VAV系统控制策略分析.docx

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VAV系统控制策略分析

古北国际财富中心

VAV系统控制方案

上海延华智能科技股份有限公司

2010年12月17日

VAV系统控制方案目录

VAV系统控制方案

21概述

传统定风量（CAV）空调系统或风机盘管加新风机组系统的一成不变：

只有活水，没有活风，谈不上节能和环保。

而变风量（VAV）空调系统的独特魅力：

活风，活水，还有活电，同时还要节能和环保。

本工程（即古北国际财富中心）办公区域采用的就是VAV系统，在满足用户舒适性的同时，充分体现了建筑节能和环保的理念。

VAV系统作为本项目空调系统的核心，其控制也是BMS的核心组成部分，采用何种控制方案，将影响到本系统的运行效果。

本文将详细介绍本工程VAV系统的控制方案。

22系统设计说明

为了更清晰的说明VAV系统控制与本项目BMS的关系，请看下图（即本项目BMS网络架构图）：

图阴影部分就是VAV系统。

本项目VAV系统设计应用范围为办公区域。

除门厅等大空间区域采用单风管定风量全空气低速空调系统，并在周边玻璃幕墙加设地面送风系统外，办公区域采用全空气变风量空调系统，标准办公层每层分为四个空调区域（顶层会所为两个空调区域），每个空调区域设置两台薄型变风量空调机组分别为内、外区服务，变风量空调机组处理后的送风经中压风管、单风道变风量风箱和送风口分别送至内、外区，回风通过回风口、吊顶回到空调机组。

设计变风量空调系统采用变静压控制方式。

空调箱均设有初、中效空气过滤器、空气净化装置等功能段。

下图为标准层VAV系统示意图：

下文VAV系统控制方案中，举例说明所采用的参数为标准层（9F）东南区域相关参数。

22.1标准层监控点表

见下页：

22.2VAV末端温控器设计说明

本项目VAV末端温控器的形式初期考虑全部顶装，内含温度传感器。

温控器的实际安装形式可在二次装修时，根据实际需求进行更改。

末端控制器除接受温控器自带温度信号外，还可接入另外一个室内温度传感器信号，对室内温度进行冗余检测，但需额外增加成本。

23控制方案描述

23.1末端控制

23.1.1常见VAV系统控制策略

通常VAV系统的控制方式分为三种：

定静压控制、变静压控制、总风量控制；

三种方式对比如下：

定静压控制

变静压控制

总风量控制

控制思想

稳定风管静压恒定

减小末端之间干扰

使相对开度最大风门稳定在适当区间，最大程度节约送风能源

建立风管模型

通过总需求风量

直接确定风机频率

节能效果

差

最好

介于定静压与变静压之间

调试难度

简单

困难

容易产生误差

可结合定静压提高可靠性

建设成本

低

高

中

了解了上述三种控制方式后，我们发现，无论使用哪种控制方式都存在优点和缺点，那么能不能根据三种控制方式各自的特点，充分发挥三种控制方式的优点，同时又相互弥补各自的缺点呢？

根据本项目的特点，结合我司多年VAV系统施工经验，我们推荐采用：

混合控制法。

23.1.2本项目VAV系统控制策略—混合控制法

混合控制法可描述为：

“总风量＋变静压”

原理图如下：

第一步:

利用总风量法前馈控制的优点,使系统迅速达到平衡（从原点点到达A点）.

通过累加VAV总的实际需求风量,根据风量对应频率的风机曲线（需空调厂家提供）迅速计算出风机此时需要运行的频率,并控制风机迅速达到,风机调节速度比VAV风阀调节要快得多。

第二步:

利用变静压法精确控制的优点,微调风机频率，进一步使系统运行在最节能的状态.（从A点到达B点）

由于总风量法的风量曲线难免存在误差,我们很难直接把系统控制到最节能的状态,此时我们通过变静压法（即阀位控制）,检测VAV各个末端风阀开度,并微调风机频率,使系统中所有VAV末端风阀开度达到70%~90%（此参数将在VAV专题会议中讨论决定）之间,此时,表明系统既运行在最节能的状态,又可以满足所有VAV的风量需求。

补充说明：

上述控制策略描述了系统在正常运行情况下的工作流程，那么在非正常情况发生时，系统的安全稳定是怎样保证的呢？

对于本系统，我们设想的最不利状况为：

系统运行时，末端风阀开度同时存在过大和过小现象，且数量超过了末端总数的30%（可讨论）【在风平衡调试成功后一般不会发生此种情况，但不排除此种情况在未来发生的可能性】

针对此种情况，我们设定：

当发生此情况时，系统发出警报信息，同时自动联动空调主机进入安全运行模式，此模式下，系统跳转为定静压控制，根据安装在风管内的静压传感器反馈信号，结合设定静压值，保证系统在非正常情况下的安全运行。

此时，系统维护人员应尽快排除故障，恢复系统的正常运行。

【定静压安全模式运行的详细参数，将在后续VAV专题会议上讨论】

本项目采用的是协力空调株式会社（KAK）压力无关型VAV末端。

对于单个VAV末端而言，其基本运行流程图如下：

对于单个VAV末端而言，

系统给定信号为：

需求风量信号（DC0-10V）；

现场给定信号为：

设定温度、开机、关机；

反馈信号：

实际风量（叶轮式风速传感器）、风阀开度过大信号（干结点）、风阀开度过小信号（干结点）、室内温度、设定温度；其中风阀开度过大（过小）信号可在定制产品时设定。

单个末端的控制流程说明：

系统根据室内反馈温度与设定温度PID运算出【计算需求风量】，再根据【计算需求风量】与【实际风量】PID运算出【实际需求风量】，VAVBOX根据【实际需求风量】自动控制风门开启度。

当系统稳定时，会保持在一个恒定的需求风量值（即恒定风门开度）。

在系统试运行之前，需进行系统最小风量、最大风量、风量平衡调试，调试成功之后，系统可进行正常运行调试（此部分由上安负责完成，我司会在后续工作中提出界面要求）。

当处于非过渡季节模式时，处于一个空调机组作用范围内所有VAV末端的系统运行分三个阶段：

预冷或预热运行模式：

此时所有末端全开,空调机组满频运行；

总风量控制模式：

此时系统按总风量模式运行10分钟；

正常工作模式：

此时系统按变静压模式运行。

【过渡季节系统工作模式在后续VAV专题会议讨论】。

系统框图如下：

注：

图中修正频率计算按照PID控制给出，设定值为0，控制值为风阀超限末端数量。

图中30HZ是为保护空调机组风机所设定的最低限制频率，此值请上安提供并确认。

23.2空调机组控制

23.2.1基本控制

23.2.1.1机组启停

1）系统启动时，在服务器上点击ON按钮（或根据时间表自动运行）启动系统，控制系统自动联锁启动相应的热水阀或冷水阀、新风阀及回风阀、送排风机等相应设备。

2）系统停止时，在服务器上点击OFF按钮（或根据时间表自动运行）关闭系统，控制系统自动联锁关闭相应设备。

23.2.1.2新风阀控制

新风阀控制描述如下：

1）在正常模式下，维持预设的最小新风量。

新风阀开度不小于30%。

2）在省能器模式下，强制新风VAV的开度为100％；

3）在对应的AHU停机时，强制新风VAV的开度为0％。

外区新风CAV末端的控制逻辑如下：

1）在AHU开机时，开启CAV。

2）在AHU停机时，关闭CAV。

详细新风控制参数将在后续VAV专题会议上讨论。

省能器模式是当室外空气温度接近设定送风温度时，用室外新风替代回风送至冷却盘管。

这将使机械制冷的用能要求降低。

对于本项目，我们初步考虑：

当室外温度处于20℃至24℃之内时，开启省能器循环；

此时，内区VAV新风阀开启100%，回风阀开启30%。

当室外温度处于20℃至24℃之外时，跳出省能器循环。

此时，内区VAV新风阀开启30%，回风阀开启90%。

上述风阀开度数据设定依据将在后续VAV专题会议上讨论。

23.2.1.3排风机控制

排风机转速根据新风量进行控制，要满足控制区域内的正压需求，但不能过大，以免冷量外泄，控制方案及风量参数请暖通单位提出，在后续VAV专题会议上讨论。

23.2.1.4室内湿度控制

按空调设计，根据回风湿度来控制加湿阀的开关。

本项目湿度控制参考值为50%（可修改），在后续VAV专题会议上讨论。

23.2.1.5机组保护控制

23.2.1.5.1滤网堵塞报警

空调机组过滤网堵塞会严重影响系统运行效果，维护人员应定期清理过滤网，为保证系统良好运行，空调机组设置了滤网堵塞报警装置，分别在初效滤网及中效滤网加装压差开关，其压差设定值请暖通设计单位提供，滤网阻塞报警时，由维护人员手动停机后，进入设备维修状态。

23.2.1.5.2风机压差保护

由于一般情况下，BMS系统只检测空调机组风机接触器信号作为运行信号反馈，当空调机组风机接触器动作而风机未启动时，BMS系统不能及时作出反应，针对此种情况，本项目设置了风机压差保护开关，以确保送风机的安全运行，当该开关关闭时，表明送风机运行安全，当开机后30秒，该开关仍未关闭，强制停止系统并报警。

23.2.1.5.3表冷器防冻保护

本项目BMS系统在空调机组新风段表冷器上设置防冻开关，确保表冷器运行安全，当防冻开关动作时，优先加大热水阀到最大开度，并报警；当防冻开关仍处动作状态，则强行关闭空调机组

23.2.1.6回风机控制

每个分区设置了4台回风机，控制方式为联动控制，当该区域空调机组启动时，联动4台回风机启动运行，末端关闭时，联动4台回风机关闭。

23.2.2运行模式选择

系统正常运行模式分为：

制冷模式、制热模式和过渡季节模式。

同时，当室内外温差比较大时，为了能够保证用户的舒适性，系统会在用户进入大楼工作之前进行预冷预热。

23.2.2.1制冷模式

一般是在夏季时运行此模式，此模式下系统主要依靠调节冷水阀降低送风温度。

23.2.2.2制热模式

一般是在冬季时运行此模式，此模式下系统主要依靠调节热水阀提高送风温度。

23.2.2.3过渡季节模式

此模式下冷水机组及锅炉系统将不提供空调水，系统依靠新风阀及回风阀来调节室内温度。

此模式具体控制方法将在后续VAV专题会议上讨论。

23.2.2.4预冷模式

目的：

在上班前通过大功率输出冷风将建筑物夜间集聚的热量和散发污染物排到室外，使室内空气质量和温度满足用户需求。

控制：

此模式启动的时候：

●全新风运行10分钟后关闭新风阀；（全新风运行时，会开启相应排风机）

●冷水阀开启到最大值；

●所有VAV末端按最大风量模式运行；

●AHU的送风机按最大风量需求频率运转；

●当回风温度达到22度时，自动进入正常工作模式。

【全新风运行时间由暖通设计单位提供】

23.2.2.5预热模式

目的：

在上班前通过大功率输出热风使室内空气质量和温度满足用户需求。

控制：

此模式启动的时候：

●全新风运行10分钟后关闭新风阀；（全新风运行时，会开启相应排风机）

●热水阀开启到最大值；

●所有VAV末端按最大风量模式运行；

●AHU的送风机按最大风量需求频率运转；

●当回风温度达到22度时，自动进入正常工作模式。

【全新风运行时间由暖通设计单位提供】

23.2.2.6模式选择

我们设定本系统平时的正常运行时间为8:

00-20:

00（可修改）。

调试阶段，我们会在每天7:

00-20:

00时间段内设定温度参考值：

Ø7:

00室外气温；

Ø当天室外平均气温；

Ø当天室外最高气温；

上述数值会自动存储进入数据库7天。

在正式运行时，系统将每天检测到的数据自动存储进入数据库。

系统会自动根据前一周的室外气温判定第二天是否进入过渡季节运行模式。

【判定详细情况会在后续VAV专题会议讨论】

在非过渡季节模式时，我们用室内气温作为参考值，用RT表示：

当RT－22≥7时，系统将在7:

00开始预冷模式运行；

当RT－22≤－7时，系统将在7:

00开始预热模式运行；

当－7＜【RT－22】＜7时，系统将在7:

30开始预冷模式或预热模式运行；

23.2.3运行流程图

23.3系统控制

23.3.1按时间表确定的运行模式

系统运行时间：

7：

00～20：

00（可改）；

正常运行时间：

8：

00～20：

00（可改）；

23.3.2手动运行模式

系统可通过电控箱的开关选择设备的自动或手动模式。

智能管理系统在手动模式下仍有连续监控的功能。

（1）手动模式主要用于设备检修、调试；

（2）在手动模式下，各设备可根据情况绕过中央监控系统单独开、停。

在系统调试结束进入正常运行后，不建议用手动模式。

23.4系统控制权限

本项目采用的BA控制系统具有多级控制权限，可根据需要进行设定。

下面列取常用权限：

1）管理员权限（最高）：

可最大权限控制系统，设定运行时间表等；

2）值班员权限（二级）：

可对系统进行开关控制，但不能设定时间表；

3）一般权限（最低）：

可查看系统运行情况，但不能控制系统动作。

除上述权限外，编程人员可根据使用者需求进行定制权限。

24对其它承包商的配合要求

我司将在后续VAV专题会议讨论BMS调试对其它承包商的配合要求及工作界面要求。

详参VAV专题会议计划。

25综述

为了使本项目的设计能够完美实现，我们的控制方案还需要设计院和机电施工单位的大力配合，方案中涉及的过程参数将在VAV专题会议上讨论通过，详参会议计划。

在控制领域，无论哪种控制方式都存在着不可避免的优点和缺点，只有结合项目自身特点，根据功能需求量身定制的控制策略才是真正合适的。

上海延华智能科技股份有限公司

2010年12月17日