针对变风量空调系统静压设定值重置控制方法研究

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万方数据第29卷第5期2010年10月建筑热能通风空调BuildingEnergy&EnvironmentV01．29No．50ct．2010．25-29文章编号：1003-0344(2010)05．025．6变风量空调系统静压设定值重置控制方法研究张洁’潘毅群：黄治钟21同济大学机械T程学院2同济大学中德丁程学院摘要：通过对已有的变风量空调系统中送风机控制方法，如定静压法、变(定)静压法、总风量法进行分析，提出了基于实测主风管风量的静压设定值重置方法，讨论了不同的空调分Ⅸ形式、不同的变风量末端对这一方法的影响，并将其应用实验室变风量空调系统，根据实验结果对于其节能效果进行了分析。关键词：变风量静压设定值重置定静压StudyonStaticPressureResetControlofVAVSystemZHANGJie’，PANYi·qun2,HUANGZhi-zhon921SchoolofMechanicalEngineering，TongjiUniversity2Sino—GermanCollegeofAppliedSciences，TongjiUniversityAbstract：ByanalyzingthreecontrolmethodsofthesupplyairfaninaVAV(VariableAirVolume、systemfixedstaticpressuremethod，staticpressureresetmethodandtotalairflowratemethod，thispaperproposedastaticpressureresetcontrolmethodbasedontheairflowratemeasuredinthemainsupplyairduct．ItalsodiscussedtheimpactofdifferentwaysofairconditioningzoninganddifferenttypesofVAVboxesonthiscontrolmethod．AtlastthiscontrolmethodwasappliedtoalaboratoryVAVsystemanditsenergysavingeffectisstudied．Keywords：VAV，staticpressureset['ointreset，fixedstaticpressurecontrol变风量空调系统的特点就是在运行时送风量将随着负荷的变化而变化，因此必须对送风机进行控制。好的风机控制方法应能够尽量降低空调系统风侧的输送能耗，同时保证控制简单，运行可靠。目前常见的变风量风机控制方法主要有定静压法Il】、变定静压法【习、变静压法131、总风量法141等。本文对目前常见的风机控制方法进行分析，提出了基于主风管实测风量的静压设定值重置控制方法，对重置依据和重置函数进行具体的讨论，并与其他的风机控制方法进行比较，分析了在新建及改建变风量空调系统时使用该方法的优势。1变风量空调系统风机控制方法比较1)定静压法控制回路简单，初投资少。但是在部分负荷运行时，系统阻力曲线上升，风机的节能潜力不能充分发挥，而且末端阀门关小会带来噪声的嗣扰。2)考虑到定静压法控制带来的问题，在保证系统风量的同时尽量降低送风管内静压的方式应运而生，即最小静压控制(最小阻力控制)，此种方法根据各个末端的阀位情况以一定的步长降低或升高静压设定点设定值或风机转速，保证至少有一个末端阀门处于接近全开的状态(如95％)。其中，现在常见的变(定)静压控制方法是基于末端报警的。要求：①采用压力无关的末端；②末端可与中央控制器进行通信。复杂的控制系统带来的后果就是初投资的增大以及调试过程的复杂；而且由于每个末端阀位与控制输出信号都有关联，只要有一个阀门出现故障，会影响到控制器输出，甚至使控制器失灵。收稿日期：2009．12．3作者简介：张洁(1984～)，男，硕士研究生；卜海市曹安公路4800号同济大学培切I楼217室(201804)；021．69583735；E-mail：zhangjieabedl984@163．eom 万方数据建筑热能通风空调2010生3)总风量法舍弃了压力信号做为控制对象，根据各个末端需求风量之和调节风机转速。它要求末端控制装置能够向中央控制器提供风量信号。在负荷变化时末端的阀位和送风机的转速同时发生变化，导致末端风量的波动比较大。目前总风量控制法还没有在实际工程巾得到广泛应用，大部分的研究还处于理论和实验阶段，风量输出信号的误差也给这一方法的实现带来了障碍。对于它的节能效果文献【4]提到介于定静压和变(定)静压之间。从E述的分析可看m，如果仅从节能的角度考虑。应优先采用变静压和总风量法，但这两种方法设计和调试的复杂以及较高的初投资限制r它们的应川；而且对于已采用了定静压控制的变风量系统如果想将其改造为变静瓜或者总风量控制是不切实际的。2静压设定值重置控制方法2．1静压设定值重置方法的提出在变风量空调系统巾，为了充分发挥变频风机的节能潜力，希望在部分负倚时能保证系统阻力处于一个较小的值，没有过多的管道静压被消耗在大小的末端阀门上。定静压法控制的核心思想是控制风机转速维持静压设定点风管内的静压。考虑在部分负荷时，静压设定点的静压设定值可以依据负荷的变化而降低。假设定静压法与静压重置法静压设定点的位置相同，依据文献【5】的规定。对于定静压系统，设计工况下静压传感器所在位置的没定静压不应大于系统最大静压(不考虑静压复得时即为风机mU静压(Po)的1／3，绘图时取设定点静压值艮=l／3P0。Ql为原设计风量Qo的85％，假设各个末端的实际运行风龟Qi均为设计风量仉的85％，则定静压点之前的每段风管的风量为原风量的85％，各段阻力系数S均不变，风机出口到静压设定点的压力降可以用公式(1)表示：AP=∑置Q2。Zs,(o．8跑o)2---0．7225∑S,Q,。2=o．7225蝎=0．7225(e,一e)(1)如图1所示：根据式(1)以及对系统进行的假设可以绘制出采用定静压法Ql风量的风机工作点2，时风机的工作点3；如果采用静压重置法，保证阻力曲线不变，风量通过管道静压值来调整，则Ql，Q2对应的风机工作点分别是5，4；1点为不采用任何风机控制方法仅依靠末端风阀调节时的风机工作点。与定静压法相比采用重置法控制，风机的压头可以降得更低，而且负荷越小降低的幅度越大。图1变风量空调系统风量风压分析图2．2重置依据与重置函数静压重置法应』fj的前提是选择合适的重置依据，要求：①口『以直接反映系统负荷的变化；②信号准确，误差小；③尽量降低对末端的要求。对一般的变风量空调系统具有普适性。经过综合考虑选择在主风管中安放风量／风速传感器，用实测风速作为重置的依据。重置函数如下式：n-P。。=，(喘，只岛，(鼍广)(2)Z式中：P’哪为静压设定值；Q为丰送风管道的风量；上标0为设计工况；卜标’为实际运行工况；n为重置关系，n=l时静爪设定值与风量之问为线性关系，n=2时静压设定值与风量之间为2次方关系。如果／1为1，采JH一次函数关系进行重置，重置函数可以写成：!叠二鲨：翌『二啦(3)定义为总的相对风量，式(3)可以变为!：巡：二鲨：墨．二叠。(4)：型：：翌：：：：：蔓2()瑶，一嬲卜民m静压设定值可以依据总的卡H对风最，这样带来的好处足所需的风量信号无需经过特别标定，只需考虑风馈／风速的相对，变化即可，如果采用比托管测风速，甚至町以直接用测得的动压信号。2．3静压设定点位置的讨论与参数的选取采用定静压法时，为了在部分负荷时尽量降低多余的静压，理想的静压设定点的位置应该取在整个风管十管距离风机2／3处(图2中的Pl点)。采用了静压重置法后，设定点的静压值不再是一个同定的值，所以对静压点位置的要求也不在苛刻，如果是新建系统可以直接放在主风管的上游(图2中的P2点)，如果是定静压系统改建，可以保留传感器在原有的定静压的位 万方数据#抑卷第5自置(图2中的Pl点)。!兰兰：兰，’z11竺兰兰兰兰竺兰兰兰竺!兰!兰竺比例进行变化，这样在睁压重置后．阻力曲线保持不变．各个末蜡开度坶保持在较大值．耐实际上由于受到图2风机控制回路静压蘑拦的上限值与定静压法静压设定值的取法相同t需保汪不利米端在设定风量下所带的^口静压：而下限值则与变冈f量系统相对风量的最小值有关。对于实际T程，Hf以在初始调试阶段获得，具体步骤如下：①将末端温度控制器的温度设定值均设定到最低f供玲模式下)．则整个空调系统将在最大风量下运行，记下此时风量传感器的输出信号，@手动逐步降低风机频率。合理选取步长，直到相对风量带到最小相对风量；@记下此时静压设定点静压传感器的数值，可以认为屉重置的下限值。2．4与其他风机控制方法相比较的优势I)静压重簧法与经典的定静压法相比可以进一步减少风机的能耗，并且能降低末端噪声。理论上分析节能效果应和总风量法相同。2)静压重置法控翻系统较变(定)静压法和总风量法简单，对末端装置的要求低．不需要各个末端与中央控槲器(如DDC)之间进行通信．尤其对于既有定静压系统的改造．在更换末端不方便时，具有很强的适用性。3)静压重置的依据指标是实际运行风量’较之总风量法采用的各个末端的风量需求信号更加准确。4)参数舶设定、系统的调节过程简单。5)与变静压和总风量法相比，当某个末端出现问腰(如桶门失灵、或无法通信时)不会影响到整个系统的运行，可靠性高。3空调风系统形式对重置方法的影响3l各个末端负荷变化不均匀对重置方法的影响在前文的讨论中，均假设所有末端风量按照同一空调分K的影响．实际中总的相对M量R’并不能反映各个末端的相对腑值刚。从而导致仅依据总的相对送风量进行重置．会出现有些末端开到稆大仍无法满足负荷要求，尤其是处于风管下游不利处的末端。同样问题也出现在总风量控制法中．文献[4]glAr均方差o-来计算各个末端相对风量的平均值：i：∑丝(5)采用I+ak，作为总M最与转速之间关系的一个安牟系数，当各个末端需求的相对风量差异太时。这个系数也较大。在文献f61中，提到这个均方差口的计算对于DDC控制器来说过于复杂了，工程中实际应片j的可能性很小。对于静压设定值重簧方法，不要求变风晕末端是压力无关型可以输出需求的风量信号．也不要求各个末端和中央控制器之间可阻进行通信，采用这种计算均方差口束获得安全系数的方法是不切实际的。变风量空调系统各个末端相对风量的差异性．实际上与卒调系统的分区形式有关，反映了不同末端控制区域逐时负荷变化的不同。这里以某一典型办公楼的各分区负荷变化为倒进行抛。某一办公楼标准层形式如图3所示，一般有以下几种空调形式：图3办公楼标准屡平面①整十标准层共用一个AHU；@四个外K(IN、PE、PS、PW)共用一个AHU，四个内医(CN、CE、CS、cw)≠#用一个AHU；@四个朝向上分区(PNCN、PECE、PSCS、PWCW)分别属于4个分区。其中最常见的且相对风量差异最大的是形式①。对于图3的标准层，进行模拟计算。采用能耗模拟软件建立办公楼标准层的建筑及空调系统模型。建筑平面40mx40m，棱心简10mxlom，据外围护结构5m为外区，其余为内区。宙墙比为0．7，围护结构传热系 万方数据建≈*“mR±目数．j!f[明设备负荷，人员密度“厦设备人见时刻在均依据《公共建筑节能标准》设置。模拟计算中各个区域采用r独啦的窄调系统保匝模拟结粜巾的风城能够反映各个区域鲍荷的变化情况。取某个时剡8个区域巾最大帽对风量‘j最小相对n【嚣之艘忭；为一个考察卡H对风量差异性的指标。知罔4所唰。固4相对风量差异值与总风量之间的关系根据上丽的讨论可以考虑0l凡宣令系数k．则雁力重麓函数可以写为玮￡盟：女!二盐(71岛一曙ik、。k屉一个与总的相对风最叫。有戈的磕．当总相对风最较大时，k取较小的值如II．当总的_I对风盘较d,H,tI取较人的值如I3。定义F=g／o为总的tIIj对送风量，P；l时，k取1．R’=R。H}．k取1．3(可能需要根据具体T程啊变化)。则式(7)可以写为孥争wn锪薏m在宴际工程中．为了简化DDC的程序，可以提高重置静压值的下限，来代替安全系数★所起的作用。例如．系统的最小送风撬是总风最的30％．不采用30％总相对风母对应的静压值作为静压重簧值的F艰．1I『i采门』50*／0总相对风量别应的静压值作为静压承簧位的下限．这样的做法』毛l当下提高了小风量时的安全系教．并R{殳有增加程序的复杂程度。此时的重置甬数可以写为：群；薏3．2不同末端形式对t置方法的影响变风显末端丰要有j种形式：陌力无关型末端、压力相关型末端和变风量风u。对于采用了静压重置控制的变风量系统．风管内静H的变化幅度比定静压法大，这种变化对于压力无关型的末端影响较小．而对于压力相荒喇术端则影响5空大。以夏季供冷l。况为例，事内温度降低．阿『J设定值变小．总风量变小．静M设定II：c重鬣刊一个较Jl、的值．祭个管道内静压下降、由于末端是压力柳艾型．刚末端风量减少．进而静压设定值减少。风阀依靠宦内温度的变化来控制，而誊内温度变化相对于风毋和静压的变化是一个缓慢的过程，如果重置过于频繁则风量始终无法稳定．甍至可能出理发散现象导致室内温度先j胴。在具体的风机控制稃序的编写中，可“通过设置合理的重置时nIJ$日隔来减弱这一影响。4静压设定值重置方法的实验研究4I实验童VAV幕统幽5是空阚系统平面布簧倒，空调区域有东两两个房间．1、2分别为东西两个房问内布置的VAVBOX．3、4、5、6分别为2个VAVBOX带的风日．789分别是2个房问的同风¨。图5实验室平面图夏风系统示意幽6为实骑室迸回风机控制示意删。Conh'ollerI接收风量O及静压殴定点的压力信号(H或P2)，输出频率t：号给选风机。Controll日2接收风置信号，根据系统初调试时得到的送风最与回风机频率之问戈系输出频率信呼给l目肛【机．保iiEI"A风量是送风量的80％。赢图6实验室送回风机控制示意田具体实现时．前置依据采Hl主风管的风速(该实验系统为圆M管．插^风管In处的传感器测得的H建可近似当作风管的平均风速)。设计工况下风速为4m／s．静压点设定值为809a．重置下限值对血的风速理 万方数据m*寻：￡目i±#gM静Ⅱn￡ntl控M^女研究斗为14m／s(最小M帚约为总风挝的30％)。删节术端温度控制器．性末端阿门尽量开大．f动涮竹风机频率使丰风管风速逃到1』m得到M力晌糙的下限40Pa。针对蚶种变肌量术端(压力相_荧型压山无关型)倍进行。纽实验(定静J十、次重置、二次重置)，片巾当采朋压力相关型末端时．设置重置时间问隔为5分钟。4．2实验结果分析年同控制订法对m机糊毕的影响见同，、罔8，：．，≯t扩受⋯⋯，，一，．‰⋯。，图8压力相关型末端实验结果从图7和罔8的实验结果可以肴出：①一次重置和二次重置法的实验结果相近；②一次重置、二次重置与定静压法相比，豇【量越小(负荷越少)时风机频率即转速降的越低。静压设定点位援对风机频率的影响见圈9与幽】0，其中静压点在前的系统，静压传感器安装在主风管h而静压点在后的系列．蚌压传感器安装在最后一个末端前的风管上(定静脉法的设定静压为23Pa．重置法重簧的范崮为13～23Pa)。从罔可以看出。对于定静压法．合理的静上￡设定点位置对于风机频率控制至戈重要．当静压传感器的位置设置在风系统静压较低处与静压点在前的情况相比，在相同风嚣下风机的频率有了明显降低；当采用重置法时，当重置范围选择台理的情况下静压点的位置对送风挝与风机额率之网关系的影响小夫。围In不同静压设定点位置下送风量与风机频率之问的关系I定静压】5结论静伟设定值重置法能够依据空剥系统负荷的变化自动调整静压设定值，在部分负荷时能够降低风管静压，使柬端阀fJ尽量处于较大的开度，降低风机出口压力，较之常规的定静压法有效地减少了风机自撬．以及变风扭末端的噪声。从系统控制的角度考虑，控制器的输人参数是总运行胤量以及宴铡静脉值．与变(定)静雁法相比大大降低了控制器的复杂程度，可靠性更高．适H{托腰更广．造价更低。由于重置法选取重置r限时|芒保证至少有一个末端阀门在满足需求风母的情况下开度达90％以上．这一点与变(定)静压法静压变动的依据(降低静压使末端风阀没有一个开度过高+且最大末端阿位处于90％49％之间)类似，但考虑术端不均衡引人的安垒系数的影响．可以预见静压重置法的节能效果位于变静压法和定静压法之间。参考文献【l】DMLoci．LKNofforcL№一sopoInt”，∞Iof下转10页d墨Ⅲ：；_篓～一0，：；鬈，： 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变风量空调系统静压设定值重置控制方法研究作者：张洁，潘毅群，黄治钟，ZHANGJie，PANYi-qun，HUANGZhi-zhong作者单位：张洁,ZHANGJie(同济大学机械工程学院)，潘毅群,黄治钟,PANYi-qun,HUANGZhi-zhong(同济大学中德工程学院)刊名：建筑热能通风空调英文刊名：BUILDINGENERGY&ENVIRONMENT年，卷(期)：2010,29(5)参考文献(6条)1.叶大法;杨国荣变风量空调系统设计20072.ASHRAEANSI/ASHRAEStandard90.1-200720073.戴斌文;狄洪发;江亿变风量空调系统风机总风量控制方法[期刊论文]-暖通空调1999(03)4.陈向阳变风量空调系统的自动控制[期刊论文]-暖通空调1997(03)5.StevenTTaylorIncreasingefficiencywithVAVsystemstaticpressuresetpointreset2007(06)6.DMLorenzetti;LKNorfordPressuresetpointcontrolofadjustablespeedfans1994(08)本文读者也读过(7条)1.郭戈.马孜网络化线性系统的重置控制[会议论文]-20052.林兴斌.潘毅群.黄治钟.LINXing-bin.PANYi-qun.HUANGZhi-zhong变风量空调系统不同控制策略下的能耗分析[期刊论文]-建筑热能通风空调2010,29(5)3.傅建勋浅谈变风量空调系统中定静压法与变静压法的比较和分析[会议论文]-20054.叶大法.杨国荣.YeDafa.YangGuorong变风量空调系统的分区与气流混合分析[期刊论文]-暖通空调2006,36(6)5.郭戈.GUOGe通信带宽有限的重置控制系统[期刊论文]-控制理论与应用2007,24(1)6.戴茹.DAIRu变风量全空气系统设计的经验[期刊论文]-制冷空调与电力机械2010,31(4)7.李运龙.王军.LIYun-long.WANGJunJOHNSON变风量空调网络控制系统与LonWorks系统的数据集成[期刊论文]-制冷2008,27(4)本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jzrntfkt201005005.aspx