VAV变风量系统 方案描述.docx

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1、xx项目变风量VAV自控系统技术方案1.方案描述1.1变风量（VAV）系统的组成常规设计中，变风量空调系统主要包括变频空调机组和末端风箱，末端风箱通过改变对空 调制冷/加热区域的送风量调节室内温度，而变频空调机组主要根据送风量的变化调整风机变 频器的受电频率，从而在满足末端风量的需求的前提下减少风机的能耗。同时，为了更好的维 持室内微正压的要求，保证室内空气质量，变风量空调系统会要求对室内的新风和排风量都要 进行连锁变频控制。本项目变风量空调系统根据实际建筑的特点设计，主要包括以下部分： 位于首层大堂、9-70层、71层的变风量末端2244台（VAV BOX） 位于负1夹层、71夹层的变风量空

2、调机组（VAV AHU） 位于23层、25层、49层、51层的带热回收组合式新风处理机组（VAV PAUR） 位于69层的带热回收热泵式溶液调湿新风处理机组（VAV HPAU）1.2变风量空调机组控制方案定静压控制方案当VAV末端风门改变开度后，会影响整个风道的静压，风机通过改变风量以满足 风道系统的静压要求。根据招标文件提供的设计方案，变风量空调机组的风量调节采 用定静压控制方案，通过风机变频器来完成。风管静压的控制点一般放在主风道距风 机出口的2/3处。定静压控制方案属于传统的变风量空调系统的调节方案，实际使用 时常常存在如下问题：设定值不确定问题定静压控制方案必须在控制系统中对风道静压的

3、设定值进行确定，这种确定往往 按设计院提供的设计数据或凭经验设定。而实际的风系统的阻力特性往往与当初的设 计系统存在较大的差别，当静压设定值偏大时，VAV末端装置的风门往往不能全开， 浪费能耗；当静压设定值偏小时，远端的VAV末端装置即使风门全开也达到不了房间 的温度要求。多支管问题当变风量空调机组带有多支路VAV末端装置时，静压传感器布置的位置显得比较 复杂，可能需要在很多分支风管上布置静压传感器，然后选取最小值或平均值进行变 风量控制依据。由于静压传感器一般布置在吊顶里，这给静压传感器的维护带来了不 方便。总风量结合总静压动态控制方案（推荐）随着楼宇自控系统网络技术和可靠性的提高，新的变风

4、量空调系统控制方案不断 被提出。本投标方根据已往的工程经验，采用总风量结合总静压动态控制方案，方法 是只在空调机组的出口总管上布置静压传感器，通过楼宇自控系统对该台空调机组所 带的所有VAV末端装置的风门开度进行监测、分析，不断对总管的静压设定值进行修 正。比如当所有VAV末端装置中的最大风阀开度才85%时，自控系统自动减少总管静 压设定值（步长可设为10Pa）。当静压满足时，转入总风量控制。由于该方案完全按 VAV末端装置的实际负荷需求进行动态调整，因此风机运行能耗能进一步降低。同 时，总管静压传感器由于布置在空调机房，维护保养十分方便。总静压设定值动态调 整方案如下图所示。 Increas

5、e Static Pressure95 % .Reduce Static Pressure1.3变风量空调系统控制原理及示意图当VAV末端的送风量随着所服务区域的负载发生变化而变化时，同时也要求相应 的变频空调箱的总送风量随之进行调节，避免造成能源浪费及不必要的噪音。由于空 调系统的设计参照总风量结合定静压方式，以下分别阐述普通情况下与特殊情况下的控制 方法：1. 普通情况下的控制：当末端装置VAV BOX的风量发生变化时，AHU的送风量也应随之变化。(1) 总风量控制：每个VAV专用控制器在进行独立调节控制时，会自动计算出各末端的需求风量， 该数据会传输到上级DDC控制器，相应数据累加后，即

6、是上级AHU需求的总风量， 上级DDC根据风机特性曲线，计算出风机频率：AHU需求风量=E(VAV1N需求风量)(2) 总静压控制：同时在空调机组的出口总管上加装静压传感器(具体位置需根据风管布置，在现场 确定)，通过楼宇自控系统对该台空调机组所带的所有VAV末端装置的风门开度进行 监测、分析，不断对总管的静压设定值进行修正。修正步长可设为10Pa。风机频率根 据此静压值PID调节，保证风管总静压。(3) 优先保证定静压控制，当静压满足时，转入总风量控制。整个VAV变风量系 统的联动与特殊情况下的控制：送风温度的最优化控制，可以采用投票选举法决定该区域是制冷工况还是制热工 况，它的原理：根据V

7、AV末端控制器收集的信息，下属VAV末端需要制冷或制热的 需要程度，决定该AHU为制冷还是制热工况，调整不同工况下的送风温度基准点。决 定工况后的正常情况下，对于AHU的送风温度通过冷/热水盘管保持其恒定，直接数 字控制器PXC/可编程逻辑控制器PLC。会比较实际送风温度和设定送风温度之间的差 异，通过PID调节冷/热水盘管上的电动二通阀，保证送风温度恒定。2. 整个VAV变风量系统的联动与特殊情况下的控制：送风温度的最优化控制在特殊情况下的应用：当出现以下特殊情况时，整个VAV系统应根据需要，迅速准确地做出判断及响 应，使整个系统的运行协调有序，达到控制的需要：当某个VAV末端服务的区域出现

8、负荷的剧烈增大，VAV末端已调至最大送风 量，即便风机转速调至最大也无法满足该末端的需要，根据下属VAV末端的风阀开度 及风机转速，即重新对送风温度进行升高或降低的设定，以保证最不利VAV末端的温 度要求。当以上特殊情况消失后，自控系统自动将系统恢复成普通工况。西门子楼宇科技APOGEE可以收集VAV系统的运行的相关历史数据，并提供相 应的报表及建议，通过修改初始设定值，对经常出现以上特殊情况的区域进行重新设 定，以弥补部分区域的实际负荷远远大于设计参数的不足。3. 变风量空调对系统运行控制的要求：系统运行模式可分成三大类：(1) 正常工作模式正常工作模式是指在正常工作时间内，空调系统利用人工

9、冷/热源或室外新风冷源 向空调房间进行空气调节。(2) 值班模式所谓值班模式是指室内无人工作的时间内，变风量空调系统重新设定工作状态。 当建筑物内温度低于一定的设定温度时，空调机组将向建筑物内供热，防止建筑物内 部过冷。当建筑物内温度高于一定的设定温度时，空调机组将向建筑物供冷，防止 建筑物内部过热。(3) 早晨预热模式早晨预热是变风量系统运行控制中一个重要组成部分，它可以保证空调系统在上 班之前将室内环境迅速调节到人体舒适的状态，然后启动正常工作模式。早晨预热是实行值班模式向正常工作模式的转化。当早晨预热模式结束时，系统 进入正常工作模式。在早晨预热模式中，分冬季工况和夏季工况：a) 冬季工

10、况时，AHU将采取全回风方式，关闭CAV，同时AHU风机和VAV末端通 常以最大风量运行。同时调节热水阀，使室内环境达到要求。冬季工况预热过程结 束，在此期间禁止加湿控制。b) 夏季工况时，AHU将采取全回风方式，关闭CAV，同时AHU风机和VAV末端通 常以最大风量运行，同时调节冷水阀，使室内环境达到要求。c）无论以上哪种工况，西门子楼宇科技运用SSTO优化程序，自动模糊控制预热时 间，在达到预热要求的前提下，最大程度的节约能源。西门子在此三大类模式的基础上可以根据业主需要，将模式任意细化修改，满足标书要求的所有模式变风量空调系统控制网络示意图ATECVtkxitY Stnux工作站监控内容

11、监控对象监控内容监控点数采集方式DIDOAIAO变频空调组合式风 柜风机运行状态V控制箱预留干接点风机过载报警V控制箱预留干接点风机手自动状态V控制箱预留干接点过滤网压差状态V空气压差开关变频器故障反馈V控制箱预留干接点风机启停控制V控制箱预留干接点新风温度V风管温度传感器新风湿度V风管湿度传感器送风温度V风管温度传感器送风湿度V风管湿度传感器回风温度V风管温度传感器回风湿度V风管湿度传感器水阀调节V水阀驱动器风管压力V风管压力传感器QBM66.203风机变频器控制V变频器风机频率V变频器带热回收的组合式 新风处理机组风机运行状态V控制箱预留干接点风机过载报警V控制箱预留干接点风机手自动状态V

12、控制箱预留干接点过滤网压差状态V空气压差开关变频器故障反馈V控制箱预留干接点风机启停控制V控制箱预留干接点新风温度V风管温度传感器新风湿度V风管湿度传感器送风温度V风管温度传感器送风湿度V风管湿度传感器水阀调节V水阀驱动器风管压力V风管压力传感器QBM66.203风机变频器控制V变频器风机频率V变频器带热回收热泵式溶 液调湿新风处理机 组风机运行状态V控制箱预留干接点风机过载报警V控制箱预留干接点风机手自动状态V控制箱预留干接点过滤网压差状态V空气压差开关变频器故障反馈V控制箱预留干接点风机启停控制V控制箱预留干接点新风温度V风管温度传感器新风湿度V风管湿度传感器送风温度V风管温度传感器送风湿

13、度V风管湿度传感器风管压力V风管压力传感器QBM66.203风机变频器控制V变频器风机频率V变频器首层温度控制VAV BOX室内温度VATEC采集温度设定VATEC采集风量检测VATEC采集风量设定VATEC采集风门控制VATEC采集风门开度反馈VATEC采集9-70层湿度控制VAV BOX室内湿度VATEC采集湿度设定VATEC采集风量检测VATEC采集风量设定VATEC采集风门控制VATEC采集风门开度反馈VATEC采集71层风机动力型VAV BOX室内温度VATEC采集温度设定VATEC采集风量检测VATEC采集风量设定VATEC采集风门控制VATEC采集风门开度反馈VATEC采集风机启

14、停控制VATEC预留端子风机运行状态VATEC采集监控原理变频空调组合式风柜定时启停控制根据用户设置的启停时间表和假日作息表定时启停风机。送风温度调节采用先进的自适应算法(Adaptive Control)，根据送风温度设定值，比较检测值调 节比例积分阀的开度，达到送风温度要求。送风量控制采用先进的自适应算法(Adaptive Control)，根据风管压力设定值与检测值之差调 节风机受电频率，达到送风压力要求。当混风温度彳氐于设定值并持续段时间后降 低风机转速，减少送风量。混风温度超过设定值并持续一段时间后，增加风机转速 加大送风量。新风量控制根据季节转换，调整室外新风的使用率，调节新风阀门

15、的开度，即充分利用室外空 气的冷热效率，又保证室内新风的最小需求。对工业空调，室内每人所需新风量不应小于30m3/h。对民用空调，每人所需最小新风量(m3/h)为：高级客房 30.0 少量吸烟餐 厅 20.0 少量吸烟办公室 25.0 不吸烟会议室 50.0 大量吸烟报警条件检测风机过载继电器触点状态，异常时发送过载报警；检测过滤网两侧压差，在风机运行时若此压差高于设定值则发送过滤网堵塞报警； 送风、混风温度，风管压力等检测参数越限报警；统计风机累计运行时间，报警提示维修。联动比例积分阀与风机运行状态联动控制，风机停止状态下关闭阀门。数据记录采集主要设备的运行参数，定时记录、打印。注：本次VA

16、V系统投标变频风柜仅指针对风机变频进行监控，即上图点表中具有黄色阴影的部分。其余点位的监控由PLC完成。带热回收的组合式新风处理机组/带热回收热泵式溶液调湿新风处理机组定时启停控制根据用户设置的启停时间表和假日作息表定时启停风机。送风温度调节采用先进的自适应算法(Adaptive Control)，根据送风温度设定值，比较检测值调 节比例积分阀的开度，达到送风温度要求。送风量控制采用先进的自适应算法(Adaptive Control)，根据风管压力设定值与检测值之差调 节风机受电频率，达到送风压力要求。新风量控制根据季节转换，调整室外新风的使用率，调节新风阀门的开度，即充分利用室外空 气的冷热

17、效率，又保证室内新风的最小需求。对工业空调，室内每人所需新风量不应小于30m3/h。对民用空调，每人所需最小新风量(m3/h)为：办公室 25.0 不吸烟会议室 50.0 大量吸烟报警条件检测风机过载继电器触点状态，异常时发送过载报警；检测过滤网两侧压差，在风机运行时若此压差高于设定值则发送过滤网堵塞报警； 送风温度，风管压力等检测参数越限报警；统计风机累计运行时间，报警提示维修。联动比例积分阀与风机运行状态联动控制，风机停止状态下关闭阀门。数据记录采集主要设备的运行参数，定时记录、打印。注：本次VAV系统投标变频风柜仅指针对风机变频进行监控，即上图点表中具有黄色阴影的部分。其余点位的监控由P

18、LC完成。温度控制VAV BOX控制方式压力无关型温度设定由室内温度传感器面板上可就地设定室内温度值，或通过中央操作站远程赋值。送风量调节送风系统采用温控变风量VAVBOX系统，采用诱导取样型的VAVBOX，根据房 间干球温度的变化自动调节送风风量；VAVBOX应具备最低风量限制装置，控制 的最低风量为额定送风量的30%。控制策略当房间空气的干球温度25r时，加大风阀的开度，增加送风量；反之减少风阀的 开度、减小送风量。具备最小风量控制功能，即最小开度为30%。控制目标确保空调房间的空气干球温度在25C0.5C的范围内，建议可设定在28C30C， 比室外低(45)C ；走道可设定在27C28C

19、 ；这样逐渐过渡，不但人体感觉舒 适，还可有效地减少不必要的能耗。数据记录采集主要设备的运行参数，定时记录、打印。湿度控制VAV BOX控制方式压力无关型湿度设定通过中央操作站远程赋值。送风量检测VAV BOX控制器ATEC预留压差方式采集接口，采集VAV BOX的送风速度，换 算得出送风量。送风量调节根据设定湿度值与检测温度的比较，调整送风量设定值，并根据该设定值与检测的 送风量比较输出信号调节风阀，达到室内湿度的要求。数据记录采集主要设备的运行参数，定时记录、打印。风机动力型VAV BOX控制方式风机动力型温度设定由室内温度传感器面板上可就地设定室内温度值，或通过中央操作站远程赋值。风机控

20、制由VAV BOX控制器ATEC预留的风机控制接线端子控制风机启停。送风量检测VAV BOX控制器ATEC预留压差方式采集接口，采集VAV BOX的送风速度，换 算得出送风量。送风量调节根据设定温度值与检测温度的比较，调整送风量设定值，并根据该设定值与检测的 送风量比较输出信号调节风阀，达到室内温度的要求。(1) 周边区送风系统采用风机动力型温控变风量”VAVBOX系统，采用诱导取样 型的VAVBOX，根据房间干球温度的变化自动调节送风风量；VAVBOX应具备 最低风量限制装置，控制的最低风量为额定送风量的30%。(2) 内区送风系统采用地板下送风系统，每一跨区域的地板下设置温控电动变风 量调

21、节阀，根据该跨区域的干球温度自动调节风阀的开度，达到控制房间内区温度 的目的；控制策略当房间空气的干球温度25C时，提高风机转速、增加送风量；反之降低风机转 速、减小送风量。具备最小风量控制功能，即为最大风量的30%。数据记录采集主要设备的运行参数，定时记录、打印。控制器配置为配合变频冷风柜与变风量末端风箱的联动，本方案配置了带有FLN管理功能的PXC控 制器。该控制器不仅完成每台VAV AHU的监控功能，而且统一管理其连接的所有VAV BOX 的控制器。传感器配置设备名称型号特性空气压差传感器QBM66.203AC24V工作电源，DC 010V输出信号，压力隔膜敏感元 件，3线连接。测量范围

22、0300Pa或01500Pa可选，最大 允许压力10kPa。1.4 VAV BOX末端装置的控制方案本项目采用压力无关型VAV末端装置的控制系统，主要由 压差取压管（传感器）、调节风阀、VAV专用控制器、室内温 度传感器等组成。VAV控制器根据压差监测值和风管面积计算 实际送风量，与送风量设定值比较，通过风阀调节送风量。而 室内温度传感器及其控制回路的作用是起修定送风量设定值的 作用，根据不同的室内温度重新调节风量的设定点。如夏季室 内较冷时，即室内的热负荷较低时，减小送风量的设定点，室 内热负荷较大时，则增加送风量的设定值。典型的压力无关型变风量末端装置控制系统的控制原理图如下:图中Tsen

23、sor反映了各房间温度状况，是控制系统最终所要实现的目的。Tset表示各房 间的温度要求，由用户给出或系统管理人员根据实际情况分别设定。实际使用中往往是给定一 个范围，如1920C。Gsensor为VAV末端所测的流量，将动压经过VAV控制器内置的对 照表及修正系数转换而来。Gset系由温度PID控制回路根据房间温度偏差设定的一个合理的 房间要求风量。其实现是先由设计人员给出该房间最大、最小设计风量，并存入VAV控制器 的数据库中，以Siemens的变风量专用的ATEC控制器为例，数据库中Gmax, Gmin即分别 对应于最大、最小风量。Gset可用下式确定：G一 - Gg =_mn x K

24、+ G .set 100t min其中Kt是直接由房间温度偏差经过PID控制器的输出信号，其范围是(0100)。从上述VAV末端装置的控制原理图可以看出，VAV末端的控制实际上使用了一个串级控 制。使用这种串级控制的基本原因是末端流量控制和房间温度控制两个环节的时间常数差别太 大。整个串级控制环路中共有两个实时测量，即温度、流量测量信号；直接设定参数一个，即 房间设定温度Tset；中间变量一个，即设定风量Gset；及输出给VAV末端的阀位控制信号 C。根据送风温度Ts、室温设计值Td，可计算出送风量L：Q=LC(TsTd)式中：Q：空调系统提供给房间的冷量L：瞬时送风量C：空气比热Ts：送风温

25、度通常取为Td：室温设计值(室温设计值分别为Td max和Td min,平均值 1/2 Td max + Td min )。因此，L = Q/C( Ts Td)可知在某一时刻，根据送风温度Ts、室温设计值Td、室温实测值Tr可得出送风量L0：L0=L(Td Tr)/(Ts Td)根据计算风量与实际检测风量相比较，调节VAV箱风门开度，风量与风门开度的特性曲 线是由VAV箱的结构决定的，开度的变化使送风流量达到预期的风量计算值，风门开度调节 与送风管道压力无关。1.5 VAV末端装置控制器及控制原理图我们为本次项目的VAV BOX控制选择了西门子APOGEE系统的一体化BACNET VAV控制器

26、ATEC实现压力无关型控制。控制器如下图所示：该控制器把控制单元、检测和执行机构综合一体，安装简便，预计安装时间 20分钟，所需的安装工具包括:4mm的六角扳手 1/4英寸的六角起子和螺丝刀小型一字型螺丝起子 标记或铅笔 转矩扳手ATEC控制器具有独立的控制元件，可以独立完成VAV BOX的监控功能。所有ATEC通过FLN相互连接，所有运行数据和采集参数都可以上传至APOGEE管理平台。根据不同的配 置每台ATEC可以支持以下任何一种VAV BOX工作方式:单冷 冷热 两级电加热 热水再热 具有一级电加热的串联风机 具有一级电再热的并联风机VAV-BOX控制器控制原理图spare do orA

27、ulcizerQ Module (Ofstl3 to5Dud DUWl required fef pnfe曲的 II wih：opL)Al (1IQK ahm 1he 西门子楼宇科技集团是全球楼宇自控领域著名的制造商，APOGEE （顶峰）系统是公 认的具有号召力的产品。西门子的产品是按照国际质量标准生产和制造的，选购的设 备也同样是符合这一标准，产品从大到小，均能提供给用户最为满意的品质。可靠和 实际是我们一贯的追求，我们将秉承这一光辉的传统竭尽全力提升业主的投资回报。 APOGEE系统提供的所有控制器均采用嵌入式Nucleus操作系统，它比微软的操作系 统便宜，同时在嵌入应用上有更大的优势

28、，此外由于不是windows操作系统，所以不 会受到windows病毒等安全漏洞的影响，安全优势明显。 APOGEE （顶峰）系统卓越的向后兼容性表现，全面保护业主的投资。 APOGEE （顶峰）系统不仅能与超过200家的厂家产品或系统实现良好接口，例如冷水机组、空调设备、电梯主机、发电机组、消防主机等等，还提供与BACNET，LONWORKS，PROFIBUS，MODICON BUS，RS485/232，E旧，INSTABUS 等标准 网络协议的接口。 所有现场控制器(DDC)都采用32_位 Motorola超强处理器，工作频率最高可以达到100 MHz,内存容量至少24 MB。且DDC全部

29、都能够独立工作，按程序和日程表运 行，不依赖监控主站和其他DDC控制器。 模块式监控点配置，根据用户需求配置点类型和数量。 使用强力过程控制语言PPCL(Powers Process Control Language)进行程序编写。 为能源管理提供了内置的能源管理程序SSTO(Start/Stop Time Optimization)。 全面的报警管理、历史数据纪录和操作员的控制监视功能。 控制器在掉电情况下，所有设置、数据和程序由内置电池保存，最长可维持60天。 完善的质量控制手段。 完善的培训和资料服务。 DDC内置先进的自适应控制算法(AdaptiveControl)可基本避免输出振荡并

30、保持精密控制。 DDC平均无故障时间MTBF都达到10万小时以上，如下表所示：平均无故障时间(MTBF)MBC开放式处理器模块 (open processor)125247 HoursMBC电源模块 (Power Supply)192010 HoursMBC I/O模块107389 HoursMEC控制器126863 HoursMEC电源模块193653 HoursPXC控制器103699 Hours平均无故障时间(MTBF)是一种测量方法，生产厂商用它来控制产品的质量，减少支持成本 和备用品的需求。MTBF对用户来说也非常有用，用户可用它来检测样本是否满足总体的特 征。有两种方法可获取MTB

31、F，实验室测试和现场跟踪。由于实验室测试方法只做一次，故这种方 法将产生一个“静态”的MTBF值。这项工作主要是在产品的设计周期里完成，而且是基于小 样本的测试特征。实验室的控制环境越接近真实的工作设备环境将有利于提高结果的真实 性。现场跟踪是一个动态的监测过程，它可以每月进行重新评估。一个现场跟踪TBF值是 基于实际用户真实的操作环境。许多情况都会影响MTBF值。一个意外失误或一个错误报告都将改变测量结果。统计学方法被 用来减少我们的错误风险。数据中的一个可靠区间被建立。真正的总体BF将存在于这个可 靠区间内。在这样的MTBF情况下，我们不能相信最高的和最低的ITBF值。这取决于一组可 靠区

32、间测试。可靠区间通过扩大区间的范围减少了我们错误的风险。可靠区间的范围越大， MTBF值超出区间范围的风险就越低，MTBF值变成无效的风险就越低。我们使用?9%的可靠级 别。可靠性预计是由每个零件的使用次数产生的错误率倍数来决定的。这些产品在组装时变成废 品的概率总和。废品率的倒数便是MTBF。实验室和现场跟踪都使用实际的产品运行时间（时 间是由失误率来划分的）来决定ITBF。产品的运行时间是在服务期间或每天4小时的服务时 间的天数的总和。对于现场测试来说，这可以从每月的运输量和每月的时间来计算。失误率 是卡方测量的统计函数。函数是根据99%的可靠区间和相当于废品率的两倍的自由度来决定 的。西门子楼宇科技所有产品的MTBF数字都达到99%可靠率。我们使用产品的跟踪方法并且这种 方法是建立在大运输量和产品定量返回的基础上。运