連載· 29|《變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)》——5.2 新型變風(fēng)量空調(diào)智慧控制柜設(shè)計(jì)選型
2018-01-12
5.2.2 新型變風(fēng)量系統(tǒng)控制策略
變風(fēng)量控制策略是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)舒適節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，但由于以下多種因素，國(guó)內(nèi)大部 分實(shí)施的變風(fēng)量系統(tǒng)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的變靜壓控制。
（1）實(shí)際運(yùn)行時(shí)，每個(gè)房間的負(fù)荷都是動(dòng)態(tài)的，會(huì)受到天氣、朝向、人為因素、設(shè) 備等因素的影響，每個(gè)房間或區(qū)域設(shè)計(jì)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷很難保證完全匹配，同一時(shí)間各 房間負(fù)荷變化趨勢(shì)也會(huì)有較大差異。按照傳統(tǒng)額變靜壓控制理論很難實(shí)現(xiàn)變靜壓控制。
（2）由于國(guó)內(nèi)建筑規(guī)模一般都較大，每臺(tái) AHU 承擔(dān)的供冷面積相對(duì)較大，末端裝 置數(shù)量往往超過(guò) 20 臺(tái)以上，控制目標(biāo)閥位數(shù)量多、變化多樣性，對(duì)控制系統(tǒng)要求非常高。
（3）直接數(shù)字控制（DDC）無(wú)法滿足如此復(fù)雜的控制策略，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制策略、 控制系統(tǒng)沒(méi)有協(xié)同匹配，完全脫節(jié)。
根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究出適合國(guó)內(nèi)需求的變風(fēng)量系統(tǒng)、能夠解決目前存在的問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量節(jié)能舒適運(yùn)行的變風(fēng)量系統(tǒng)——第四代變風(fēng)量技術(shù)“集成模糊自適應(yīng)控制變風(fēng)量”，從硬件到軟件全面升級(jí)。
【源牌變風(fēng)量空調(diào)智慧控制柜】
5.2.2.1 夏季制冷工況
1. 開、關(guān)機(jī)程序
開機(jī)分為軟啟動(dòng)和正常啟動(dòng)兩種模式。
（1）低溫送風(fēng)軟啟動(dòng)模式。假定送風(fēng)溫度設(shè)計(jì)值為 9℃。機(jī)組開啟時(shí)，先關(guān)閉新風(fēng) 閥，關(guān)閉加濕器，打開回風(fēng)閥，將送風(fēng)溫度設(shè)定值設(shè)為 15℃，開啟靜電除塵殺菌裝置， 延時(shí) 5s 后開啟送風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)選擇的靜壓控制模式（定靜壓、可變定靜壓或 變靜壓）來(lái)進(jìn)行 PID 結(jié)合模糊控制，電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥根據(jù)送風(fēng)溫度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的比較 來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。
延時(shí) 15min 后，將送風(fēng)溫度設(shè)定值設(shè)定為 12℃，電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥根據(jù)送風(fēng)溫度設(shè)定 值與實(shí)測(cè)值的比較來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。
再延時(shí) 15min 后，將送風(fēng)溫度設(shè)定值設(shè)定為 9℃，電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥根據(jù)送風(fēng)溫度設(shè)定 值與實(shí)測(cè)值的比較來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)；同時(shí)新風(fēng)調(diào)節(jié)閥開始根據(jù)回風(fēng) CO2 濃度設(shè)定值與 實(shí)測(cè)值比較來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。
（2）正常啟動(dòng)模式。機(jī)組開啟時(shí)，關(guān)閉加濕器，打開回風(fēng)閥，開啟靜電除塵殺菌裝 置，延時(shí) 5s 后開啟送風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)選擇的靜壓控制模式（定靜壓、可變定靜 壓或變靜壓）來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥根據(jù)送風(fēng)溫度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的比較來(lái)進(jìn) 行 PID 調(diào)節(jié)。
（3）關(guān)機(jī)程序。機(jī)組關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，再關(guān)閉靜電除塵殺菌裝置、關(guān)閉電動(dòng) 調(diào)節(jié)水閥、關(guān)閉新風(fēng)閥，同時(shí)向所有 VAV-TMN 發(fā)出停機(jī)命令。
2. 系統(tǒng)報(bào)警風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、過(guò)濾網(wǎng)壓差報(bào)警、加濕器故障報(bào)警和殺菌裝置故障報(bào)警。
3. 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容
所有傳感器信號(hào)，如室外溫濕度 OT/H、送風(fēng)溫度 SAT、送風(fēng)靜壓 SAP、回風(fēng) CO2 濃度、回風(fēng)溫濕度 RAT/RAH 等以及冷凍（熱）水流量、供回水溫度和供冷（熱）量計(jì)量； 所有閥門、風(fēng)機(jī)、VAV-TMN 等設(shè)備狀態(tài)。
4. 變風(fēng)量控制策略
（1）靜壓控制模式。靜壓控制模式分為定靜壓控制模式、可變定靜壓控制、變靜壓 控制模式，三者可由操作者自由選擇。
1）定靜壓控制模式。風(fēng)管靜壓初設(shè)值為 P（150Pa±10Pa），送風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)靜壓 設(shè)定值與實(shí)測(cè)值比較來(lái)進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。
2）可變靜壓控制模式。
a）投入運(yùn)行后，自控系統(tǒng)根據(jù)初始靜壓設(shè)定值 P0（150Pa±10Pa）與實(shí)測(cè)值的比較， PID 變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率（同定靜壓控制）。
b）控制系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè) VAV-TMN 各風(fēng)閥的開啟狀態(tài)，并決定是否調(diào)整靜壓設(shè)定值。
VAV-TMN 風(fēng)閥閥位定義見(jiàn)表 5-16。
表 5-16 VAV-TMN 風(fēng)閥閥位定義表
● 靜壓增加。當(dāng)正常工作的 100% 閥位 VAV 數(shù)量，NH 滿足條件 NH ≠ 0 時(shí)，且維持 5min，則靜壓增加；調(diào)整后靜壓設(shè)定值 P1=P0（原靜壓設(shè)定值）+ΔP1，其中 ΔP1=K×50×
（∑ 100% 閥位 VAV-TMN 風(fēng)量 / ∑開啟的 VAV-TMN 風(fēng)量），K 值默認(rèn)為 1（可修改）。
● 靜壓降低。當(dāng)同時(shí)滿足如下兩個(gè)條件時(shí)：
一是，正常工作的 100% 閥位 VAV 數(shù)量滿足條件：NH=0。
二是，低閥位 VAV 數(shù)量 NL 與開啟 VAV 的數(shù)量 N0 及非正常工作的 100% 閥位 VAV數(shù)量 N2 之間滿足條件：NL/（N0-N2）≥ 0.85。
維持 5min，則靜壓值降低，調(diào)整后靜壓 P1= 當(dāng)前靜壓值 -ΔP2，ΔP2=5（ 默認(rèn)， 可修改）。
● 其余情況，維持當(dāng)前頻率。
第一，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，靜壓設(shè)定值更改后需有 15min 的穩(wěn)定時(shí)間，即 15min 內(nèi)靜 壓設(shè)定值不變。
第二，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)設(shè)定的靜壓均在靜壓上限 Pmax（400Pa 該值可修改）和靜 壓下限 Pmin（90Pa 該值可修改）之間，自動(dòng)運(yùn)行的頻率也在頻率上限 Fmax（50Hz，該值 可修改）和頻率下限 Fmin（25Hz，該值可修改）之間。
3）變靜壓控制模式。
a）投入運(yùn)行后，自控系統(tǒng)根據(jù)變靜壓控制策略進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)，以保證大部分風(fēng)閥都在高開度狀態(tài)。
b）控制系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè) VAV-TMN 各風(fēng)閥的開啟狀態(tài)，并決定是否調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率。
● 頻率增加：當(dāng)正常工作的 100% 閥位 VAV-TMN 數(shù)量，NH 滿足件 NH ≠ 0 時(shí)，且維持 5min， 則頻率增加。
調(diào)整后頻率設(shè)定值 F1=F0（原頻率設(shè)定值 25Hz）+ΔF1，其中 ΔF1=K×10×（S100%閥位 VAV-TMN 風(fēng)量 /S 開啟的 VAV-TMN 風(fēng)量），K 值默認(rèn)為 1（可修改）。
● 頻率降低： 當(dāng)同時(shí)滿足如下兩個(gè)條件時(shí)：
一是，正常工作的 100% 閥位 VAV 數(shù)量滿足條件：NH=0；
二是，低閥位 VAV-TMN 數(shù)量 NL 與開啟 VAV 的數(shù)量 N0 及非正常工作的 100% 閥 位 VAV-TMN 數(shù)量 N2 之間滿足條件：NL/（N0-N2）≥ 0.85。
維持 15min，則靜壓值降低，調(diào)整后頻率 F1= 當(dāng)前頻率值 -ΔF2，ΔF2=2.5（默認(rèn)， 可修改）。
● 其余情況，維持當(dāng)前頻率。
第一，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，頻率設(shè)定值更改后需有 15min 的穩(wěn)定時(shí)間，即 15min 內(nèi)頻 率設(shè)定值不變。
第二，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)設(shè)定的頻率也在頻率上限Hmax（50Hz，該值可修改）和頻 率下限 Hmin（25Hz，該值可修改）之間，自動(dòng)運(yùn)行的靜壓均在靜壓上限 Pmax（400Pa 該 值可修改）和靜壓下限 Pmin（90Pa，該值可修改）之間。
（2）總風(fēng)量控制模式。
1）投入運(yùn)行后，自控系統(tǒng)根據(jù)末端 VAV-TMN 設(shè)定風(fēng)量（即需求風(fēng)量設(shè)定值）進(jìn) 行風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)，以保證風(fēng)機(jī)風(fēng)量滿足末端需求風(fēng)量的要求。
2）控制系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè) VAV-TMN 的設(shè)定風(fēng)量，并決定是否調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率。每個(gè)末端定義一個(gè)相對(duì)設(shè)定風(fēng)量的概念
式中為第 i 個(gè)末端的設(shè)定風(fēng)量，由房間溫控器設(shè)定溫度與實(shí)測(cè)溫度的偏差計(jì)算的需 求風(fēng)量設(shè)定值；Gd，i 為第 i 個(gè)末端的設(shè)計(jì)風(fēng)量。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制關(guān)系式
式中 Hs ——運(yùn)行工況下風(fēng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速；
Hd ——設(shè)計(jì)工況下的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速；
Gs，i ——運(yùn)行工況下的第 i 個(gè)末端的設(shè)計(jì)風(fēng)量；
σ ——所有末端相對(duì)設(shè)定風(fēng)量比的均方差；
R ——各個(gè)末端相對(duì)設(shè)定風(fēng)量的平均值；
K ——自適應(yīng)的整定參數(shù)，默認(rèn)值為 1.0；
n ——末端個(gè)數(shù)。
為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，頻率設(shè)定值更改后需有 15min 的穩(wěn)定時(shí)間，即 15min 內(nèi)頻率設(shè)定值不變。
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)設(shè)定的頻率也在頻率上限 Fmax（50Hz，該值可修改）和頻率下限 Fmin（25Hz，該值可修改）之間，自動(dòng)運(yùn)行的靜壓均在靜壓上限 Pmax（400Pa 該值可修改） 和靜壓下限 Pmin（90Pa，該值可修改）之間。
5. 送風(fēng)溫度控制模式
送風(fēng)溫度控制模式分為定送風(fēng)溫度控制模式和變送風(fēng)溫度控制模式，兩者可由操作者自由選擇。
（1）定送風(fēng)溫度控制模式。
送風(fēng)溫度設(shè)定值為上位機(jī)設(shè)定值，不變，根據(jù)送風(fēng)溫度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值比較 PI 調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥。
（2）變送風(fēng)溫度控制模式。
1）當(dāng)系統(tǒng)完成軟啟動(dòng)模式后，自控系統(tǒng)根據(jù)初始送風(fēng)溫度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的比較，
PI 調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥（同定送風(fēng)溫度控制）。
2）控制系統(tǒng)每 15min 監(jiān)測(cè)一次 VAV-TMN 各風(fēng)閥的開啟狀態(tài)，并決定是否調(diào)整溫度設(shè)定值。
● 溫度增加：夏季供冷工況，當(dāng)所有房間的室內(nèi)溫度都低于設(shè)定值，且超過(guò) 85%VAV-TMN 的風(fēng)量均處于最小風(fēng)量時(shí)，且維持 30min，則送風(fēng)溫度設(shè)定值增加 1℃。 溫度最多增加 3℃（可修改）。
● 溫度降低：夏季供冷工況，當(dāng)正常工作的 100% 閥位 VAV-TMN 數(shù)量，NH 滿足條件 NH ≠ 0 時(shí)，且維持 10min，則溫度設(shè)定值減小 1℃（可修改）。
溫度最小減到初始設(shè)定值。
6. 夏季過(guò)渡季除濕工況
在春夏相交的季節(jié)，可投入除濕工況。 風(fēng)機(jī)頻率按定靜壓控制模式運(yùn)行，靜壓設(shè)定值為150Pa（可修改）。 電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥間歇開關(guān)，開 15min，關(guān) 15min，打開時(shí)按定送風(fēng)溫度模式，送風(fēng)溫度設(shè)定值為 12℃（可修改）。
7. 夏季夜間全新風(fēng)通風(fēng)工況（適合帶排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)）
在制冷模式下，周一至周五工作日的每天凌晨 4：00，自動(dòng)投入全新風(fēng)運(yùn)行工況， 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度為 1h（可修改）。
先遠(yuǎn)程啟動(dòng) VAV-TMN，然后開起新風(fēng)閥、關(guān)閉回風(fēng)閥、開起送風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)頻率 根據(jù)設(shè)定的靜壓自動(dòng)調(diào)節(jié)靜壓設(shè)定值為 150Pa（可修改），同時(shí)開起排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)頻 率聯(lián)動(dòng)。
工況結(jié)束時(shí)，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)、關(guān)閉新風(fēng)閥、打開回風(fēng)閥，遠(yuǎn)程關(guān)閉全部 VAV-TMN。
8. 過(guò)渡季全新風(fēng)運(yùn)行工況（適合帶排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)） 當(dāng)室外新風(fēng)焓值小于室內(nèi)焓值時(shí)，投入全新風(fēng)運(yùn)行工況。
新風(fēng)閥全開、回風(fēng)閥關(guān)閉，送風(fēng)機(jī)頻率根據(jù)選定靜壓控制策略進(jìn)行變頻控制，同時(shí)開啟排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)頻率聯(lián)動(dòng)。
工況結(jié)束時(shí)，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)、關(guān)閉新風(fēng)閥、打開回風(fēng)閥，遠(yuǎn)程關(guān)閉全部 VAV-TMN。
9. CO2 濃度控制根據(jù)回風(fēng) CO2 濃度控制新風(fēng)閥開度。
新風(fēng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)回風(fēng) CO2 濃度設(shè)定值與實(shí)測(cè)值比較來(lái)行PID 調(diào)節(jié)。 CO2 濃度設(shè)定值初始設(shè)置為 1000×10-6（ppm），設(shè)定值可修改。 新風(fēng)閥與風(fēng)機(jī)連鎖，風(fēng)機(jī)停止后新風(fēng)閥關(guān)閉。
10. 室內(nèi)正壓控制（適合核心筒豎井新風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)）
根據(jù)新風(fēng) VAV-TMN 和排風(fēng) VAV-TMN 的連鎖控制，保證室內(nèi)一定正壓值 5~10Pa（可修改）。
新風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)均采用變頻控制，采用可變靜壓控制策略。
