《毕业设计（论文）-VAV空调送风系统的建模与控制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-VAV空调送风系统的建模与控制.doc（59页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、VAV空调送风系统的建模与控制摘 要暖通空调HVAC（Heating Ventilation and Air Conditionin）自控系统是楼宇自动化中最重要的系统。采用有效的空气调节方式对智能建筑的能量管理控制（EMC）具有重要意义。目前，变风量（VAV）空调系统以其巨大的节能潜力逐渐成为国内外空调系统的主流。本论文首先分析了变风量（VAV）空调系统的结构、原理及LonWorks技术在变风量空调系统中的应用。在此基础上，运用系统辨识和MATLAB建立了变频风机管道静压的数学模型，并将其在MATLAB软件环境下进行PID控制仿真。仿真效果很好。关键词：变风量空调，静压，建模，PID控制，仿
2、真Modeling and Design of Automatic Control forVariable-Air-Volume Air-Conditioning System AbstractHeating, ventilating and air-conditioning (HVAC) systems are the most important system in intelligent buildings(IB). Therefore, adopting efficient control strategies for air-conditioning plays a vital ro
3、le in developing improved energy management control (EMC) systems. Nowadays, VAV air-conditioning system has gradually become most popular in China and abroad because of its significantly energy saving.This paper firstly analyses the structure and theory of VAV system, it also introduces the applica
4、tion of lonworks in VAV air-conditioning system. Secondly, the paper creat the mathematic model of static pressure ducted variable-frequency driven air-blower. Then the paper founds simulating model for VAV system using MATLAB software, It is efficient in this way.Key words: variable-air-volume, sta
5、tic pressure，modeling, PID control， simulation55 共59 页 第 页目 录绪 论11 变风量（VAV）空调系统概述31.1变风量空调系统的基本组成31.1.1引言31.1.2 VAV系统的基本组成41.2 变风量（VAV）空调系统的特点62 变风量（VAV）空调控制系统基本原理82.1 变风量（VAV）空调控制系统控制要求82.1.1控制和调节的内容和目的82.1.2变风量空调系统的控制方式82.1.3 控制系统的要求102.1.4 VAV系统的控制算法102.2 变风量空调控制系统的控制原理112.2.1 变风量空调系统分析112.2.2 变风
6、量空调系统的控制原理112.2.3 各回路工作控制原理142.3 监控点的设置与发展规划192.3.1 监控点的设置202.3.2 监控点扩展注意事项212.3.3 设备选择213 系统的模型辨识与控制算法设计233.1变频风机管道静压动特性建模233.1.1辨识的步骤233.1.2 辨识的方法243.1.3 阶跃响应曲线法建立模型243.1.4 LS估计原理（最小二乘法）253.1.5 空调房间的动态模型273.2 实验数据建模303.2.1数据采集303.2.2 参数确定313.2.3 采集数据313.2.4 数据的预处理323.2.5 模型结构假设343.2.6 参数估计343.2.7
7、模型验证363.2.8 最终的模型383.3 PID控制仿真383.3.1 PID控制383.3.2 PID参数整定393.4 MATALAB仿真（仿真对象为变频风机管道静压回路）393.4.1 仿真模型403.4.2 仿真控制方框图403.4.3 仿真结果分析424 计算机控制系统硬件部分的配置434.1 江森公司（Johnson）的DDC控制设备434.1.2 NCU（网络控制器）434.1.3 DX9100-扩展数字式控制器444.1.4 系统中的LONWORKS模块455 计算机控制系统软件部分的配置515.1 软件模块516 控制设备明细表52总 结53参 考 文 献54致 谢55绪
8、 论随着计算机技术、控制技术、通信技术及信息技术的飞速发展，人们对生活、办公环境安全性、舒适性的要求日渐增长，1984年智能建筑在美国应运而生。智能建筑通常包含三大基本要素，即楼宇自动化系统（BAS）、办公、通信三者的有机结合，使建筑物能够提供一个合理、高效、舒适、安全、方便的生活和工作环境。其中，楼宇自动化控制系统是智能建筑的一个重要组成部分。智能建筑与信息技术密切相关，发展日新月异，各国都对它有着不同的定义。它的发展将带动一系列的相关产业的发展，比如电子技术，计算机技术，信息技术，自动化技术和电力技术等等。总之智能建筑的发展前景广阔。我国智能建筑的研究起始于上世纪九十年代，但发展水平和国外
9、相比还是很低， 然而,我国智能大厦发展迅猛,市场潜力巨大。据国外权威机构预测,在二十一世纪,全世界智能大厦的50%将兴建在中国的大城市里。我国政府对智能建筑发展给予了积极支持，连续颁布了一系列的政策法规来规范我国智能建筑市场。智能建筑是社会生产力发展、技术进步和社会需求相结合的产物。随着计算机、控制、通信技术的不断发展及关键技术的突破,必将进一步促进智能大厦的发展。智能大厦向着集成化、智能化、协调化方向发展,实现智能化管理已经成为重要标志。神经网络技术和模糊逻辑控制技术等一系列最新的技术已经开始应用于智能建筑。 空调系统是楼宇自动化控制系统的重要组成部分，随着人民的生活品质正在逐步提高，对室内
10、空气环境的要求也越来越高。为了满足人们的需要，智能建筑空调系统正在快速的普及和发展。与此同时，建筑物的能耗也越来越大。据统计空调系统的能耗占建筑物总能耗的60%，世界能源危机的呼声愈来愈高。因此，在满足人们需要的同时，必须利用现代先进的自动控制系统大力开发节能型空调系统。因此变风量空调系统应运而生。变风量空调系统60年代起源于美国，自80年代开始在欧美、日本等国得到迅速发展，最重要的原因是变风量空调系统巨大的节能优势。经过十几年的普及和发展，目前变风量空调系统己占据了欧、美、日集中空调系统约40% 的市场份额，并在世界上越来越多的国家得到应用。进入90年代以来，采用VAV技术的多层建筑与高层建
11、筑已达到95%。VAV空调系统在一些发达国家非常流行，由于其与定风量(CAV)空调系统相比，在满足空调要求的同时，有明显的节能效果(VAV与CAV相比约可节能50%70%)，因此，从本世纪70年代以来便倍受人们关注。 VAV变风量集中空调系统，是相对于传统的定风量集中空调系统较先进的一种空调方式。它的基本原理是通过改变送入被控房间的风量（送风温度不变）来消除室内的冷、热负荷，保证房间的温度达到设定值并保持恒定。例如，夏季当室内温度高于设定值时就提高送风量，反之减小送风量；冬季当室内温度高于设定值时就减小送风量，反之提高送风量。这种空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空
12、调系统的舒适度，给人们一个良好的生活环境。1 变风量（VAV）空调系统概述1.1变风量空调系统的基本组成1.1.1引言VAV变风量集中空调系统，是相对于传统的定风量集中空调系统较先进的一种空调方式。它的基本原理是通过改变送入被控房间的风量（送风温度不变）来消除室内的冷、热负荷，保证房间的温度达到设定值并保持恒定。例如，夏季当室内温度高于设定值时就提高送风量，反之减小送风量；冬季当室内温度高于设定值时就减小送风量，反之提高送风量。这种空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空调系统的舒适度。 在各种空调方式中，VAV空调系统有其自身的优点，是一种节能的控制方式。VAV空调系
13、统在一些发达国家非常流行，由于其与定风量(CAV)空调系统相比，在满足空调要求的同时，有明显的节能效果(VAV与CAV相比约可节能30%70%)，因此，从本世纪70年代以来便倍受人们关注.随着暖通空调技术的发展，变风量空调系统正越来越多地被运用到各类建筑中在一些发达国家非常流行。智能控制理论是针对被控对象及其环境和任务的不确定性提出来的，在VAV空调系统的控制领域应当具有广阔的前景。目前，智能控制理论主要有三大方向，即，神经网络控制，模糊控制和专家系统。它们在VAV空调系统中主要用于诊断异常、预测能耗。变风量空调系统是一种随负荷变化的可调系统，对自控系统具有较高的要求。变风量系统的控制技术经过
14、多年的发展，目前已经比较成熟。1.1.2 VAV系统的基本组成图1.1VAV结构图图1.1是一个完整的变风量（VAV）空调系统风系统示意图，它的主要由空气处理机组（Air-Handling Units ,AHU）、送风系统（主风管、支风管）、末端装置（Terminal Units）和送风散流器以及必要的自控装置五部分组成。除末端装置（VAV）以外，其它组成部分与定风量空调系统的作用基本相同。（1）空气处理机组（Air-Handling Units ,AHU）空气处理设备(即空调机组)，是为满足空调房间对送风状态的要求而对空气进行净化和热、湿处理的设备。空气处理设备由普通的新风隔栅、新风阀、回风
15、阀、送风阀、预热器(如果需要的话)、表冷器和送风机组成。大型空气处理装置还包括送风机相匹配的回风机。（2）送风系统送风系统主要由送风管道组成。分为主风管和支风管。（3）末端装置（VAV Terminal Units）由于在变风量空调系统中，是根据空调房间内热、湿负荷的变化，由变风量末端装置通过控制系统的作用来改变送入房间内风量的多少，以实现空调房间内温度（或相对湿度、或两者）的相对稳定，因此，变风量末端装置在变风量空调系统中起着重要的作用。一个变风量空调系统运行性能的好坏，在某种程度上取决于末端装置的优劣末端装置它可以接受室温调节器的指令，根据室温的高低，自动调节送风量，以满足室内负荷的需求。
16、VAV 末端单元可以是“与压力有关”型（pressure dependent），也可以是与“压力无关型” (pressure independent)。 压力相关是指末端阀门的执行机构直接由房间温度控制器控制，由于各末端装置都在不断调节各自的送风量，则整个系统的静压是不断变化的。这类装置没有为补偿管道中的静压变化而设置的控制措施，因此，它输送的空气量会直接受到其上游风管内静压变化的影响，出现送风量所谓“超调”或“欠调”，引起较大的温度波动。压力无关是指阀门的执行机构由风量控制器来控制，而风量控制器由房间温度控制器来设定，不受压力的影响，消除了送风量的“超调”或“欠调”现象，系统运行稳定，温度波
17、动很小。与压力无关的VAV单元控制模式能提供极准确之风量控制，除提高了用户的舒适感外，更比一般其他模式节省大量的空调能源。房间或区域的控制范围由每一只温度传感器区分。与压力无关的VAV单元控制由DDC控制器、进风口差压变送器、风阀驱动器和温度传感器等组成。DDC控制器通过进风口差压变送器及风阀驱动器来控制供风量以便保持一个恒定的空气流量。最小和最大送风量需求被设置是为了和使用的空间相适应。当该空间内空调负荷改变时，DDC控制器将根据该空间内的温度传感器的信号来改变供风量以适应空间的需求。对于任一给定的设定，不管进风口中静压是否改变，DDC控制器将保持恒定的空气流量。这种模式被称为“与压力无关”
18、。VAV末端装置是变风量系统的关键设备，其中压力无关型的VAV末端具有下述功能：接受室温调节器的指令，根据室温的高低，自动调节送风量。当系统压力升高时，能自动维持房间送风量不超过设计最大值。当房间负荷降低时，能控制最小风量，以满足最小新风量和室内气流组织的要求。具有一定的消声功能。当不使用时能完全关闭。因此，每个VAV末端装置都是自带控制器的。目前压力无关型的末端装置已普遍使用。（4）必要的自控装置除以上各装置外，还需一些自动控制装置，使各部分实现联锁和自动控制运行。1.2 变风量（VAV）空调系统的特点 变风量空调系统的基本原理就是通过改变送入房间的风量来满足室内负荷的变化。由于空调系统的大
19、部分时间是在部分负荷下运行的，因此风量的减少可以带来能耗的节约。变风量空调系统具有以下的优点：（1）由于变风量空调系统是通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，因此在确定系统总量时可以考虑一定的同时使用系数，这样不仅可以节约风机的运行费用而且还可以减少风机的装机容量，节省初投资。一般对不同的建筑物同时使用系数可取0.8。系统的灵活性较好，由其适用于房间格局的多变的建筑物。变风量空调系统属于全空气系统，具有全空气系统的一些优点，没有风机盘管系统的凝水问题。因此变风量空调系统主要适用于负荷变化较大的建筑。但是，变风量空调系统在使用中也发现了一些问题，主要表现在以下几个方面。室内的噪声偏大。而且当房
20、间的负荷变小，送风量减少到一定程度时，房间内会发生缺少新风现象，室内人员感到憋闷，同样引起了投资者和技术人员的关注。（2）在VAV的发展和应用中，都有一个不同时期和不同类别产品的“共存”问题。特别是具体问题和具体要求的千差万别，以及种种经济、技术条件比较错综复杂，常常会形成不同产品在不同场合或条件下各自的“合理性”。工程实践的这种“多样性”，再加上VAV技术本身一定程度的复杂性，使得专业技术人员也不容易掌握VAV技术发展的全面状况和发展趋势；对于实际工程应用来说则增加了选择的难度。由于VAV技术的这种快速发展，特别是有关的DDC和网络技术的发展，常常会发现一些生产厂家遥控市场人员不自觉地在推销
21、一些过时的产品，甚至专业研究人员也可能没有抓准技术发展的主流。而且对运营者而言，系统运行不稳定，极难控制，个别工程节能效果不明显。属于国内工程界目前面临的主要问题。室内相对湿度控制质量不如定风量系统那样精确。这些问题二十年前在国外都已讨论过并基本解决，它们属于变风量（VAV）空调系统成长过程中不可避免的，目前国内空调界正遇到这些问题。但由于巨大的节能潜力，它们并没有影响变风量（VAV）空调系统的广泛使用。（3）TRAVVAV系统是VAV系统的一种新形式 。VAV系统的管道静压控制方法是历史条件下发展起来的。为了充分发挥先进的DDC和网络技术所提供的可能性，美国作者T. B. Hartman在自
22、己的著作中提出了TRAV的新概念。TRAV（Terminal Regulated Air Volume，末端调节的变风量系统）和VAV一样，也是一种变风量系统，通过调节风量来创造舒适环境。但TRAV不采用VAV中的静压调节，而由末端装置直接控制送风机。TRAV是基于末端装置实时的风量需求，采用先进的控制软件，实施对送风机的控制。 TRAV系统的节能效果显著。在传统的VAV系统里，当负荷下降并导致流量减少时，末端风阀关小以节流，管道内静压保持不变。而在TRAV系统中，在相同的情况下，末端风阀保持打开，而管道静压降低。于是在相同的流量下，TRAV系统所要求的风机功率要低得多。2 变风量（VAV）空
23、调控制系统基本原理2.1 变风量（VAV）空调控制系统控制要求要制该循环中房间的温度，送风量和送风状态必须不断进行调整。并保持系统内各房间的温、湿度等参数在要求的范围内；系统运行经济控制调节的环节少，调节方法简单。环节少，对于自动控制系统可以少用自动控制、调节的仪表；减少投资和便于维修；对于手动调节则易于掌握，便于调节。2.1.1控制和调节的内容和目的自动控制和调节包括：调节水阀、风阀的开度保持系统内各房间的参数稳定；室内外参数和处理设备后的参数检测；电，水，蒸汽的量及其他参数的测量和记录；工作状况的自动转换以及中央监控与管理等。2.1.2变风量空调系统的控制方式变风量空调系统的控制方式主要有
24、定静压法、变静压法和总风量控制方式三种方式。（1）定静压法 该法是在送风道的适当位置处设置静压传感器，以保持该点静压固定不变为前提，通过不断调整送风机输入电力频率来改变空调系统的送风量。该点一般设在靠近主风道末端，离末端距离约为主风道全长的三分之一处。 这种控制方式的不足之处是在管网较为复杂的情况下，静压传感受器的设置位置及数量难以确定，且节能效果较差。（2）变静压法 该方法是在变风量末端装置中设置阀门开度传感器，各个变风量末端之间采用二芯屏蔽电缆连接。根据系统控器的计算来调节风机变频器，使具有最大静压值变风量末端的阀门处于接近全开的状态。其阀门开度的定义如下。阀门开度100%，风量不足即变风
25、量末端入口静压不足。阀门开度大于85%小于100%，风量满足即变风量末端静压适中。阀门开度小于85%，风量满足但变风量末端入口静压过高。(3)总风量控制方式前面谈到的控制方式都属于静压控制方式，但由于压力控制环节和末端流量控制环节存在一定的耦合特性，所以容易引起系统的压力调节震荡现象。如果摆脱压力控制，而又能很好地实现对风机的变频调节，则可克服振荡现象。因此，便提出了基于总风量的控制方式。所谓总风量控制就是根据各末端设定的风量之和调节送风机转速，以满足各房间所要求的风量。该控制方法与静压控制方法的主要区别就是总风量控制方法不再监测、调控静压点的压力值，而是直接统计各末端要求的风量之和，根据此总
26、风量而调节风机的转速。该控制方法需借助于现代建筑BAS的DCS控制系统，它属于前馈控制方式该方法简单有效，并且节能效果处于定静压和变静压之间。总风量控制方法是由我国专家提出的在国外的文献中未曾提到过。除了这三种控制方法外，有关文献还有定静压变温度法、变静压变温度法等提法，其基本原理都可归于上述方法中的一个。变风量（VAV）空调系统的三种方法，各有自己的优点和不足，但在实际工程中定静压控制仍是最常采用的控制方式。本系统采用的是定静压控制方式。各种方式由DDC控制方法配合：在变风量系统中用DDC控制器对各末端装置的风量款待叠加计算，以此来调节风机的变频装置保证系统所需的必要风量。具体作法是，综合考
27、虑各个变风量末端的风量与入口静压，以此来描绘变风量空调系统的调节曲线，并将其写入DDC的控制程序中。采用此法时为避免风量不足，常将调节曲线设定在较高位置；为此各个末端装置的阀门多处在半开位置下工作，耗能较多。同时离风机较近的末端噪声较高。DDC控制法常与整个大楼的BAS系统联动，具有以下几个特点： 各个变风量末端的开停及冷热变换均可由整个楼宇的中央计算机控制。可由中央计算机进行远距离设定室温设定室送风温度。可由中央计算机监测室温和各个末端的送风量。2.1.3 控制系统的要求变风量系统的基本控制要求主要包括以下几个方面：（1）房间温度控制：房间温度控制是通过VAV末端对风量的控制来实现的，通过对
28、风量的控制使房间温度保持在一定范围内，满足、人体舒适度。这是变风量系统的基本控制环节。VAV控制装置具体介绍见VAV基本组成。（2）系统的静压控制：这是变风量系统十分重要的环节。实现这一控制，才能使系统保持一个稳定的运行压力，从而保证整个系统的运行可靠。（3）送风量的控制：送风量有送风机送出的总送风量和VAV末端送给房间的风量两部分。在保证送风温度符合设计要求下，使送风量紧随着系统负荷的变化而变化。送风机流量的调节和控制常采用变频器调节电机转数的方法，也可以通过调节和控制风机入口的导向叶片或者是送风管路的特性来实现。而其具体的控制依据和有定静压方式和变静压方式两种。对于采用了DDC控制的变风量
29、空调系统，可以直接测取各个VAV末端装置的送风流量。通过加权平均的方法进行叠加计算，再根据计算值去调整送风机的流量。（4）新风量的控制：通过新风量的控制使房间的空气的质量符合要求。这里要求采用二氧化碳浓度监控法。通过对室内C02浓度的检测，来控制新风量。变风量系统的空气处理装置是在设计送风温度已经确定的情况下，送出一定数量的空气的。为了提供达到设计温度的空气，就需要对新风和回风的混合比以及表冷器盘管中的冷冻水流量进行控制。总之，实现这类控制，则可在运行最为经济的情况下，既保证送风温度符合设计要求，又节约能耗。2.1.4 VAV系统的控制算法VAV系统控制相对复杂。其中包括VAV箱控制，AHU运
30、行控制，送风机控制，回风机控制，管道静压控制，建筑物静压控制，送风温度设定值控制，供热控制，供冷控制，新风控制，预热控制，加湿控制系统运行时间和需求传递等。（1）VAV BOX控制VAV BOX控制由热区控制，风机特性，辅助供热，需求外送等部分组成，主要控制模块包括：热区温度传感器，热区温度设定，热区控制器，VAV流量控制等。（2）组合式空调机组（AHU）运行控制。2.2 变风量空调控制系统的控制原理2.2.1 变风量空调系统分析变风量空调系统的基本原理为：固定送风温度，通过改变送风量来满足室内负荷的的变化。因空调大部分时间在部分负荷下运行，从而风量的减少带来了能耗的降低。向室内送冷： 将送风
31、温度设为常数，改变L，就可得到不同的Q，以维持室温不变。这样用能够改变送风量的方法以适应不同的室内负荷，维持室温恒定的空调系统称为变风量系统。2.2.2 变风量空调系统的控制原理变风量空调系统在控制上有3个部分，变风量箱（VAV BOX）控制、变风量空调机组控制和末端调节风量系统控制。变风量箱的控制与所选择的变风量箱的类型有关。目前大都采用的是单风道型，其无再热型和带热水再热盘管型两种最为普遍。室内温度控制器直接控制变风量箱上的电动风阀的开度。在夏季，室温超过设定值时开大风阀，反之关小风阀；在冬季，动作过程和夏季相反。因此，室温控制器设有冬、夏转换开关。当房间冷、热设计负荷在数值上相差不大时，
32、通常来说送热风时所要求的最大风量小于送冷风量最大需要风量，因此在冬、夏转换的同时，变风量箱也应自动对最大送风量进行调整。系统的总体结构示意图如图2.1图2.1 变风量总体结构示意图采用DDC控制，通过通讯网络，末端控制器、空气处理机组控制器均可互相通讯的现状，把系统分成机组部分和末端部分两部分考虑，并把这两部分通过中间桥梁风道进行物质和能量的联系，从而简化分析的问题。这是因为：（1）机组部分耦合严重，而压力无关型的末端部分基本无耦合。可是风道压力与风道阻力特性和送风量都有关系，当末端对风量进行调节时，各末端对风道压力都会产生严重影响，同时风道压力变化也会引起末端阀的开启度的调节，所以末端与风道
33、压力之间耦合严重。（2）基于DDC控制和网络通讯的DCS控制系统，把控制任务分散，降低了集中控制中控制器的负担，便于整个系统优化和高级控制策略的实现。图2.2为单风道变风量空调系统控制结构方框图 。控制回路由冷水量(送风温度控制)、风机转速(静压点静压控制)、送风量(室内温度控制)及新风量(二氧化碳浓度控制)4个回路组成。这里认为各控制回路独立将系统作为一个SISO系统整体考虑和控制 。图2.2 单风道变风量空调系统控制结构方框图系统的工作原理是，夏季，当某个房间的温度低于设定值时，温度控制器就会调节变风量末端装置中的风阀开度减少送入该房间的风量，由于系统阻力增加，引起送风静压升高，当静压超过
34、设定值时，静压控制器通过调节风机转速减少系统的总送风量。送风量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量匹配控制器减少回风量以维持设定值。同时，为保证送风温度，表冷器冷冻水流量 相应减少。风道压力的变化将导致新风量的变化，控制器将调节新风、回风阀来保证新风量。当房间温度高于设定值时，调节过程相反。可见，各房间的风量调节和系统总风量调节是变风量（VAV）空调系统的控制关键，其他回路调节必须紧密配合才能使变风量（VAV）空调系统正常工作。2.2.3 各回路工作控制原理(1)温度控制回路送风温度控制：由于变风量空调系统采用固定送风温度而改变送风量的方式，故必须控制使其送风温度维持一定值。对送风温度的控制
35、可通过温度传感器感知空调机的实际送风温度与设定送风温度的差值，来调节水阀的供冷水量来实现。安装在风管内的温度传感器测量出送风温度，并将测量信号传送到DDC控制器，在控制器内已有设定温度点和其它调整参数。DDC控制器将传来的风管温度与设定点进行比较，计算出调节量并向阀门驱动器发出控制信号，阀门驱动器调节阀杆位置来改变通过阀门或水管的水量，以此来改变风管的温度。其控制框图如下： 图2.3 变风量空调系统送风温度控制回路框图其控制原理图如下： 图2.4 温度控制原理图房间温度控制图2.5为VAV系统室温控制框图，由该框图可以看出，在该控制回路中采用了一个串级控制回路，原因主要是因为房间的温度通过调节
36、风量保持恒定，如果管路压力变化，风量改变又会干扰被调量（温度）。当然，温度检测器一旦检测出温度的变化，便会把信息反馈到调节器。调节器立即产生相应的矫正动作，以促使温度返回到其设定值上。在此期间，压力的扰动已经作用于过程并使被调量受到干扰。因此，可以利用串级控制来改善反馈控制回路的性能。 图2.5 VAV系统室温控制框图该控制回路主回路为一定值控制系统（将室内温度控制在一定植），副回路为一随动系统。主调节器的输出能按负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定植，使副调节器的给定值适应负荷并随条件而变化，即该串级控制系统依靠其副回路，具有一定的自适应能力。其中主控制量为室内温度，副控制
37、量为风量。温控器为主控器，风量控制器（即VAV控制器）为副控器，构成串级控制回路。VAV控制器将房间温控器检测到的实际温度和设定温度，根据比较差值输出信号作为所需风量的设定值，VAV控制器根据设定值调节风阀，改变送风量，使室内温度保持在设定范围内。（2）压力（静压）控制回路压力控制回路的意义在于保持风管中最佳的静压。主要有以下两个方面：控制回路测定静压并将之与设定点相比较控制器将输出信号发送给变频器，影响风机速度及风管中的静压（3）正确选择静压设定点系统的最佳设定点不能预先计算出，它必须在现场进行判断。如果设定点太低，某些VAV箱就不能获得足够的空气以保证舒适度。如果设定点选择过高，就会导致：
38、风机的能源就被浪费掉了。因静压的设定点越高，风机就越难于保持设定点；系统的噪音会增大。因静压设定点高，所有的VAV箱调节风阀只需打开一点就能达到所需流量，而气流从小开口流动就会产生许多噪音；VAV箱的控制就会不稳定。静压设定点高，就降低了调节风阀的风阀范围（对调节风阀的位置进行少量的调节调校，就会岁风流量起到大的影响）流量控制回路对参数非常敏感，而且可能出现振荡。如何正确选择静压设定点：输入一个低的设定点，使某些VAV箱调节风阀开度达到100%，此时这些VAV箱就会处于“欠风”状态。提高静压设定点直至所有的VAV箱均在控制范围之内；调节风阀开度小于100%。重设静压之节能策略：每五分钟，核对所
39、有VAV箱调节风阀的位置如果绝大多数调节风阀的开度大于90%，静压设定点就需增加50个PA。若绝大多数调节风阀的开度小于80%，静压设定点就需要减少50个PA。(4) 静压控制点的位置选择若使用固定设定值，静压传感器应处于风管系统中静压最低的地方，应位于最长的风管总长的2/3以下的位置，每个主风管均需单独设传感器。若用动态设定值，静压传感器在各处均可放置。控制原理图：图2.6 压力控制回路框图图2.6为VAV空调系统压力控制框图，在变风量系统中，通常根据静压传感器的信号来感知系统风量的变化，并通过变频器改变风机的转速，来恒定静压控制点的静压值，以满足末端装置及送风口的压力损失。可采用一简单的反
40、馈控制回路来控制管路静压，实现变风量空调系统送风量的控制。静压传感器将测得的静压信号传给DDC控制器，DDC进行控制运算，向变频器发出控制信号，使变频器的信号发生变化，从而改变风机的速度。另外还有压差控制、风机控制这两中控制方式。压差控制：是通过改变风机的转速，控制风机进出口的压差。风机控制：把系统运行的总风量L瞬时算出。根据风机转速和总风量的性能曲线方程： L=f(n)，把此关系编入控制器程序中就可以实现对其的控制。本文的是第一种控制方式。(5)新风量的控制变风量系统中送风量随室内负荷的减少而减少，这样送入室内的新风量也随之减少；但是新风量减少到一定程度，会引起室内空气品质的恶化；因此在变风
41、量空调系统中必须对最小新风量加以控制。常用的方法有风机跟踪控制法和二氧化碳浓度控制法。风机跟踪控制法的原理是：送风机送出风量-回风机吸入风量=新风量=常量。这样在变风量系统运行期间不论送风量如何变化，回风机跟踪调节回风量并保持与送风量之差不变即新风量维持不变。此法原理简单，但在实际使用中限于检测仪表精度的影响，很难真正做到维持新风量不变。二氧化碳浓度控制法：它是利用二氧化碳变送器测量回风管中的二氧化碳浓度并转换成标准电信号，送入调节器以控制新风阀的开度，而保证足够的新风量。但从长远看二氧化碳浓度并不是确定新风量的唯一依据。这也是该法的局限性。有时新风负荷在空调负荷中所占比例很大。在保证室内空气
42、品质条件下，尽可能减小新风量很有意义。在室内有害物主要是由人产生，肯人员变动率很大的商业建筑。如会议厅，办公室等，可以通过测定CO2浓度对新风量进行实时控制，以减少新风量，新风量的控制如下：当CO2浓度超过100010-6（或其它设定值）时，新风门自动调节到与预测值C(n)相对应的位置；而当浓度超过某一临界值（预设）时，新风阀全开以稀释室内的空气。一些VAV系统可根据室内浓度，臭气（如吸烟产生的烟雾）浓度对新风量进行控制，当需要时，还可能过用户终端进行强制换气。图2.7 新风量控制回路框图用二氧化碳传感器测量回风管中的二氧化碳浓度并转换为标准电信号,送入调节器来控制新风阀的开度,以控制新风的风
43、量，保持有足够的新风。当二氧化碳浓度高于整定值时,即新风量不足,要增大新风阀的开度来增加新风量。2.3 监控点的设置与发展规划图2.8变风量空调机组（定/变静压控制.普通型末端）控制系统图2.3.1 监控点的设置（1）变风量机组：监控点的设置见图，需要说明的是，为风机的变频器设6个点，变频电源控制器设4个点；用于手动/自动开关状态（1DI），电源断，通控制器（1DO），电源状态（1DI）；变频器运行监控设3个点，频率控制（1AO），频率反馈（1AI），故障报警（1DI）。（2）变风量末端装置；变风量末端装置监控点的设置见图，需要说明的是，室内温度传感器为带温度设定功能型，所以设2个AI点，变风
44、量末端装置进风口处有个风量检测装置，设1个AI点，盘管调节阀的控制可分为开/关型，也可以为增量调节型和连续调节型，此处为开/关调节型，所以设定1个DO点，风阀控制可以用1个AO点或2个DO点。受控设备数量监控功能描述输入输出传感器、阀门AIDIAODO执行机构等变风量空调系统新风温度1温度传感器新风湿度湿度传感器新风网电动执行器排风网电动执行器过滤器控制压差开关回风网电动执行器表冷器冷热水电动调节阀加湿器湿度电动调节阀送风机42风机控制箱回风机1412送风温度温度传感器回风温度温度传感器送风湿度湿度传感器管道静压压差传感器末端控制器电动调节阀2.3.2 监控点扩展注意事项在大型建筑物中，变风量
45、系统数量多，末端装置数量也比较大。除变风量系统外，建筑物内还有很多需要监控的设备，显然对于这种大型建筑物，它的建筑设备监控系统是一个大型的有着多条总线的控制系统。因此在系统设计时，应该注意以下几点问题：（1）应该将变风量的机组的控制器（DDC）与系统负责的送风末端装置的控制器设在同一条通信总线上。这样将有利于网络通信和整个变风量系统的运行与管理，同时该总线所带的控制器和监控点的数量要合理，不可能有太多的富裕量。（2）对于系统总线的规划，在考虑以上因素的同时，还应该注意总线的施工和维护的难以程度。（3）还应注意变风量末端装置的温度传感器的合理配置。末端装置的温度传感器配置大致可以分为三种情况。其一，是为每个变风量末端装置设定一个有温度设定功能型的温度传感器；其二，是多个变风量末端装置共用一个有温度设定功能型的温度传感器；其三，是多个变风量末端装置共用一个或几个无温度设定功能型的温度传感器。第一种情况大多数用于面积不大的房间，后两种大多用于大空间。带有温度设定功能型的温度传感器安装在墙上，无温度设定功能型的温度传感器多设在作为回风空间的掉顶上，此时房间的温度的给定值由末端装置控制器中的软件设定。2.3.3 设备选择表-1设备名称型号数量新风温度传感器TE67001新风湿度传感器HE602新风网