VAV变风量系统技术方案Word格式.docx

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监控设备

数量

监控方式及监控内容

变风量空调机组

1台

（每层）

AI：

送风温度、送风管静压、回风温度、频率反馈、冷、热水阀反馈

AO：

冷、热水盘管阀门开度控制、风机变频控制

DI：

风机运行状态、故障报警、手/自动状态、初、中过滤网压差报警、风机压差开关

DO：

风机启停控制

下面就VAV空调机组的控制作详细介绍。

1.3变风量空调系统的控制要点

AHU变频控制和静压控制：

变风量控制系统不仅仅是在变风量系统上安装变风量末端装置和变速风机，而且还有一整套由若干控制回路组成的控制系统。

变风量空调系统运行工况是随时变化的，它必须依靠自动控制才能保证空调系统的最基本要求——适宜的室温、足够的新鲜空气、良好的气流组织、正常的室内压力。

比如在夏季，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节末端装置，风阀开度减少送入该房间的风量。

风阀关小引起系统阻力增加，送风静压会升高。

当超过设定值时，静压控制器会减少送风机转速。

可见，控制系统是变风量空调系统最主要的组成部分。

变风量系统之所以能够变工况运行，完全是依靠它的控制系统。

变风量的控制系统由若干个控制回路组成，它们要完成回路基本功能：

室温控制、送风机控制、送回风匹配控制和新排风控制。

其中最主要的是送风机控制。

因为送风机的控制方法的选定直接涉及到空调系统的方式和节能，而且也是此次技术方案重点说明的地方。

1.4本项目定变静压控制方法说明

一般而言，送风机的控制方法有三种：

定静压、变静压和总风量控制方法。

变定静压控制法是在定静压基础上优化得来的，可实现降低风机转速，实现风机节能运行。

但该系统控制方法比较复杂，适合于中等规模的变风量空调系统的场合。

该方法在送风系统管网的适当位置，通常在离送风机约1/3处，设置静压传感器，并根据末端阀门开度的位置，不断对静压值进行再设，来调节空调箱送风机的频率，以达到送风静压目标值。

其系统运行控制状态点会随静压设定值的改变，风机的运行点也会随之变化，改变风机动力。

对于变风量系统采用的离心式风机：

风量与转速的关系为Q1/Q2=n1/n2

风压与转速的关系为H1/H2=（n1/n2）²

风机所需轴功率与转速的关系为P1/P2=（Q1H1）/（Q2/H2）=（n1/n2）³

由上述关系可知，轴功率与转速的三次方成正比，这就是说，随着风量（或转速）的下降，轴功率将立方倍地下降。

例如，风量下降到50％时，轴功率将下降到12.5%，可见节约的能源相当可观。

因此，用调节风机转速是一种非常有效的节能措施。

1.4.1VAVAHU变定静压系统控制实施步骤：

变定静压控制法的关键在于对各末端阀位数据的读取与送风总管静压再设定，其步骤如下：

（1）读取每个变风量末端的风阀阀位。

（2）分析各末端阀位开度的最大值POSmax。

（3）如果有1-2个末端阀门开度的POSmax>

90%，说明在当前系统静压下，具有最大阀门开度POSmax的末端装置的送风量刚好满足送风区域的负荷要求，因此，需要增大静压设定值，一般以10Pa为每个步进。

（4）如果有1-2个末端阀门开度的POSmax<

70%，说明在当前系统静压下，POSmax太小，系统静压值偏大，可以减小静压设定值，一般也以10Pa。

变定静压控制流程

本项目中，办公楼每层设置了1台AHU空调机组，从空调机房出来后，送风管分成2根总管，分别为两边的VAVBox末端送风。

整体上送风总管成“C”字型，空调机在中间位置。

一般建议在2根总管上各设置一个静压传感器，取其平均值作为静压控制值。

但该项目上，两边的风管不一样长，因此也可以只在较长的风管上安装静压传感器。

1.4.2空调机风机频率的优化实施过程

◆控制目标：

确保VAVBox的开度在70%~90%之间（可修改）。

◆计算公式前已叙述，现将控制的积分时间定为10分钟（可修改）

◆在此期间,异常工作VAVBox和停止状态VAVBox，应排除在控制之外

◆通过WEBs的DDC控制器编程程序，可实现上述功能，计算出风机的转速

例如：

当前风量8160CMH，依风机特性曲线对应频率为30Hz。

如有7个VAVBox处于高开度，则空调机马达频率修正比率为：

10/14*7=5%/Min。

积分参数为10分钟。

则修正频率为：

30*（1+5%/10）=30.15HZ

以后每分钟进行累加，可看出风机速度的变化情况，及相关VAVBox风门开度的变化。

风机的反馈频率也可从电脑上读取。

1.5送风温度的控制

1.5.1送风温度的一般控制

上述送风静压的改变是对某一个固定的送风温度而言的，因此针对某个送风温度的静压值对另一个送风温度来说就不能说是合理的静压了。

所以送风温度的设定问题与送风静压的设定问题一样，也是此次工程需解决的问题之一。

本案选择了统计法的控制方法。

其原理是，对于某一空调的显热负荷，若该末端存在送风量允许范围，则势必相应地存在送风温度允许范围。

若系统中各末端的允许送风温度范围存在共同区间，则该区间内的任意一个送风温度均可使各末端满足负荷要求。

若不存在共同区间，则可在最多的统计区间内选择送风温度以满足多数末端的要求，或折中选择送风温度以使系统中各末端平摊损失。

这时，重新设定送风温度可能影响静压的设定。

这两者之间的参数有一种耦合关系。

工程上的作法一般是当送风静压稳定后一段时间（如10min~15min），再来改变送风温度值。

1.5.2空调机送风温度的优化实施过程

下图为空调机送风温度优化实施过程。

从图中我们可以很清楚的观察到控制的实行。

每个VAVBox当前负荷

读取VAVBox负荷最大值

得出送风温度重设值

求出送风温度设定修正值

求和

空调机送风温度设定值

空调机送风温度最优值

空调机送风温度低限值

空调机送风温度高限值

送风温度优化实施过程图

1）高负荷----空调机温度设定值的变化

为看到高负荷的效果，我们可人为调高VAVBox温度的设定点，则系统负荷升高，此时增大风机速度仍无法满足系统要求。

空调机温度设定值将升高。

如：

有一个VAVBox处于最大负荷,（现控制为冬季模式/舒适控制），重置值为:

+5度，积分时间为10分钟，增加温度偏差为：

0.5度,送风温度设定值加上偏差0.5度/Min。

2）低负荷----空调机温度设定值的变化

为看到低负荷的效果，我们可人为让一个VAVBox关闭，此时总风量需求将会减少，风机速度将会减小。

空调机温度设定值将降低。

如：

有一个VAVBox处于低负荷,（现控制为冬季模式/舒适控制），重置值为:

-5oC，积分时间为10分钟，减少温度偏差为：

-0.5oC,送风温度设定值减去偏差0.5oC/MIN。

3）控制模式的变化

在系统中，可应用软件来实现并指示系统工作模式的变化。

4）对于不定时使用的VAVBox在系统中，可应用软件来处理

VAVBox在使用时，参数计入VAVAHU系统；

VAVBox不使用时，参数可不预考虑，这样可以不影响整个系统的运行。

5）控制系统应主意的问题

空调机组的预冷/热时间要适当调正。

（半小时/一小时）

VAVzones有不同的优先级。

让低优先先级的VAVBox首先承担困难。

一个简单的数据库,叫作“VAVBox报告”,用历史数据来维护BAS系统。

VAVBox的起动/停止，不能影响系统的运行。

风阀位置报告---应用分析所有BOX阀位的历史数据，做一个报告指示最频繁开启的阀门和阀门开度最大和最小的阀门。

管理系统能够就这些报告建立一个固定的模型。

如果VAVBox报告认定一个阀门长期常开,可建议重做风平衡,增大VAVBox的尺寸或者再安装一个。

1.6空调机的其他控制

送风温度的最佳控制：

根据与VAV控制器的通信，收集至VAV的控制信号，达到室内的制冷要求度/采暖要求度，根据最高制冷要求度/采暖要求度，变更送风温度设定值。

每一分钟将复位值的1/10的值加给送风温度设定值，进风温度的下限值为11度。

供冷时，如果有一个VAVBOX风门全开，该区域温度高于上限，则增加供冷温度0.50C，如果该区域温度低于下限，则降低供冷温度0.50C。

◆连锁控制，风机启动：

水阀执行器自动调节；

风机停止：

水阀关闭，在冬季水阀则保持30%的开度，以保护热水盘管，防止冻裂。

◆预冷和预热控制：

空调机启动时，关闭新风和排风阀，全开各个VAV箱，风机频率设为100%，根据回风温度对冷\热水盘管的二通阀进行比例积分控制。

停机时，全部关闭合电动二通阀和新风管上的电动风阀，冷热水盘管上的电动二通阀全闭采用时限控制（10min左右）。

◆根据室外温度决定AHU和VAVBOX的冬/夏自动转换模式。

具体的冬/夏季节的温度设定可参考：

南京的夏季一般需要连续5天日平均温度高于22℃，冬季是连续五天平均气温低于10℃。

◆模式控制：

在过渡季节，应该尽可能利用室外空气焓值较低的条件，以降低空调能源消耗，此时空调机组运行在全新风模式。

除此之外，空调机组均运行在最小新风模式。

这两种模式下，新风均来自地库的新风机组。

根据暖通设计，模式切换式，控制相应的风阀的开闭。

另外空调机组的排烟模式由消防报警系统控制，该模式下BAS不做任何动作。

◆风机变频控制：

本项目采用变定静压法控制VAV空调机组的送风机频率。

通过对各末端阀位数据的读取与送风总管静压再设定，计算风机所需的转速，控制风机变频器输出频率，修正风机转速，保证每个VAV末端的开度在70-90%之间。

变定静压法的内容在上文有详细描述。

◆初效、中效过滤网的压差报警，提醒清洗过滤网。

◆风机压差状态：

在风机两端设置压差开关，当压差与风机运行指令不符时，报警。

◆风机运行状态及故障状态监测，启停控制。

◆升温控制：

空调机开始运转时，将新风阀全闭1小时，进行空调机的运转。

升温运转中禁止加湿控制，VAV装置以最大风量进行运转。

◆启停时间控制从节能目的出发，编制软件，控制风机启／停时间；

同时累计机组工作时间，为定时维修提供依据；

例如，正常日程启／停程序：

按正常上、下班时间编制；

节、假日启／停程序；

制定法定节日、假日及夜间启／停时间表；

间歇运行程序：

在满足舒适性要求的前提下，按允许的最大与最小间歇时间，根据实测温度与负荷确定循环周期，实现周期性间歇运行。

编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。

1.7新风机、排风机的控制

1.7.1新风机控制

作为高端办公楼的VAV系统，对新风量的控制同样重要。

很多项目，由于新风不足，而造成其舒适性下降。

若不对新风量进行有效的控制，送风量的减少将会引起室内新风量的减少。

长时间室内新风量不足，室内人员的舒适感降低的同时身体健康也会受到影响；

反之，室内新风量过高则需要提供更多的能量加以处理，造成不必要的能耗。

因此，变风量空调系统的新风是影响变风量空调系统运行性能的重要因素之一。

根据空调系统的使用要求，结合DDC控制器的编程控制，可以有效地改善系统运行品质，提高室内空气品质，节省运行能耗，提高管理水平。

◆新风的送风量控制：

推荐采用压力无关型的风量控制阀，可以保证即便是在压力波动情况下也保持恒定新风量。

根据室外温度进行风阀调节，在过渡季节时，风阀开度最大，保持最大新风量；

而在夏季模式时，保持最小新风量。

新风机变频控制，确保送风微正压。

◆新风温度控制：

通过冷水阀调节，控制送风温度恒定，一般在15-18℃之间。

◆其他控制：

还包括过滤网监测、风机，风阀，水阀的连锁控制、风机的定时控制等。

1.7.2排风机控制

排风机的控制应与新风机共同考虑，其目的是保持室内的微正压或者说，新风量应大于排风量约10%。

当排风井内压力超过室内的压力时，每个VAV末端的送风效果将降低。

特别是在制热时，由于热空气的自身上升效应，即便是送风温度已达到设定值，但往往VAV末端热空气无法送入人体感受的区域，而悬浮在上方，达不到想要的效果，其原因就是无法保证室内的微正压。

排风机送风机控制示意图

因此，对排风机的变频控制也同样重要，其方法如下：

在排风竖井上安装微压差传感器，测量室内空气压力和排风压力的压差，并通过排风机变频器的控制，确保这两者的压差在25-35Pa之间。

1.8变风量末端（VAV）控制

本项目采用Honeywell公司特为其量身定做的变风量末端VAV控制器Spyder系列（PVB系列控制器）来控制VAV单风道box，其符合LonWorks标准。

Spyder控制器通过Lon总线接到BACNET路由器。

Spyder的VAV控制器功能非常完善，它的设计考虑了所有变风量箱控制的各种方式，其控制方式可分为温度控制、流量控制和旁通控制三种，但应用组合多达16种之多，包括再热控制，变风量末端风机控制等等。

因此，Spyder控制器可以实现有效的一对一控制和预先设定程序控制，而不需单独编程。

每个VAV末端采用一个房间设置一个带温度设定功能的墙装温度面板TR42。

对于单风道VAV末端，有如下控制：

室温控制：

供冷时根据区域温度控制调节VAV进风量，当达到供冷设定点时维持新风需求的最小进风量不变。

变风量设备的控制环路分为两个环节：

A）室内温度控制环路：

通过房间温度传感器测得室内温度，将之与温度控制器中的设定值作比较，然后给出一个电信号给风量控制器，从而根据房间温度的变化来调节送风量。

单风道VAVBox控制点原理图

控制过程见下图：

B）风量串级控制环路：

闭环控制环路（测量－比较－调整）。

通过VAV设备前端的压差测量管测得动压，由压差变送器转换成电信号给风量控制器，风量控制器将之转换成风量值，将此实际测量值与设定值（温度控制器给出）比较，得出的偏差为一电信号，给执行器后调节阀片，从而改变风量，直到与设定值相同。

单风道VAV末端在不同工况下的运行方式如下

工况

运行方式

控制策略图

夏季模式

根据设定温度调节送风量，温度越高，送风量越大。

当温度下降时，送风量减少，当达到或小于设定温度时，以最小送风量运行

冬季模式

根据设定温度调节送风量，温度越低，送风量越大。

当温度升高时，送风量减少，当达到或高于设定温度时，以最小送风量运行

⏹VAV风量计算

将由VAV末端输出的风量信号输入于VAV控制器，并公式计算风量，对空调监视系统进行通信并表示。

回风和送风的VAV的风量控制应纳入系统总风量平衡之中。

⏹VAV冬/夏季节模式自动转换

我们主要根据室外温度来进行VAV冬/夏季节模式自动转换的，具体的冬/夏季节的温度设定可参考：

夏季一般需要连续5天日平均温度高于22℃，冬季是连续五天平均气温低于10℃。

1.9变风量空调系统噪声控制

⏹空调系统的噪声源及传播途径

在空调通风系统中，风机、水泵、冷冻机组等是主要噪声源。

对于变风量空调系统，出空调器送、回风机为主要噪声源外，一次风调节阀以及风口等配件产生的招生都将影响室内声学环境。

噪声控制主要从噪声源出发，对各噪声源在选型、设计、安装时加以控制。

空调器风机：

在相同风量、风压下，后倾式风机产生的噪声比前倾式风机更大，但在风压与风量较大时，此型风机的效率较高。

在叶片的通过频率下，后倾式风机的声频一般比前倾式风机低，因此，该段风机高频段噪声较高。

安装时，风机进、出风管连接处保持气流均匀，避免产生不稳定气流、湍流以及进口旋流，可降低噪声。

风管配件：

空气在风管内流动是，在一些风管配件如变径管、三通、弯头、风阀、消声器和风口出会产生湍流而发出噪声。

对于风管，采用圆形风管比矩形风管的声学性能好。

风管接头之间采用过渡直管，可以减少阻力和空气动力噪声。

风阀的噪声以2中途径传播：

经风管和风口传送至室内；

辐射噪声穿过风管壁与吊顶进入室内。

因此，风量调节阀安装在距风口5-10倍风管直径处。

风口和风阀之间、条缝型风口利支管风阀之间设置小声静压箱等。

⏹吊平顶噪声控制

吊平顶噪声来源主要是VAV末端内置风机运行和风阀节流所产生的。

本项目采用如下方法加以控制和改进：

所选用的VAV端都经噪声测试，符合国家规范。

加强风管刚性，采用加固法兰，可直接改变风管系统的共振频率。

在31.5Hz和63Hz频率段，该方法可降低5-10dB。

适当降低风管静压，可减少噪声

1.10VAV系统控制架构

整个VAV系统（包括空调箱控制器和VAV控制器）的控制系统架构

如下图：

Spyder系列的VAV控制器（PVB系列）实现了对VAV末端的控制，该控制器已内置了VAV末端的各种控制程序和策略，满足不同控制需求。

该款控制器都采用一体式设计（自带压差传感器和风阀执行器）。

房间温控器TR42直接通过Spyder控制器的Sylk总线连接，用于VAV末端的本地设置和监控。

其它的Spyder控制器（PUB6438SR等）用于控制空调机组。

Spyder系列的VAV控制器采用LonWorks通讯协议，BACNET路由器作为Lon总线到以太网的协议转换和路由。

BACNET路由器有LonWorks的通讯协议驱动，使底层的Spyder控制器能与WEBSTATION-AX工作站软件和Spyder控制器（用于控制VAV空调箱）进行通讯，同时它还带其他标准协议（如BACnet、Modbus、SNMP、KNX等）的驱动，使其在今后与BAS系统的通讯、数据交换、集成等方面预留了接口，为今后整个VAV系统的拓展创造了条件。

WEBSTATION-AX作为工作站软件，提供一个人机界面，用于在中央进行对各VAV末端的参数设置、状态浏览、报警查看和记录等，也包含了对VAV末端温度、风量、设定值的参看和历史记录。

有关WEBSTATION-AX工作站的信息，详见产品说明介绍。

另外，考虑到与楼宇自控系统的集成，所选用的VAV/CAV控制器采用LonWorks通讯。

作为一种开放的协议，LonWorks可以直接与第三方通讯。

而与采用Honeywell的楼宇自控系统集成，更无瓶颈问题。

2.产品说明

2.1WEBSTION-AX™管理软件

WEBSTION-AX™是系统中所有控制器的网络管理软件。

WEBSTION-AX™利用了因特网的强大通讯功能，可以对BACnet和LONWORKS等开放协议进行有效的集成。

WEBSTION-AX™可以创建一个强大的网络系统，支持综合数据库的管理，警报管理和短信服务。

WEBSTION-AX™还提供工程编辑功能和图形化的用户界面。

WEBSTION-AX™是一个灵活的网络服务器，可同时连接WEB600、WEB-545、WEB-403、WEB-201等站点。

此软件的设计旨在充分利用Internet，为标准的、开放的协议如：

OPC、BACnet提供有效的系统集成。

WEBSTION-AX™具有复杂的数据库管理、报警管理和信息服务软件，可为用户创建一个功能强大的网络环境。

其特点如下：

v基于Java的图形化用户界面

v支持无限用户通过标准Webbrowser访问系统

v通过SQL数据库和HTTP/HTML/XML文本格式进行企业的信息交换

v数据库变化的审计跟踪功能，用于追踪用户信息，发生时间和审计记录。

v同步控制器的数据库、数据存储计划、控制和能源日常管理

v修改报警流程和路径，包括email及寻呼信息

v通过标准Web浏览器进行系统登录，可以得到报警、记录、日程表和配置等数据信息

v多级密码保护，采用独有加密技术保证系统安全

v基于HTML的帮助系统，包含完整的在线系统支持文档

v支持多个WEBs-AX控制器的工作站接入因特网

v可在线或离线应用WEBPro-AXTM图形应用配置工具和一系列的控件库

1、系统监视功能

vWEBSTION-AX™以WindowsXP或Linux为操作平台，采用工业标准的应用软件，图形化操作界面监视整个BA系统的运行状态，提供现场图片、工艺流程图（如空调控制系统图）、实时曲线图（如温度曲线图，可几根同时显示，时间可任意推移）、监控点表、绘制平面布置图，以形象直观的动态图形方式显示设备的运行情况。

可根据实际需要提供丰富的图库，绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示。

v可提供多种途径查看设备状态，如通过平面图或流程图，通过下拉式菜单或特殊功能键进行常用功能操纵，以单击鼠标的方式可逐及细化地查看设备状态及有关参数。

v画面的转换不超过两键，画面全部数据刷新小于2秒。

vWEBSTION-AX™系统软件能提供一个多任务的操作环境，使得用户可同时运行多个应用程序，也可浏览Internet网页。

通过使用工业标准的软件来支持并行访问和系统监控操作。

v具有灵活的用户图形界面，提供一些传统的监控管理功能，如时间表、趋势图、报警、历史数据采集和高级能量管理等应用，既可在本地操作又可通过Inte