空调系统的自动控制方法

Xiangyang Chen
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送风温度投票设定法
每个VAV末端根据当前空调负荷算出 其送风温度许可范围。然后根据各 VAV末端的许可送风温度范围决定 AHU的送风温度。因其手法类似于政 治投票选举，被取名为“投票法”。
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送风温度的许可范围
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水泵的耗电量 Ppump [kW]
Ppump = f1(∆ppump , G,η)
转速n和流量G作为的扬程∆Ppump的函数的话
∆p pump = f2 (G, n)
因此，水泵的耗电量Ppump可由流量G ，转速n ，效 率η算出。
Ppump = f3(G, n,η)
・难以选定安装压差 传感器位置。
合计各VAV末端的 ・节能效果非常大。
要求风量, 给出风 ・反应速度快。
机转数后（前馈）, ・即使在风道出现 根据VAV末端的阀 静压失衡, 对整 位信号, 对转数进 个控制也不会发 行补偿（负反馈）。 生很大的影响。
・必须是压力无关型。 ・要用DDC 。
空调机风机转数控制框图
• 定新风量控制 – 将风量传感器安装在新风管道上,以确保 必要的新风量。（硬件）
– 按总送风量调整新风风阀开度。（软 件）
RA
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山武的VAV控制系统
B EM S
BACnet
• DDC控制系统
IDC/ICC
ＣＯＭ Ｉ／ Ｆ
ＤＤＣ
Ｄ Ｏ ＤＩ Ａ Ｏ ＡＩ
SCM
MDF dps
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∆n:修正转数 ∆n/φ
- n:转数 INV
+ FAN
φ:阀位 VAV
n0/L0 n0:预测转数
L0:要求风量
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新风量控制
• 控制的目的在于确保必要新风量 • 采用VAV空调的话, 送风量是可变的,如果
维持新风量比不变，一旦送风量减少, 新 风量也将相对地减少。
・节能效果大。
・因考虑个别VAV的 具体情况, 所以随 时可调到最佳送风 温度。
・控制程序复杂。
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Vote Method of Deciding Supply Air Temperature Setpoint for VAV Air-Conditioning System
空调机风机转数控制
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• VAV末端信息控制
– 不使用压差传感器,利用各个VAV末端的状态来 控制风机转数。
– 由末端开度判断静压过高或过低, 合计各VAV末 端的要求风量。
– 节能效果大。
DDC
INV
FAN
SA
VAV
VAV
VAV
空调机风机转数控制比较
方式
1. 定静 压控制 (吐出静 压/末端 静压)
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当前空调负荷: Q = L-·c·∆t- + ∆Q
补偿负 ∆Q = C ∆pv
荷:
T
If |∆pv| < ε then ∆Q =0
室温偏差:
∆pv = tsp,room - t
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投票的权重系数
每个VAV末端都给定一个权重系数， 以便对投票结果进行各种不同处理。 这是投票法的一个特征。它使得送风 温度可以用多种方法来决定。 例如:中间法，最小风量法，最大风量 法，重心法，部分重心法等等。
变水量控制的控制方法
基本思想与VAV相同，在确保每个水阀正常工 作的前提下，尽量使水阀全开，以减少在水阀 上消耗的静压。
其控制方法是根据各水阀的开度设定水泵扬程， 然后根据水泵扬程设定值控制水泵转速。
与VAV控制不同的是VWV控制无法实行前馈控 制。因此，山武公司采用了变步长反馈控制法 来加快负反馈控制的反应速度。
Pchiller = f5(to , ti , ta )
to：冷水机组出口温度（送水温度） ti：冷水机组入口温度 ta：空气温度（空冷）或冷却水入口温度（水冷）
热源系统的能耗 Psystem [kW]
– 室内温度·设定, 要求风量, 实际风量, 最大/最小 风量设定, VAV末端装置故障等
• 可与各种用户终端联机 – 模拟/数字设定器, 无线设定器, 多数现场设定器
• 通过高级控制逻辑,实现节能及舒适 – 风机转数最佳控制, 送风温度自动重新设定控制
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山武的VAV控制系统 - 兼顾舒适与节能-
• 为了确保VAV空调系统的正常运转, 充分发挥其 性能,还应注意以下问题：
1.不要将周边空调区与内部区归到同一空调机系统。 2.不要将不同朝向的周边空调区归到同一空调机系统。
变水量控制（VWV）
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1# SP∆P
2#
φ
C SPφ
C
INV
∆P
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在此范围内，VAV末端可以用最大 最小风量之间的任意一个风量来处 理当前空调负荷。
压力无关型因为无法确定最大最小 风量，因而投票法不能适用压力无 关型VAV系统。
Q = L·c·∆t ∆t = ts-t 对于 Q = a,
a = constant 因为
Lmin ≤ L ≤ Lmax
因此
ts,min ≤ ts ≤ ts,max
缺点 ・节能效果差。
２．按空 调负荷重 新自动设 定方式(综 合方式)
由总送风量,决定送风温度。 ・节能效果大。
・不考虑个别VAV末端的 具体情况,负荷量不平衡 时, 部分空间有可能会 出现空调能力不足或过 量等现象。
３．按空 调负荷重 新自动设 定方式(个 别方式)
归纳各个VAV末端的状态, 对送风温度的设定值进行补 偿。(根据各个VAV末端的 送风量和室内温度, 计算其 许可送风温度范围, 由此决 定送风温度。）
的合计能耗
冷水机组 的能耗
水泵的能 耗
ts
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VWT的时间滞后
变水温控制的控制效果的时间滞后是 一个不容忽视的问题。
例如，一按1[m/s]流速，5[℃]温差设计的单程 长300[m]的采用2通阀控制的空调冷水系统，设 计状态的单程温度滞后时间为5分钟。在部分空 调负荷状态的流速为设计流量的1/3，温差为15 [℃]的话，单程温度滞后时间为45分钟。变水温 的反馈是双程，温度滞后时间将达90分钟。
MV MV
C
H
FA N
OA
MDF
C
C
HE TED
LonWorks
SA
IV C
VAV
IV C
VAV
IV C
VAV
TE
UT
UT
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山武的VAV控制系统 - DDC控制系统-
• 以压力无关型的VAV为对象 • 与中央监视的BEMS相互通讯 • 可接送监视·操作·性能证明所必要的信息
④ 冷却水控制 VWV/VAV
③ VWV/VWT (蓄热计划、台数控制)
② VAV/VAT
① 室内舒 适控制
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VAV空调系统的自动控制
• VAV末端的温度控制 • 送风温度决定控制 • 空调机风机转数控制 • 新风量控制
VAV末端的分类
VAV BOX
VAV BOX
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冬季工况: ∆tmin
ts,max ts,min
∆tmax
t
夏季工况: t
∆tmin
∆tmax ts,max ts,min
许可范围的端界
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∆tmin =
Q Lmax·c
∆tmax =
Q Lmin·c
∆t:相对于室温的送风温度差
当前空调负荷的计算
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MDF
V
MDF
T
DDCV
TE
• 压力相关型
• 压力无关型
– 不设自动维持风量功能
– 设有自动维持风量功能
– 由温度控制回路输出直接 操作风阀
• 容易受到来自其他VAV末 端变动的干扰。
– 温度控制回路及风量控制回 路的串级控制
• 以反应速度快为特点的风量 控制回路来抵御来自其他 VAV末端风量变动的干扰
• 送风温度设定 – 采用按负荷自动重新设定送风温度(个别方式) – (根据风量和室内温度)计算各个VAV末端的空调 能力,调整送风温度,使所有的VAV末端保持最佳 状态 。
– 末端要求不一致 (升温和降温同时存在)时, 以多数 表决方式决定调整送风温度。
• 往共同满足的方向转移送风温度 • 对于存在极端负荷VAV末端的工程, 可将它当
• VAV空调系统 的风机耗电量
– 风机耗电量被 减少9～14%
– 无需进行复杂 调整。
– 若与定静压控 制比较,节能效 果会更显著。
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强调
• 采用DDC系统可以容易地将VAV末端控制与空调 机控制联系起来,达到节能,提高控制性的目的。
• 因压力相关型控制方式室温控制能力弱，节能效 果差, 从综合效果来看采用压力无关型控制方式 划算。
P = P− + ∆P
∆P是变数
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多台水泵并联的控制问题
P ∆P
Q
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VWV和VWT的同时动作
提高冷水机组送水温度将提高冷水机组的成绩系
数（COP），有利于冷水机组节能。但是它将增
加水泵的循环水量。因此这里存在一个寻优的问
题。
P
冷水机组和水泵
• 继承VAV末端要求风量控制（前馈控制）的动作反 应极为迅速(空调启动时或更改设定发挥作用)的特 点, 同时又因转数补偿微调整功能（负反馈控制） 使风机能耗降到最小程度。
山武的VAV控制系统 - 风机转数控制效果的认证-
风机用电量（kWh)
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风量（m3/h）
■ 风阀开度控制（前馈控制） ▲ 风阀开度控制+要求风量控制
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管路系统的流量阻力特性
∆p pipe = [Σζ + f4 (φ )]G 2
∆p
取 f4(φmax)=常数
泵的流量扬程特性曲线
n
∆ppump(∆ppipe)
管路系统的流量 阻力特性曲线
G
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冷水机组的能耗 Pchiller [kW]
投票结果的可视化
SA setpoint
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公共许可范围
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公共许可范围不存在
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投票法总结
1. 投票法解决了上下限法的各种问题。 2. 权重系数是投票法的一大重要特征。 3. 投票结果可以实现可视化。 4. 投票法可与其它的控制同时应用
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空调机风机转数控制
• 目的 – 维持各VAV末端正常工作 • 即使VAV末端是压力无关型的, 因空调负荷的 变化和最小风量限制, 会出现控制超界现象。
– 节省能源 • 负荷小时, 尽量降低风机转数, 以减小风机能 耗和风道漏风。
– 保护设备·机器 • 静压过高时, 有可能会使而对机器设备带来不 良影响和增加噪声。
2. 风 机转数 控制方
式（前 馈+负反 馈控 制）
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检测内容
优点
缺点
检测风机出口附近 的静压, 或送风管 道末端附近的VAV 末端处的静压, 用 PID方式控制风机转 数,使其达到某设定 值。
・系统构成和施工 简单。
・各个房间空调负荷 相差大时, 部分装 置有可能会出现风 量不足现象。
• 难控制
• 容易控制
– 难于设定最小风量限定
– 可以确保最小风量
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室温串级控制
SPT
1# SPL
2#
C
C
VAV
T
PVT
PVL
L
用于压力无关型
送风温度决定控制
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方式
控制内容
优点
１．管理 者手动设 定 (季节 切换)
按照事先设计的设定温度运 转。依季节由管理者更改设 ・施工简单。 定温度。
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空调系统的自动控制方法
山武楼宇系统公司
陈向阳
2002年12月
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自动控制的4层结构
• 自控目标（满足工艺要求， 舒适，节能）
• 自控方法 山武 • 自控元件（硬件）
?
• 自控程序（软件）
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全空调系统总体优化控制
做例外特别考虑
– 另外, 根据室内温度的控制情况, 同时调整风量, 以配合送风温度控制。
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山武的VAV控制系统 - 兼顾舒适与节能-
• 空调机风机转数控制 – 采用风机转数变频控制 – 合计各个VAV末端的要求风量,根据风机特性参 数,决定风机转数。 – 根据各个VAV阀位对风机转数进行补偿微调整。