约克（中国）商贸有限公司广州分公司
摘要：随着中国经济的发展，超甲级写字楼在大中城市像雨后春笋般冒出。对空调舒适性、节能性要求越来越多大，使用全空气系统变风量空调系统是大势所催。从以往只控制大型风柜设备，到变风量末端的精准控制，都必须采用楼宇自控系统才能实现，只有这样，才会创造一个舒适、环保、节能、自动化的工作生活环境。
关键词：变风量系统；楼宇自控系统；舒适；节能
引言：传统控制方式已经不能满足变风量系统使用需要，根据众多项目设计与实施经验。变风量系统已经行业认知并不是一个单一孤立的系统，而是多专业共同打造的专业系统工程。
以下以南方某大型方形写字楼为例子，浅谈变风量系统的节能控制应用。
一、建筑概况
气候：夏热冬冷型地区。
功能：综合性建筑，裙楼作为商场、美容会所、健身中心等使用，标准层作办公使用。对于裙楼，其主体功能房间空间较大，人员较多，通常也不需要再去分区控制各区域温度，因此宜采用一次回风定风量空调系统。对于标准层，因其使用功能为办公，所以负荷变化规律，为了保持区域温度可控、改善室内空气品质和提高热舒适性，设置变风量空调系统。变风量空调系统可根据空调区负荷的变化自动改变送风量，随着系统送风量的减少，风机的输送能耗相应减少。
结构：方型建筑，中间核芯筒，每个区域进深10~15m左右。
二、暖通部分
1、暖通特点
首先，每层按朝向、内外区设置多个系统，可采用不同的送风温度处理不同朝向和区域的负荷；其次，因为外区主要负责处理外维护结构的冷、热负荷，因此冬季供热、夏季供冷，而内区只处理灯光、设备、人体等的散热，因此常年供冷。因此本方案采用内区和外区由两台空调机分开供风，内、外区可根据不同需求灵活控制；最后，与每层设置一个系统相比，每层不使用的系统可灵活关闭，节省运行费用。如某个公司租用其中一个区域，该公司员工加班时就可继续使用它所属区域的空调机组，享受舒适的空调环境，而其他区域的不使用的空调机组则可关闭，从而节省电费。
2、暖通区域划分
在建筑设施中，空调负荷中最大的部分来自于照明热量和日光辐射热量，人和设备产生的热量相对较小。照明产生的热量相对比较固定，而日光辐射产生的热量一天中始终在变化，所以任何空气处理系统的设计必须考虑负荷的变化。矩形楼层平面的建筑设施，将楼层平面划分为东西南北四个区域，由于日光辐射产生的热量随太阳东升西落而变化，东区的负荷高峰在上午，西区的负荷高峰则在下午，如下图所示。
为了解决不同朝向外区因太阳日射而造成的冷热不均问题，不同朝向的外区采用各自独立的空调系统。这种方式避免了某些朝向的外区当末端装置输送最小风量时还过冷，需要再热；而某些朝向的外区输送最大风量时还过热，需要降低送风温度。
综上所述，不是所有的区域在同一时刻都需要最大的冷量，因此将标准层按朝向划分东侧A区、东侧B区、西侧C区、西侧D区四个区域，每个区域又分为外区和内区，分别设有5~9台VAV变风量末端；每个区域设有2台空调机组，分别给内区和外区的VAV末端送风。
内、外区分设系统可实现内、外区采用不同的送风温度，外区系统可摆脱内区对送风温度的限制，根据区域温度变化提高外区控制质量。另外也可采用各自的新风比，不会因为外区的风量变化造成内外区新风量分配盈亏问题，消除内外区的新风量偏差。因为新风量是一定的，内区送风量也基本不变，而外区送风量随着外区负荷变化而改变，这样分配到内、外区的新风量也会变化，外区风量大时新风量也大，内区会出现新风量不足现象，而外区风量小时新风量也小，内区则会出现新风量过剩现象。
3、暖通系统选型
建筑中靠近外窗的区域为直接受外围护结构日射得热、温差传热、辐射换热和空气渗透影响的区域，在本方案中，广州地区属于夏热冬冷型区域，尤其夏季供热时间较长，约为5个月，冬季供热时间约为3个月。考虑到内外区不同的需求，本方案设计为内外区两台空调机组供风，因此VAV末端均采用单风道基本型，无再热。冬季外区的VAV末端可直接供暖风，避免了常规的末端再热造成的冷热损失。
由于内区和外区的划分，由不同的空调机组送风。外区冬季供热、夏季供冷；内区全年供冷。
内区空调机组包括CAV新风阀，送风机，回风机，加热阀，制冷阀，加湿控制阀，回风风阀和CAV排风阀。
外区空调机组包括CAV新风阀，送风机，加热阀，制冷阀，加湿控制阀，以及共用的排风机。
三、控制策略
变风量空调系统的控制方法主要有：定静压法、变静压法、变定静压法和总风量法，如何选择合适的风量控制方法，除了考虑在适应性和成本中取得平衡，还应注意运行状况和风管系统的设计特点。
定静压控制是几种控制方法中最不节能的。定静压设定值是按照系统为最大设计风量时确定的，很明显，该静压设定值是最大限值。由于变风量系统大部分运行时间内都处于部分负荷之下，当需求风量小于最大风量时，静压设定值大于实际需要值，它们之间的静压差所对应的风量需要靠末端装置内的风阀关小来消耗，多数末端将处于不同程度的关小状态，这无疑是浪费了一部分风机的能耗，同时也会增加末端装置所产生的噪音。
另外，如果通过风量控制依然不能满足某些房间的需求，可在此基础上对送风温度进行控制。通过增加或降低送风温度设定值，满足室内需求。本方案采用变静压变送风温度控制法，利用DDC数据通讯的优势，不仅可累计各个末端装置的需求风量，确定风机的转速，对总风量进行初步控制，而且可根据阀位情况对风机转速进行调整，确保每个变风量末端装置风量需求。当末端装置的风阀开度较小时，还可以不失时机地降低风机转速，实现风机节能运行。是一种比较节能的控制方法。同时也省掉了主风管的静压传感器，回避了定静压控制中压力最不利点位置飘移、设定值不合理和风管内湍流等问题，实现了风机转速控制的灵敏性和平稳性同时实现。
变静压变送风温度控制过程如下：
（1）由室内实测温度与设定温度的差值计算末端装置的设定风量；
（2）由末端装置实测风量与设定风量的差值比例积分调节末端装置风阀，控制末端装置风量；
（3）按照所有运行的末端装置需求风量之和与系统设定的风量预设系统风机的转速；
（4）利用末端装置的阀位状态对风机转速进行调整；
（5）利用末端温度设定值和供风区域实际温度之差，调整系统送风温度设定值。
1、变静压控制策略
（1）动态重置风机速度：计算不断重置风机速度达到最低水平并避免风量不足,确保VAVBOX的开度在70%~90%之间（可修改）；
（2）计算每个VAVBOX的风量，求出风量总和；
（3）根据风机特性曲线，来求出AHU的风速；
（4）根据VAVBOX的情况，计算VAV风门高开度数量和VAV低开度数量。以70~90%为控制目标,小于70%为低开度,大于90%为高开度（可修改）；
（5）有些VAVBOX低开度,有些高开度，只要有一个VAVBOX高开度，风速降低将取消；
（6）10/N(N:VAV在工作的数量)；
例如：VAV在运行的有十个，低开度的有5个，重置值：10/10*5=5%
VAV在运行的有二个，低开度的有1个，重置值：10/2*1=5%
重置值为5%，积分值为10分钟，增加0.5%/MIN给当前的转速。
（7）延时：在修改设定值以后，有一段时间使系统稳定。时间太短使系统反应太快，导致更多的数据要处理。数值小于3分钟使运算不稳定，在启动或者别的快速反应按一个5分钟的延时需要，一次负荷的稳定也可增加到15分钟。
2、变温度设定值控制策略
空调机组运行一段时间以后，当VAV室内温度测量值与温度设定值的最大偏差值大于1℃时，温度设定值减小,每分钟0.1℃,直至最小设定值；最大偏差值小于-1℃时，温度设定值增大,每分钟0.1℃，直至最大设定值。温度设定值范围为13.5℃~24.5℃。当最大偏差值在正负1℃之间时，温度设定值保持现状不变。
四、控制部分
1、空调机组的控制
空调机组包括送风机，加热阀，制冷阀。根据送风温度与送风温度设定值相比较，同时根据系统定义的冬夏季转换，按比例积分调节冷、热盘管电动二通阀的开度。根据回风二氧化碳浓度与设定值相比较，按比例积分调节新风量的设定。
预冷预热控制：
空调机组开机时，进入预冷/预热模式：
（1）冷/热水阀通过自动调节使送风温度保持与送风温度设定值一致，送风温度设
定值根据VAV室内温度设定值与测量值的偏差进行再设定。
（2）送风机保持50HZ频率运转。
（3）新风量设定为0。
（4）回风阀全开。
（5）加湿阀全关。
送风温度控制及再设定：
收集各VAV的区域温度设定值与实际区域测量值的偏差，根据偏差最大的VAV要求状況，在13.5℃~24.5℃的上下限温度范围内，对送风温度进行再设定，通过对冷水阀进行比例控制使送风温度达到自动再设定的设定值。
当VAV室内温度测量值与设定值的最大偏差值大于1℃时，温度设定值减小,每分钟0.1℃,最小减小到13.5℃；最大偏差值小于-1℃时，温度设定值增大,每分钟0.1℃，最大增加到24.5℃。当最大偏差值在正负1℃之间时，温度设定值保持现状不变。
如果所有的VAV都在容许偏差范围内的话，再设定动作取消，维持现有温度设定值。另外，人为手动可以将任意一个VAV排除在送风温度再设定计算依据以外。
送风机频率控制：
当风机状态为开时，并预冷或预热后，根据该AHU下的每个VAVBOX的需求风量，求出需求风量总和,根据公式一实时计算出风机频率：
计算风门处于高开度（大于90%）和低开度（小于70%）的VAVBOX的数量，按下面公式二实时计算送风机频率重置值：
只要有VAVBOX的风门处于高开度，则风机频率降低将取消,根据重置值增加风机频率。
举例：当前VAV需求风量为6000，对应风机频率为35Hz，处于高开度的VAV为2个，总的VAV数量为6个，那么风机频率重置值为：
频率重置值每t2时间均匀分布给当前值。
风机频率重置后，等待10分钟（可调）使系统稳定。
回风二氧化碳浓度控制/新风量设定控制：
非过渡季：当风机预热/预冷后，根据回风二氧化碳浓度，调节新风量设定（新风量不能小于最小新风量的设定值）。
过渡季：取送风温度输出调节和回风二氧化碳浓度输出调节的最大者调节新风量设定。
系统停止：
风机关闭，冷、热水阀关闭，新风量设定为0，风机频率为0。
其他联动：
机组与卫生间排风机联动，排风机排风量与机组新风量相同。
2、变风量末端的控制
夏季时，温度设定值为13-15℃，当区域温度高于设定值，进入制冷模式，当区域温度低于设定值，进入最低风量运行模式；冬季时，则进入制热模式，温度设定值为29-31℃。
控制器根据区域温度及其设定值通过PI调节计算出所需一次风量，并监测当前风量，通过PI调节风阀以使当前一次风量满足需求风量（界于最大和最小设定风量之间）。
系统根据区域温度设定值计算出制热及制冷温度设定值，并根据空调机组送风温度自动转换冬夏季模式。
夏季模式时：当区域温度高于制热设定值时，或当区域温度处于制热设定值与制冷设定值之间时，调节风阀以保持一次风至最小风量设定值；当区域温度高于制冷设定值时，调节风阀以增加一次风量，最高增加到最大风量设定值。
冬季模式时：当区域温度高于制冷设定值时，或当区域温度处于制热设定值与制冷设定值之间时，调节风阀以保持一次风至冬季最小风量设定值；当区域温度低于制热设定值时，调节风阀以增加一次风量，最高增加到最大风量设定值。
结束语
近年来随着对变风量系统的使用逐渐增加，用户对系统的控制要求越来越严格，把智能建筑节能摆上了一个新的台阶。对于楼宇自动化系统，由于网络的延伸而实现了操作的可能，一旦运用得当，系统能为用户提供节能、舒适的办公环境。楼宇自动化技术作为其中最基础的重要组成部分，也将会广泛的被应用到各个使用变风量系统的建筑中去，为广大用户带来安全经济便利的生活。
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论文作者:陈沛伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：设定值论文; 风量论文; 温度论文; 风机论文; 系统论文; 区域论文; 静压论文; 《基层建设》2018年第17期论文;