空调系统的监测控制.doc

1、空调系统的监测控制清华大学热能系 100084 江亿 2003-12-1 本讲从新风机组的控制开始，逐渐深入地讨论各种空调系统的计算机监测控制，讨论的内容涉及控制系统应具备的功能；要实现这些功能所需要求的硬件设备；控制方案实际的运行效果及可能出现的问题。所讨论的系统顺序为新风机组，全空气定风量系统，变风量系统。冷冻站及水系统的监测控制将在一下讲中介绍。 一、新风机组的监测控制 图一为一台典型的新风机组。空气水换热器夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季用来给新风加湿。对于这样一台新风机组，要用计算机进行全面监测控制管理，可以包括如下功能： 监测功能： 测量风机

2、电机的工作状态，确定是处于“ 开”还是“关”； 测量风机出口空气温湿度状况，以了解机组是否将新风处理到要求的状态； 测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要换； 测量新风阀状况，以确定其是否打开。 控制功能： 可根据要求启 /停风机 控制空气_水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到要求的设定值。 控制干蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到要求的设定值。 保护功能： 冬季当某种原因热水温度降低或热水停止供应时，为了防止机组内温度过低，冻裂空气_水换热器，应自动停止风机，同时关闭新风阀门。当热水恢复供应时，应能重新启动风机，打开新风阀，恢复机组的正常工作。 集中管理功能： 一

3、座建筑物内可能有若干台新风机组，这样就希望采用分布式计算机系统，通过通讯网将各新风机组的现场控制机与中央控制管理机相连，中央控制管理机应能对每台新风机组实现如下管理： 显示新风机组启 /停状况，送风温湿度，风阀水阀状态； 通过中央控制管理机启 /停新风机组，修改送风参数的设定值； 当过滤器压差过大时，冬季热水中断机组保护停机时，风机电机过载或其它原因停机时，通过中央控制管理机报警。 1。1 根据要求的功能确定硬件配置 为实现上述四大类功能，首先要选择适宜的传感器，执行器并配置相应的现场控制机。图 2 为可满足上述各功能的一种配置。 为监测风机电机的工作状态，将风机电机交流接触器的辅助触点作为开

4、关量输入信号，接到 DCU 的DI 输入通道上； 选择如第一讲介绍过的以占空比形式的信号输出的温度变送器，接至 DCU 的一个 DI 输入通道上。选用具有 4-20mA 电流信号输出的湿度变换器，接在 DCU-AI 通道上，也可以选择 2 个都是 4-20mA电流输出的温湿度变送器，接至 2 路 AI 输入通道上。为准确地了解新风机组工作状况，此时温度传感器的测温精度应优于0.5，湿度传感器测量相对湿度的精度应优于5%。 用微压差开关即可监视新风过滤器两侧压差，当过滤器阻力增大时，微压差开关吸合，从而产生“ 通”的开关信号，通过一个 DI 输入通道接入 DCU。微压差开关吸合时所对应的压差可以

5、根据过滤器阻力的情况预先设定。这种压差开关的成本远低于可以直接测出压差的微压差传感器，并且比微压差传感器可靠耐用。因此，在这种情况下一般不选择昂贵的可连续输出的微压差传感器。 在水盘管出口安装水温传感器，测量出口水温。一方面供控制机用来确定是热水还是冷水，以自动进行工况转换。同时还可以在冬季用来监测热水供应情况，供防冻保护用，水温传感器可使用占空比信号输出的温度变送器，这时接至 DCU 的 DI 输入通道，也可选用 4-20mA 电流输出的温度变送器，那就需要接到 AI 通道上。 以上为必须要测量的参数，为了更好的了解机组工作情况在经费允许时，还可以在过滤器前新风阀后安装温度传感器，测量室外新

6、风的温度，在水盘管的供水侧安水温传感测量供水水温，在风机出口风道上安装风速开关，以确认风机是否开启，新风阀或风道中其它风阀是否打开。 由于新风阀不是用来调节风量仅是冬季停机后关闭防冻用，因此可选择通断式风阀控制器，通过一路DO 通道来控制，当输出为高电平时，风阀控制器打开风阀，低电平时关闭风阀。为了解风阀实际的状态，此时还可以将风控制器中的全开限位开关和全关限位开关通过 2 个 DI 输入通道接入 DCU。 水阀需要是连续调节的电动调节阀以控制风温。图 2 中的配置采用 2 个 DO 输出通道控制，一路控制电动执行器正转，开大阀门，另一路使执行器反转，并小阀门，为了解准确的阀位还通过一路 AI

7、 输入通道测量阀门的阀位反馈信号。如果阀门控制器中安装了阀位定位器，还可以通过 AO 输出通道输出 4-20mA 或 0-10mA 的电流信号直接对阀门的开度进行控制。 干蒸汽加湿器也是通过一个电动调节阀来调节蒸汽量，其电控原理与水阀相同。 用计算机控制电动阀门时，对阀位有一定的控制精度，有的调节阀定位精度为 2.5%，有的为 1%。图 3，4 为阀门全开时的压降与该支路其余部分的管件及盘管的压降之比分别为 50%，1 倍，2 倍时，使用线性流量特性的阀门，当空气出口温度为 20时，阀位再开大 2.5%后，冬季工况及夏季工况下出口空气温度的变化。从图中可以看出，当阀门所占压降较小，支路中其余管

8、件所占压降比例较大时，2.5%时阀位变化导致出口空气温度的变化超过 3。冬季比夏季温度变化的更大是由于冬季换热温差大，需要的盘管换热面积小，而本例中冬夏季共用一个盘管，按照夏季要求的面积选择的盘管，冬季换热面积偏大，调节性能差。图 5，6 为将盘管换热面积再加大一倍后的情况。可见，不适应地加大设备容量也会使调节性能恶化，根据图 3，4，5，6 可看出为保证较好的调节效果，要尽可能增加调节阀应占压降的比例，同时还要恰当选择换热设备，不能使其容量过大。当采用等百分比流量特性的调节阀时，调节特性会有很大改善，但极端情况下也存在这些问题。 按照图 2 的设置，需要 DI 通道五路，AI 通道 3 路(

9、 用于湿度测量及电动水阀电动蒸汽阀阀位测量 )，DO 通道六路。由此可以选择现场控制机，只要它能够提供上述这些输入输出通道，并有足够的数据存贮区及编程空间，通讯功能与建筑物内空调管理系统选择的通讯网兼容，原则上都可以选用。 1.2 通过软件实现各要求的功能 对于定型的现场控制机产品，都带有通用的输入输出程序并提供一些编程方法。不论采用哪种编程方法，其目的都是要描述具体使用场合的特殊性，使现场控制机了解其特点和任务，实现各项指定的功能。这种特殊性的描述一般包括对输入输出的描述及对各种控制，保护功能的描述两部分。 1.2.1 输入输出描述例输入通道： fan: 风机状态，由 DI1 通道测出，高电

10、平为风机开，低电平为关。 temp_air: 送风温度，由 DI2 通道测出，为占空比信号，需要以表的形式定义不同占空比所对应的温度数值。 j_air: 送风相对湿度，由 AI1 通道测出，为 420mA 信号，相对湿度与电流信号的关系为：j=6I-20，I 为测出的电流信号 1mA， j 为转换的相对湿度百分数。 DP: 过滤器压差报警开关，由 DI3 通道测出，高电平为压差过大，低电平正常。 d_air： 新风阀开关状态，由 DI4 通道测出，高电平为全开，低电平为全关。 temp_water: 空气水换热器出口水温，由 DI5 通道测出，为占空比信号。 V-water: 电动调节水阀阀位

11、，由 AI2 通道测出，其阀位为：v_water=0.06I-0.2,I 为测出的电流，mA V-stem： 电动调节蒸汽阀阀位，由 AI3 通道测出，其阀位为：V-steam=0.06I-0.2，I 为测出的电流,mA 输出通道： fan_on: 控制风机，与 DO1 通道连接，高电平风机开，低电平风机关 v_water_on: 控制电动调节水阀开大，与 DO2 通道连接 v_water_off: 控制电动调节水阀关小，与 DO3 通道连接 v_steam_on: 控制电动蒸汽阀开大，与 DO4 通道连接 v_steam_off: 控制电动蒸汽阀关小，与 DO5 通道连接 d_air_on:

12、 控制新风阀，与 DO6 通道连接，高电平打开，低电平关闭 以上给出上例新风机组监测控制所要求的输入输出通道全部信息，根据这些信息可按照现场控制机具体的编程要求描述输入输出通道，也可以将这些信息提交给控制机的供应商，代为编程。 1.2.2 自动和运动控制 风机的启/停及各个阀的调节可以由现场机根据控制及保护的要求确定，也可以由中央控制管理机通过通讯下命令进行运动。为了不使现场控制机的控制与中央控制管理机的命令发生冲突，就要增设一个“远动/自动 ”标志 Auto，Auto=1 时，各设备由现场控制机自行控制，Auto=0 时，则现场控制机不做与控制有关的分析计算，各设备均直接由中央控制管理机发出

13、的命令控制。标志 Auto 为贮存在现场控制机中的一个变量，其数值可以由中央控制管理机通过通讯网直接设定修改。 这样，各设备动作的逻辑关系为： 不论 Auto 为何值，风机都可以由中央控制管理机启/停，在需要防冻保护时，也都可以由现场控制机停止。当 Auto=1 时，现场控制机可以在防冻保护解除后，重新启动风机。 新风阀完全根据风机状态而定，开风机后开新风阀，关风机后关闭新风阀。 Auto=1 时，水阀、蒸汽阀由现场控制机根据送风温湿度进行调节,Auto=0 时，这两个阀门根据中央控制管理机发来的命令动作。 1.2.3 送风参数的控制 当 Auto=1 时，水阀，蒸汽阀的控制逻辑如下： 如果水

14、温 temp_water 低于 20，初步判定为夏季工况，此时关闭蒸汽阀门，调节水阀开度使送风温度达到送风温度的设定值。这时可按照比例积分调节方式(PI)。由于计算机，调节是以一定的时间步长一步步进行，因此需要用离散的 PI 算法。 PI 的一般算法为：(1) 式中，V(t) 为要求的阀门位置，Dt 为送风温度与设定值之差，在夏季 Dt 应为实测送风温度减去送风温度设定值，TI 为所谓“积分时间”，TI 的值越小，积分作用越大，K 为放大倍数，即对应于 1温度偏差阀门需要的调整量。 上式可写作 式(3) 为可实际使用的控制算式，其中 应为上一次调节阀门起至现在时刻这段时间内送风温度与设定值的偏

15、差的平均值。图 7，8 分别为等百分比阀和线性阀门在夏季工况下阀门开度与空气出口温度之间的关系。从图中可看出，出口温度变化 1对应的阀位变化为 3%至 20%之间。因此式(3)中 K 可取510 之间即温度偏差 1阀位调节 5%至 10%。积分时间 TI 取 310 分钟，Dt 根据阀门的动作速度和现场控制机的情况，取 1 分钟左右。在 Dt 的时间内，可以测量几次送风温度的偏差，取其平均值即为 。 由图 7，8 可以看出，由于换热器的性能的非线性，阀位处于不同位置时阀位变化与温度变化之比相差很大，因此采用上述的比例积分控制器在阀位较小时调节量偏大，阀位很小的变化就能使送风温度有较大变化，由此

16、造成送风温度上下波动，而当阀位处于较大值时，阀位的变化仅引起温度的微小变化，从而造成调节缓慢，送风温度会长时间偏于设定值的一侧。由阀位对比例系数 K 进行修正可以有效地改善这种状况，但修正曲线与阀门特性，换热器特性都有关系，不太容易预先给定。新风机组的主要干扰源是不断变化的室外空气状态。图 9，10 分别给出使用线性阀门和等百分比阀门时要维持送风温度不变，阀位随进口空气温度的变化。可以看出，要求的阀位与外温之间是很好的线性关系，因此如果增加一个外温测点 tout，可以采用下式对阀门进行调节： V=A(tout-tset) (4) 这里的 tout 为外温，tset 为送风温度设定值，A 为比例

17、系数。对于不同的系统特性，比例系数 A 差别很大，不可能事先确定，这时，可以采用 PI 的方法不断对它修正： 此时的 K 值可取 0.20.4， TI 可仍取作 310 分钟，A 的初值可取 35，用这种方法，控制器不断根据系统的运行状况修正系数 A，待偏差 t 消除后，A 就不再变化，系统即可稳定地按式 (4)进行前馈控制。以后再出现偏差，式(5) 即会自动对 A 进行修正。 当判断水温 temp_water 高于 25时，初步判定为冬季工况，此时调整水阀控制送风温度，调整蒸汽阀控制送风湿度。水阀可完全按照夏季方式控制，只是送风温度偏差 t 应为设定值减实测值，这样温度偏低时阀位增大。当采用

18、式(4)，(5) 通过测量外温进行前馈控制时，式(4)前应加一负号，由于系统参数不同，系数 A，K 也应相应有所变化。 通过喷蒸汽向空气加湿，在 I-d 图中可近似为一个等温增 d 的过程。也就是说调整蒸汽阀改变喷蒸汽的量，仅影响送风空气的绝对含湿量 d，而基本上不影响送风温度。本例新风机组的控制中，用的是相对湿度的湿度测量元件，如果直接用实测送风相对湿度与设定值之差作为控制变量，则调节水阀改变加热量会使相对湿度降低，开大蒸汽阀增加喷汽量会使相对湿度上升。为了避免这种相互影响，可以根据测出的送风温度和相对湿度计算出送风的绝对含湿量 d，通过调节蒸汽阀控制 d，通过调节热水阀控制 t，这样两个控

19、制环节可以相互独立地进行。具体的控制算式可以同式(3)一样，采用 PI 调节器。选择线性流量特性的调节阀，使蒸汽的喷射量基本上与开度成线性关系，d 与阀位间即为线性，使用 PI 调节可以得到较好的控制效果。 1.2.4 防冻保护的实现 冬季冻裂水盘管的事故发生在三种场合；热水循环泵停止热水不流动继续开风机使盘管温度不断下降、冻结；热源停止(如使用蒸汽水换热器产生热水，蒸汽停供) 水温降低继续开风机使盘管冻结；无热水供应新风机亦停止但新风阀未关闭，外界冷风进入机组内，使盘管冻结。在第二种场合，水盘管出口水温会很低，可由此判断冻结危险，第一种场合，送风温度会很低，如果水盘管出口水温测点安装位置距盘

20、管较远(距离大于半米) ，且机房内有采暖设施，热水停止流动后，该点测出的温度不一定很低，不可完全依照它来进行判断，第三种情况送风温度与盘管出口水温可能都不会太低，不能通过温度来判断，只能设定只要关风机，必须关风阀。对于第一，二两种场合，可设定当盘管出口水温 temp-water 小于 5或送风温度 temp-air 小于 10(考虑了风机温升风道影响等各种因素)时，都应停止风机，关闭风阀。同时还应该将水阀全开，以尽可能增加盘管内与系统间水的对流，同时还可排除由于水阀堵塞或水阀误关闭造成的降温。由于是保护动作，因此不论系统处在自动还是远动状态，即不论 Auto=1 或 0，发现降温都需要执行保护

21、动作。 保护后，如果热水恢复供应，应重新启动风机，恢复正常运行，为此须设一防冻保护标志 Pt，当产生防冻动作后，将 Pt 置为 1。当测出盘管出口水温 temp_water 大于 35，并且 Pt=1 时，可认为热水供应恢复应重新开启风机打开新风阀，恢复控制调节动作，同时将标志 Pt 重置为 0。由于不论Auto=1 还是 0 都进行了保护，因此恢复动作也不应考虑 Auto 的状态。 如果风道内安装了风速开关，还可以根据它来预防上述第三种场合的冻裂危险，当风机电机由于某种故障而停止、风机开启的反馈信号仍指示风机开通时，如果风速开关指示出风速过低，也应关闭新风阀，防止外界冷空气进入。 二、全空气

22、空调系统的监测控制 本节讨论如图 11 所示的由一台空调机组控制一个房间或一个区域温湿度的全空气空调系统的控制调节。与上一节的新风机组相比，从控制调节的角度看，有如下三点不同： 1 控制调节对象是房间内的温度，湿度，而不是送风参数。 2 要求全年房间的温湿度均处于舒适区范围内，与上一例相比，在夏季也要考虑湿度控制，同时还要研究系统省能的控制方法； 3 有回风回到空调机组，不再是全新风系统，尤其是新回风比还可以变化，因此可尽可能利用新风降温。这也要引出许多新的问题。 上述问题主要是控制调节问题。系统的监测管理、远动、防冻保护等与前面讨论的新风机组一例类似，此节不再介绍。 21 传感器与执行器的配

23、置 与新风机组相比，需要增加被调房间或被调区域内温湿度传感器。如果被调房间较大，或是由几个房间构成的一个区域作为调控对象，则可安装几组温湿度测点，这些温湿度的平均值或其中重要位置的温湿度作为控制调节参照值。房间的温湿度参数最好直接接到控制空调机组的现场控制机上，以直接用来作为参照值进行控制调节。当被控房间距空调机房较远，要测的房间温湿度参数又较多时，也可再设一台数据采集用现场控制机，安装在被控区域附近，专门与各温湿度传感器连接，将测量信息处理后再通过通讯网将作为参照值的温湿度参数送至空调机组的现场控制机。 由于存在回风，需增加新风与回风的温湿度测点。回风的温湿度参数是用来确定空气处理方案时参考

24、。回风道存在较大惯性，有些系统还采用走廊回风等方式，这都使得回风空气状态不完全等同于室内平均空气状态，因此不宜直接用回风参数作为被控房间的空气参数(除非系统很小，回风从室内直接引至机组)。新回风混合后的空气状态对空气处理室的调节有很大的指导意义，但由于混合室内空气流动混乱，温度亦很不均匀，很难真正得到混合后的空气参数。因此一般不测量混合空气状态。 为了调节新回风比，对新风、排风、混风三个风阀都要进行单独的连续调节，因此分别安装电动执行器，每个风阀都用 2 个 DO 输出通道控制其开大或关小，并用一个 AI 输入通测量其阀位，如同上一节中的电动调节水阀。当然也可以安装阀门定位器，通过 AO 输出

25、通道直接输出 4-20mA 电流信号来控制风阀的开度。 其它的测量与控制同上一节新风机组。由于增加了三个连续调节的风阀，需启/停控制并监测其状态的回风机及室温，新风回风温湿度测量，所需要的输入输出通道远远多于新风机组。 2.2 送风参数的确定 与新风机组不同，影响空气处理室工作的有两个干扰源：室外空气状态的变化和室内热湿负荷的变化。此外房间一般都有较大的热惯性，加之空气处理室内各种阀门调节的非线性，导致直接通过风阀，水阀控制房间温湿度有一定困难。比较好的方法是采用“串级调节”，即根据房间温度的变化确定要求的送风参数设定值，再类似于新风机组的控制，根据要求的送风参数与实测的送风状态之差调节空气处

26、理室。 先讨论送风温度的设定值。如果可正可负的热源 Q 向房间供热或供冷，则此热源可根据房间温度与设定值之间的偏差 t 按照比例积分微分(PID)调节器来控制： 式中 t 为房间温度设定值减去实测值， TI，TD 分别为积分时间与微分时间，K 为比例系数。利用类似于上一节的处理方法可以得到： 用差分代替导数，可以得到： 实际上，送入房间的热量/冷量 Q 是通过空调送风实现的 式中 G 为送风量，ts 为实际的送风温度，tr 为实测房间温度。这样送风温度的设定值 ts,set 即可确定为： K=K/Gcp,对于定风量系统，K应为常数，其物理意义为要使房间温度变化 1所需要的送风温度的变化值。若考

27、虑建筑物围护结构内表面温度不变，则房间温度近似为： 其中 n 为换气次数，V 为房间体积，F 为房间内表面面积，tw 为内表面温度，a 为内表面对流换热系数，取 a=4w/m2C 可以得到 ts=(1+14e/n)tr=K0tr (13) 其中，e=F/V,为房间内表面积与体积之比，单位为 1/m。为加快调节速度，K 可取作 1.21.5 倍的 K0 值。式(11)中的积分时间，微分时间可根据房间的换气次数来决定： 这样，由式(10)，(11)即可根据房间湿度和送风温度的实测值及房间温度的设定值确定送风参数设定值。由于房间热惯性很大，房间温度在短时间内不会发生大的变化，因此，计算送风参数的设定

28、值时的时间步长 Dt 可根据情况取 25 分钟甚至更长些。 同样，由于绝对湿度 d 变化与温度的变化独立，因此可根据房间 d 的变化确定送风参数的设定值ds,set 从而可以避免考虑相对湿度 j 时出现的解耦问题。按照与温度完全一样的分析方法，可以得到送风空气的绝对湿度设定值 ds,set 为： 式中，dr 为实测出的房间空气绝对含湿量，ds 为送风绝对含湿量，d 为房间 d 的设定值减去 d 的实测值， 为 Dt 时间内 Dd 的平均值，TI 为积分时间，由于房间对湿度的惯性很小，因此不需要微分修正。由于围护结构很少吸湿，因此 K 取值可为 1 左右。 这样按照式(10)，(11)，(14)

29、，(15) 就可根据房间温度，湿度的设定值及实测值以及以往送风的温湿度实测值确定送风空气状态的设定值。 23 空气处理室的控制 确定了要求的送风状态，接着就是如何调节空气处理室内各设备，使处理后的空气达到要求的设定值。对于新回风比不可调的固定新风量系统，当只要求控温时，可以按照在上一节讨论方法与新风机组一样控制，当温湿度都有所要求，如图 11 那样分别有冷水盘管，热水盘管时，则可以判断当需要加湿时，用冷水盘管或热水盘管控制送风温度，用蒸汽加湿器控制送风的 d，当需要除湿时则靠调整冷水盘管中的冷水量控制送风比 d，用调整热水阀来控制二次加热量以保证送风温度。 与新风机组的控制相比，带有回风的空气

30、处理室的主要问题是按照什么原则控制新回风比使空气处理室耗能最省，文献1中给出所谓“最小能耗法”的分析方法。如图 12，在 I-d 图上用点 O，R 分别表示室外新风状态及回风状态。如果要求的最小新风量为 X%，则点 M 表示取最小新风时的混合状态。调节新回风比可以得到线 上任一点作为混风状态。这样问题成为，对于给定的要求送风状态点 S，应从线 上的哪一点出发通过空气处理室处理可以最省能?处理过程又应该是怎样的? 当要求的送风状态点处于图 12 中区域 I 时，即在线段 , 围成的折线上部时，很清楚，最合理的处理方法是调整新回风比，使混合状态的 d 与要求的送风 d 相同，再调整加热器即可获得要

31、求的送风状态S，其过程如图 13。这样就是调节风阀 D1，D2 ，D3，改变新回风比，使送风空气的 d 达到要求的ds,set，调节加热器热水阀，使送风空气的 t 达到要求的 ts,set。 当要求的送风状态处于图 12 中区域时，即在线段 和曲线 及饱和线 围成的域中，可以调整新回风比改变空气处理的起点，同时调整表冷器冷水调节阀，二者的配合在一般情况下能使处理后的空气达到要求的 S 点。线 MF 为从点 M 出发不同的冷水阀位所对应的表冷器可处理的空气状态所连成的过程线。也就是说，随着将冷水阀开大，送风状态将延 线向下移动，仔细地调整冷水阀即可使出口空气到达 线上的任一点。改变新回风比，可使

32、起始点从 M 向 O 移动，同时调整混风比和冷水阀，应能将送风状态处理到域中的任一点，图 14 为此时的过程线，这时应根据送风的 d 调新回风比，根据送风温度调整冷水阀阀位。 如果要求的送风状态 S 处于区，即曲线 MF 的正上方，则唯一的办法是从点 M 出发，即采用最小新风，调节冷水阀使空气状态在线 上移动，当 d 达到要求的送风状态的 ds,set 时，调整加热器使温度达到 ts,set，图 15 为此时的处理过程线，注意在 区时是通过调整冷水阀调整送风温度，而在区则改为调整冷水阀调整送风 d。同样的调整手段，有时将对应于不同的调节目的。当要求的送风状态在线段 左侧时，由于冷水温度为点 F

33、 对应值，因此不可能进一步降低空气湿度，所以此域为“不可及区” 。 当要求的送风状态 S 为第区，即线段 之右上方时，此时一定是从 0 点出发，加热加湿，以处理到要求的送风状态 S。 在要求的送风状态 S 处于区时，有两种处理方法：从点 0 出发，通过表冷器冷却至点 P，再通过加湿器加湿到点 S，如图 16 中过程线 OPS 另一种方法是从 M 点出发，通过表冷器冷却到点 N 再通过加湿器加湿到点 S，如图 16 中的过程线 MNS。第一种方法多消耗冷量 ，节省蒸汽加湿量 ，第二种方法则相反。若蒸汽价格与冷量价格之比 r 为 r=1 公斤蒸汽的价格/1KJ 冷量的价格 则若 r 则应从 0 点

34、出发，反之从 M 点出发，这里的线段 以 d“克/kg 干空气”为单位， 以 t 为单位，可以看出，省能的处理方案除与 r 有关，还与线 的斜率有关。可以证明，当点 O 出发最经济时，从连线 上任一点出发都不如点 0 经济，反之，当点 M 出发最经济时， 上任一点出发进行处理都不如点 M经济。 当要求的送风状态处于线段 之间时，可以调新回风比(当 S 点的 d 小于点的 d)再降温或从 0 点出发降温加湿( 当 S 点的 d 大于 O 点的 d)，也可以直接调新回风比调节送风温度，调整加湿器调送风湿度，这取决于蒸汽与冷量的价格比 r。 上述分析是新风状态处于回风右上方时，实际运行时还有可能出现

35、图 17，18，19 三种情况，这三张图中同时给出对应的分区方案，这里不再进一步讨论，实际上，的处理方案都相同，只是区的处理方案稍有区别。 24 从节能出发室内空气的最佳状态 对于舒适性建筑，并非要求室内空气状态恒定于一点，而是允许在较大范围内浮动，例如温度为2027，相对湿度在 40%70%内，均满足舒适性要求，这样，当室外状态偏低时，室内也使其靠近此域的下限，室外状态偏高时，室内则靠近此域的上限。在室外处于此域附近时，则尽可能多用新风，使室内状态随外界空气状态变化。这样即可最大限度地节能，又可提高室内空气质量和舒适程度。怎样做到这一点呢? 对应于室内状态允许域 ，对应着有一个允许的送风参数

36、域 Ws。域 Ws 可以这样确定：取定域 的中心点 R0(如 23.5,55%) ，可以由式(10)，(11)求得要将房间空气状态控制到此点所要求的送风域的中心点 So。对于 边界上的一点 t,d,与 的中点 R0 之差为 ，由此可得到对应的送风域 Ws 上的点 ts,ds: 这里的 Kt 是指房间温度变化 1对应的送风温度的变化值，由式(13)知它应为式(13) 中的 Ko 即1+14e/n，为了安全起见，取 Kt0.85Ko ，即 Kt=0.85(1+14e/n) (17) 其中 e 为房间内表面面积与体积之比，单位为 1/m，n 为换气次数。Kd 为房间 d 变化，对应的送风d 的变化。

37、根据分析二者几乎相同，为安全起见，取 Kd0.85 。 这样，从理论上通过逐点计算可由域 计算出域 Ws，实际上只要计算 域的四个顶点的映射，再将它们连接，就得到域 Ws。将域 Ws 绘在 I-d 图上，同时标出 线及空气处理分区。此时要求的就不再是送风状态点 S，而是域 Ws 中任何一点均可以满足要求。这时可按照下面的步骤确定送风状态： 如果点 O 位于域 Ws 内，则全新风送风； 如果连线 与 Ws 相交，则调新回风比，使送风状态为相交的线段 之中点(见图 20)。 如果 不与 Ws 相交，Ws 与第 区相交时，可取相交域最下方一点作为送风点 S，此时通过调新回风比和加热器将空气处理到该点

38、。这样做最节省加热量。 如果 不与 Ws 相交，Ws 与第 区相交时，则取相交域最上方一点作为送风点 S，通过调新回风比和表冷器冷量将空气处理到该点，这样做最节省冷量。 如果 Ws 不与区及区相交，仅与 区相交，则应取相交域最右侧的最下部作为送风点 S，以节省冷量及二次加热量。 如果 Ws 不与区及区相交，与 相交时，应取相交域的最左侧的中点。 如果 Ws 仅与区相交，则应相交域的左下角 如果 Ws 仅与区相交，则应取相交域的左上角。 按照上述方式，可以在每个时刻根据新风状态，回风状态及室内状态确定最适宜的送风状态，既保证房间空气状态处于舒适区，又最节省空气处理能耗。这样的几何计算看起来很复杂

39、，但使用计算机实现起来却并不十分困难。当房间允许的舒适域范围较大时，与固定的室内设定状态相比，这样做有十分显著的节能效果。这时采用计算机控制空调系统远比常规电子式调节器控制节省运行能耗的主要原因之一。 25 各空气处理装置的调节 在上述讨论中，涉及到控制新风，排风和混风三个风阀以调节新回风比，控制表冷器、加热器的水阀以调节冷量，热量以及控制加湿器蒸汽阀以调节加湿量。在控制方案确定后，它们的调节都是以送风空气的温度或绝对湿度为目标，这时需根据控制调节装置的特性不同分别采用相应的调节算法。 新回风比的变化与送风参数(d 和 t)的变化成正比，因此可用 PI 形式的算法根据送风 d 或 t 的偏差控

40、制这三个风阀，其中新风，排风风阀应同向同步调节，混风阀则按相反方向调节，当控制送风的 d 时，新风与排风阀的开度 r 为： 混风阀的开度为 1-r。式中 sing(do-dR)为新风湿度与回风湿度差的符号，当新风 d 大于回风 d 时，为 sing(do-dR)1，反之为-1 ，比例系数 K 亦与|do-dr|成反比，可以取作 表冷器和加热器的调节具有较大的非线性，如前一节新风机组控制中所讨论，它可以用 PI 方式直接根据送风 d 或 t 对开度进行反馈调节，也可根据混风状态进行前馈调节，前馈的放大倍数 A 由送风参数的偏差通过 PI 算法确定，同式(4)，(5)。此时由于混风状态无法测量，因

41、此应根据测出的新回风状态及方案要确定的调节方案，计算出混风状态。如由新回风比调整送风参数的 d 至 ds,set，由表冷器调整送风参数的 t 时，混风状态 tM 约为：由 tM 即可对水阀进行前馈控制。 蒸汽阀控湿度的方式可完全按照第一节新风机组控制中讨论的方式处理。 三、变风量系统的控制 变风量系统(VAV) 是目前在国内开始试用的方式。所涉及的各种问题在暖通空调有专刊介绍，这里仅讨论采用计算机控制时的一些做法。 图二十为一典型的 VAV 系统。与常规的全空气系统相比， VAV 系统最主要的特点就是在每个房间的送风入口处装一个 VAV 未端装置，该未端装置实际上是一个风阀。调整此风阀以增大/

42、减少送入房间的风量，从而实现对各个房间温度的单独调节。当一套全空气空调系统所带各房间的负荷变化情况彼此不同，或各房间要求的设定值彼此不同时，VAV 是一种解决问题的有效方式。每个 VAV 未端装置需要一套控制器。最简单的控制方式是根据房间温度实测值与设定值之差，直接调整未端装置中的风阀。这样做，当某个房间温度达到要求值时，由于其它房间风量的变化或总的送风机风量有所变化时，连接未端装置的风道处的空气压力有变化，从而使这个房间的风量变化。由于房间热惯性较大，在此瞬间房间温度并不变化。待房间温度发生足够大的变化后，再对风阀进行调整，又会反过来影响其它房间的风量，并引起温度变化，这样各房间风阀不断调节

43、，风量和温度不断变化，导致系统不稳定。一种改进的方法是采用所谓“压力无关” 未端装置(Pressureindependent)。此种未端上装有风量测量装置，房间温度的变化不再直接改变风阀开度，而是去修正风量设定值。风阀则根据实测的风量与风量设定值进行调整。这样，当某房间风量由于风道内压力变化而变化时，未端控制装置会直接调整风阀，以维持原来的风量。房间温度不会由此引起波动。简单的未端控制器和“压力无关”方式的未端控制器都可以是由常规模拟电路构成或以计算机为核心构成。以计算机为核心的 DDC 控制器可以是独立的，也可以通过通讯网相互连接，与空气处理设备的控制器协调工作。带有通讯，各 DDC 相互协

44、调的 VAV 控制系统与不带通讯，各未端装置控制器独立工作的 VAV 控制系统工作原理及系统设置都有很大不同，下面分别进行讨论。 31 具有独立的未端控制器的 VAV 系统 此种 VAV 未端控制器是与 VAV 未端装置配套的定型产品。它包括挂在室内墙壁上的温度设定器及安装在未端装置上的控制器两部分，设定器内装有温度传感器以测量房间温度。温度实测值与设定值之差被送到控制器中去修正风量设定值或直接控制风阀。对于“压力无关 ”的未端装置，重要的是要测准风速或风量。一般都需要在出厂前逐台标定，将标定结果设置到控制器中。有的未端控制器产品还要求在现场逐台标定，这在选用产品的订货时要十分注意。 除 VA

45、V 未端装置外就是对空调机的控制了。与前一节讨论过的空气处理室的控制相比，VAV 系统的新的控制问题为：1 由于各房间风量变化，空调机的总风量将随之变化，如何对送风机转速进行控制使之与变化的风量加适应?2 如何调整回风机转速使之与变化了的风量相适应，从而不使各房间内压力出现大的变化?3 如何确定空气处理室送风温湿度的设定值?4 如何调整新回风阀，使各房间有足够的新风? 311 送风机的控制为了保证系统中每个 VAV 未端装置都能正常工作，要求主风道内各点的静压都不低于 VAV 未端装置所要求的最低压力。在主风道压力最低处安装静压传感器，根据此点测出的压力，调整送风机转速，使该点的压力恒定在 V

46、AV 未端装置所要求的最小压力值，即可保证各 VAV 未端装置正常工作。对于仅一条风道的系统，将压力传感器装在风道的最远处，根据它的压力调节送风机转速，即可保证各 VAV 未端装置都在足够的压力下工作。然而在实际工程中出现问题：当主风道前半部分风速较高，尾部风速较低时，最远处的静压比近处某些位置的静压还高，于是使近处一些 VAV 装置不能正常工作。当主风道分为两支或多支(如图 21)时，若装有压力传感器的分支 A 各变风量装置的风阀因需要的风量小而关小，分支内总风量减少，而另一支要求的风量大，则压力传感器测出的压力接近于风道分叉处点 a 的压力，而由于分支 B 内风量大，压降大，点 c 的压力

47、远低于点 a，从而也就低于点 b 的压力，这样，当控制送风机转速使点 b 于额定压力时，点 c 及其附近的压力就会偏低，使连接于这些位置的 VAV 未端装置不能正常运行。鉴于这种情况，国外一些文献建议将参考测压点前移至距未端三分之一总风道长度的位置，如图 21 中 d 点。在欧洲有些工程师干脆将测压点设在风机出口，使风机出口压力恒定。此时风机转速调整过程如图 22。这样，部分负荷时 VAV 未端装置压力过大，使得风阀关的更小，噪音增加，同时小风量时风机电耗节省不多。这样，测压点越接近风机，系统越可靠，但风机节能效果就越差。这些分析都是采用一个压力测点控制风机转速这种单回路的简单控制方式，使用 DDC 控制，可以多装几个压力测点来解决上述矛盾。例如图 22 的例中，在点 b,c 处均安装压力传感器，调节送风机转速，使这两个