VAV系统中定静压与变静压控制分析

收稿日期:2005-06-01作者简介:杨国忠(1970-),男,浙江杭州人,师,主要从事建筑智能系统设计与研究。VAV系统中定静压与变静压控制杨国忠1,李�康2(1.浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州310027;2.中程科技有限公司,浙江杭州310013)摘�要:从设计的角度阐述变风量系统中定静压与变静压模式的控制原理及方法,并对两种模式的优点与缺点进行比较。提出了定静压控制的成功关键在于风道静压值的合理选择,而变静压系统控制成功的关键在于空调系统设计的合理性、空调的正确使用及响应时间的设定。关键词:变风量系统;风道静压值;定静压;变静压;变风量末端VAVBOX中图分类号:TU855���文献标识码:B���文章编号:1008-3707(2005)04-0071-02��基于节能及舒适的需要,空调系统往往选用更加节能的变风量系统。传统的空调定风量系统,不管末端负荷如何变化,其空调风机的风量是不变的,因此即使末端实际负荷已经很小,其风量还是一成不变,会造成能量的浪费。而变风量系统,则是根据末端负荷的变化,来调节风机的转速,使风机的送风量为实际需求的风量,从而达到节能的目的。1�变风量系统分析根据控制原理的不同,变风量系统控制可以分为定静压控制、变静压控制与总风量控制三种模式,下面就定静压与变静压控制两种模式进行分析。1.1�定静压模式1.1.1�空调机频率的控制定静压控制模式的基本思想是为了节能,应尽量减少风道中的静压,但也应使风道中的最小静压也能满足所有VAV末端设备的风量需求,据此静压要求来控制风机的转速。因此需要在风道最不利点设置压力传感器。如图1所示为风道中风压分布图,在出风口风压最大,假设风管漏风均匀,随着风管的延伸,风压渐渐变小,但是到末端,风压有一个上扬,根据实验数据,风压最低点出现在风管1/3末端处。这图1�风道中风压分布图个点也只是大概位置,因为风道风量不会很均匀,而且更多的情况是多根风管并列。如图2所示为一个空调系统实际模型,此时风机的频率将由多根风管中最小的静压值来控制。图2�定静压系统控制原理图目前,定静压控制模式在全世界的使用还是占主导地位,在北美、亚洲约占95%。定静压控制模式,虽然比定风量系统要复杂一些,但其本身原理并不复杂,因而容易控制与实现。但该模式也存在一个明显的缺点,即最佳静压值很难设定,静压设置过低、过高都会出现问题。若过低,则会出现一些饥饿的VAVBOX;若过高,则风机不停地高速运行,节能不理想,且噪音很大。以下将对静压设置过低、过高问题进行详细分析。1.1.2�变风量末端(VAVBOX)的控制房间温度的控制是由变风量末端来实现的。通过房间的温度设定值来决定通风量的大小,再对风阀进行调节来保证通风量。如图3所示是一个不同静压下VAVBOX控制的模型。这里A区的负荷大,需求风量为400m3/h,B区的需求风量�71�浙江建筑�第22卷第4期�2005年8月为250m3/h,C区为150m3/h,以下分析不同静压对VAVBOX的影响。图3�不同静压下VAVBOX控制模型(1)当风道静压P=100Pa时,如图3中(1)所示,风机转速为额定转速的40%,此时A区阀门开度已到100%,风量不够,因此已经失去了控制(这是静压设定值过低造成的),这里A即为饥饿的VAVBOX;B、C区实际与需求是相等的,满足要求。(2)当风道静压P=200Pa时,如图3中(2)所示,风机转速达到了60%,提高了风机转速,A、B、C区的VAVBOX得到了控制,舒适度得到了满足。(3)现将静压点增加到P=300Pa,如图3中(3)所示,则虽然舒适度也得到了满足,但是由于风机转速过高而浪费了能源。分析C区的情况,为了得到150m3/h的风量,风阀只有10%的开度,同样的风量,通过狭小的阀门,会发出很大的噪音。另外设计人员考虑最不利情况下,最小风量一般为最大风量的30%,设计C区最大风量虽然不会只有33�3%的阀位,因此在静压下,其控制是不理想的。图4�不同静压下VAVBOX阀位的调节范围再分析风道静压过高或过低时,对VAVBOX阀位调节的影响,如图4所示。当风道静压在300Pa时,风阀的变化范围会非常小,如图4中控制区域1,阀门稍微调节,风量变化很大,非常敏感,使阀门难以调节;在P=200Pa时,如图4中控制区域2,调节阀门,风量变化比较平缓,因而调节较容易;当P=100Pa时,即使不断的调节阀门,也无法达到最大风量,就会产生饥饿的VAVBOX。所以,若定静压值设置过高,则会产生耗能、控制难、噪音大的弊端;同样,定静压值设置过低,会产生饥饿的VAVBOX,从而失去控制。因此,对于定静压系统的控制,一个合理的静压值至关重要,控制的好坏、成败往往就是静压值的选取问题。1.2�变静压模式1.2.1�空调机频率的控制变静压系统控制与定静压系统控制的主要区别是风机转速的控制参数,即风道静压值在运行过程中是否会发生变化。为了要使送风管的静压满足要求,不会有饥饿的VAVBOX产生,又要使静压值尽量的低,达到最大的节能效果,则要求静压值随负荷的变化而变化,因而产生了变静压控制模式。在此模式中,系统只要在风道的任意位置设置一个静压检测点即可,如图5所示,在运行过程中不断地去巡检VAVBOX的阀位,看当前的风道静压是否满足需求。图5�变静压系统控制原理图其基本控制原理:首先系统开机运行,风机电动机处于工频运行,同时冷/热水阀也调到最大,使空调送风温度快速达到设定温度,然后再调节水阀,使送风温度稳定在设定值。同样,风机全速运行,使送风管中的静压值快速达到开机的设定值,系统开始运行,至此,调节风机频率使风管静压值保持在设定值(正常情况下,风机在工频以下运行)。延时一段时间后(时间长短由系统定),系统开始检测已经运行的各VAVBOX的开度(VAVBOX的开度由风阀阀位的反馈值经控制器获得)。当检测到有一个VAVBOX的阀位超过90%(暂定值),则系统认为该VAVBOX已处饥饿状态,从而需要增加风机转速,具体调节风管中的压力传感器设定值(风道静压点),比如将风道静压值增加3%,按新的静压值去控制风机转速。在新的静压值下运行后,系统在进行下一轮循检时,发现阀位都在90%以内,则保持此频率不变。但当检测到所有运行的VAVBOX的风阀中,最大阀位的那个VAVBOX也仅开到设计最大阀位的70%(暂定值)时,则认为系统静压值设置过高,需降低静压值,比如下降3%,按此静压值再去控制风机转速,直到至少有一个阀位保持在70%~90%之间,系统保持此频率不变。从上面分析可以看出,变静压系统控制对空调设计的要求是很高的,特别是对各VAVBOX负荷的准确计算及正确��(下转第81页)�72�杨国忠等:VAV系统中定静压与变静压控制分析2003、2004特大干旱年的供水。2.5�物价调整和外汇风险根据世行规定,贷款外汇风险由项目市承担,本项目执行阶段恰遇我国宏观调控的历史阶段。据不完全统计,自1992~1997年,我国平均物价上升幅度达90%以上,美元与人民币的汇率由1:5.47调整为1:8.3左右,本工程总造价约增加了5200万元,但在执行期内因物价波动追加的造价不超过300万元人民币。其主要的控制方法是:(1)创造成熟的开工条件,尽力将工期控制在一年内,采用固定合同价的办法,减少因工期过长或延长造成的物价和外汇风险。(2)编制精确的施工图纸和工程量清单,充分做好招标的前期准备工作,防止因工程量清单不准确和图纸变更进一步加大工程造价风险,这样,尽管基本上都录取了报价最低的承包商,但并未发生因造价过低,使工程无法进行或工程质量低下的情况。(3)对工期较长的项目应充分分析外汇市场前景,采用汇率稳定的外币化解汇率风险,维护业主和承包商双边利益。西山水厂是温州供水工程中合同额最高(约1.2亿元人民币),工期最长(1997年1月~1998年10月)的子项,根据世行采购指南,该项目可采用调整合同价的办法,但手续繁杂,不易操作,所以决定采用固定造价总承包的办法。投标人分别来自德国、法国、奥地利,要求的外币有马克、法郎、美元、奥地利先令,最后由奥地利能源和环境公司中标,利用奥地利先令作为支付的主要币种,由于欧洲货币受欧元启动影响贬值较大,结果总造价降低了900万元人民币左右,对业主来讲是件好事,但给承包商造成了一定的损失,而当时如果用美元报价,这一问题就可以避免。2.6�加强人才培训,建立外汇专用账户,加强国内外资金运筹,降低工程造价,使工程顺利实施��管理好世行贷款项目,人才是第一位的,从项目正式实施起我市千方百计选择、配备外语基础好、熟悉和资金管理的人员,并对其进行培训,使其能适应工程的需要。根据世行的规定,对要求而尚未提取的信贷本金,每年要交纳5的承诺费,所以要建立科学、严密的年、季、月工程计划和资金计划、贷款计划,并随时调整,在省立专用账户的基础上,市立项目也应设立外汇专用账户,起到上通下联的作用,有利加快支付,减少承诺费的支出,而且通过外汇专用账户,可减少外币兑汇中间的损失,特别是在有外国承包商的状况下。在市立外汇账户上要存储2个月左右支付额度的外币,以应在世行贷款未到位之前的支付。配备适量的配套资金及时支付工程款,世行贷款支付周期长,但因配备了适量的配套资金,在贷款未到位之前,用配套资金支付,既解决了承包商的困难,也有利于工程顺利实施。5�结�语经过5年多的努力,温州供水工程在全省三个供水项目中率先完成任务,实现了在1995年改善原水水质,1998年增加水量的目标,取得了良好的社会效益和经济效益。工程总造价为22917万元人民币,利用贷款1242.4万美元,折合10285万元人民币,占工程总投资约45%,贷款利用率达到86%,工程质量优良,获得了世界银行的高度赞誉。(上接第72页)选择,如设计或使用不当,则变静压控制将无法发挥其应有的功能。比如在一台空调机所带的所有VAVBOX中,如果有一个VAVBOX的负荷超出了设计的范围(如将温度设置过低或过高,或房间使用功能的改变而增大了冷/热负荷),则在系统运行时,为满足此房间的温度,风道静压值将设得很高,而此时其他正常使用房间的VAVBOX阀位普遍在一个很小的开度,从而造成能量的浪费且噪音很大。另外当风机工频运行也无法满足某个房间的温度要求时,系统将失去控制(一直运行在工频状态)。因此,在设计变静压的控制系统时,为保证系统的有效性,应该撇开一些不正常使用的房间(防止系统失控),可以采用权重设置的方法来解决。系统正常使用时,最理想的状态是所有的阀位都保持在70%~90%之间。1.2.2�变风量末端(VAVBOX)的控制变静压模式下,变风量末端的控制与定静压模式下是完全一样的,唯一不同之处仅是变静压模式下,由于风管静压值随系统负荷的变化而变化,从而避免了定静压系统中静压设置过低或过高的弊端,使VAVBOX更易于调节,且噪音更小、更加节能。为防止参数间的互相影响而造成系统不稳定,无论是定静压控制还是变静压控制模式,其变风量末端均应选为压力无关型的VAVBOX(指VAVBOX通过的风量由控制器设定值决定,而与总风管压力变化无关)。2�结束语以上介绍了变风量系统中变静压系统与定静压系统的控制原理与方法,并比较了两种方法的优缺点。目前在国内成功的变风量系统实例并不多见,特别是变静压控制的成功案例更少,随着能源供应的日趋紧张,节能措施已越来越受到重视,变风量系统如果使用得当,可以节约20%~30%的空调能源,那将是非常可观的效益。�81�宋�萍:世行贷款项目资金管理工作体会