VAV控制器（共7篇）
VAV控制器 篇1
1 引言
在VAV变风量系统中, 特殊条件下的控制系统和控制模式非常重要, 是保证VAV系统稳定工作的重要手段, 本文就高大空间场所VAV变风量系统中暖通设计方面几个易于出现的难题进行交流和探索。
2 VAV变风量系统中高大空间场所的温度均匀与局部温度控制
办公楼、酒店、展览馆、机场等建筑, 经常有高大空间场所, 其温度及局部温度控制成为难题。
从原理上讲, VAV变风量空调系统对室内空气温湿度、CO2浓度的控制通过送回风系统实现, 送回风系统能否营造良好的室内气流组织是决定室内环境能否达到设计要求的关键, 因为实现高大空间室内温度场均匀分布, 要求空气调节区的气流组织良好。
空气调节区的气流组织, 指的是通过合理地布置送风口和回风口, 使空调机送出的空气, 由送风口不断进入空调区, 与室内空气混合、置换, 能够均匀地消除空调区的余热余湿, 并由回风口连续抽走室内被置换的空气, 从而维持室内空气平衡, 使空调区内获得符合设计要求的, 比较均匀稳定的温湿度、气流速度和洁净度。
较为常见的高大空间气流组织形式和送风方式如下:
◆顶部送风, 顶部回风, 送风方式有喷口送风、旋流送风;
◆侧向送风, 上送下回, 送风方式有喷口送风、百叶送风;
◆下部送风, 包括置换通风、地板送风、岗位送风等, 风口型式有置换通风口、地板散流器。
2.1 高大空间场所送风系统通常需要解决的关键点问题
(1) 采用顶送顶回气流组织方式的高大空间, 需注意上部回风口可能对附近送风口的送风气流产生影响, 造成局部短路。
(2) 在演艺厅等远离舞台方向的观众席逐渐升高, 随着舞台距离的增大, 观众席 (即工作区) 与送风口的距离会逐渐减小。因此, 应将远离舞台的送风口和舞台附近的送风口区别对待, 否则会造成距离风口近的观众席风速过高, 局部过冷。应该调整此处的风口送风方向或另行选择合适的风口尺寸及位置。
(3) 均匀的送风分配是良好的气流组织的重要保证, 需在送风静压箱的主干管分支处设置调节阀, 在线形风口送风软管处设置蝶阀, 对带数个风口的中间支管同样设置风量调节装置, 以保证实现各风口均匀送风。
(4) VAV变风量空调机均为变频风机, 在实际运行中, 当负荷减小时, 应保证气流组织在不受明显影响的前提下减小送风量 (即采用风优先控制策略) , 如无法保证, 则应优先减小送风温差来适应负荷变化 (即采用水优先控制策略) 。
(5) 对于采用上送风方式的风口, 应进行气流射程和风速验算, 校核气流射程是否能够达到地面上空2m, 以及工作区风速是否满足舒适要求。
(6) 在高大空间内常选用串联风机动力型末端, 以便维持末端送风量的稳定, 保持设计状态的气流组织。
2.2 高大空间场所局部温度控制采取的方法
高大空间的小范围局部温度控制调节难以通过上部送风的方式实现, 这是因为上部送风并非直接送风至工作区, 局部改变某个末端的送风状态对此风口负责区域的空气参数有一定影响, 但此区域同时也受到大空间其他区域的影响, 因此无法精确控制。
不过, 对大空间内一定区域的整体控制则能够实现。首先, 应在设计时明确哪些区域有独立控制的要求, 将整个大空间按照控制要求划分区域, 对不同区域分别布置送风主管、回风主管 (只在不同区域可能有临时隔断时分设, 如大空间始终是一个整体, 则对大空间统一回风即可) , 并在送风主管、回风主管上设置电动风阀, 根据区域使用情况确定电动风阀的启闭, 同时使空调机送、回风机根据电动风阀开启状况变频运行。区域电动风阀的开度也可根据区域温度传感器测得的温度进行调节, 可在一定程度上实现区域的独立温度控制。
需要指出的是, 当大空间所有区域中的空调机组DDC控制器均检测到电动阀开度减小现象时, 应通过空调机变频统一减小送风量, 以节约风机耗电;或通过空调机统一调整送风温度, 维持稳定的送风量保证气流组织。
3 VAV变风量回风系统的风量平衡问题的解决方法
(1) 国内常见的VAV变风量系统空调形式有:
◆单风机空调机+多层共用的总排风机和总新风机;
◆双风机空调机+多层共用的总排风机和总新风机。
(2) 为保持变风量系统风量平衡, 可以采取如下措施:
(1) 单风机空调机组:通过保持总新风管道正压值、总排风管道负压值 (通过压力测点测得的压力值控制总送、排风机的变频实现) , 以及设定新风管、排风管定风量阀设定值, 控制系统新风量、排风量, 保证回风量与送风机变速同步波动根据室内外压差传感器测量值, 调整排风管定风量阀设定值 (须保证新风管定风量阀设定值大于排风管定风量阀设定值) , 维持室内正压。
(2) 双风机空调机组 (如图1所示) :通过总新、排风机的控制, 保证总新、排风管道压力的稳定。空调机送风机、回风机连锁控制, 同开同关, 同步变频变速控制;同时, 根据室内外压差传感器测量值, 调整回风机频率, 当室内外压差大于10Pa时提高回风机频率, 当室内外压差小于5Pa时降低回风机频率。
双风机空调机组结构图
4 VAV变风量新风系统控制的基本原则
在空调季尽量减小新风处理负荷, 措施是保持最小新风量运行, 并通过转轮回收装置进行全热回收。
在过渡季保持最大新风量运行, 尽量利用天然冷源给室内供冷。
在空调季中, 以最小新风比运行时, 因负荷减小, 如果由于总送风量减少导致新风量偏低、CO2浓度超标, 需调整新、排风比例, 提高新风比, 保证新风量。
下面以深圳市的一个建筑项目为例, 通过气象情况分析VAV变风量系统在过渡季的全新风运行状况及控制策略。 (分析采用的逐时气象参数为深圳市标准典型气象年参数, 其数据来源为中国气象局与清华大学联合开发的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。图2、图3为深圳市室外全年逐时干球温度、含湿量曲线图, 图4为根据逐时干球温度、含湿量计算出的逐时室外空气焓值曲线。)
深圳市室外空气逐时干球温度曲线图
深圳市室外空气逐时含湿量曲线图
深圳市室外空气逐时焓值曲线图
由气象数据可知, 深圳市过渡季室外空气最低温度为5℃左右, 焓值低达20kJ/kg.干, 新风运行有三种情况:
(1) 新风焓值较室内焓值低很多, 部分新风运行 (新风机、送风机均变频) , 新风即可完全消除室内负荷, 不开启冷冻机制冷, 无回风。
(2) 新风焓值较室内焓值低, 最大新风运行, 新风可完全消除室内负荷, 不开启冷冻机制冷, 无回风;
(3) 新风焓值较室内焓值低, 最大新风运行也不能完全消除室内负荷, 开启冷冻机辅助制冷, 无回风。
需要指出的是, 新风焓值较室内焓值低时, 全新风运行能节省部分制冷量, 但是新风机耗电却增加, 因此需要确定一个合理的启动全新风的新风焓值, 使得节省的冷机电耗大于风机电耗。如果设定的新风焓值过低, 全新风运行的时间过短, 不能充分利用新风冷量;反之, 设定焓值过高, 节省的冷机电耗不能抵消风机电耗, 反而费能。因此, 由最小新风切换到最大新风的控制策略的关键是确定室内设定焓值。对本项目全新风风机的配备进行初步计算, 当回风焓值大于新风焓值5kJ/kg.干时, 即可启用全新风运行。表1给出了不同室内设定焓值对应的全新风运行时间情况 (计算时已经将国家法定节假日从建筑使用时间中去除, 上班时每天使用时间为7时至20时) 。
此项目具体的全年新风系统控制策略如下:
(1) 空调季节, 当回风温度低于室外新风温度4℃且回风焓值低于新风焓值4k J/kg.干时, 启动转轮热回收装置, 进入排风热回收工况;当回风温度低于室外新风温度不足4℃的情况持续一段时间后, 停止运行转轮热回收装置, 转入旁通新风工况。
(2) 空调季节, 新风机、排风机维持最小新风比运行。当回风的CO2浓度高于设定值时, 提高新、排风定风量阀风量 (CAV) 设定值, 增加新风量;当回风CO2浓度低于设定值下限时, 减小新、排风定风量阀 (CAV) 风量设定值, 减小新风量。
(3) 当室外空气焓值低于启动全新风的设定焓值 (室内设计焓值减5kJ/kg.干) 时, 进入全新风工况, 开启空调机过渡季新风阀, 关闭回风阀, 连锁开启全部总新风机、总排风机。
当全新风不能完全消除室内余热时, 根据室内温度控制空调机水阀开度;当全新风可完全消除室内余热时, 关闭空调机水阀。
当新风温度过低时, 根据室内温度值调节新风阀、回风阀, 减少新风量, 增加回风量, 新风机、送风机变频运行。
(4) 在全新风工况运行时, 若室外空气焓值高于启动全新风的设定焓值, 则停止全新风运行, 转入最小新风量运行, 进入空调季节工况。
对全新风、最小新风工况的转换不宜过于频繁, 每天不应超过一次, 系统切换策略需保证系统的稳定性。
5 对于VAV变风量系统中风量测量单元种类的建议
如果变风量系统采用定静压控制, 静压传感器的安装位置 (通常选在送风管路离风机2/3距离处) 及其精度将直接影响系统的控制精度。
静压传感器经常因受到空气脏堵或安装偏差的影响, 出现静压不准确的现象, 而与此相比, 风量测量单元装置FMS (Air Flow Measuring Station) 则较为理想。FMS的精度远高于静压传感器, 并且直接输出风量信号, 消除了空调机组DDC在风量计算环节的误差, 可大大提高变风量控制的精度。
FMS设备可以按照相应位置的送风管路对其规格尺寸的要求进行匹配生产和安装。其原理是通过在风管中安装平均风速传感器和静压传感器, 精准地算出相应的风量和静压, 并且采取空气过滤措施, 保障传感器的使用寿命和精度。
6 变风量系统控制策略的选择和比较
目前, 变风量系统风机常用的控制方法有定静压、变静压和总风量三种, 以下对几种方法进行介绍和对比。
6.1 定静压控制方法
定静压控制方法即在风道上合适位置选定一个测点, 测量该点静压, 调节风机转速保证该点静压不变。该方法一直存在着一个难于解决的问题:静压测点的位置以及静压值的设定。可通过完善系统风道设计, 尽量使主风道上静压一致, 从而使静压测点的位置和静压值的设定变得相对简单。具体做法通常是选择主风道距风机出口2/3处 (经验值) 的静压为控制点, 静压设定值取设计状况下的压力值并保持不变 (这是为了保证每个末端在任何情况下都能调到最大设计风量) 。这种控制方法最为简单实用, 基本能满足变风量系统的控制要求。但是, 设计系统和实际系统总是存在着一定的差异, 实际运行效果很难真正做到同设计目标完全一致。此外, 当整个系统都处于部分负荷工况时, 高静压设定值会给风机增添不必要的能耗, 而且末端的风阀开度过小会导致噪声较大。
6.2 变静压控制方法
变静压控制方法即根据末端装置VAV箱的风阀开度随时调整静压设定值, 使系统中至少有一个末端装置风阀的开度接近全开。
以往的算法采用固定步长搜索法调整设定值, 也就是说, 如果风阀开度没有达到设定值, 就在压力设定值上增减一个固定数值 (步长) , 直到风阀开度达到令人满意的程度为止。然而步长大小很难确定, 选择太大易产生振荡, 选择过小又会导致调节过程太长。
为此, 可允许一定量 (Nmax) 的末端风阀全开, 使第Nmax+1个末端风阀的开度接近全开。当第Nmax+1个末端风阀的开度超过某一上限设定值时, PID控制器根据偏差输出提高静压的命令。相反的, 当其小于某一下限设定值时, PID控制器输出降低静压的命令。
该算法的优点是采用PID算法“搜索”合适的静压设定值, 比固定步长法响应速度快, 精度高。不过, 算法中的Nmax很难确定, 而且当第Nmax+1个末端风阀的开度接近全开时, 前Nmax个末端的资用压力可能已经不足了。因此, 将其改造为如下算法:
◆设定末端风阀最大开度Lmax.set;
◆协调及采集各末端风阀开度值;
◆从中选取开度最大的末端, 以它的开度值Lmax与Lmax.set的差作偏差, 采用PID算法计算送风压力设定值。
经过修改之后, 最终送风压力往往仅为初始设定值的一半左右, 所以可以大大降低风机功耗。这种方法不仅能够最大限度地降低风机能耗, 而且不必考虑传感器的安放位置。但是, 变静压控制方法需要末端装置VAV箱阀位信号输出;此外, 由于变静压控制方法存在强耦合性和非线性, 变风量系统的调试对系统的成败具有很大的影响, 而调试工作复杂、繁重, 具有调试能力的公司并不多。
6.3 总风量控制方法
总风量控制方法比静压控制简单得多。它可以避免使用压力测量装置, 减少风机的闭环控制环节;此外, 它也不需要变静压控制方法所需的末端阀位信号。
总风量控制点是直接根据设定风量计算出的风机转速, 具有某种程度上的前馈控制含义, 而不同于静压控制的反馈控制。但设定风量并不是一个当房间负荷变化后立刻设定到未来能满足该负荷的风量 (即稳定风量) , 而是一个由房间温度偏差积分出的逐渐稳定下来的中间控制量, 因此在总风量控制方式下, 风机转速也不是在房间负荷变化后立刻调节到稳定转速就不动了。从实质上来讲, 总风量控制方法可以说是一种直接以房间温度偏差为依据, 由PID控制器来控制转速的风机控制方法。
总风量控制在控制性能上具有快速、稳定的特点, 不像压力控制那样, 总是会使系统出现一些高频小幅振荡。其主要原因是总风量控制方法取消了压力控制环节, 而传统控制方式由于存在压力测量压差, 导致风机做出一些无谓的微小调节, 使系统总是不可避免地出现小幅波动现象。而且实际系统中压力测量误差更大, 控制算法往往要对其进行简单的滤波处理, 再用来控制风机, 否则系统稳定不下来。正是由于总风量控制的这个优点, 使得控制系统不仅减少了初投资, 而且还可以在初调试时大大减少工作量, 并提高控制系统的可靠性。
总风量控制在风机节能上的效果介于变静压和定静压控制之间, 并更接近于变静压控制。因为变静压控制算法较为复杂而且更容易引起系统压力振荡, 所以从控制角度和节能角度上综合考虑, 总风量控制不失为一种替代传统静压控制的有效方法。
VAV空调系统中的自动控制浅析 篇2
1 变风量 (VAV) 系统
变风量空调系统简称VAV系统 (Variable Air Volume System) 。20世纪60年代诞生于美国, 根据室内要求参数的变化或室内负荷达的变化, 自动调节空调VAV系统的送风量, 使室内参数达到要求的全空气空调系统。通过改变送入各房间的风量来适应房间负荷变化。能够节约能源, 适应各房间温度要求不一致的工况控制, 室内空气均匀。可以利用新风消除室内负荷, 能够对负荷变化迅速响应, 室内也没有风机盘管凝水问题和霉菌孳生问题。没有像风机盘管冷凝水和毒变的问题, 维护工作少。变风量空调系统通常由空气处理设备、送 (回) 风系统、末端装置 (VAV-BOX) 及送风口和自动控制仪表等组成[1]。
1.1 V A V变风量系统的优点
(1) VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化, 在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况, VAV系统和CAV系统相比可以节约风机耗能30%~70%, 使用系数可取0.8左右。能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。施工方便, 运行安全, 无冷凝水污染;尽管一次风温度可以处理得较低, 但送风温度不低, 从而提高了人体的舒适性。
(2) VAV系统的灵活性好, 适用于格局多变的建筑, 容易于改、扩建。当室内重新隔断或参数改变时, 只需要移动风口位置更换支管和末端装置, 甚至仅仅重新设定一下室内温控器就可以了, 和其它空调系统相结合, 降低初投资。
1.2 变风量系统的缺点
虽然VAV系统有很多优点, 但也存在者不足:房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入, 房门开启困难, 缺少新风室内人员感到憋闷, 噪声偏大。
2 VAV系统构造
VAV系统由变风量空调机组和VAV末端两部分组成, VAV终端根据控制区域的热负荷, 通过调节风门的开启比例控制末端的送风量。变风量空调机组则根据各VAV末端的需要, 通过风机变频控制总的送风量。变风量系统是一种全空气的空调方式, 它根据室内负荷的变化或室内要求参数的改变自动调节空调系统的送风量从而保证室内参数达到要求, 其特性是在大多时间内都在低于其最大风量的状态下运行[2]。
3 VAV系统自动控制
变风量系统能否正常运行在很大程度上依靠控制系统。在一个单风道变风量空调系统中, 除了送回风机、末端装置、阀门和风道组成的风路以外, 还存在五个反馈控制环路, 即:室温控制、送风静压控制、送回风量匹配控制、新排风量控制及送风温度控制。空调系统的正常运行主要依靠自动控制系统, 自动控制系统与自动化管理系统的电脑相连接, 实现中央监控和调节。
3.1 VA V末端温度控制
变风量空调系统中的空调机组采用变频风机, 送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制, 根据房间的布局每个变风量末端装置可设置几个送风口。VAV控制器以房间温度为主参数, 以风道空气流量为副参数组成主副环串级调节系统。控制对象为室内温度、主送风道静压P, 检测装置为静压传感器, 调节装置是现场DD C控制器, 执行器是变频风机, 干扰量是VA Vbox风阀开度、空调负荷。PI调节输出到副环, 副环为随动调节系统, VAV控制器将以主环的输出为设定值与空气流量进行比较, PI或PID控制VAV box变风量调节室内温度。送入房间的实际风量可以通过VAVb ox的检测装置进行检测, 如果实际送风量与系统计算的送风量有偏差, 则VAVbox自动调整进风口风阀以调整送风量。送风道的严密性, 可以通过改善施工工艺使之减小到最小程度。
3.2 水阀的调节
在定风量系统中, 安装在冷热水回水管上的电动二通比例式调节阀由回风温度控制。在变风量系统中安装在冷热回水管上的电动二通比例式调节阀根据送风温度控制。
3.3 风阀的调节
在变风量每个末端装置的控制区域, 放置一个感温器。风阀的目的是调节风量, 要使其具有良好的调节特性, 就需要使它的压降占支管总压降的较大比例。当室温下降, 风阀关至最小风量值时, 启动再加热器, 提供外区空调所需的热负荷。
3.4 变静压法的变风量系统控制
当绝大多数VAV末端的需求送风量很小时, 即每个VAV BOX中的风门开度较小时, 可以改变主风管的静压设定值, 使VAV空调风机的转速下降, 降低风机运行的静馀压, 以利节能。变静压控制需要保持每个VAV BOX的阀门开度在85%~100%之间, 即让阀门尽可能全开和使风管中静压尽可能减小的前提下, 通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。变静压控制由于控制相对繁琐, 系统不易稳定从而造成国内成功案例比较少[3]。
3.5 定静压法的变风量系统控制
定静压控制, 是在送风系统总管的适当位置 (常在离风机2/3处) 设置静压传感器, 在保持该点静压一定值的前提下, 通过调节风机频率来改变空调系统的送风量。恒定静压的目的是保证任何一个末端入口的设计资用压力。由于定静压控制的变风量系统, 空调器的风机调节与末端装置的控制无直接联系, 故该系统控制方法比较简单, 运行可靠, 适合于较大的变风量空调系统的场合。
3.6 送回风量匹配控制
送风量随负荷变化, 回风量也要随之变化, 这样才能保证房间的正常压力。由于房间向外渗风和厕所排风, 回风量要比送风量小。空调机组的送风温度可以通过现场DDC控制器进行设定, 送风机和回风机都由一个送风静压控制器来调节。系统送风量的变化导致送回风量差值的变化, 控制器会调整回风量以维持设定值。
参考文献
[1]刘秀荣, 王超.北方某工程VAV空调系统简介及控制要点分析[J].中国水运 (下半月) , 2010 (7) :122, 151.
[2]郭方敏, 任庆昌.VAV空调系统末端解耦控制研究[J].自动化与仪器仪表, 2010 (4) :146～148.
VAV控制器 篇3
变风量空调系统是一种送风量能随室内负荷改变而改变的全空气空调系统。国外对变风量空调系统的研究始于20世纪70年代, 研究内容主要包括变风量空调系统的节能、变风量空调系统送风量的控制、新风量控制、变风量空调系统的动态建模和仿真。我国对变风量空调系统的研究起步相对较晚, 始于20世纪90年代, 清华大学、上海交通大学、西安建筑科技大学等做了大量的工作[1]。变风量空调系统技术相对复杂, 控制环节多, 尤其是对系统和设备的控制要求较高, 控制程序及控制方式的优劣将直接决定变风量系统的成败。
2 变风量系统基本原理
变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时, 自动调节空调系统送入房间的送风量, 使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配, 变风量的控制方法一般有以下三种:定静压控制方式、变静压控制方式、总风量控制方式[2]。
VAV空调系统的运行靠VAV末端装置的设备来根据室内要求进行送风量控制, 常用变风量末端分为压力无关型末端风口和压力有关型末端风口[3]。
实际工程中最常用的变风量空调系统为单风管系统[4][5], 原理如图1所示。每个房间入口支管上安装VAV BOX的送风量调节装置 (即变风量末端) , 空调器根据系统用户的实际运行所需的总风量对风机进行变速调节, 变速的方式一般采用变频调节, 当室内负荷降低到一定程度时, 过低的送风量会使室内的气流组织变差, 室内温度场、速度场的不均匀度增加, 因此, 送风量不宜再减少, 因此对VAV系统应有最小风量的限制, 此限制值一般设定为总风量的60%。当空调负荷低于最小风量对应的负荷时, 室内温度的调节不采用调节风量而采用调节送风温度的方法。
3 变风量实验平台以及开发软件平台简介
该实验台平面结构如图2所示, 实验区域为北京工业大学教师办公区, 共11个房间, 由VAV BOX调节送风量来满足室内冷负荷, 每个房间置有现场控制器, 可对VAV BOX进行信号采集和风阀开度控制。
空气处理机组 (AHU) 由以下几部分组成:混风段、过滤段、表冷段、喷淋段、风机段、均流段、消声段和出风段。在混风段、表冷段、出风段设置了温湿度传感器, 可在现场或远程界面显示记录各种参数。主机构成如图3所示。
该实验台采用美国艾顿控制器、Envision For Bactalk2.0界面管理软件及VisioLogic编程工具, 可满足不同控制情况下的实验测试要求。Envision for BACtalk是基于TCP/IP网络架构, 同时也是基于Windows视窗操作系统平台的系统软件包。工作人员在中控机房可通过中控界面的三维立体动态图形实时查看、记录、控制各种楼宇设备的运行参数。Visiologic图形编程软件是艾顿公司为BACtalk系统开发一种功能强大、使用简便的编程工具, 它包括了一整套功能齐全的功能块和模型数据库, 每个功能块都用一个三维立体图形表示, 通过有机的连接, 可以提供一个非常清晰的控制流程, 实现所需要的任何控制序列。
4 变静压控制方法程序的编写
变静压控制的基本思想是以各变风量末端的风阀开度为重点关注目标, 由程序根据末端风阀开度情况自动计算系统需要的静压设定值。当系统的变风量末端风阀开度最大值大于90%时, 可认为系统送风量不足, 程序自动提高静压设定值3%, 当系统的末端风阀开度中的最大值小于60%时, 可认为系统送风量过大, 程序自动减少静压设定值3%。程序流程如图4所示。
(1) 空调风机启/停控制
主要程序如图5所示, 程序思路:当风机热继电器不报警, 风机现场自动, 风机远程手自动状态BV-101为ON (自动) , 风机前后静压在合理范围内时, 程序启动风机, 并通过变量BV-103传递给DDC中控制风机启/停的BO点。
(2) 风阀选择程序
风阀程序如图6所示, 程序思路:用变量AV135～AV144代表202～211房间变风量末端风阀开度, 变量AV-148代表201房间变风量风阀开度。BV-114判断是否修正静压, 当阀门开度大于90%或者小于60%时, BV-114为ON, 表示需要修正静压, 当阀门开度在90%～60%时BV-114为OFF, 表示静压保持当前值。BV-115用于判断静压设定值是增加3%还是减少3%, 当阀门开度最大值大于90%时BV-115为ON, 静压设定值减少3%, 当阀门开度最大值小于60%时BV-115为OFF, 静压设定值增加3%。
(3) 风压控制程序
风压设定程序, 该段程序如图7所示, 主要通过BV-114及BV-115的值来自动控制静压设定值AV-134的变化。例如当BV-115为ON时, 程序判断静压值应该增加3%, 当程序判断BV-114值为ON时, 程序同意静压值增加3%, 静压设定值AV-134增加3%。
风机风压控制程序:该控制程序如图8所示, 主要思路是:当送风实测压力AV-128在送风设定压力AV-134的±3%内波动时, PI计算模块反馈输入值为设定压力AV-134, 否则反馈输入值为实测压力值AV-128。当变频器现场设定为自动, 变频器远程手/自动状态BV-110为自动 (ON) 时, 控制器通过AV-121点向变频器输出PI模块计算的频率数值, 当BV-110为手动 (OFF) 时, 控制器通过AV-121点向变频器输出界面手动设定的频率数值。因风机夜间停止时控制器中的PI模块计算不停止, 经过一段时间运算后PI输出值会恒定为100, 为防止第二天风机启动时因送风压力过高而造成系统压力波动, 在BR-6前设置选择模块, 让PI模块在夜间的计算值输出为0, 这样第二天风机开启时为低频启动, 有利于系统的稳定。BV-31为风机日程表, AV-708为变频器设定频率。
(4) 送风温度控制程序
送风温度设定程序如图9所示, 主要思路:当判断静压是否修正变量BV-114保持20分钟内为ON时, 表示系统仅靠调节风量已不能满足要求, 需要调节供水温度, 用变量BV-115来判断温度设定值是增加0.5度还是减少0.5度, 为ON是表示减少, 为OFF时表示增加。
送风温度控制程序如图10所示, 主要思路:当变量BV-114保持为ON超过20分钟时, 执行送风温度控制程序。当送风温度实测值 (AV-101) 在送风温度设定值 (AV-131) ±2%内波动时, PI计算模块反馈输入为送风温度设定值, 否则反馈输入为温度测量值, 当水阀处于自控状态 (BV-701为OFF) 时, PI模块计算出的水阀开度信号通过变量AV-123传递给DDC中的控制水阀的AO点。当水阀处于远程手控状态时, 直接通过中控界面赋值给变量AV-701控制水阀开度。
5 程序特点以及应用情况
该程序以图形化形式显示, 编写及更改方便, 简单易懂, 思路清晰, 程序调试及运行时, 各种运行参数可在程序块中实时显示, 方便操控人员实时掌握系统运行状态。该程序应用于实验台后, 系统运行稳定, 夏季各办公室室内温度可在21℃～26℃范围内根据需求自行设定, 满足日常生活使用要求, 同时可测试在不同室外气候条件下变风量系统的风管静压、变风量末端阀门工作状态、房间温度变化、系统稳定性及系统能耗等相关参数, 实验数据的采样周期可根据研究人员需求自行设定, 导出方便, 满足实验测试分析要求, 并为工程提供参考。
6 结束语
本文以北工大智能建筑实验台为依托, 针对变风量空调中变静压的控制方法, 提出了相应的风机启停、风压控制、温度控制的程序编制思路, 尤其是艾顿程序模块WITHIN在设定参数和反馈参数中的灵活应用, 可以使系统的反馈参数在一定范围内波动时而系统的输出保持一个稳定的值, 该程序处理方法对变风量系统的稳定性有着重要参考意义。
参考文献
[1]闰剑英.变风量空调控制系统的设计与应用.西安理工大学, 2007
[2]樊瑛, 俞国华, 郑庆红.关于变风量系统发展的综述.制冷与空调, 2008 (2) :101-105
[3]张亚峰, 陈志新, 李惠升.基于BACnet技术的VAV空调系统末端控制.智能建筑与城市信息, 2006 (3) :109-113
[4]孙谦.智能建筑中VAV空调系统的实用控制程序研究.北京工业大学, 2003
[5]孙育英.智能建筑中变风量空调系统的控制.智能建筑与城市信息, 2006 (2) :98-102
VAV调试的要点 篇4
1设计的问题
VAV系统主要是通过改变送风量来完成调节和控制某一区域温度,其核心在于处理风量的变化。VAV末端必须根据实际选择合适的控制系统来完成送风调节,不管是采用DDC型的VAV现场控制器还是直接采用联网型PI调节温控器,都需要考虑现场变化。由于国内很多项目建设方和使用方脱离比较严重,后期空间调整比较大,造成送风量变化也很大。适合VAV系统的主要是负荷变化比较大的建筑物和多区域控制的建筑物。需要根据物业的布置需求重新核算冷热负荷,防止个别区域的供热/冷不足,建立有效的补偿机制。
2系统安装问题
(1)传感器安装测试需要专业技术人员进行测试,现场经常出现传感器安装位置和布线不符的问题。
(2)变频器隔离不到位,变频干扰到DDC的正常运转,现场出现整体控制系统通讯效果差的问题,引起整个系统崩溃。
(3)变风量系统从风机到各个末端装置的送风系统一般采用中速中压送风系统,因此对风管要求强度较大,要求密封性能好,以防止渗漏及风速较高时振动产生的噪声。末端控制器的测试和修订需配合空调系统,修正空调各类参数,防止因空调自身问题影响整体控制系统。
3系统调试问题
(1)末端VAV Box的现场调试和整定,应用最多的是压力无关型变风量末端装置对室内温度的控制为串级控制方式,它能及时处理送风压力变化对末端装置送风量的干扰,保证好的调节品质。变风量末端装置调节风阀的运行范围受空调设计确定的最大风量和最小风量的限制。由于每一个变风量末端装置都有其自己的最大和最小风量,所以在系统调试时需将这两个参数编写到调节器的控制程序中。
下面是对最末端房间温度偏低的分析。经测量发现其他房间送风量基本满足,最末端房间送风量明显不足。这时可以检查空调机组内过滤器飞尘堵塞是否严重。如果过滤器堵塞引起系统阻力增大,则会导致系统风量减少,也可能出现系统风管漏风现象。系统风管在施工过程中,由于工期紧张、管理不到位等原因,支风管与主风管连接处未采取咬口连接,大部分采取的是翻边拉铆钉连接,且原密封胶存在开裂现象,这也可能导致漏风严重。
(2)空调机组变频控制:VAV系统采用定静压、变静压、总风量三种方式实现空调机组控制。应用最多的还是定静压法,应在设定的最高、最低中间进行综合调整,防止达不到综合效果,如图1所示。
变静压主要根据阀门反馈优化进行压力设定。总风量主要依靠末端反馈风量数值优化总体送风量,可以说是在定静压条件下的优化。笔者建议在变化不频繁的情况下,可以设置多种模式进行定静压的逻辑优化控制,以提高综合效率。
VAV控制器 篇5
在全世界共同面临越来越严重的能源危机面前, 我国作为建筑能耗大国, 建筑能量利用率仍然不高, 尤其是能耗占比较大的暖通空调系统, 其运行效率较低的问题是比较突出的。随着国家各种政策激励、法规限制、奖励机制的促进, 人们对节能越来越关注。尤其是这些年众多学者、专业人士对中央空调VAV (变风量) 系统和VWV (变流量) 系统这两种节能高效系统的研究, 及国内外很多的实际工程应用表明, 这两种系统具有很好的节能效果。适合应用于新建建筑, 也适合对既有高能耗建筑中央空调工程作节能改造, 提高系统的能源利用效率, 从根本上扭转建筑用能严重浪费的状况, 对降低能耗具有十分重要意义。
1 中央空调V W V系统特点与节能性分析
在中央空调系统中, 无论末端负荷如何变化, 水系统都始终保持在100%的流量运行, 称为定流量水系统 (CWV) 。若中央空调水系统流量能根据空调末端负荷的需要进行输配, 即做到按需分配, 在满足用户空气环境需求的前提下尽可能减少输配流量, 以节约水泵的输送能耗, 则该系统就称为变流量系统 (VWV) 。
中央空调冷冻水变流量系统主要有一次泵变流量系统和两次泵变流量系统。前者冷源侧变流量, 负荷侧也变流量, 对系统设备整体性能协调要求高。后者冷源侧定流量, 负荷侧变流量, 负荷侧采用变频泵, 系统控制复杂, 初投资比较大, 易出现低温差综合症。实际工程中二者均有应用。
空调系统在全年运行中, 空调负荷是动态变化的, 而非固定一设计值。故末端的能量输出亦要随着负荷变化而动态调整, 而能量的调整需要水流量、水泵运行、主机运行、控制系统等一系列相应调整。使能量的供给与需求相匹配, 从而既保证空调的舒适性要求, 又实现节能运行。
冷冻水变流量对空调末端的影响, 我们将水冷式表冷器的数学模型表达如下:
对某风机盘管经过计算, 汇出相关曲线如图1、图2所示。
由图1可以看出:在变流量情况下, 风机盘管的潜热变化最快, 全热变化比较快, 而显热变化比较缓慢。当流量降到70%时, 潜热降低20%左右, 全热降低10%左右, 显热降低7%左右。变流量对显热影响最小而对潜热影响最大。当负荷降到80%时, 所需水量仅为设计流量的55%, 可见变流量并不会引起冷量大幅度变少。图2中, 整个过程的析湿系数降低, 可看出析湿系数ξ随流量的降低而降低:这表明末端除湿能力下降了。
而机组COP值随流量的变化关系, 通过某公司提供的实测数据值与模拟数据值, 绘制性能曲线, 如图3所示。可以得出机组COP值是随着相对流量减小而变小。负荷率从100%降至50%时, 冷冻水相对流量从100%降至50%, COP值的降低幅度只有8.23%。可以得出结论:在大部分范围内冷冻水变流量, 对制冷机的制冷效果不会产生太大的影响。
前面所述, 负荷变化时, 冷冻水变流量调节, 主机亦进行能调, 则冷却水循环系统也需要相应变化, 做到联动。如需要对冷却塔的运行台数、冷却塔风机的风量等进行动态调节, 比如应用变频调节等技术, 在保证机组安全运行的前提下, 调节冷却塔冷却水的出水温度及流量以适应负荷变化, 达到系统的最优化。
2 中央空调VAV (变风量) 系统特点与节能性分析
中央空调定风量系统 (CAV系统) 是指固定送风量而改变送风温度的空调系统。而变风量系统 (VAV系统) 是固定送风温度而改变送风量的空调系统。前者因其存在冷热抵消, 故总体能耗较大。而后者可随室内冷负荷变化, 而相应地改变送风量, 故总体能耗较低。因定风量系统 (CAV系统) 比较简单, 目前既有的建筑空调系统中仍比较常见, 但随着制造技术、控制技术的飞速发展, 以及VAV系统的节能优势, 在新建的建筑中使用变风量 (VAV系统) 也越来越多。
通过众多的实际工程案例的应用与研究, 我们可以发现实现变风量空调系统的节能应用有多种途径, 比如减少或避免系统的再热损失, 如变风量空调系统在室内负荷变化时可将送风温度ts固定而改变送风量L, 来满足室内负荷变化的需要。因此, 对空调系统变风量不但可以减少输配能耗, 而且可以减少或避免系统的再热损失, 是空调系统一种节能的措施。
风机电机采用变频装置调节系统风量, 技术依据是风机轴功率与转速的三次方成正比。比如分析风机转速是其额定转速的50%时, 则可得功耗只有额定值的12.5%, 结论为节能率可达87.5%。当然这是理论上达到的效果, 实际比这数据偏少一些, 但节能效果也很明显。
避免室内混合损失并且增加混合得益, 混合得益系指内区的部分冷负荷跟外区的部分热负荷相互抵消的现象, 又可称为室内气流的热、冷混合得益, 这是有利于降低建筑能耗, 而混合损失则相反。如图4所示。要达到混合得益的效果则设计以及运行时, 使外区的温度略低于内区的温度1℃~2℃即可达到该效果。
新风冷却是利用室外低焓及低温的空气直接或间接供冷, 起到全部替代人工冷源或部分替代人工冷源的作用, 从而达到节能目的, 又可称为自然风冷却。尤其在过渡季节及冬季内区有大量冷负荷需要处理时应用具有较好的节能效果。新风冷却的空气处理过程分析如图5所示。
对于夏季工况, 当室外新风温度twl高于回风温度tRl情况下, 采用系统最小新风比m%。新回风混合后再经冷却盘管降温去湿处理到冷却盘管的出风状态Ll。而当处于过渡季节, 即当室外新风温度tw2低于回风温度tR1并且室外新风焓值iw2小于回风焓值iRl情况下, 则加大新风比m%以降低系统能耗。在冬季工况, 室外新风温度tw3低于处理空气冷却盘管的出风温度t L1时, 则采用最小新风比m%。
3 中央空调VAV系统耦合V W V系统的节能分析
3.1 工程概述
本工程位于苏州市, 项目为苏州市市民信息查询服务中心, 建筑为4层楼, 总建筑面积约为9 500 m2。建筑负荷性质是人员多、电子设备多, 空调供冷需求量大, 时间长 (全年供冷, 尤其是内区) , 因此对空调系统节能降耗的要求高, 故采用VAV系统耦合VWV系统, 另外冷却水也采用变流量技术。
3.2 空调能耗模拟软件
空调能耗模拟软件采用De ST软件, De ST是清华大学江亿主持开发的基于Auto CAD用户界面的建筑能耗模拟软件。具有以下特点:以自然室温为桥梁, 联系建筑物和环境控制系统;分阶段设计、分阶段模拟;De ST采用“理想化”方法来处理部件特性, 并假想相关部件和控制都能满足冷热量、水量等任何要求;具有较好的开放性和可扩展性。本工程利用De ST软件计算得到该建筑全年最大冷负荷指标为135 W/m2, 设计冷负荷指标为112 W/m2 (取不满足50 h的冷负荷指标值) 。
3.3 能耗分析
利用De ST软件计算VAV系统、VWV系统、CAV系统及CWV系统相互耦合的能耗, 数据如表1所示。工况1为CAV系统+CWV系统、工况2为CAV系统+VWV系统、工况3为VAV系统+CWV系统、工况4为VAV系统+VWV系统。
从结果可知, 在以上四种耦合工况中, CAV系统+CWV系统能耗最大, 而VAV系统+VWV系统能耗最低, 与CAV系统+CWV系统能耗相比可节能33.2%。而CAV系统+VWV系统以及VAV系统+CWV系统的能耗介于二者之间。在计算中对于De ST软件设置不同的参数, 同一工程得出的数值不一定相同, 但总体趋势是一致的, 不影响分析结果。
4 结语
VAV系统耦合VWV系统与传统CAV系统及CWV系统的相比节能优势明显, 节能效果显著, 可达到30%左右, 是一种高效节能环保的空调系统, 适合在需要全空气系统的建筑使用。随着节能减排的大力提倡, 只要我们不断地深入研究其系统设计、应用、管理等问题, VAV系统耦合VWV系统技术还是值得推广应用的。
摘要：以中央空调VAV系统及VWV系统为研究对象, 从节能角度及能耗方面对该系统与传统CAV系统及CWV系统进行应用对比分析。研究了目前中央空调VAV系统耦合VWV系统的应用特点。并针对实际工程利用能耗模拟软件对VAV系统、VWV系统、CAV系统及CWV系统相互耦合的能耗逐一进行对比, 总结相关系统耦合的节能性。并得出VAV系统耦合VWV系统具有很好的节能效果, 这是值得深入研究并采用的系统方式。
关键词：中央空调,VAV耦合VWV,节能
参考文献
[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]中华人民共和国建设部.建筑给水排水设计规范第1版[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[3]胡益雄.变风量系统水系统运行能耗分析[J].长沙铁道学院学报, 2001 (12) .
[4]叶大法.变风量空调系统设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.
[5]陈剑波.变风量系统风机节能分析[J].制冷与空调, 2005 (8) .
VAV控制器 篇6
在过去十几年的时间里, 冷梁技术凭借其舒适、节能、美观等特点在欧洲和澳大利亚空调市场中占据一席之地, 近年来被美国广泛的研究和使用, 并在国内上海、广州、深圳等地也有了一些应用的建筑。为了更好地认识和了解冷梁系统的优点和不足, 本文以上海市某栋高层办公建筑为模型, 进行模拟, 分析比较主动式冷梁与VAV系统能耗与热舒适性。
1 冷梁系统分类及工作原理
冷梁是一种新风引导的气-水换热末端装置, 根据是否引入新风, 分为主动式冷梁和被动式冷梁 (见图1、图2) 。
主动式冷梁室外新风经空调箱处理形成干冷一次空气, 送入冷梁, 经喷嘴高速喷出, 在箱体内形成局部负压, 诱使室内冷梁附近的二次空气穿过冷水盘管, 在经过热交换器的冷却后, 与一次空气混合从两侧封闭的导流槽贴附送入室内, 其温度低于房间温度。经过如此循环, 室内的热量被冷却盘管带走。同样, 在冬季, 换热器中为热水, 冷梁起到制热效果[1]。被动式冷梁与主动式冷梁外形相似, 但是没有通入新风, 仅靠冷热空气密度差驱动。由于目前市场上主动式冷梁的应用较多, 故本文以主动式冷梁为主进行研究。
2 冷梁节能效果
劳伦斯伯克利国家实验室, 对传统空调系统中各部分的能耗比例进行了研究 (见图3) 。研究表明, 泵与风机37.5%, 灯具18.8%, 空气输配系统9.3%, 其他能耗34.4%;而冷梁系统相对应各部分的能耗分别为9%, 9.4%, 1.9%以及34.4%。冷梁整体能耗仅为传统空调系统的能耗的54.7%, 具有很高的节能效果[2]。
3 计算机模拟实际项目节能效果和热舒适程度
3.1 项目概况
随着计算机技术的快速发展, 具有高仿真效果的计算机模拟技术广泛应用在实际建筑设计过程中。本文利用计算机模拟技术, 对上海某一办公楼项目进行全年能耗分析, 研究主动式冷梁系统的节能效果和热舒适效果。该建筑位于上海浦东, 包括一栋办公楼和三层商业裙楼, 地上部分34层, 地下室3层, 建筑总高度188m, 办公楼部分建筑总面积31144.6m2。重点介绍塔楼部分冷梁系统的应用效果。
注:图片来源于1994年劳伦斯伯克利国家实验室建筑科学中心发表的《辐射冷却系统》。
办公楼一层和二层为银行和大厅, 层高4.5m, 3到5层为层高6m的高层办公层, 6～33层为标准层, 层高4.3m, 顶层8.5m。所有的办公层都按内外和朝向被分为6个区域。除核心筒外, 其他所有的区域都设有空调。各区域分区及朝向如图4、图5所示。
室内设计参数和空调机组设计分别如表1、表2所示。
3.2 模拟结果分析
模拟结果表明, 主动式冷梁较传统VAV空调机组, 单位面积可以节能8.7%, 这是由于在最大冷负荷情况下, 冷梁系统所需要的送风量仅为VAV系统的1/3到1/2, 可以降低风机能耗;同时由于冷梁系统冷水温度较高, 可提高制冷机工作效率, 且夏季室内设计温度可适当提高, 因此整体能耗降低, 具体节能量如表3所示。
由于主动式冷梁系统是通过对流和辐射进行换热, 人体感觉更为舒适, 即便在室内设计温度较常规空调高2℃的情况下, 人体仍可以获得同样的舒适水平, 因此可以大幅降低空调系统能耗。
表4对比了冷梁系统与VAV系统各个区域人员感受到不舒适的情况, 可以清楚看出, 冷梁系统的不舒适小时数除个别区域外, 均较VAV系统不舒适小时数大幅降低。这主要是由于冷梁系统在每个区域的一次风管路上设置定风量阀, 在该区域主动式冷梁的回水管路上设置电动调节阀。通过定风量阀控制一次风量;通过数字式温度传感器和末端露点检测传感器控制回水管路上电动调节阀的启闭。露点传感器安装在每个区域的冷水进水管路上, 当检测到其周围空气的温度接近室内的露点温度时, 发出信号自动关闭回水管路上的电动调节阀, 从而实现对房间温、湿度的控制, 并防止冷梁结露, 维持室内恒温恒湿环境[3]。
除此以外, 主动式冷梁系统的应用大大减少了空气处理机组的体积, 减小了风管的尺寸, 可以有效减少吊顶空间的高度, 增加层高。由于取消了风机等设备, 噪音低, 通常噪声等级维持在25～30dBs。与风机盘管系统不同, 冷梁系统不需要风机, 因此不需要用电线路和过滤器, 且送风速度较低, 有效降低了灰尘的沉积, 易于维护清洁。
4 冷梁系统在设计与运行上存在的问题
尽管冷梁系统具有良好的节能效果, 良好的室内空气品质, 节省吊顶空间以及静音运行等特点, 但是由于目前冷梁系统在我国的应用和研究都处于初期阶段, 冷梁系统在设计和运行上也存在一些不足, 需要更多的实践经验来指导与支持其应用, 例如:
1) 冷梁系统初投资较高;
2) 需要严格计算新风量, 否则新风没有足够的除湿能力, 易产生结露现象;
3) 失控状态下易产生冷凝水;
4) 运行过程中, 由于冷梁系统风速较小, 室内降温速度较慢, 因此需提前开机运行[4]。
5 结语
无论是节能效果还是热舒适程度, 主动式冷梁系统均较传统空调系统有较大优势, 随着技术的逐渐成熟将逐渐替代常规空调系统, 但是冷梁系统本身也存在一定的问题, 需要进一步研究和解决;而且在实际的应用项目中, 选择何种空调系统, 还需要结合当地气候条件, 实际项目用途以及经济性分析等因素综合比较后确定, 不可盲目使用。
摘要：介绍了主动式冷梁的特点以及主动式冷梁与被动式冷梁的区别。以上海一栋高层办公楼为分析对象, 采用软件模拟的形式分析比较了主动式冷梁与VAV空调系统的节能效果和人员热舒适性能, 提出主动式冷梁在设计和运行中需要注意的问题。
关键词：主动式冷梁,VAV空调系统,节能,热舒适
参考文献
[1]刘雪梅, 张兰芝, 牛宝联.浅谈建筑冷梁系统的设计及性能[J].住宅产业, 2012, (7) :63-65.
[2]Helmut E.Feustel.Hydronic Radiant Cooling Overviewand Preliminary Performance Assessment[J].Energy andbuildings, 1994, 22 (3) :193-205.
[3]徐理民.主动式冷梁空调系统在某工程中的应用[J].制冷与空调, 2012, 12 (6) :93-96.
VAV控制器 篇7
关键词：VAV空调系统,PID控制,粒子群算法
0 引言
随着能源问题的日益突出,建筑能耗问题受到国家及社会各界的关注越来越多,而空调能耗作为建筑能耗中很大的一部分,研究空调系统的节能显得尤为重要。近年来,变风量空调以其优秀的节能能力得到越来越多的应用,但由于变风量空调系统是一个非线性、强耦合的大时滞系统,常规PID控制难以取得良好的控制效果,所以研究将新的算法应用于PID控制当中很有必要。
1 PID控制规律
PID控制表示比例(proportional)—积分(integral)—微分(differential)控制。PID调节器的输出与输入之间为比例—积分—微分的关系,即:
或者
若以传递函数的形式表示,则有:
式(1)、(2)、(3)中,Ti为积分时间常数,Td为微分时间常数,Kp为比例系数,为积分系数,Kd=KpTd为微分系数。
在计算机控制系统中使用的是数字PID调节器,即是对式(1)进行离散化处理。对式(1)的Z变换式为:
由此,便得到了数字调节器的Z传递函数为:
式(5)中,Kp称为比例系数;
2 VAV空调末端动态特性
变风量空调系统末端的动态特性主要表现在整个通风系统的流量和压力的不稳定性上,而流量和压力的不稳定性造成了变风量末端送风量产生波动,致使实际送风量与需求送风量不相适应,这就表明变风量空调系统末端存在较强的二次干扰。其二次干扰主要来自于两个方面:一是变频送风机转速的动态变化,势必造成风机送风量和主风道静压的不稳定性,而单室冷负荷的变化幅度和速度与风机送风量的变化并不同步,即当风机总送风量进行调整变化时,并不是所有空调室风量都需要同步调整,这就形成了二次干扰;二是变风量不同房间调节箱之间存在耦合关系,相互扰动引起了二次干扰[1]。
为了克服系统末端较强的二次干扰,目前应用较为广泛的是压力无关型变风量末端装置。首先,主控制器根据室内温度给定值与温度测量值的偏差信号施加调节作用,主控制器的输出作为副控制器的给定,副控制器的输出调节风阀的开度。而当送风管道内静压发生变化时,内环副控制器马上会依据流量的变化施加控制作用,使静压的变化在还没有影响到空调房间内温度之前,已经将阀门调整到正确位置,事实上形成了串级控制,从而保证了房间温度的稳定控制。但是,在进行串级控制设计时,如果内环与外环不能很好的配合,则系统很难保证在对二次干扰达到理想的抑制效果的同时,仍然可以对主回路引入的扰动进行有效的抑制,也即无论是针对空调房间的冷负荷变化所引起的扰动还是针对管道末端风道静压变化所引起的扰动,系统都能达到较好的控制效果。
3 粒子群算法原理
1995年由Eberhart博士和Kennedy博士提出了一种基于群体智能理论的演化计算方法即粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),通过种群粒子间的合作与竞争产生群体智能指导优化搜索。PSO算法首先初始化一群随机粒子(particle),每一个粒子都代表着优化问题的一个可能解,它有自己的位置和速度,粒子位置坐标对应的目标函数值作为该粒子的适应度值。PSO算法的每次迭代,粒子通过跟踪两个“极值”即粒子本身所找到的最优解Pid和群体找到的最优解Pgd来调整更新自己的位置。
而为了更有效地控制微粒的飞行速度,使算法达到全局探测与局部开采两者之间的有效平衡,本文采用Clerc提出的引入收缩因子的粒子群算法。算法如下:
其中,加速常数c1和c2是非负数;rand()为在[0,1]间取值的随机函数;Xmax是常数,限制了粒子搜索范围的最大值。式(6)中λ称为收缩因子,用来控制和约束微粒的飞行速度。经过有关人员研究发现,采用收缩因子的粒子群算法,其种群规模取20~50,C参数取4.05~4.1时,可以有较好的收敛速度和精度[2]。
4 粒子群整定的PID算法在VAV末端控制系统中的应用
本文提出的PID参数自整定策略,是将内环与外环进行统一的设计,这就避免了单独设计时的配合问题;同时,采用参数自整定方法,可以依靠很少的控制经验,就能够方便快捷地得到PID控制器参数,且获得良好的控制效果。基于引入收缩因子的粒子群PID参数自整定控制系统图如图一所示。这里首先将主副控制器的参数Kp、Ki、Kd作为基本的粒子进行初始化,然后利用系统的反传误差e(t),根据事先确定的优化指标J进行自寻优演化,在完成所需的演化步骤后,便得到了使系统指标为最优的一组主副控制器PID参数。
5 仿真实验分析
我们将常规的PID控制在变风量空调中的控制效果和基于粒子群整定的PID控制在变风量空调中的控制效果分别做仿真实验,通过MATLAB7.0做仿真实验,得出仿真图如图二、图三所示。
6 结束语
综上所述,结合仿真实验结果可知,基于粒子群整定的PID控制在变风量空调中的控制效果明显好于常规的PID控制在变风量空调中的控制效果,反应更快,减小耦合。如能将其应用于变风量空调的实际工程当中,节能前景还是很广阔的,但这需要一个过程。另外,由于控制指标相互间的耦合会影响控制效果,因此在对于控制指标的选取方面还要做进一步的探讨。
参考文献
[1]李慧,段晨旭.变风量空调系统末端装置的性能分析[J].山东建筑工程学院学报,2005,20(1):69-71.
[2]王维博,林川,郑永康.粒子群算法中参数的实验与分析[J].西华大学学报自然科学版,2008,27(1):76-80.
[3]侯志荣,吕振肃.基于MATLAB的粒子群优化算法及其应用[J].计算机仿真,2003,20(10):68-70.