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        基于Alerton的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端控制程序的研究

        2011-07-07 08:20:02北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院李炎鋒李俊梅
        智能建筑與智慧城市 2011年11期
        關(guān)鍵詞:利用設(shè)計(jì)

        文|北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 張 寧 李炎鋒 李俊梅

        北京軍區(qū)空軍勘察設(shè)計(jì)院 胡世陽

        1 引言

        變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代的美國,因可以持續(xù)根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整送風(fēng)量,大幅降低送風(fēng)機(jī)的能耗,相比定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)具有更為明顯的節(jié)能效果而被廣泛應(yīng)用。除去設(shè)備選型的問題外,變風(fēng)量末端控制程序的優(yōu)劣也對系統(tǒng)控制效果有著直接的影響。在工程應(yīng)用中,存在著由于變風(fēng)量末端調(diào)節(jié)性能較差,造成整個(gè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)控制不穩(wěn)定、超調(diào)過大、調(diào)節(jié)時(shí)間過長......使用效果達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期的問題[1]。西安建筑科技大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等做了大量有關(guān)變風(fēng)量末端控制器、變風(fēng)量控制程序的研究[2]。

        2 變風(fēng)量末端裝置

        VAV空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的典型內(nèi)容是由VAV末端裝置來根據(jù)室內(nèi)要求進(jìn)行送風(fēng)量控制。常用變風(fēng)量末端可按照控制方法分為壓力無關(guān)型和壓力有關(guān)型兩種[3]。

        (1)壓力無關(guān)型末端風(fēng)口(Pressure independent)

        末端入口壓力變化時(shí),通過末端的風(fēng)量也將發(fā)生變化。壓力無關(guān)型末端可利用風(fēng)速傳感器計(jì)算出實(shí)際的空氣流量;通過風(fēng)量調(diào)節(jié)回路,根據(jù)風(fēng)量的偏差快速地補(bǔ)償壓力的變化,維持原有風(fēng)量。

        (2)壓力有關(guān)型末端風(fēng)口(Pressure dependent)

        壓力有關(guān)型末端利用溫度控制器直接控制風(fēng)閥開度,而不設(shè)風(fēng)量傳感器和控制器。末端對于壓力的影響要等到室內(nèi)溫度隨風(fēng)量的變化而改變以后才會有所反映,在時(shí)間上有較大滯后性。

        3 變風(fēng)量末端控制程序

        按照壓力無關(guān)型末端考慮,變風(fēng)量末端控制程序的控制邏輯主要分為房間所需風(fēng)量控制和房間風(fēng)閥開度控制兩部分,控制內(nèi)容主要為:

        ◆ 利用末端控制器設(shè)定送風(fēng)溫度值、送風(fēng)量值;

        ◆ 利用溫度傳感器采集控制區(qū)域?qū)嶋H溫度;將之與設(shè)定溫度進(jìn)行對比,得出偏差;據(jù)此,利用PID控制器計(jì)算得出送風(fēng)量;

        ◆ 對PID控制器計(jì)算出的送風(fēng)量與設(shè)計(jì)的最大、最小送風(fēng)量進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換,得出室內(nèi)所需送風(fēng)量;

        ◆ 利用風(fēng)量傳感器采集房間實(shí)際風(fēng)量;將之與室內(nèi)所需送風(fēng)量進(jìn)行對比,得出偏差;據(jù)此,利用PID控制器計(jì)算出風(fēng)閥開度;

        ◆ 上傳數(shù)據(jù)到中央控制管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或從中央控制管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下載控制設(shè)定參數(shù)。

        控制流程如圖1所示。

        其中,最大、最小風(fēng)量值設(shè)定尤為重要,對系統(tǒng)的控制效果有著決定性的影響。最大送風(fēng)量計(jì)算采用顯熱—溫差法。各變風(fēng)量末端裝置所對應(yīng)的溫度控制區(qū)的熱濕比不盡相同,當(dāng)各溫度控制區(qū)的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)干球溫度相同時(shí),末端裝置的送風(fēng)溫差也相同,末端裝置的最大風(fēng)量與所對應(yīng)溫度控制區(qū)的顯熱負(fù)荷成線性關(guān)系[4]:

        式中,GS為末端裝置送風(fēng)量,單位為kg/s;QS為溫度控制區(qū)的顯熱負(fù)荷,單位為kW;tN為溫度控制區(qū)的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)干球溫度,單位為℃;tS為溫度控制區(qū)的送風(fēng)干球溫度,單位為℃。

        變風(fēng)量末端裝置的設(shè)計(jì)最小風(fēng)量通常取設(shè)計(jì)最大風(fēng)量的30%~40%。

        (1)房間所需風(fēng)量控制程序

        房間所需風(fēng)量控制程序如圖2所示。圖中,變量AV-67代表房間所需的最大風(fēng)量,AV-69代表房間所需的最小風(fēng)量,AI-0為房間實(shí)際溫度,AV-90為房間設(shè)定溫度。設(shè)計(jì)最大風(fēng)量及最小風(fēng)量均根據(jù)各房間設(shè)計(jì)冷負(fù)荷,通過計(jì)算確定。具體設(shè)計(jì)思路為:利用溫度傳感器采集房間內(nèi)的實(shí)際溫度,利用模擬值比較模塊(COMPARATOR)判斷AI-0是否處于AV-90±0.2℃的范圍內(nèi),進(jìn)而確定房間所需的實(shí)際送風(fēng)量(AI-4)。

        ①當(dāng)AI-0處于AV-90±0.2℃范圍內(nèi)時(shí),實(shí)際房間送風(fēng)狀態(tài)保持當(dāng)前狀態(tài);根據(jù)AI-0與AV-90的偏差,利用PI控制模塊調(diào)節(jié)送風(fēng)量,再利用線性輸出模塊(LINEAR SCALER)對PID控制器計(jì)算出的送風(fēng)量與設(shè)計(jì)的最大、最小送風(fēng)量進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換,計(jì)算出室內(nèi)所需送風(fēng)量。

        ②AI-0低于AV-90±0.2℃范圍下限,且持續(xù)5分鐘,說明送風(fēng)量已經(jīng)足夠,應(yīng)關(guān)閉送風(fēng)閥。

        ③AI-0高于AV-90±0.2℃范圍上限,說明需要增大送風(fēng)量,此時(shí)應(yīng)根據(jù)AI-0與AV-90的偏差,利用PI控制模塊調(diào)節(jié)送風(fēng)量,再利用線性輸出模塊對PID控制器計(jì)算出的送風(fēng)量與設(shè)計(jì)的最大、最小送風(fēng)量進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換,計(jì)算出室內(nèi)所需送風(fēng)量。

        (2)房間風(fēng)閥開度控制程序

        房間風(fēng)閥開度控制程序,如圖3所示。圖中,AI-10為房間變風(fēng)量末端自帶的畢托管流量計(jì)測量的實(shí)測風(fēng)量——因該流量計(jì)有測量誤差,經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)測試后用變量AV-12及數(shù)值3.6來修正,變量AV-13為修正后的實(shí)測風(fēng)量。具體設(shè)計(jì)思路為:當(dāng)AV-13不在AV-4±3%的范圍內(nèi)時(shí),以AV-4為PI計(jì)算模塊中的設(shè)定值進(jìn)行PI計(jì)算,求得并輸出房間風(fēng)閥開度。

        圖1 控制流程圖

        圖2 房間所需風(fēng)量控制程序示意圖

        圖3 房間風(fēng)閥開度控制程序示意圖

        4 結(jié)束語

        上述變風(fēng)量系統(tǒng)末端控制程序應(yīng)用于北工大智能建筑實(shí)驗(yàn)臺后,在空調(diào)房間設(shè)定溫度為24℃時(shí),利用溫度傳感器采集到的室內(nèi)實(shí)際溫度為23.5~24.5℃,符合舒適性空調(diào)的要求。該程序由Alerton軟件中的Visual Logic編程軟件編輯而成,以模塊化形式顯示,結(jié)合末端控制流程,可讀性強(qiáng),而且支持根據(jù)實(shí)際情況利用Alerton軟件更改設(shè)定參數(shù)以與時(shí)變性極強(qiáng)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相適應(yīng),對實(shí)際工程建設(shè)具有一定的參考作用。

        1 孫晴.VAV中央空調(diào)末端控制器的開發(fā)研究[D].西安建筑科技大學(xué),2009.

        2 胡世陽,李炎鋒,張寧.基于Alteron的VAV空調(diào)主機(jī)中變靜壓控制程序的開發(fā)[J].智能建筑與城市信息,2011(3):81-85.

        3 黃治鐘.樓宇自動化原理[M].中國建筑工業(yè)出版社,2003.

        4 葉大法.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].中國建筑工業(yè)出版社,2007.

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