变风量空调系统的自动控制

变风量空调系统的自动控制『摘要』变风量空调系统以其节能和舒适性在国内已经越来越得到广泛的应用，而控制系统的好坏将直接影响到变风量系统的效果。

本文介绍变风量系统的几种控制方式，在实际应用中可以根据具体情况选择最适合的方案。

『关键字』变风量，控制，运行模式“Summary” variable air volume air conditioning system for its energy efficiency and comfort in the country has been more widely used, while the control system will directly affect the effect of variable air volume system. This article describes several of the V A V system control mode, can select the most appropriate depending on the circumstances, in practical applications.”Keyword” variable air volume, control, operation mode中图分类号:TU831.3+5文献标识码： A 文章编号：前言普通集中式空调系统的送风量是固定不变的，并且按房间的最大热湿负荷确定送风量，称为定风量（CA V）系统。

实际上房间热湿负荷不可能经常处于最大值，而是在全年的大部分时间低于最大值。

当室内负荷减小时，定风量系统是靠调节再热量以提高送风温度（减小送风温差）来维持室温，这样既浪费热量，又浪费冷量。

如果能采用减少送风量（送风温差不变）的方法来保持室内温度不变，不仅节约了提高送风温所需的热量，而且还由于处理风量的减少，降低了风机功率电耗及制冷机的冷量。

变风量系统的概述变风量系统(Variable Air V olume System ，简称V A V System)20世纪60年代诞生在美国，是目前国内大中型建筑工程中新型的一种空调方式。

按处理空调负荷所采用的输送介质分类，变风量空调系统(V A V System)是属于全空气式的一种空调方式，即全空气系统的一种，该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量，并相应调节空气处理机组的风量来控制某一空调区域温度的一种空调系统。

具体来说，变风量系统是通过变风量末端调节末端风量来保证房间温度，同时变频调节风机来维持系统的有效、稳定运行，并动态调整新风量保证室内空气品质及有效利用新风能源的一种高效的全空气系统。

变风量系统运行工况是随时变化的，它必须依靠自动控制才能保证空调系统最基本的要求——适宜的室温、足够的新鲜空气、良好的气流组织、正常的室内压力。

机组的变风量控制就包含了送风机的控制、回风机控制、新风量控制等诸多环节。

可见，变风量空调系统和控制系统是紧密结合、不可分割的。

控制系统应实现∶自动调节送风量，适应房间空调负荷的变化。

实现室内不同温度要求。

自动调节送风机的转数以降低空调系统运行能耗。

变风量空调系统风量的控制方法定静压控制法定静压控制法的主要控制原理为在系统风管上某一点（通常在离风机出口处约2/3 处）设置静压传感器，以维持静压不变，室内要求风量由V A V所带风阀调节，而系统送风量通过不断的调节空气处理机送风机频率来改变空调系统的送风量，同时还可以通过改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。

此控制方法比较简单，调试周期短，运行稳定可靠，在国内发展已相当成熟。

但是定静压控制法由于系统送风量由某点静压值来控制，为令到所有的V A V末端都能够达到设计的风量，定静压的控制压力一般需要维持在350Pa，不可避免会使风机转速过高，达不到最佳节能效果。

定静压控制的控制原理如图1。

在系统中末端“V A V BOX”根据室内温度“T”和负荷变化，调整末端出口风量以满足负荷要求，静压传感器”SP”测量静压变化并传递给风机变频器“VFD”，变频器根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。

图1 定静压控制原理图变静压控制法变静压控制方法的出现，很大程度上归功于计算机通信网络在控制系统中的广泛使用。

变静压控制法的控制思想是尽量使V A V风阀处于全开（85%～100%）状态，把系统静压降至最低，因而能最大限度的降低风机转速以达到节能目的。

该方法在V A V末端装置中设置阀门开度传感器，各V A V末端装置之间通过控制网络，根据系统控制器的计算判断来调节风机变频器，使其具有最小静压值的V A V装置的阀门处于接近全开状态。

该控制方法采用改变系统送风静压以及改变系统送风温度的手段，在舒适性、节能性、低噪声控制等方面有充分的优势。

但由于此控制方法调试周期长及调试困难，系统容易产生振荡等原因在国内发展受到限制。

一般来说要实现变静压控制，至少必须满足两个基本条件∶①末端能独立调节流量而与压力无关，即使用压力无关型的末端；②各末端要能向静压设定控制器给出合适的压力调节信号。

对第二个条件，随着控制系统通信功能的加强，各末端向控制器给出信号是完全可行的。

变静压控制如图2。

控制原理和定静压类似，都是由变频器调节送风机转速，以达到稳定送风静压的目的。

但静压的设定值是根据末端的V A V BOX的状态及时进行调节的。

V A V末端在阀门全开的情况下流量仍达不到设定流量时，向控制器“DDC”发出增加静压信号，“DDC”通过计算，会自动给静压设定值增加一个增量；相反，如果所有的V A V末端的阀门开度都小于设定的85％开度时，“DDC”通过计算，会自动给静压设定值减少一个增量，并控制“VFD”降低风机的转速。

系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使“V A V BOX”的阀门处于全开状态，保持系统静压降至最低。

图2 变静压控制原理图总风量控制法总风量控制法是直接根据末端设定风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前馈控制含义，而不同于静压控制中的反馈控制。

它可以避免使用压力测量装置，减少了一个风机的闭环控制环节，简化了控制系统，使系统可靠性提高，节能效果接近于变静压控制，优于定静压控制。

但是，总风量控制增加了末端之间的耦合程度，这种末端之间的耦合主要是通过风机的调节实现的。

变风量空调系统末端的控制方法压力相关型变风量末端压力相关型变风量末端控制器通过对室内温度进行采样，与设定值进行比较，输出以风阀开度为控制目标的信号，从而维持室温恒定。

压力无关型变风量末端压力无关型变风量末端控制器通过对房间温度与设定进行比较得出房间对流量的需求，然后再通过采样得来的流过变风量末端的风量进行比较，输出阀门的调节信号，以控制风阀开度，使得送入房间的送风量趋向于所要求的风量，从而维持室温的恒定。

其控制原理图如图3所示。

压力无关型变风量末端风阀的开度是服从于送风量的，所以当一个区域的风量变化而引起主管的静压变化时，其他区域内的送风量不会相应变化。

风阀驱动器的控制只由计算所需的风量信号决定。

压力无关型变风量末端在实际中已经得到广泛的应用。

图3 压力无关型变风量末端控制原理单风道变风量末端的控制和运行单风道变风量末端是结构相对比较简单的末端装置，内部不设动力装置无能耗。

箱内设有风速传感器，风阀，消声吸附材料，在出口处可配有电加热器或热水再热盘管等。

单风道变风量末端是最简单的压力无关型变风量末端，它随着房间冷负荷的增加，阀门开大增加送风量，随房间冷负荷的减少而关小阀门开度，减少送风。

当单风道变风量末端带有再热装置时，可用于供暖，此时要求空气处理机只提供冷空气，该末端一般应用于建筑物的外区，当在供暖工况时，末端控制一次风量最小，以减少与空气处理机过来冷空气产生冷热抵销造成能耗和满足室内新风要求，同时启动电加热器或开启热水阀来向该区域供暖。

串联式风机动力型变风量末端与单风道变风量末端相比，串联式风机动力型变风量末端主要是在末端箱体出口处增加了一个末端风机，并且经过空调处理的一次空气和诱导的二次空气（室内回风）混合后经过末端风机送入室内。

末端风机连续运转来克服末端阻力，满足室内送风量和气流组织要求。

房间温度控制器分别输出信号给末端控制器和加热器。

如图4，由于风机流量不变，当房间冷负荷增加一次风控制阀开大时，二次风将减少，使送风温度降低来达到房间要求，反之亦然。

当一次风降低到最小风量时，送风温度不再变化，室内温度开始下降，当降低到设定温度点时为最节能运行工况。

若温度继续降低直到加热器启动点时加热器启动，提高送风温度，房间开始供暖。

图4 串联式风机动力型变风量末端控制原理并联式风机动力型变风量末端并联型与串联型的根本区别就在风机位置和能耗问题上：并联型是来自于吊顶诱导的二次空气（室内回风）先经过风机后再与经空调机处理的一次空气相混合，然后送入空调房间。

在风机出口处设有止回阀，以免空气倒流。

见图5。

并联型末端风机为间断式运行方式，随着房间负荷的变化来启停风机。

由于只有二次风经过风机，风机处理风量小、噪音小、能耗低。

当房间需要热负荷时，一次风为最小设定送风量。

当房间需要冷负荷时，增加一次风量降低送风温度来满足房间要求。

当冷量达到某一定值时，控制器输出信号停止末端风机运行即用一次风来满足房间冷量。

需要注意的是风机的启停控制是至关重要的。

系统应尽量避免风机频繁启停，保证系统稳定和减少室内噪声。

图5 并联式风机动力型变风量末端控制原理变风量空调系统新风量的控制方法对于变风量空调系统来说是通过送入负荷房间的风量的变化来适应房间负荷的变化，当系统负荷偏低时，送入房间的总风量将减少，而其是的新风量也随之减少，从而容易造成房间新风量过小而导致室内人员感到烦闷。

为了确保室内人员的舒适度常以以下几种方法来确保系统的新风量：新风量直接测量法这是目前使用的最简单的变风量系统新风量控制方法，它是通过测量进入空调系统的新风量，并直接控制新风量。

但是因为风管内风速过低，新风量的测量误差必然很大，控制的准确性有待进一步提高。

风机跟踪法此方法的控制原理是：送风机送风量减去回风机回风量等于新风量，并维持其不变。

这样，在V A V 系统运行期间不论送风量如何变化，跟踪调节回风量，保持两者之差不变即维持新风量不变。

因此要求同时测量送风机和回风机风量，控制送风机和回风机风量的差值，从而间接控制新风量。

对送、回风机的控制有许多方法，如送、回风机用送风道静压进行控制；用送风道中出口动压控制回风机；动压差法，即在送风机出口和回风机入口设置流量测点，测出各自的流量，并保持固定的差值，一旦出现超差现象，则调节风机以维持固定的风量差；室内压力直接控制法等。