毕业设计论文-vav空调送风系统的建模与控制

毕业设计论文-vav空调送风系统的建模与控制内容摘要：

页 第 页 9 ③ 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 DDC 控制法常与整个大楼的 BAS ① 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。 ② ③ 可由中央计算机监测室温和各个末端的送风量。 共 59 页 第 页 10 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。 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 共 59 页 第 页 11 等。 （ 2）组合式空调机组 （ AHU）运行 控制。 变风量空调控制系统的控制原理 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： . . ( )nsQ c L t t 00[ /( . ) ]()nc K J k g CtC 空气的比热容 室内温度 03()( / )stCkg m  送风温度空气密度 3( / )L m s送风量 ( ) ( )Q KW 吸收 或放入 室内的热流量 将送风温度设为常数，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。 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，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 共 59 页 第 页 12 S C2由 S C 1 来T C 1MV C 1房 间 1T C 2M房 间 2V 2送 风 机T E 7TC7P EP C1到 送 风机M+C O 2A C1MV 8新 风回 风MV 9MV 1 0排 风回 风 机 图 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 共 59 页 第 页 13 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 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。 机组冷凝器 风机变送器调节器三通阀变送器调节器变频器风阀温控器VAV 控制器风量传感器温度传感器回风阀新风阀调节器新风回风道CO 2 浓度传感器排 风 图 单风道变风量空调系统控制结构方框图 共 59 页 第 页 14 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。 各回路工作控制原理 (1)温度控制回路 ① 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 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： 共 59 页 第 页 15 图 温度控制原理图 ② 房间温度 控制 图 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 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 共 59 页 第 页 16 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：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： ① 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。 ② 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： ③ 每五分钟，核对所有 VAV 箱调节风阀的位置 ④ 如果绝大多数调节风。