題為：①由于各房間風(fēng)量變化，空調(diào)機的總風(fēng)量將隨之變化，如何對送風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行控制使之與變化的風(fēng)量相適應(yīng)？②如何調(diào)整回風(fēng)機轉(zhuǎn)速使之與變化了的風(fēng)量相適應(yīng)，從而不使各房間內(nèi)壓力出現(xiàn)大的變化？③如何確定空氣處理室送風(fēng)溫濕度的設(shè)定值？④如何調(diào)整新回風(fēng)閥，使各房間有足夠的新風(fēng)？

　　2.3.1.1送風(fēng)機的控制

　　為了保證系統(tǒng)中每個VAV末端裝置都能正常工作，要求主風(fēng)道內(nèi)各點的靜壓都不低于VAV末端裝置所要求的最低壓力。在主風(fēng)道壓力最低處安裝靜壓傳感器，根據(jù)此點測出的壓力，調(diào)整送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使該點的壓力恒定在VAV末端裝置所要求的最小壓力值，即可保證各VAV末端裝置正常工作。對于僅一條風(fēng)道的系統(tǒng)，將壓力傳感器裝在風(fēng)道的最遠處，根據(jù)它的壓力調(diào)節(jié)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，即可保證各VAV末端裝置都在足夠的壓力下工作，然而在實際工程中會出現(xiàn)問題：當(dāng)主風(fēng)道前半部分風(fēng)速較高，尾部風(fēng)速較低時，最遠處的靜壓比近處某些位置的靜壓還高，導(dǎo)致近處一些VAV裝置不能正常工作。當(dāng)主風(fēng)道分為兩支或多支（如圖2-11）時，若裝有壓力傳感器的分支A內(nèi)各變風(fēng)量裝置的風(fēng)閥因需要的風(fēng)量小而關(guān)小，分支內(nèi)總風(fēng)量減少，而另一支要求的風(fēng)量大，則壓力傳感器測出的壓力接近于風(fēng)道分叉處點a的壓力，但由于分支B內(nèi)風(fēng)量大，壓降大，點C的壓力遠低于點a，從而也就低于點b的壓力，這樣，當(dāng)控制送風(fēng)機轉(zhuǎn)速使點b于額定壓力時，點c及其附近的壓力就會偏低，使連接于這些位置的ＶＡＶ末端裝置不能正常運行。鑒于這種情況，國外一些文獻建議將參考測壓點前移至總風(fēng)道上距末端1／3處，如圖2-21中d點。在歐洲有些工程師干脆將測點設(shè)在風(fēng)機出口，使風(fēng)機出口壓力恒定。此時風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)整過程如圖2-22所示。這樣，部分負荷時VAV末端裝置壓力過大，使得風(fēng)閥關(guān)得很小，噪聲增加，同時小風(fēng)量時風(fēng)機電耗節(jié)省不多。這樣，雖然測壓點越接近風(fēng)機，系統(tǒng)越可靠，但風(fēng)機節(jié)能效果就越差。這些分析都是采有一個壓力測點控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速這種單回路的簡單控制方式，而使用DDC控制，可以多裝幾個壓力測點來解決上述矛盾。例如圖2-11例中，在點b、c處均安裝壓力傳感器，調(diào)節(jié)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使這兩個壓力中的最小者不低于VAV末端裝置要求的最低壓力。還可以在有可能出現(xiàn)最高風(fēng)速的風(fēng)道處裝壓力測點，以保證該點壓力不低于額定值。當(dāng)然在保證可基本了解風(fēng)道內(nèi)壓力分布的前提下，應(yīng)盡可能減少壓力測點，以減少投資。在何處設(shè)壓力測點是出現(xiàn)了VAV系統(tǒng)以后國外長期爭論、且尚未圓滿解決的問題。但采用計算機控制的，增加這種"哪里壓力最低"的邏輯判斷功能，問題就變得很容易解決了。

　　2.3.1.2回風(fēng)機的控制

　　回風(fēng)機的轉(zhuǎn)速也需要調(diào)節(jié)，以使回風(fēng)風(fēng)量與變化了的送風(fēng)量相匹配，從而保證各房間不會出現(xiàn)太大的負壓或正壓。由于不可能直接測量每個房間的室內(nèi)壓力，因此不能直接按照室內(nèi)壓力對回風(fēng)機進行控制。由于送風(fēng)機在維持送風(fēng)道中的靜壓，其工作點如圖2-22那樣隨轉(zhuǎn)速變化而變化，因此送風(fēng)量并非與轉(zhuǎn)速成正比。而回風(fēng)道中如果沒有可隨時調(diào)整的風(fēng)閥，回風(fēng)量基本上與回風(fēng)機轉(zhuǎn)速成正比。因此也不能簡單地使回風(fēng)機與送風(fēng)機同步地改變轉(zhuǎn)速。實際工程中可行的方法是同時測量總送風(fēng)量和總回風(fēng)量，調(diào)整回風(fēng)機轉(zhuǎn)速使總回風(fēng)量總是略低于總送風(fēng)量，即可維持各房間稍有正壓。再一種方式是測量總送風(fēng)量和總回風(fēng)道接近回風(fēng)機入口處的靜壓，此靜壓應(yīng)與總送風(fēng)量的平方成正比，由測出的總送風(fēng)量即可計算出回風(fēng)機入口靜壓的設(shè)定值，調(diào)整回風(fēng)機轉(zhuǎn)速使回風(fēng)機入口靜壓達到該設(shè)定值，即可保證各房間內(nèi)的零壓。

　　2.3.1.3送風(fēng)參數(shù)設(shè)定

　　對于第二節(jié)中討論的定風(fēng)量系統(tǒng)，總的送風(fēng)參數(shù)可以根據(jù)實測房間溫濕度狀況確定。對于變風(fēng)量系統(tǒng)，由于每個房間的風(fēng)量都根據(jù)實測溫度調(diào)節(jié)，因此房間內(nèi)的溫度高低并不能說明送風(fēng)溫度偏高還是偏低。只有將各房間溫度、風(fēng)量及風(fēng)閥位置全測出來進行分析，才能確定送風(fēng)溫度需用調(diào)高或降低，這必須靠與各房間變風(fēng)量末端裝置的通訊來實現(xiàn)。對于各變風(fēng)量末端間無通訊功能的控制系統(tǒng)，送風(fēng)參數(shù)很難根據(jù)反饋來修正，只能根據(jù)設(shè)計計算或總結(jié)運行經(jīng)驗，根據(jù)建筑物使用特點、室內(nèi)發(fā)熱量變化情況及外溫確定送風(fēng)溫度設(shè)定值。根據(jù)一般房間內(nèi)溫濕度要求計算出絕對濕度d,取d-(0.5～1)g/kg作為送風(fēng)絕對濕度的設(shè)定值。為了滿足各房間溫度要求，這樣確定的送風(fēng)溫度設(shè)定值一般總是偏保守，即夏天偏低，冬天偏高，從而使經(jīng)過末端裝置調(diào)節(jié)風(fēng)量后，各房間溫度都能滿足要求。但有時各VAV末端裝置都關(guān)得很小，增加了噪聲。此外還減少了過渡期利用新風(fēng)直接送風(fēng)降溫的時間，多消耗了冷量。

　　2.3.1.4保證足夠的新風(fēng)

　　當(dāng)新、排、混風(fēng)閥處于最小新風(fēng)位置時，降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使總風(fēng)量減小，新風(fēng)入口處的壓力就會升高，從而使吸入的新風(fēng)的百分比不變，但絕對量減少。對于舒適性空調(diào)，這使各房間新風(fēng)量的絕對量減少，空氣質(zhì)量變差。為避免這一點，在空氣處理室的結(jié)構(gòu)上可采取許多措施。就控制系統(tǒng)來說，可在送風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時適當(dāng)開大新風(fēng)和排風(fēng)閥，轉(zhuǎn)速增加時再將它們適當(dāng)關(guān)小。更好的辦法是在新風(fēng)管道上安裝風(fēng)速傳感器，調(diào)節(jié)新風(fēng)和排風(fēng)閥，使新風(fēng)量在任何情況都不低于要求值。

　　2.3.2各末端控制器具有通訊功能的VAV系統(tǒng)

　　當(dāng)各個末端控制器均為DDC控制、空氣處理室的現(xiàn)場控制機可以與各末端控制器通訊時，前面討論的那些VAV控制調(diào)節(jié)中的問題就較容易解決了。此時的主題是充分利用計算機的計算分析能力，盡可能少使用各種壓力和風(fēng)量/風(fēng)速傳感器，通過計算機使各末端裝置相互協(xié)調(diào)，解決上述問題。此是的控制策略取決于采用"壓力無關(guān)"型末端裝置還是簡單的電動風(fēng)閥裝置。下面分別進行討論。

　　2.3.2.1使用"壓力無關(guān)"型末端裝置

　　此時空調(diào)處理室的現(xiàn)場控制機可得到各末端裝置風(fēng)量實測值、風(fēng)量設(shè)定值、對應(yīng)的房間溫度和房間溫度設(shè)定值。有些控制器不可得到閥位信息。末端裝置控制器調(diào)節(jié)的速度很快，一般情況下風(fēng)量實測值應(yīng)接近風(fēng)量設(shè)定值。如果某個末端裝置在連續(xù)一段時間內(nèi)（1～2min）實測的風(fēng)量低于風(fēng)量設(shè)定值較多，則說明風(fēng)道內(nèi)壓力偏低，因此可增加送風(fēng)機轉(zhuǎn)速。各末端裝置風(fēng)量設(shè)定值之和與風(fēng)機轉(zhuǎn)速有一對應(yīng)關(guān)系。如果風(fēng)機轉(zhuǎn)速高于各風(fēng)量設(shè)定值之和所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，則說明風(fēng)機轉(zhuǎn)速偏高，各變風(fēng)量末端裝置的風(fēng)閥可能都關(guān)得較小，因此需降低轉(zhuǎn)速。總風(fēng)量和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可在初調(diào)節(jié)時通過實測得到：將幾個最末端的變風(fēng)量裝置的風(fēng)量設(shè)定到最大值（或?qū)⒎块g溫度設(shè)定值調(diào)到很低）。近端的變風(fēng)量裝置設(shè)定到最小值，調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使這些風(fēng)量設(shè)定值基本上得到滿足。記下此時實測風(fēng)量之和及風(fēng)機轉(zhuǎn)速，再增加幾個設(shè)定風(fēng)量為最大值的末端裝置，再次調(diào)整轉(zhuǎn)速。這樣即可得到一組最不利條件下總風(fēng)量與轉(zhuǎn)速之關(guān)系，作為控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速的依據(jù)。此關(guān)系可通過同樣的思路根據(jù)風(fēng)道阻力情況預(yù)先計算得到。當(dāng)末端裝置的風(fēng)閥閥位信息也可向空氣處理室的現(xiàn)場控制機提供時，可以根據(jù)是否有閥位開到90%以上來確定風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使任何時候系統(tǒng)中至少有一個VAV末端裝置的風(fēng)閥閥位大于90%。

　　由各變風(fēng)量裝置實測的風(fēng)量之和即可確定回風(fēng)機轉(zhuǎn)速。只要使轉(zhuǎn)速與總風(fēng)量成正比，房間內(nèi)基本上可保證正常的壓力范圍。比例系數(shù)可在調(diào)節(jié)時實測確定。

　　最適合的送風(fēng)參數(shù)亦可由各末端裝置的風(fēng)量設(shè)定值確定：當(dāng)各末端裝置的風(fēng)量設(shè)定值都低于各自的最大風(fēng)量，說明送風(fēng)溫差過大，應(yīng)升溫（夏季）或降溫（冬季），以減小送風(fēng)溫差。若有的裝置風(fēng)量設(shè)定值等于或高于其最大風(fēng)量，則說明送風(fēng)溫差偏小，應(yīng)降溫（夏季）或升溫（冬季）。這種控制的結(jié)果，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)至少有一個末端裝置其風(fēng)量設(shè)定值高于90%的最大風(fēng)量。這種用房間控制信息反饋來確定送風(fēng)參數(shù)的方法比沒有通訊時前饋方法要可靠、省能，亦可避免大量風(fēng)閥關(guān)小引起的噪聲。掌握了各房間風(fēng)量的實測值，還可以更準確地保證各房間的新風(fēng)量。每個房間都有事先定義的最小新風(fēng)量要求（根據(jù)人員數(shù)量），由各房間實測風(fēng)量與該房間額定最小新風(fēng)量之比即得到此時要求的最小新風(fēng)比。新風(fēng)、排風(fēng)閥閥位開度近似于新風(fēng)比，因此可簡單地根據(jù)這種計算出的最小新風(fēng)比檢查和調(diào)整新風(fēng)、排風(fēng)閥。為使新風(fēng)量更準確，也可以在新風(fēng)管道上測量新風(fēng)量，再用計算出的實測總風(fēng)量乘以最小新風(fēng)比作為最小新風(fēng)量的設(shè)定值.

　　從上面的分析可以看到，采用各末端裝置有通訊功能的控制系統(tǒng)，可以使風(fēng)道壓力控制、室內(nèi)壓力控制、送風(fēng)參數(shù)設(shè)定和新風(fēng)控制這4個問題得到較妥善的解決，并且除VAV末端裝置內(nèi)的風(fēng)量測量外，不再需要其它測點，免去了無通訊功能時需要對風(fēng)道壓力、總風(fēng)量、回風(fēng)機入口壓力及新風(fēng)量的測量。通訊功能所需要增加的投資可以從省下的這些傳感器投資中得到。而系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)品質(zhì)卻會大大改善。

　　2.3.2.2使用無風(fēng)量測量的末端裝置

　　即使不采用"壓力無關(guān)"型末端裝置，直接通過調(diào)風(fēng)閥控制房間溫度，依靠各DDC控制器通過通訊網(wǎng)的相互聯(lián)系，也能獲得較好的控制效果。

　　采用"壓力無關(guān)"末端裝置的主要原因是為了避免鄰近末端裝置及送風(fēng)機的調(diào)整造成的風(fēng)量變化。當(dāng)具有通訊功能時,每個末端裝置要對風(fēng)閥進行調(diào)節(jié)時，同時將要調(diào)整的開度變化通知鄰近的各末端裝置。各鄰近末端裝置可根據(jù)預(yù)定的權(quán)系數(shù)對自己的風(fēng)閥同時進行調(diào)整。例如某末端裝置為使房間溫度降低，要將風(fēng)閥開大10%，則最鄰近的兩個末端裝置同時也將自己的風(fēng)閥開大3%～4%，次鄰近者同時開大1%～2%，這樣就可避免在風(fēng)量減小、引起溫度變化后再進行調(diào)整了。送風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化時，則所有的風(fēng)閥都應(yīng)自行進行相應(yīng)的調(diào)整。這種調(diào)整量的權(quán)系數(shù)可通過"自學(xué)習(xí)"的方法逐漸修正。此種控制調(diào)節(jié)的效果可接近"壓力無關(guān)"型末端裝置（詳細討論與模擬實驗分析見文獻[3]）。

　　對于這種末端裝置，空調(diào)室的現(xiàn)場控制機應(yīng)知道各末端裝置的閥位，根據(jù)各末端裝置的閥位狀態(tài)確定送風(fēng)機轉(zhuǎn)速及空調(diào)機送風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)所有末端裝置的閥位均小于80%時，說明風(fēng)道內(nèi)靜壓偏高，應(yīng)降低送風(fēng)機轉(zhuǎn)速。反之，若發(fā)現(xiàn)有開度大于90%的末端裝置，說明有可能風(fēng)道內(nèi)靜壓偏低，應(yīng)加大送風(fēng)機轉(zhuǎn)速。這樣可以用各末端裝置中閥門開度最大值來控制送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使得在任何時候系統(tǒng)內(nèi)至少有一個末端裝置風(fēng)閥開度在80%～90%之間，沒有風(fēng)閥開度超過90%。

　　根據(jù)各末端裝置風(fēng)閥開度，同樣也可確定適宜的送風(fēng)溫度：

　　若各風(fēng)閥開度在20%～90%之間，而送風(fēng)機未達到最大轉(zhuǎn)速，則應(yīng)減小送風(fēng)溫差，這將導(dǎo)致各末端裝置風(fēng)閥相繼開大。最大都超過90%后，風(fēng)機轉(zhuǎn)速增加，最終的結(jié)果使各末端裝置風(fēng)閥開度范圍在40%～90%之間。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速達到最大，各風(fēng)閥間開度仍較大時，就不能再調(diào)整。

　　若各風(fēng)閥開度在70%～90%之間，則可適當(dāng)加大送風(fēng)溫差，各風(fēng)閥就會相繼關(guān)小，此時風(fēng)機轉(zhuǎn)速會降低，最終的結(jié)果也可使各末端裝置風(fēng)閥開度范圍在40%～90%之間。這樣做還要注意送風(fēng)溫差的最大值，當(dāng)送風(fēng)溫差設(shè)定值達到其最大值時，就不能再減小風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

　　回風(fēng)機轉(zhuǎn)速可能控制成基本上與送風(fēng)機轉(zhuǎn)速同時按比例變化。由于風(fēng)道內(nèi)靜壓不是恒定而是隨風(fēng)量變化，各末端裝置的風(fēng)閥開度范圍基本不變，因此風(fēng)道的阻力特性變化不大，送風(fēng)機的工作點變化不大，因此送風(fēng)機風(fēng)量近似與轉(zhuǎn)速成正比，于是回風(fēng)機轉(zhuǎn)速即可與送風(fēng)機同步。這與風(fēng)道內(nèi)維持額定正壓的控制不同。對于后者，即使所有的風(fēng)閥全關(guān)小，總風(fēng)量降到50%，風(fēng)道風(fēng)測壓點的壓力仍不變，于是風(fēng)機工作點偏移，總風(fēng)量與轉(zhuǎn)速不成正比.

　　由于總風(fēng)量近似正比于送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，由此可估計出不同轉(zhuǎn)速下所需要的最小新風(fēng)比，以保證系統(tǒng)有足夠的新風(fēng)量，用這個最小新風(fēng)量即可作為新排風(fēng)閥此時刻的開度下限。

　　由上述初步的定性分析與討論，可以看出來用計算機控制后，尤其是采用帶有通訊功能的計算機可以對整個系統(tǒng)工作情況進行全面分析，確定控制策略，可使VAV控制中的一些困難問題得以較好地解決，同時可以減少傳感器使用數(shù)量。上述最后一例，無任何風(fēng)量傳感器使用數(shù)量。上述最后一例，無任何風(fēng)量傳感器和壓力傳感器，完全依靠各變風(fēng)量末端風(fēng)閥閥位的信息，即解決了VAV系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制?？刂菩Ч?dāng)然不如帶有"壓力無關(guān)"末端裝置的系統(tǒng)，但如果送回風(fēng)道設(shè)計恰當(dāng)，變風(fēng)量末端裝置選擇合適，也可以獲得較好的運行品質(zhì)。

　　2.4參考文獻

　　1李吉生，彥啟森.空調(diào)系統(tǒng)最小能耗控制.制冷學(xué)報，1993，（1）.

　　2朱偉峰.變風(fēng)量系統(tǒng)的解耦控制[學(xué)位論文].北京：清華大學(xué)熱能系，1996.

　　3ThomasBHartman.DirectdigitalcontrolsforHVACsystem.McGraw-Hill,inc.