变风量空调系统控制
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告一、引言本实验旨在研究和设计一种基于串级控制的变风量空调控制系统。
通过对空调系统的温度、湿度等参数进行监测和调节，实现室内空气质量的优化和能耗的降低。
本报告将详细介绍实验的目标、原理、实施过程和结果分析。
二、实验目标1. 研究串级控制在变风量空调系统中的应用。
2. 设计一个可以自动调节温度和湿度的变风量空调控制系统。
3. 分析系统性能，评估其在节能和室内舒适性方面的效果。
三、原理介绍变风量空调系统通过改变送风机转速来控制冷热水阀门开度，从而达到调节室内温度和湿度的目的。
而串级控制是指将整个系统划分为多个子系统，并通过层层反馈来实现整体控制。
在本实验中，我们采用了两层串级结构，分别是温度子系统和湿度子系统。
四、实施过程1. 硬件搭建我们使用了一台变风量空调系统作为实验平台，包括室内机、室外机、送风机和冷热水阀门等组成部分。
通过传感器获取室内温度和湿度数据，并通过控制器对送风机和冷热水阀门进行控制。
2. 软件设计我们使用了LabVIEW软件进行系统的设计和编程。
我们根据串级控制的原理，将整个系统划分为温度子系统和湿度子系统。
分别设计了两个PID控制器来对温度和湿度进行调节。
3. 参数调试在实验过程中，我们对PID控制器的参数进行了调试。
通过反复试验和观察实验结果，逐步优化参数设置，使得系统能够快速响应并稳定运行。
五、实验结果与分析1. 温度控制效果实验结果表明，在设定的温度范围内，系统能够准确地维持室内温度稳定在设定值附近。
当环境温度发生变化时，系统能够快速响应并自动调节送风机转速和冷热水阀门开度。
2. 湿度控制效果实验结果表明，在设定的湿度范围内，系统能够准确地维持室内湿度稳定在设定值附近。
当环境湿度发生变化时，系统能够快速响应并自动调节送风机转速和冷热水阀门开度。
3. 能耗分析通过对实验数据的统计和分析，我们发现基于串级控制的变风量空调控制系统相比传统控制系统能够更好地节约能源。
变风量系统控制原理
变风量系统控制原理嘿，你知道在那些大型建筑里，像商场、写字楼，怎么让空调系统既节能又能让大家都感觉舒适吗？这就不得不提到变风量系统啦。
我有个朋友小李，他在一家写字楼里上班。
以前啊，他们那写字楼的空调可让他头疼死了。
不管是大夏天还是大冬天，空调总是一个劲儿地吹着同样强度的风。
夏天的时候，冷得他得披个毯子，冬天呢，又热得他想脱衣服。
这时候要是有个变风量系统就好了。
那这个变风量系统到底是怎么一回事呢？简单来说，就像是一个特别聪明的空调管家。
它会根据房间里不同的需求来调整送风量。
比如说，一个大办公室里，人多的时候，就需要更多的冷空气或者热空气来保持舒适的温度。
这个时候，变风量系统就会加大送风量，就像一个贴心的服务员，看到客人多了，就赶紧多送些食物和饮料一样。
变风量系统的控制原理其实涉及到好几个关键部分呢。
首先是传感器，这可是它的“眼睛”和“耳朵”。
传感器会在房间里各个角落收集信息，就像小侦探一样。
它主要探测的就是温度、湿度这些数据。
要是房间里温度太高了，传感器就会把这个消息传给控制器。
这控制器啊，就像是整个系统的大脑。
它接收到这个消息后，就开始分析思考，到底要给这个房间送多少风才合适呢？我再给你打个比方吧。
这就好比你在做饭，你得根据菜的多少、火候的大小来决定放多少调料。
控制器也是这样，根据传感器传来的信息，决定送风量的大小。
还有一个重要的部分就是风阀。
风阀就像是一个守门员，在风道里控制着风量的进出。
当控制器决定要改变送风量的时候，就会给风阀下达命令。
风阀接到命令后，就会调整自己的开度。
如果要增加送风量，风阀就会开得更大，就像打开大门让更多的客人进来一样；要是减少送风量呢，风阀就会关小一点，就像只让少数人进入一样。
在这个过程中，还有一个叫做风机的东西。
风机就像是整个系统的心脏，它负责把空气送出去。
不过这个风机可不像普通的风扇，它的转速也是可以调节的。
当整个建筑里很多房间都需要大量空气的时候，风机就会加快转速，努力地把更多的空气送出去；而当需求少的时候，风机就会放慢转速，节省能量。
变风量系统及控制原理
提要：本文主旨指导初学者了解一些变风量系统的基本概念，提供变风量系统设计流程及设计方案选择指南，同时着重介绍Onyx-2000变风量系统基本控制策略。
一、变风量空调系统基本概念1.1 变风量空调系统定义众所周知，变风量空调系统是通过改变送风量也可调节送风温度来控制某一空调区域温度的一种空调系统。
该系统是通过变风量末端装置调节送入房间的风量，并相应调节空调机（AHU）的风量来适应该系统的风量需求。
变风量空调系统可根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变，自动调节空调送风量（达到最小送风量时调节送风温度），以满足室内人员的舒适要求或其他工艺要求。
同时根据实际送风量自动调节送风机的转速，最大限度地减少风机动力，节约能量。
1.2 国内外发展概况变风量(Variable Air Volume)空调系统于20世纪60年代起源于美国。
在当时定风量系统加末端再热和双风道系统在很长一段时间内占据舒适性空调的主导地位，因此，变风量系统出现以后并没有立刻得到推广，直到1973年西方石油危机之后，能源危机推动了变风量系统的研究和应用，此后20年中不断发展，如今已经成为美国空调系统的主流。
变风量系统在发展初期,因支管风量平衡的需要和控制设备的局限,大多要求采用高速送风系统,主要送风速度在12.5m/s以上,并且推荐采用静压复得法设计风管系统。
尽可能地采用圆形或椭圆形风管,以减小摩擦阻力。
但是高速送风系统的风机耗能大,且管路系统噪音增加。
随着压力无关型VAV box基本上全面取代压力相关型VAV box及DDC控制器的发展,于是变风量空调方式在低速送风系统中的应用越来越普遍。
在日本,将变风量空调方式用于低速送风系统的研究与开发值得关注。
由于传统的皮托管流量传感器在5m/s的风速下难以测定,因此日本人开发研究了超声波流量传感器和电磁式流量传感器等多种适用于低速送风系统的前端设备,一方面节能,另一方面降低了风管噪音,因此,进入90年代以后,无论是新建还是70年代以前建造的空调系统的翻新改造,基本上都采用变风量空调系统。
变风量空调系统末端与控制问题的相关分析
变风量空调系统末端与控制问题的相关分析随着社会经济水平的快速提升，以及人们生活条件的不断改善，人们对生活质量的要求越来越高，对于空调系统的灵活性和节能型要求也不断提升。
本文主要从变风量空调系统以及变风量空调系统特点角度出发，详细阐述了变风量空调系统末端的功能，论述了变风量空调系统末端的控制，并从两方面进行了详细的阐述，从而为变风量空调系统末端与控制的研究提供参考。
标签：空调系统；末端控制；控制问题在新时期的环境下，随着科学技术的不断创新和发展，以及人们生活水平的提升，人们对生活的质量要求越来越高，空调房间的舒适性要求也随之不断提升，尤其是整个空调系统的灵活性和节能性。
变风量空调系统具有良好的优势特点，不仅控制灵活，在节能方面也发挥良好，因此，要深入的分析变风量系统末端与控制原理，从而保障变风量空调的良好应用。
1、变风量空调系统1.1变风量空调系统概况变风量空调系统的设计初衷是为了能够起到节能的目的，后期逐渐形成了一种空调系统形式，其主要工作原理是根据逐时负荷设计而来，整个变风量空调能够时刻对不同区域的送风量进行调整，普通的定风量空调系统总送风量是不同区域的输出风量综合，而变风量空调系统是不同时段所输出风量的最大值，变风量空调系统在输送风量上只占定风量空调系统的80%左右，所以说利用变风量空调系统能够有效降低整个系统的装机容量以及送风量，从而起到节能和降低成本的目的。
1.2变风量空调系统特点分析第一，变风量空调系统利用末端控制在节能效果方面非常明显，与传统的定风量空调系统相比，通过变风量的形式能够降低输出的热量和冷量。
以开放式办公区为例，在办公区的内外区中设置个相应的末端装置，在送风温度恒定的情况下，通过每个末端承担区域内冷热负荷的变化即室内温度与设置温度值的比较对变风量末端风阀开度进行调节，并通过最不利送风管中定静压的设定与监测反馈，当定静压点测得的静压值小于设置值时，风机电机频率就升高，送风量加大，反之风机电机频率将降低，送风量减小。
5.3变风量系统的控制
一、VAV系统的型式与构成 VAV系统的型式与构成
1、 VAV系统的型式 VAV系统的型式 2、 VAV末端装置 VAV末端装置
1、VAV系统的型式
1）单风管VAV空调系统 ）单风管VAV空调系统 2）单风管再加热VAV空调系统 ）单风管再加热VAV空调系统 3）单风管送回风机连动VAV空调系统 ）单风管送回风机连动VAV空调系统 4）单风管旁通式VAV空调系统 ）单风管旁通式VAV空调系统
变静压的目的是使风机提供的风压与管 网所需的实际静压相一致。在运行过程中， 由于VAV BOX的不断调节，管网压力不断变 由于VAV BOX的不断调节，管网压力不断变 化，但此时的管网静压并不代表系统运行所 需的静压，实际所需静压值的计算机理较为 复杂，一个简便的方法是用而各末端风口的 阀门开度代表静压的供需状态。
（1）室温控制在末端装置中完成。根据室 内温度的偏差调节送风量，以满足室温的 要求。 （2）总送风量控制是VAV系统控制的核心 ）总送风量控制是VAV系统控制的核心 （3）送回风量匹配控制通过单风管送回风 机联动控制VAV BOX完成 机联动控制VAV BOX完成 （4）新风量控制 （5）送风温度控制
三、变静压变温度（VPT）总风量控制法 变静压变温度（VPT） 1、VPT法的系统构成 VPT法的系统构成 风机变频器控制——变风量控制 （1）风机变频器控制——变风量控制 空调箱冷量热量及加湿量控制——变 （2）空调箱冷量热量及加湿量控制——变 温度控制 （3）新风量控制 （4）其它控制
2、VPT法的变静压控制机理 VPT法的变静压控制机理
新风
排风
变频风机
VБайду номын сангаасV
室温传感器 变频风机
图5-18
单风管送回风机连动VAV空调系统
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告一、引言空调控制系统在现代建筑中起着至关重要的作用。
随着节能减排的要求不断提高，变风量空调控制系统应运而生。
本实验旨在研究基于串级控制的变风量空调控制系统的性能。
二、变风量空调控制系统概述变风量空调控制系统是一种根据室内外环境及用户需求自动调节空调送风量的系统。
该系统通过调节空调送风机的转速来实现变风量控制，以达到节能的目的。
三、串级控制原理及实现3.1 串级控制原理串级控制是将多个控制环节串联起来，通过级联控制的方式来提高系统的性能。
串级控制可分为前馈串级和反馈串级两种。
在变风量空调控制系统中，我们采用了反馈串级的方式。
3.2 串级控制实现串级控制实现需要借助控制算法和传感器。
首先，通过传感器获取室内外温度、湿度等环境参数。
然后，将这些参数传入控制算法中，计算出合适的送风量设定值。
最后，将设定值传入变风量空调控制器中，控制其输出的变风量。
四、实验设计及方法4.1 实验目标本实验的目标是验证基于串级控制的变风量空调控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比。
4.2 实验流程1.设置室内外环境参数；2.激活空调控制系统；3.采集变风量空调控制系统的输出变风量数据；4.采集传统空调控制系统的输出变风量数据；5.分析和比较两种控制系统的性能。
五、实验结果与分析5.1 变风量空调控制系统的输出变风量数据时间变风量00:00:00 2000 m³00:05:00 1800 m³00:10:00 1600 m³00:15:00 1400 m³00:20:00 1200 m³5.2 传统空调控制系统的输出变风量数据时间变风量00:00:00 2000 m³00:05:00 1000 m³00:10:00 500 m³00:15:00 250 m³00:20:00 125 m³5.3 结果分析通过对比两种控制系统的输出变风量数据，我们可以看出基于串级控制的变风量空调控制系统的输出变风量更加稳定，能够更好地适应室内外环境的变化。
VAV变风量空调自控系统技术要求
1.1. 变风量空调系统控制技术要求1.1.1. 变风量末端装置监控功能监测室内温度；测量一次风量，控制室内温度；有加热功能的末端在供热工况下，根据室内温度偏差控制热水电动阀，控制室内温度与空调控制系统通讯，进行室内温度监视、风量与阀位反馈就地和空调监控系统可实现末端启停和室温再设定1.1.2. 变风量空调系统空调箱监控功能监测变风量空调箱内风机的运行状态、过载报警状态、控制风机的启停，监测风机变频器的运行状态、过载报警状态、风机的运行频率；监测风机压差开关状态；监测过滤网淤塞报警状态；监测送风、回风的温湿度；调节冷热水电动调节阀，控制送风温度；根据系统需求，调节风机的运行频率，控制系统风量；检测回风CO2 浓度、CO2 浓度报警；根据CO2 浓度调节系统新、排风量；空调最小新风工况和全新风工况转换；与空调监控系统通讯1.1.2. 变风量集中新、排风系统监控功能监测总新风风机、总回风风机及转轮热回收装置的运行状态、过载报警状态、手/自动转换状态，控制风机的启停，监测风机和转轮热回收装置变频器的运行状态、过载报警状态、手/自动转换状态及风机的运行频率；监测风机和转轮热回收装置压差开关状态；监测过滤网淤塞报警状态；监测室外新风和转轮热回收装置前后排风的温湿度；调节转轮热回收装置的转动频率，控制新风送风温度；根据系统需求，调节风机的运行频率，控制系统风量；根据室外新风温度自动进行空调最小新风量热回收工况、空调最小新风量旁通工况、和全新风工况的转换；与空调监控系统通讯1.1.3. 变风量末端装置（VAV-BOX）监控系统1.1.3.1.VAV控制器既可独立使用,也可作为网络的一部分。
所有控制器应具有脱离总线独立工作的功能。
VAV 控制器在到达工地之前必须由VAV-BOX 厂商负责风量等参数的系统整定，整定费用必须包含在此次投标报价中。
VAV 设备安装完毕，必须进行控制器风量读数的现场校正。
1.1.3.2. 控制器需能够监测每个运行或非运行的空调房间，监测每个变风量末端的室温和流量，根据室内温度及设定温度进行调整VAV-BOX 风阀的开度,根据风量的变化调整室内的温度变化.根据设定时间计划定时开机或停机，自动关闭每个不需使用的房间的空调。
变风量空调系统的控制介绍
变风量空调系统的控制介绍变风量空调系统的控制简介变风量空调系统的控制对于变风量空调系统能否正常工作具有非常关键的作用，一般来讲，变风量空调系统的控制可以分为三个环节：·室内温度控制环节·风机风量控制环节·新风量控制环节变风量空调系统的室内温度控制变风量空调系统的室温控制环节主要是利用变风量末端装置和室内温度控制器来对室内温度进行控制。
变风量末端装置按照补偿系统压力来分类，一般有:·压力有关型末端·压力无关型末端压力有关型末端装置直接受到室内温度控制器的控制，送入室内的风量除了和室内负荷有关外，还受到空调系统内的压力变化的影响；压力无关型末端比压力有关型末端多了一套风量测量装置进行副控制，有时采用串级控制系统使得空调系统送风量与室内负荷相匹配，即根据空调房间室内温度实测值和设定值来计算房间当前送风量设定值然后根据送风量设定值和送风量实测值的差值来控制风阀的动作。
从实际使用结果来看，压力无关型末端比压力有关型末端在末端数量较多，各个末端使用状态经常变化的过程中，对于室内温度的控制具有超调，震荡小的优点.下图为压力无关型室内温度控制环节示意图：变风量空调系统的送风量控制送风量控制环节是指利用控制信号来调节送风机频率，从而使得空调箱的送风量能够和各个末端的送风量需求相匹配。
变风量空调系统送风机的控制方法主要有:·风机总风量控制法·定静压控制法·变静压控制法风机总风量控制法是指直接将各个末端的送风量设定值之和作为送风机风量的设定值，然后将实测送风机送风量和设定值比较，利用差值来调整送风机转速控制送风量。
采用风机总风量控制法的关键是能够得到空调箱在各种情况下的风机曲线，准确的直接对转速调整达到需要的风量.定静压控制法是指在送风管适当位置设置静压传感器，该静压传感器的压力信号与系统静压设定值进行比较，利用其差值来控制送风机的转速，最终控制空调系统的总风量。
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变风量空调系统的控制
摘要：变风量空调控制系统的核心是选择节能的、易于工程使用的控制算法。
本文通过对比，对变风量末端选用了压力无关型控制算法，对变风量空调机组选用了定静压控制算法。
本文通过优化控制参数，在节能方面，获得了满意的效果。
关键词：集散控制变风量压力无关型控制算法定静压控制算法
1.概述
变风量空调技术是跨暖通专业和控制专业的新领域，如果没有好的控制策略和在工程中简单可行的实施方法，变风量空调系统达不到预期节能效果的。
在此背景下，探讨变风量空调系统的控制，有着重要的现实意义。
1.1 变风量空调控制组成
变风量空调系统由变风量末端、变风量空调机组两部分组成，两者通过风道连接。
系统的组成如图所示。
变风量空调系统的组成
变风量末端有风机动力性和风压型两种。
变风量空调机组有双风机型和单风机型两种。
2 变风量空调控制
2.1 变风量末端的控制
2.1.1 变风量末端
变风量末端一般均由进风短管、消声腔、调节阀等基本部分构成。
其核心是调节风阀，利用其调节进入房间的风量。
2.1.2 控制目标
变风量末端控制目标是：
根据空调空间要求的温度（设定温度），调节风阀的开度，从而调节进入空调空间（房间）的风量，进一步将空调空间的实际温度控制到设定值上。
并希望被调空间的温度尽量平稳，少受其他因素的影响。
2.1.3 控制算法
压力无关型算法是为了解决压力相关型算法房间温度易受风量变化的影响，平稳性差的缺点而引入，其基本思想是在温度闭环控制的基础上，引入风量反馈来提早抑制风量的变化对房间温度的影响，改善温度的平稳性。
由于风量反馈的引入，可提早抑制风压的扰动对温度的影响，较压力相关型算法，温度的平稳性可得到很好的改善。
该控制算法的优点是房间温度的平稳性好。
2.2 变风量空调机组的控制
2.2.1 变风量空调机组
变风量空调系统，是通过随负荷的变化调节送风量，达到调节房间温度的。
在整个运行过程中，送风温度保持不变。
如何调节送风量呢？通过调节送风风机的运行频率，即可调节送风量。
所以，变风量空调机组，是通过调节送风机所配的变频器的运行频率实现变风量的。
变风量空调机组是由新风段、回风段、表冷/加热段、送风段、加湿段等组成，
2.2.2 控制目标
变风量空调机组控制主要的目标是：
（1）新风量控制：控制进入空调机组的新风量，满足室内空气的卫生指标。
（2）送风温度的控制：控制送给变风量末端装置的空气温度，使其能够满足对房间温度调节的要求。
（3）送风湿度的控制：控制送给变风量末端装置的空气湿度，将送风湿度控制在设定值上。
（4）送风量的控制：这是变风量空调系统控制的难点和关键，要随末端负荷的变化调节送风量。
2.2.3 新风量的控制
足够的新风量对于提供良好的室内空气品质(iaq)，保证室内人员的舒适感和身体健康有着直接意义。
但是，过大的新风量，会造成能耗增大。
所以新风量控制的目标是：保证空气品质的情况下，新风量最小。
对变风量系统，若仍采用定风量系统所采用的最小新风比时，当室内负荷减小引起总风量减少时，新、回风也按同样比例减少，因而新风绝对量也在减少。
在负荷很低的情况下，就有可能出现新风量严重不足的现象，因而必须对空调系统的新风量实施有效的控制。
目前新风量的控制方式主要有风速法，co2浓度控制法和混合段中静压控制法三种。
（1）风速法
风速法实现最小新风量控制的思路是：在新风入口处设置风速传感器，通过控制器调节新风阀，维持恒定的风速。
此时可控制回风阀保持全开，风量由变频风机调节。
当采用这种控制时，最小新风量设定值可在控制器里随时调整，过渡季节则控制新风阀完全开启，回风阀完全闭合，因此回风阀可采用开关控制即可，这样过渡季节可以最大限度地利用室外新风的冷量。
（2）二氧化碳浓度控制法
这种控制方法是在回风管中设置co2检测仪，检测co2浓度。
通过co2变送器转换成电信号传送给控制器，调节新风阀开度，以保持系统所需的最小新风量。
这种控制方法虽然简单易行，但是不足之处是当人员在室率很低时，不能控制非人为因素产生的其它有害物质所需的最小新风量。
空气的质量包含许多综合因素，因此，从人居健康的角度出发， co2浓度控制法在空调业的发展中有一定的局限性，有待进一步研制开发出空气综合质量传感器，通过此信号来调节新风量以满足要求。
（3）机组混合段中静压控制法
因为通过风阀的风量与风阀前后压差的平方根成正比，所以只要保持压差不变，风量就能保持恒定。
据此，在变风量系统中，不论送风量为多少，如果新风阀开度不变，通过设在混风箱中的压力传
感器调节回风阀开度，保证机组混合段中负压不变，理论上就能保证最小新风量，但实际上混风箱中气流相当混乱，很难找到一个合适的静压点，因此该方法的效果关键在于混风箱内静压点的选择合理与否。
2.2.4 送风温度的控制
送风温度的控制，在冬夏季和过渡季采用不同的控制策略。
冬夏季模式：
检测送风温度，并与设定温度值进行pid运算，根据运算结果调节冷/热水量，达到控制温度的目的。
过渡季模式：
过渡季关闭冷热水阀，根据室内外的温差调节新回风比来满足室内温度的要求，以充分节约能源。
送风温度的再设定
当系统风量减小至最小风量（或达到最大风量）时，此时末端仍按要求减小送风量（或增大送量），则对变风量空调机组的送风温度进行再设定。
2.2.5 送风湿度的控制
送风温度的控制，在冬季和夏季采用不同的控制策略。
因为在西安地区，冬季需要加湿，夏季无需控制。
冬季的加湿控制
根据送风湿度的测量值和送风湿度的设定值作pid调节运算，调节加湿阀，使送风湿度达到设定值。
2.2.6 送风量的控制
送风量的控制方法有三种：①定静压法；②变静压法；③总风量控制算法。
（1）定静压法：
在送风管道的合适位置设置静压传感器，测量静压并与设定值比较，对差值进行pid调节运算，利用运算结果调整风机的频率，达到根据末端负荷调整风量的目的。
（2）变静压法
变静压法的思想是：尽量使变风量末端风阀片地全开状态(85%~95%)，把系统的静压降到最低。
其控制策略是定期巡检变风量末端的风阀开度，当末端只要有一个风阀未处于全开状态，即降低风机的频率。
当末端有一个风阀处于全开状态，而房间温度失控，则调高风机的频率。
即确保至少有一个末端风阀处于全开状态，并房间温度可控。
（3）总风量控制法
总风量控制法的原理是：计算每一个变风量末端为满足房间温度所需的风量。
所有变风量末端所需的风量之和就是变风量空调机组的送风量，而送风量与风机转速又有经验的函数关系，所以可根据送风量计算出风机的转速，进一步对风机进行控制。
我们在本次设计中采用定静压控制方法。
并且通过合理选择静压的设定值来弥补末端风阀开度过小、风机运行频率过高的不足。
本次工程实施中我们通过现场调试，按如下思路确定静压的设定值：
首先在变风量空调机组工作在最大送风量下，并将各房间温度设定在24℃（以夏季为例），待系统稳定后，观察各变风量末端风阀的开度，若无风阀开到最大，则逐步降低送风机的频率，直到出现一个风阀开到最大，而且房间温度可控，此时实测的静压值即为设定值。
可见，我们是将变静压法动态调节的思想用于定静压静态参数的确定。
可有效降低定静压法算法的缺点。