VAV空调系统中的自动控制

摘要：通过工程实例介绍了VAV变风量空调系统中水泵和风机的变频控制原理，以及现场直接数字控制DDC系统的控制过程，分析了VAV变风量集中空调系统的节能效果。
关键词：变风量 变频控制 DDC控制器 节能

随着国民经济的快速发展，人民的生活品质正在逐步提高，对室内空气环境的要求也越来越高。为了满足人们的需要，建筑物空调系统正在快速的普及和发展。与此 同时，建筑物的能耗也越来越大。据统计空调系统的能耗占建筑物总能耗的50～70％。因此，在满足人们需要的同时，必须利用现代先进的自动控制系统大力开 发节能型空调系统。
集中空调是将所有空气处理设备都集中设置在一个空调房间里，空气处理所需的冷、热源由集中设置的冷冻站或锅炉房集中供给。VAV变风量集中空调系统，是相 对于传统的定风量集中空调系统较先进的一种空调方式。它的基本原理是通过改变送入被控房间的风量（送风温度不变）来消除室内的冷、热负荷，保证房间的温度 达到设定值并保持恒定。例如，夏季当室内温度高于设定值时就提高送风量，反之减小送风量；冬季当室内温度高于设定值时就减小送风量，反之提高送风量。这种 空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空调系统的舒适度。

工程概况：
北京某大厦，总建筑面积12万m2,地上31层地下3层，建筑物功能为写字楼。空调冷源采用离心式冷水机组，热源采用市政供热系统。空调末端主要采用变风量空调系统。空调自控系统采用某公司的METASYS管理系统。


水系统的自动控制
如图1所示，空调冷冻水系统循环泵，由初级泵和次级泵组成。初级泵为定频泵，其流量只需满足冷水机组的额定流量。次级泵采用变频泵根据供回水之间的压差ΔP，控制水泵电机转速从而改变水泵的供水量。控制过程如下图所示


控制过程：
当空调负荷逐渐减小，空调机组送风温度t达到设定值时，现场DDC控制器自动将空调机组的回水电动阀开度m减小，以减少机组水流量，此时系统供回水压差 ΔP随之增大。通过DDC控制器自动调节变频器的输出频率使水泵转速n下降，从而减小系统水流量。同理，当空调负荷增大时，相应的増大系统的水流量。当次 级泵b1满负荷运转时，流量仍不能满足空调系统需要时，DDC控制器自动开启次级泵b2。此时次级泵的流量大于初级泵的流量，系统回水通过旁通管回到次级 泵进口，旁通的水量通过流量计q进行检测。如果旁通的水量大于某一设定值时，说明一台制冷机的制冷量不能满足负荷的需要。同时系统自动启动第二台制冷机。 反之，停止一台制冷机。上述过程中电动阀、系统压差均采用PID的调节方式。控制系统中干扰量是空调负荷，检测变送装置是温度传感器、压差传感器，控制器 是DDC执行器是电动阀、变频水泵。由于空调负荷的滞后性、每个房间空调负荷的不均匀性，使得末端空调机组电动阀不可能同时开大或同时关小，从而造成水系 统压差的不稳定性。采用PID的调节方式可以实现超前调节、积分调节，使系统控制更加平稳。

水泵变频调速的节能原理
如图2所示，当空调系统刚开始运行时由于负荷大，系统的水流量为Q1，空调系统运行一段时间后负荷减小并且趋于稳定，水流量变为Q2。根据水泵流量Q、压力P、转速n和功率N间的如下关系：

可以看出改变水泵转速，使流量适应空调负荷的变化。水泵效率η1＝η2＝const ,水泵功率大幅度下降，具有显著的节能效果。

空调末端变风量系统的自动控制
变风量空调系统中的空调机组采用变频风机，送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制，每个变风量末端装置可根据房间的布局设置几个送风口。如图3所示，

室内温度通过末端装置设在房间的温控器进行设定，温控器本身自带温度检测装置，当房间的空调负荷发生变化实际值偏离设定值时，VAVbox根据偏离程度通 过系统计算，确定送入房间的风量。送入房间的实际风量可以通过VAVbox的检测装置进行检测，如果实际送风量