1、第4章 空气处理过程的控制,空调系统空气处理过程,新风处理过程,4.1 概述4.2 新风机组监控系统4.3 风机盘管4.4 空调机组自动控制系统,4.1 概述 4.1.1 集中空调系统的特点 4.1.2 集中空调自动控制系统的特点 4.1.3 空气处理自动控制系统,4.1.1 集中空调系统的特点 1.空调系统的多干扰性 （1）多干扰性 1）热干扰 室外空气、太阳辐射、室内热源、电加热器的电压变化、蒸汽加热器的压力变化等。2）湿干扰 室内散湿量的波动以及新风含湿量的变化 ；露点恒湿空调系统在运行过程中，可能会由于进入水冷式表面冷却器内的冷水温度变化、压力变化或者两者同时变化，直接蒸发式表面冷却器
2、内蒸发压力的变化，喷水室的喷水温度与压力的波动，一次混合后空气温度的变化等因素而使空调系统的机器露点温度发生变化 。,2.温、湿度相关性 当相对湿度发生变化时要引起加湿（或减湿）动作，其结果将引起室温波动。 而当室温变化时，使室内空气中水蒸气的饱和压力变化，在绝对含湿量不变的情况下，就直接改变了相对湿度（温度增高相对湿度减少，温度降低相对湿度增加）。 这种相对关联着的参数称相关函数。显然，在温、湿度都要求的空调系统中，组成自动控制系统时应充分注意这一特性。,湿空气焓湿图,3.多工况 冬季工况 夏季工况 过渡季节工况,4.1.2 集中空调自动控制系统的特点与发展1.多工况相互转换方式的控制 2.
3、整体的控制性 （温、湿度；系统的控制）3.跨行业跨系统集成 1）集中空调自控系统与消防系统的集成。2）集中空调自控系统与安保系统的集成。3）集中空调自控系统与门禁系统的集成。4）集中空调自控系统甚至跨行业与机场航显系统集成。,4.随着集中空调系统的发展需求而发展 窗际热环境的控制策略信息化的新风控制策略 超距离系统监控，如利用手机界面的自动控制等。5.随着自动控制系统的发展进程而发展 现场总线技术的发展智能型传感器与执行器的发展无线技术的发展随着自动控制技术与通信技术的日益融合而发展。,4.1.3集中空调系统自动控制系统 1.集中空调自动控制系统的设计（1）集中空调自动控制系统的设计原则 根据
4、空调系统的用途来设计相应的空调自动控制系统.在满足设计标准的前提下，尽可能地节省能源,保证设备运行以及人员安全；设备可靠性高、维修方便；节省人力。,（2）集中空调设计方法与流程 集中空调设计方法与流程如图4-1（99页）所示。要完成BA系统设计，必须掌握:自动控制技术网络技术熟悉空调技术了解相关专业知识。,2.集中空调自动控制系统的基本内容 （1）集中空调自动控制系统的主要任务对以空调房间为主要调节对象的空调系统 的温度、湿度及其他有关参数进行自动检测；自动调节；有关信号的报警、连锁保护控制； 以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足工艺条件所要求的环境条件。,（2）空调系统自动控制的基本内容
5、：空调房间的温度、湿度、静压的检测与调节；新风干、湿球温度的检测与报警；一、二次混合风的检测、调节与报警；回风温度、湿度的检测；送风温度、湿度的检测与控制；表面冷却器后空气温度及湿度的检测与控制。,喷水室露点温度的检测与调节；喷水室或表面冷却器供水泵出口水温、水压的检测；喷水室或表面冷却器进口冷水温度的检测；空调系统运行工况的自动转换控制；空调、制冷设备工作的自动联锁与保护；喷水室或表面式冷却器用冷水泵转速的自动控制；空气过滤器进、出口静压差的检测与报警；,变风量空调系统送风管路静压检测及风机风量的检测、联锁控制；送、回风机的风量的平衡自动控制；冷源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、
6、信号报警、联锁保护等。热源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁保护等。设备的运行台数控制。与火灾报警和消防联动控制系统的联系。,3.集中空调系统自动控制系统的分类（1）按给定值分：可以分为恒值控制系统随动控制系统程序控制系统,（2）按系统的回路分类：单回路控制系统多回路控制系统（3）按系统的结构分类：开环系统闭环系统（4）按节能效果：变设定值控制新风补偿控制设备台数控制焓值控制,（5）按所使用的控制器种类： 1）模拟仪表自控系统模拟控制仪表一般适用于小规模空调系统,2）直接数字控制系统利用直接数字控制器、现场硬件（传感器、执行器）及其相应软件可以完成多台机组的自动控制。适
7、用于供热、制冷、空调工程中各类热交换站、冷冻站、新风机组、空调机组等常用设备的现场多参数、多回路的控制。有完善的控制软件，既可以独立工作，也可以接受中央站的监督控制，成为集散系统中的分站或分布式现场控制站。,4.集散型能量管理系统 计算机技术的发展，为集中空调系统的能源管理奠定了基础。集散型能量管理系统的能量管理和控制程序库可以在现场控制器内执行，即可以独立于中央站而运行，在中央站停止运行时，也不受影响。另外，这些程序可以通过同层总线，从其它控制器读取共享的输入，并用来控制本控制器的输出。,现场控制器支持下列能量管理程序：1）直接数字控制（DDC） 执行现场要求的操作顺序，用比例（P）、比例积
8、分（PI）或比例积分微分（PID）算法控制HVAC系统，自动调节加热、冷却、加湿、去湿、空调系统风量等凋节装置，以满足空调品质的要求。2）功率要求控制 在需求功率峰值到来之前，通过关掉事先选择好的设备，来减少高峰功率负荷。3）设备间歇运行 通过空调动力设备的间歇运行，来减少设备开启时间，从而减少能耗。,4）焓差控制 按新、回风焓值比较，充分、合理地利用新风能量和回收回风能量，控制新风量，决定新风阀门的开度，同时，相应控制回风阀门和排风阀门的开度。 5）设定值的再设定控制 根据新风温度，重新设定给定值，使之既减少室内外温差，又节约能量消耗（夏季工况）达到既舒适，又节能的目标。 6）夜晚循环 在下
9、班时间，降低空气品质，把温度维持在允许的范围内，降低能量消耗。,7）夜风净化 在夏季的夜晚，让室外的冷空气在建筑物内流通，使室内清新凉爽。8）最佳启动 在人员进入前，为使空间温度达到适宜值而稍微提前启动HVAC系统，以保证开始使用时房间温度恰好达到要求，减少不必要的能量消耗。9）最佳停机 在人员离开之前的最佳时刻关机，既能使空间维持舒适的水平，又能尽快地关闭设备以节约能量。,10）零能量区间 把室外温度分成加热区、零能量区和冷却区。零能量区定义了一个温度区间，在这个区间内不消耗加热或冷却能量。同样可以达到舒适温度范围。11）特别时间计划 为特殊日期，诸如假日，提供日期和时间安排计划。12）运行
10、时间监视 监视并累计设备运行时间（开或关的时间），并发出预先设定的、设备使用水平的信息。13）时间、事件程序 发生命令或根据启动、停机计划，点报警或点状态变化，触发标准的或定制的 DDC程序。,4.2 新风机组监控系统 4.2.1 新风机组监控系统 1.送风温湿度控制 被控量：送风温度（冬、夏） 操作量：冬季操作量、夏季操作量,新风机组模拟仪表自动控制系统原理图,系统组成：1）送风温度控制系统：温度传感器TE、冷/热盘管执行器TV-1冷/热盘管新风阀门TV-2组成。2）送风湿度控制系统：湿度传感器HE-1加湿器电动调节阀HV-l加湿器。,微压差开关 对车间或房间加正微压(5-10Pa)，选用2
11、000-60Pa微差压计。 检查粗、中、高效空气过滤器的过滤效果，选用2000-125、250Pa、500Pa或1KPa等差压计，随时观测过滤网的压差，以便更换过滤器。,小知识,工作原理 温度传感器TE将送风温度信号送至控制器TC-1，与设定值比较，根据比较结果按已定的控制规律输出相应的电压信号，通过转换开关TS-1按冬/夏工况控制电动调节阀门TV-1的动作，改变冷、热水量，维持送风温度恒定。 湿度传感器HE通过湿度控制器HC-1控制加湿阀HV-1，改变蒸汽量来维持送风湿度恒定。,其它1）送风温度控制系统与送风湿度控制系统一般采用单回路控制系统，控制器一般采用PI控制器。2）压差开关PdS测量
12、过滤网两侧的压差，通过压差超限报警器PdA发出声、光报警信号，通知管理人员交换过滤器或进行清洗。,3）联锁：新风阀门通过电动风阀执行机构TV-2与风机联锁，当风机启动后阀门自动打开；当风机停止运转，阀门自动关闭。4）TS为防冻开关当冬季加热器后风温等于、低于某一设定值时，TS的常闭接点断开，使风机停转，新风阀门自动关闭，防止盘管冻裂。当防冻开关恢复正常时，应重新启动风机，打开新风阀，恢复机组工作。,新风机组DDC自动控制流程图,压差开关应用:用于监测液体或气体的过压、真空、压差等状态,监测过滤网或风机状态;温度范围:-2085C 最大过压:10KPa 量程范围:20-200/40-100/40
13、-200/50-500/200-1000/500-2500/1000-4000Pa,量程内设定现场调节触点，寿命:至少1百万次封装:IP54,IP00,小知识,微压差开关吸合时所对应的压差可以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。,小知识,（1）监测功能: 1）风机的状态显示、故障报警。 送风机的工作状态是采用压差开关监测的，风机起动，风道内产生风压，送风机的送风管差压增大，差压开关闭合，空调机组开始执行顺序起动程序； 当其两侧压差低于其设定值时，故障报警并停
14、机。 风机事故报警（过载信号）采用过流继电器常开触点作为DI信号,接到DDC。,2）测量风机出口空气温湿度参数选用具有4-20电流信号输出的温、湿度变送器，接在DDC的AI通道上； 或选用数字温、湿度传感器接至DI输入通道上。温度传感器的测温精度应0.5，湿度传感器测量相对湿度的精度应0.5%。,3）测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换。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DDC。4）检查新风阀状况,以确定其是否打开。,（2）控制功能:1）根据要求启/停风机。2）自动控制蒸汽加湿器调节阀,使冬
15、季风机出口空气相对湿度达到设定值。,3）自动控制空气-水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值。控制原理同模拟控制仪表系统，所不同的是DDC控制器取代了模拟控制器。水阀应为连续可调的电动调节阀以控制风温，可以采用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,关小阀门。为了解准确的阀位还通过一路AI输入通道测量阀门的阀位反馈信号。可以采用1个控制器输出AO信号，连续调节电动调节阀以控制风温； 用DDC控制电动阀门时，对阀位有一定的控制精度要求，有的调节阀定位精度为2.5%，有的为1%。,4）可利用AO或DO信号控制新风电动风阀。,（3）联锁及保护功能:1）
16、冬季当某种原因造成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。2）风机停机，风阀、电动调节阀同时关闭；风机启动，风阀、电动调节阀同时打开。,（4）集中管理功能：1）显示新风机组起/停状况，送风温、湿度，风阀、水阀状态；2）通过中央控制管理机起/停新风机组，修改送风参数的设定值；3）当过滤器两侧之压差过大、冬季热水中断、风机电机过载或其它原因停机时，还可以通过中央控制机管理报警。4）自动/远动控制。风机的起/停及各个阀门的调节均可由现场控制机与中央管理机操作。,2.
17、室内温度控制 （1）适用系统：直流式系统；（2）温度传感器安装位置：1）设于被控房间的典型区域；2）排风系统。（置换通风系统）,3.送风温度与室内温度的联合控制 （1）适用系统：新风机组+风机盘管，且新风机组承担部分室内负荷。 （2）被控量：制冷工况：被控量以为送风温度为主；供热工况：被控量以为送风温度为主；过渡季节：被控量以为室内温度为主。,4.二氧化碳CO2 浓度控制 （1）适合于某些采用新风机组加风机盘管系统的办公建筑物中间歇使用的小型会议室等场所。 （2）控制方法：各房间均设CO2浓度控制器，控制其新风支管上的电动风阀的开度，同时，为了防止系统内静压过高，在总送风管上设置静压控制器控制
18、风机转速。,5.根据焓值控制新风量,A区：制冷工况，并且（新风焓回风焓），故应采取最小新风量，减少制冷机负荷。在此工况下，应根据室内空气CO2浓度控制最低新风量或给定最小新风量，以保证卫生条件的要求。 B区：制冷工况，并且，显然应采取最大新风量，充分利用自然冷源，以减轻制冷机负荷。,B区与C区的交界线：在此线上新风带入的冷量恰与室内负荷相等，制冷机负荷为零，停止运行。 C区：制冷工况，因室外新风焓进一步降低，此时可利用一部分回风与新风相混合，即可达到要求的送风状态。此时可不启动制冷机，完全依靠自然冷源来维持制冷工况。图中minOA线是利用最小新风量与回风混合可达到要求的送风温度。D区：即min
19、OA线以下，由于受最小新风量限制，空调系统进入采暖工况。该区使用最小新风量，从而减少热源负荷。E区：采暖工况，且新风焓比室内空气焓值高的工况。当然，这种情况出现的机率少。如遇此情况应尽量采用新风。,工作原理 TC-3根据新、回风温、湿度计算焓值，并比较新、回风焓值，输出0-10V（PI）信号控制执行机构，再通过机械联动装置使新、回、排风门按比例开启。,焓控制器输出与阀位的关系,说明：焓值控制器实质上是焓比较器。焓值控制器与阀门定位器配合，用一个控制器控制三个风门，实现分程控制。温、湿度传感器可以直接采用焓值传感器。,如果处于B区，新风阀处于最大开度，室温仍高于给定值，系统处于失调状态。为此应设
20、置室内温度控制系统，控制冷盘管的冷水阀门开度，随着冷负荷的减少，冷水阀门逐渐关小，当冷水阀门全关时，工况进入C区，按比例调节新、回风比例维持室内温度。热水阀与冷水阀开度由室内温度控制器控制。,焓值补偿控制系统,焓值DDC控制系统原理图,4.3风机盘管（FCU）,图4-10 风机盘管控制系统图 a）两管制 b）四管制,风机盘管温控器传感器组成：由弹性材料制成的感温膜盒，其内充有气、液混合物质。,小知识,工作原理它置于被测介质中感受温度变化，并从介质中取得能量，使膜盒内物质压力发生变化，膜盒产生形变。当温度上升时，膜盒产生的形变力克服微动开关的反力，可使微动开关接点动作。控制规律为双位控制。通过“
21、给定刻度盘”调整膜盒的预紧力来调整给定温度值。,1.控制方法: 风机转速控制和室内温度控制两部分，即可以通过控制盘管水量、气流旁通、风机转速或三者的结合.,（1）风机转速控制 目前几乎所有风机盘管风机所配电机均采用中间抽头，通过接线，可实现对其风机的高、中、低三速运转的控制。通常，三速控制是由使用者通过手动三速开关（如图中的4K）来选择的，因此也称为手动三速控制。,（2）室温控制 图4-10（a）是两管制系统，1K是总开关，2K为温度开关，3K为冬/夏转换开关，图中位置为冬季工况，室内温度低于设定值时的状态，电磁阀接通。图4-10（b）是四管制风机盘管控制系统，图中位置为夏季工况。,（3）冬/
22、夏转换1）冬/夏转换的措施有手动和自动两种方式。2）四管制系统，一般应采用手动转换方式。,3）两管制系统，有3种常见做法：温控器手动转换 在各个温控器上设置冬/夏手动转换开关，使得夏季时供冷运行，冬季时供热运行。统一区域手动转换 对于同一朝向、或相同使用功能的风机盘管，如果管理水平较高，也可以把转换开关统一设置，集中进行冬/夏工况的转换。自动转换 如果使用要求较高，而又无法做到统一转换，则可在温控器上设置自动冬、夏转换开关。这种做法的首要问题是判别水系统当前工况，当水系统供冷水时，应转到夏季工况；当水系统供热水时，应转到冬季工况。一个较为可行的方法是在每个风机盘管供水管上设置一个位式温度开关，
23、其动作温度为：供冷水时12，供热水时3040（根据热水温度情况设置），这样就可实现上述自动转换的要求。,2.风机盘管温度控制规律（1）采用位式控制规律特点： 设备简单、投资少，控制方便可靠，缺点是控制精度不高；（2）采用P或PI控制规律。特点： 控制精度较高，但它要求电动水阀也应采用调节式的而不是位式，因此投资相对较大。,从目前的实际工程及产品来看，在小口径调节阀（DN15、DN20）中，其阀芯运动行程都只有10mm左右，因此，阀门的可调比较小，使实际调节性能与位式阀相比优势并不特别突出；从另一方面来看，由于风机盘管是针对局部区域而设的，房间通常负荷较稳定，波动不大，且民用建筑物对精度的要求不
24、是很高，因此，一般的位式控制对于满足（1-1.5）的要求是可以做到的，所以，大多数工程都可采用位式控制方式。只有极少数要求较高的区域，或者风机盘管型号较大时，才考虑采用比例控制。,小知识,风机盘管温控器都应设于室内有代表性的区域或位置，不应靠近热源、灯光及远离人员活动的地点。三速开关则应设于方便人操作的地点。在酒店建筑物中，为了进一步节省能源，通常还设有节能钥匙系统，这时风机盘管的控制应与节能钥匙系一统协调考虑。,小知识,4.4 空调机组自动控制系统,4.4.1 定风量空调自动控制系统,向室内送冷（或热）风，送入室内的冷量（或热量） 为,当送风量一定时，改变送风温度来改变送入室内的冷量（或热量
25、）的空调系统为定风量空调系统。,1.变露点自动控制系统,露点送风夏季工况 图,变露点空调机组模拟仪表 控制原理图,4.4.1 定风量空调自动控制系统,变露点自动控制系统组成：由温度与湿度两个单回路控制系统组成。1）温度控制系统由温度传感器、冷/热盘管、执行器V-1（带阀门定位器）以及房间对象组成。2）湿度控制系统由湿度传感器、加湿器、执行器V-2以及房间对象组成。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,注意以下几点：为了测量房间温、湿度，可以在房间代表点设置温、湿度传感器，也可以在回风管道内设计温、湿度传感器，用以测量房间内的平均温、湿度。 由于室内的热、湿负荷并不是恒定值，露点值随室内余热余湿
26、变化而变化，故该系统称之为变露点温度控制系统。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,二管制定风量空调系统的监控图,4.4.1 定风量空调自动控制系统,4.4.1 定风量空调自动控制系统,（1）检测内容：1)空调机新风温、湿度。 2)空调机回风湿、湿度。分别在DDC和中央站上显示。3)送风机出口温、湿度。分别在DDC和中央站上显示，当超温、超湿报警。4)过滤器压差超限报警。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,5）防冻报护控制采用防冻开关监测表冷器前风温，当温度低于5报警，提醒维护人员（或联锁）采取防冻措施。如果风道内安装了风速开关，还可以根据它来预防冻裂危险。当风机电机由于某种故障停止，而风机
27、开启的反馈信号仍指示风机开通时，或风速开关指示风速度过低，也应关闭新风阀，防止外界冷空气进入。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,6）送风机、回风机状态显示、故障报警。送风机的工作状态是采用压差开关监测的，风机起动，风道内产生风压，送风机的送、回风管差压增大，差压开关闭合，空调机组开始执行顺序起动程序。 7）回水电动调节阀、蒸汽加湿阀开度显示。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,（2）自动控制内容 1）空调回风温度自动控制系统。任务：控制室内温度满足设计工况。原理：它把测量的回路温度送入DDC控制器与给定值比较，根据偏差，由DDC按PID规律调节冷/热盘管回水调节阀开度以达到控制冷水（或热
28、水）水量，使夏天房间温度保持在一定值（一般低于28），冬季则一般高于16。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,注意室内温度的传感器优先设置在典型房间内。当控制室内温度的传感器设于机房的回风道上，由于热交换效应，回风温度不同于室内温度，因此在这种情况下，通常应对所控制的温度设定值进行一定的修正。如对于从吊顶上部回风的气流组织方式，如果要求室温为24，则控制的回风温度可根据房间内热源清况及房间高度等因素而设定在24.5-25。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,新风补偿控制系统特点： 室温（或采暖热水供水温度）给定值随室外温度有规则的变化，它既能改善房间舒适状况，又能节约能源。,新风补偿实例
29、冬季补偿比 夏季补偿比,可将新风温度作为前馈信号，组成新风补偿自控系统,4.4.1 定风量空调自动控制系统,2）回风湿度控制系统回风湿度控制与温度控制相同，湿度传感器应优先考虑设于典型房间区域或回风管道上。由于房间的湿容量比较大，因此，无论采用何种加湿媒介（蒸汽或水）以及何种控制方式（比例式或双位式） 湿度传感器的测量值都是相对比较稳定的。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,3）新风电动阀、回风电动阀及排风电动阀的比例控制。把回风温、湿度传感器和新风温、湿度传感器信号输入DDC控制器，进行回风及新风焓值计算，按新风和回风的焓值比例控制回风阀的比例开度。由于新风量占送风量的 30左右，排风量应
30、等于新风量，故排风阀的开度也就是新风阀的开度。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,（3）联锁控制空调机组起动顺序控制。送风机起动新风阀开启回风机起动排风阀开启回水调节阀开启加湿阀开启。空调机组停机顺序控制。送风机停机关加湿阀关回水阀停回风机新风阀、排风阀全关回风阀全开。火灾停机。火灾时，由建筑物自动控制系统实施停机指令，统一停机。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,2.定露点自动控制系统 （1）空气处理过程及控制点的选择,冬季 1.室内空气状态； 2.室外空气状态； 2”.一次加热后状态； 3. 混合点； 4.露点； 5.送风状态夏季1.室内空气状态；2.室外空气状态；3.混合点；4.露点
31、；5.送风状态；,空气处理过程,4.4.1 定风量空调自动控制系统,（2）控制原理图 1）露点温度控制系统,露点温度DDC控制系统,4.4.1 定风量空调自动控制系统,组成：该系统由温度传感器 TE-1、控制器TC-1，电动双通阀V-1，加热器SR-1，电动三通阀V-2和淋水室等组成。工作原理：夏季。露点温度传感器TE-1的信号送至控制器，控制器根据偏差信号按已定的控制规律（一般是PI）控制电动三通阀V-2动作，改变冷水与循环水的混合比（即改变供水温度）来自动控制“露点”温度。冬季。则是通过电动双通阀V-l控制一次加热器的热水流量（量调节），使经过一次混合后的空气加热到等焓线上，再经淋水室绝热
32、加湿，维持“露点”温度恒定。由于“露点” 的相对湿度已接近95，所以只要“露点”温度恒定，“露点”空气状态点4也就恒定了。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,露点温度模拟控制系统,4.4.1 定风量空调自动控制系统,2）送风温度控制系统组成： 温度传感器TE-2 控制器TC-2 电动双通阀V-3 加热器SR-2 送风管道组成控制器规律：一般采用 PI控制规律。作用：主要是对二次加热器SR-2的控制。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,3）室温控制系统室温a区控制系统组成：a区传感器TE-a、控制器TC-6、电压调整器TK-5（通过改变施加在电加热器上的电压来改变电加热量）、电加热器aDR及
33、a区对象组成。控制器采用 PID控制规律。室温b区控制系统组成：相对应的控制设备及b区对象组成。,4.4.1 定风量空调自动控制系统,4.4.2 变风量空调自动控制系统,变风量末端装置,典型的VAV系统,典型VAV系统控制环节与控制策略,4.4.2 变风量空调自动控制系统,变风量末端的控制方式: 气动式控制 模糊控制 DDC控制,4.4.2 变风量空调自动控制系统,1.变风量末端装置控制功能（重点） 测量控制区域温度，通过末端温度控制器设定末端送风量值。 测量送风量，通过末端风量控制器控制末端送风阀门开度。 控制加热装置的三通阀或控制加热器的加热量。控制末端风机启停(并联型末端)。 再设空调机
34、组送风参数（送风温度、送风量或者送风静压值）。 上传数据到中央控制管理计算机系统或从中央控制管理计算机系统下载控制设定参数。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,2.变风量末端装置分类1）按照是否补偿系统送风压力变化分 压力相关型（pressure dependent） 压力无关型(pressure independent) 压力无关型变风量末端装置的送风量仅与室内负荷有关，与系统送风压力无关，可以较快的补偿送风压力的变化；2）按有无风机分 基本型 风机动力型（FPB-Fan Powered Box） 串联风机型 并联风机型3）按单、双风道分 有单风道型 双风道型,4.4.2 变风量空调自动控
35、制系统,4)单风道基本型变风量末端装置（a）组成： 进风管 风量采样器 风阀 箱体 送风量的测量：十字形毕托管风速仪,4.4.2 变风量空调自动控制系统,a) b) 单风道基本型变风量末端装置a)控制原理示意图 b)控制特性,TC为末端装置的温度控制器，FC为末端装置风量控制器，V为末端装置的风阀执行器。,在夏季，按曲线1运行。在冬季，按曲线2运行,4.4.2 变风量空调自动控制系统,串级控制系统 ：,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（b）串级控制系统控制原理： 温控器TC的输出为此时房间所需的送风量（风量设定值），送给风量控制器FC ； FC根据风量的实测值与设定值之差去控制风阀的开度，
36、使送入房间的冷(热)量与室内的负荷相匹配。（压力有关与压力无关） （c）特点: 串级控制系统与单回路控制系统相比，结构上增加了一个副控制回路，其特点是可改善对象特性，抗干扰能力强，从而提高了系统的控制质量。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,5)风机动力型变风量末端装置(1)串联式风机动力型变风量末端装置,串联式风机动力型变风量末端装置 a) 控制原理示意图 b) 控制特性（带再加热）,4.4.2 变风量空调自动控制系统,b）工作原理： 末端风机连续运转来克服末端阻力，满足送风量和气流组织的需要。 一次风经过末端装置内的调节风阀后，与吊顶内回风（也称为二次风）混合经风机送入室内。 一次风和二
37、次风的风量都根据控制器的指令按比例地变化，二者的总风量保持恒定。 通过改变送风温度来调节室内温度，并且通过直接数字控制技术同时控制风量和加热设备加热量，以保证控制达到最优操作。,a)基本组成： 风机动力型变风量末端装置是在基本型变风量末端装置中加设风机的产物。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,c）特点： 可以同时实现外区供暖内区供冷的大型建筑； 具有很好的气流组织形式（风机连续运行）； 串联型末端常与传统散流器风口配合，用于低温送风（大温差）系统。与低温相结合的VAV系统可降低送风量、设备容量和管道尺寸等，从而得到进一步节电降耗； 在低温送风系统中应注意在末端箱体内加绝热内衬，以防当低温空
38、气流过时使金属外表面出现结露现象。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（2）并联型,并联式风机动力型变风量末端装置a) 控制原理示意图 b) 控制特性（带再加热）,4.4.2 变风量空调自动控制系统,a）工作原理： 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组处理的一次空气（新风）相混合，然后送入空调房间。 只有二次风经过末端风机。 末端风机为间断式运行方式，随着房间的负荷变化来起停风机。一次风根据供冷需求运行，再循环风机则是根据供热需求运行。当房间需要热负荷时，一次风为最小设定送风量，送入房间的总风量为最大风量的50%-67%； 房间需要冷负荷时，增加一次风来满足房间冷量
39、。 当达到最大值时，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。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,b）特点： 并联型末端装置能同时实现外区供暖内区供冷的情况，但送风量减小也可能影响室内气流组织。 并联型末端虽然也带有风机，但风机动力小而且风机间断运行，在风机不运行期间，可能不会保证良好的室内气流组织，且有可能会出现冷气流直接下沉现象。 与串联型相比，间断式运行的并联末端不宜用于低温送风系统。 由于只有二次风经过风机，风机处理风量小、噪音小、能耗低。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,(3)VAV系统带来的新的控制问题: 由于各房间风量变化，空调机的总风量将随之变化，如何控制
40、送风机转速使之与变化的风量相适应，以保证系统的静压满足系统要求，这是变风量系统十分重要的控制环节? 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? 如何确定空气处理室送风温、湿度的设定值? 如何调整新、回风阀,使各房间有足够的新风?,4.4.2 变风量空调自动控制系统,3.送风机的控制 （1）定静压法 （变温） 在送风系统管网的适当位置(常在离风机约2/3处)设置静压传感器，以保持该点静压固定不变为前提。 通过不断的调节空调箱送风机的工作电源频率来改变空调系统的送风量。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,定静压控制原理图 TC温度控制器；PC静压控制器；INV
41、变频器；T温度传感器；V执行器.,4.4.2 变风量空调自动控制系统,1）控制原理： 在保证系统风管上某一点(或几点平均，常在离风机约2/3处)静压一定的前提下，室内要求风量由VAV所带风阀调节； 系统送风量由风管上某一点(或几点平均)静压与该点所设定静压的偏差按已定的控制规律控制变频器，通过变频器调节风机转速来确定； 同时还根据送风温度控制器改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,2）特点： 由于系统送风量由某点静压值来控制，不可避免会使风机转速过高，达不到最佳节能效果； 同时当VAV所带风阀阀门开度过小时，气流通过噪声加大，影响室内环境。 在管网较复杂
42、时，静压点位置及数量很难确定，往往凭经验，科学性差，且节能效果不好。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（2）变静压法（最小静压法） 控制思想： 尽量使VAV风阀处于全开(80%-90%)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。,控制原理： 根据变风量末端风阀的开度，阶段性的改变风管中压力测点的静压设定值，在适应流量要求的同时，控制送风机的转速，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机能量。,静压设定值由阀位信号决定，每个末端均向静压设定控制器发出阀位信号。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,变静压控制原理图,4.4.2 变风量空调自动控制系统,风量末端
43、装置的风阀是全部处于中间状态系统静压过高（系统提供的风量大于每个末端装置的需要的风量）调节并降低风机转速。 变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量等于温控器设定值系统静压适合。 变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值系统静压偏低调节并提高风机转速。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,常见3种情况,变静压法与定静压控制方法比较： 具有节能效果明显，控制精度高，房间的温湿度效果更好 增加了空调机组的风量与温度设定值的再设问题，使控制更加复杂，调试更加麻烦。 风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要
44、达到房间设定值有一段小幅波动过程。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（3）总风量控制法,压力无关型变风量 末端控制原理图,T各房间的温度状况，被控量；Tg房间的温度的设定值； F为末端所测的风量；Fg温度PID控制器根据房间温度偏差设定的一个合理的房间要求风量，反映了该末端所带房间目前要求的送风量。,所有末端设定风量之和显然是系统当前要求的总风量。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,1）风机转速与风量的控制关系式：,各末端的相对设定风量,各末端相对设定风量的平均值；,设计工况下的设定风量，由房间温度PID控制器输出 的控制信号设定；第个末端的设计工况下的风量。,为第 个末端,设计工况下风
45、机设计转速；,自适应的整定参数，缺省值为1.0,安全系数。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,2）特点：总风量控制法可以避免压力控制环节，能很好的降低控制系统调试难度，提高控制系统稳定性和可靠性。节能效果介于变静压控制和定静压控制之间，并更接近于变静压控制，亦可避免大量风阀关小引起的噪声。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,4.回风机的控制 1）控制目的： 使回风量与送风量匹配，保证房间不会出现太大的负压或正压。,2）控制方法： 同时测量总送风量和总回风量，调整回风机转速使总风量略低于总送风量，即可维持各房间稍有正压。测量总送风量和总回风道接近回风机入口静压处静压，此静压与总风量的平方成正
46、比，由测出的总送风量即可计算出回风机入口静压设定值，调整回风机转速使回风机入口静压达到该设定值，即可保证各房间内的静压。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,5.送风参数的确定 将各房间温度、风量及风阀位置全测出来进行分析，才能确定送风温度需调高或降低。,6.新风量的控制 新风管道上安装风速传感器，调节新风和排风阀,使新风量在任何情况下都不低于要求值。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,4.4.2 变风量空调自动控制系统,二管制变风量（VAV）DDC控制原理图,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（1）检测内容：新风、回风、送风温度；C02浓度风管静压过滤器堵塞信号防冻信号变频器频率；风机和
47、变频器的工作、故障状态；风机启停、手自动状态。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,2）送风机的控制根据风道静压的变化，DDC通过变频器随时调整风机转速当送风机的转速降至设定的最小转速时，根据回风温度调节加热/冷却器电动阀的开度。湿度是通过调节蒸汽加湿器电动阀的开度来保证其设定值,（2）控制原理及方法： 1）末端设备控制 控制器根据房间内温度传感器检测的温度值与设定值之差来修正风量的设定值，风阀根据实测的风量与风量设定值之差进行调整。以维持房间温度不变。,3）根据C02浓度调节新风和回风之混合比例。4）按照排定的工作程序表，DDC按时启停机组。,4.4.2 变风量空调自动控制系统,（3）联锁及保护：风机启停；风阀、电动调节阀联动开闭；风机运行后，其两侧压差低于设定值时故障报警并停机；过滤器两侧之压差过高超过设定值时，自动报警；盘管出口处设置的防冻开关，在温度低于设定值时，报警并开大热水阀,
