空气调节-变风量系统.ppt

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1、第四部分：变风量系统,能源与环境工程学院2002年10月,主要内容,二、变风量系统的位置,一、变风量系统的概念,三、变风量控制系统的组成,四、变风量空调控制系统的发展与介绍,五、变风量系统的分类,六、变风量系统的应用范围,一、变风量系统的概念,按处理空调负荷所采用的输送介质分类,变风量VAV(Variable-Air-Volume)空调系统是属于全空气式的一种空调方式,即全空气系统的一种。该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比,并相应调节空调机的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的一种空调系统。,1、系统定义,简单地说，通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷,系统必须是

2、利用变风量箱来分配流量；保持送入房间的风量不变而改变一次风与回风的混合比例；保持一次风恒定而改变一次风与回风的混合比例；区域温度的控制由变风量箱来实现；空调机组的送风量应根据送风管内的静压值进行相应调节,与变风量箱减少或者增加送风量以控制房间温度相呼应。,2、定义解释,一、变风量系统的概念,（1）新风、排风管上设量个VAV装置,通过自动控制保持新风量与排风量一致而实现房间的风量平衡；（2）送入每个房间或空调区域的风量由VAV控制,空调器的风量由变频器调节风机转速来实现控制。,3、系统原理,一、变风量系统的概念,4、系统组成,这三者缺一不可,相互依存。对于具体的变风量系统而言,必然存在这三大要素

3、的不同组合。,冬季,对于有内外区的建筑,内区继续供冷,外区末端装置只提供最小风量以保证新风和气流组织,由末端再热装置或其他供暖系统供热。,一、变风量系统的概念,节约风机运行能耗和减少风机装机容量：由于变风量系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化,同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况。系统的灵活性较好,易于改、扩建,尤其适用于格局多变的建筑。变风量系统属于全空气系统,它具有全空气系统的一些优点,可以利用新风消除室内负荷,没有风机盘管凝水问题和霉变问题。,5、变风量系统优点,一、变风量系统的概念,二、变风量系统的位置,变风量系统可基本分为：单风道系统 再热 诱导 风机动力 双导管

4、 可变散流器 双风道系统 多区域系统,三、VAV控制系统的组成,1、单风道变风量空调系统图,五个反馈控制环路：室温控制 送风静压控制 送回风量匹配控制 新排风量控制 送风温度控制,（1）VAV系统反馈环路,三、VAV控制系统的组成,室温控制：当某个房间的温度低于设定值时,温控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。送风静压控制：系统阻力增加,送风静压会升高。当超过设定值时,静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转速减少系统的总送风量。送回风量匹配控制：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会减少回风量以维持设定值。新排风量控制：风道压力的变化将导致新排风量

5、的变化,控制器将调节新风、回风和排风阀来保持新排风量。,供冷季中,（2）VAV系统的运行控制,三、VAV控制系统的组成,（3）系统控制的稳定性,三、VAV控制系统的组成,当某个房间的温度下降,末端装置的风阀关小,导致系统静压升高,其他房间的送风量增加。这些房间的末端装置的风阀就会关小以恒定各自的送风量，导致系统静压进一步升高。当达到某一程度,静压控制器就降低送风机的转速减小风量,回风机风量也随着减少。系统静压又回落到原来的水平,那么各个末端风阀又开始开大。系统压力的变化,必须导致新风量的变化,导致送风温度的变化,控制器调节风阀的开度。阀位的变化将致使整个系统的静压和流量发生变化。,三、VAV控

6、制系统的组成,就系统控制而言：变风量系统本身的强动态特性；空调系统中非线性环节；多个反馈控制环路之间的耦合。,(4)系统不稳定因素,变风量系统能否正常运行在很大程度上要依靠控制系统,三、VAV控制系统的组成,基本原理：将末端装置送风温度、温控器读数、风量及阀位信号都送入一个中央控制器,由它来统一计算后再调节送风状态点(送风机工况点以及表冷器后送风温湿度)。关键问题：送风状态点的预测和所需送风状态的实现。问题解决可以避免多个环路之间的相互作用,从而提高系统稳定性。,（5）保证系统稳定的控制方法,基于末端装置的变风量系统,三、VAV控制系统的组成,直接根据设定风量计算出要求的风机转速,具有某种程度

7、上的前馈控制含义,而不同于静压控制中典型的反馈控制。设定风量并不是一个在房间负荷变化后立刻设定到未来能满足该负荷的风量(即稳定风量),而是一个由房间温度偏差积分出的逐渐稳定下来的中间控制量。总风量控制方式下风机转速也不是在房间负荷变化后立刻调节到稳定转速就不动了,可以说是一种间接根据房间温度偏差由PID控制器来控制转速的风机控制方法。,总风量控制方法,三、VAV控制系统的组成,末端装置是改变房间送风量以维持室内温度的重要设备。按照改变风量的方式：节流型：采用节流机构(如风阀)调节风量 旁通型。通过调节风阀把多余的风量旁通到回风道,（1）房间温度控制,按照是否补偿压力变化：压力有关型：由温控器直

8、接控制风阀，压力无关型：由温控器加一个风量传感器和一个风量控制器,温控器根据温度偏差设定风量控制器设定值,风量控制器根据风量偏差调节末端装置内的风阀。,2、控制环路简介,三、VAV控制系统的组成,按照有无末端混风机来分：带风机：带风机的末端可以在小风量或低温送风系统中保证室内一定的气流组织。按照风机和一次风的关系,带风机的末端又可分为：带并联风机的末端装置 带串联风机的末端装置。不带风机,三、VAV控制系统的组成,（2）送风量控制,在变风量系统中,通常根据静压传感器的信号来感知系统风量的变化,并通过控制器调节风机送风量。静压控制器通过调节风机转速或入口导叶来恒定静压控制点的静压值,以满足下游风

9、道、末端装置及送风口的压力损失。恒定静压的目的是保证任何一个末端入口的设计资用压力。,三、VAV控制系统的组成,（3）新排风风量的控制,变风量系统中,新风主要存在三方面的问题:总新风量控制 总新风量确定 新风分配,将最小新风道和经济循环新风道分开,分设新风阀,并在最小新风道上安装流量传感器,以此来调节 风阀的开度,维持最小新风量。,三、VAV控制系统的组成,（4）送回风风量匹配控制,送风量随负荷变化,回风量也要随之变化,这样才能保证房间的正常压力。由于房间向外渗风和厕所排风,回风量要比送风量小。,送风机和回风机都由一个送风静压控制器来调节。当负荷减少时,送回风量按同一比例减少，是一种最简单的控

10、制方法,回风机由放在新回风混合箱里或房间内的静压控制器控制。,在送风和回风风道上安装风量计,并用一个控制器控制二者的差值来解决这个问题。,三、VAV控制系统的组成,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,第一阶段:定静压定温度法。80年代开发。,第二阶段:定静压变温度法,(CPT定静压法)。90年代前开发。,第三阶段:变静压变温度法,(VPT变静压法)。90年代后期开发。,李克欣：暖通空调 1999年第 2 9卷第 3期,1、定静压定温度法原理,TE 温控器 TED 插入型温度传感器dpE 静压传感器 PIC 静压调节器INV 变频器 TIC 温度调节器MV 二通阀,四、VAV空调控制系统的发展与

11、介绍,定静压定温度控制法的全部控制均为模拟式。优点:是控制简单 缺点:是节能效率差 控制精度低 噪声偏高 机械式VAV难于与空调机侧联合控制.,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,2、定静压变温度(CPT)法原理,FE VAV内风速传感器DDC 直接数字控制器dps 微差压开关,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,在保证系统风管上某一点(或几点平均)静压一定的前提下,室内要求风量由VAV所带风阀调节;系统送风量由风管上某一点(或几点平均)静压与该点所设定静压的偏差控制变频器的开启以调节风机转速来确定;同时还可以改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。,系统的主要控制机理：,系统送风量由某点静压

12、值来控制,不可避免地会使得风机转速过高,达不到最佳节能效果;在一定的系统静压下室内的要求风量只能由VAV所带风阀调节,当阀门开度较小时气流通过噪声加大,影响室内环境；存在系统稳定性的问题；系统中静压点的位置很难确定。,系统特点：,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,3、变静压变温度(VPT)法原理,IVC VAV控制器FE VAV风速传感器DDC 直接控制器,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,采用改变系统送风静压以及改变系统送风温度的手段,在舒适性、节能性、低噪声控制、保证新风量、降低成本等方面有充分优势,尽量使风阀处于全开(85%100%)状态,把系统静压降至最低。因而能最大限度地降低风机

13、转速以达到节能目的。,系统控制思想：,系统特点：,但控制算法复杂,实现较为困难,尤其是控制公司的产品基本上都不提供变静压的控制算法,需要控制人员现场编程、调试,工作量太大。存在系统稳定性的问题。,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,Dps 微差压开关 BV 电动加湿阀ICC 智能型空调箱控制器SCM VAV区域控制器CO2 二氧化碳浓度传感器HED 插入型湿度传感器IVC VAV控制器,4、VPT法控制系统的一般构成,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,4.1 风机变频器控制变风量控制,TE(室内温度设定/传感器),IVC(VAV末端智能控制器),SCM(系统管理器),ICC(系统控制器),I

14、NV(变频器)等部件及系统构成。,（1）系统构成：,（2）控制目的:,是使系统在最小送风静压(变静压法)下满足室内要求风量.,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,（3）控制循环构成:,室内送风量的控制,根据室内温度与设定温度的差值计算出要求风量(送风温度一定时),控制风阀开度以及系统静压以使实际送风量满足要求风量.,系统总送风量控制,根据各VAV风阀的开度来决定风机电机的供电频率增加或减小,使得系统静压在满足要求风量的前提下变至最小,达到节能的目的。,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,（4）控制原理,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,4.2 空调箱冷量热量及加湿量控制变温度控制,HED(插

15、入式湿度传感器),TED(插入式温度传感器),ICC(系统控制器),MV(两通阀),BV(加湿阀)等部件及系统构成。,(2)控制目的:,满足室内温湿度以及舒适度要求,（1）系统构成：,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,4.3 新风量控制,新风阀+风速传感器(或采用),排风阀 回风阀(或采用)CO2传感器,ICC(系统控制器),（1）系统构成：,确保系统新风量;过渡季节的全新风空调。,(2)控制目的:,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,（3）控制原理,CO2 二氧化碳浓度传感器Gas 烟雾传感器UT 用户终端操作器ICC 智能型空调箱控制器F 风速传感器,采用CO2 传感器,当室内人员减少时

16、减低新风量以达到节能;,采用烟雾传感器(Gas),当室内抽烟人数增加时,可增加新风量以满足舒适;,可使用用户终端操作器()进行强制通风,四、VAV空调控制系统的发展与介绍,五、变风量系统的分类,1、按照周边供热方式的分类(内部区域单冷),内部区域单冷系统：在空调内区采用的变风量空调形式,一般不带供热功能。,散热器周边系统：散热器设置在周边地板上,不用冷、热空气的混合来控制空气温度,一般采用热水或电热散热器,具有防止气流下降、运行成本低、控制简单等优点。,风机盘管周边系统：风机盘管可以是四管式,也可采用冷热切换二管式,或单供热二管制。风机盘管采用暗吊时不占用地板面积,同样具有运行成本低、控制简单

17、的优点。,周边热损失较大的情况,即单位长度外墙热损失超过 450/,应考虑将加热器设置在窗台下或外墙底部,以免气流下沉,这时可以考虑选择散热器周边系统或落地式风机盘管周边系统,选择依据：,五、变风量系统的分类,变风量再热周边系统：在变风量末端装置中加再热盘管,一般采用热水、蒸汽或电加热盘管。该系统比双风管系统初投资为低,比定风量再热系统节约能源,尽管同样不占用地板面积,但控制程序复杂。,变温度定风量周边系统：该系统的特点是送风量恒定,通过改变一次风与回风的混合比例来调节房间温度。回风全部吸收灯光热量再送出,因而节能。初投资较双风管系统低,控制也较复杂。,双风管变风量周边系统：该系统的优点是能量

18、效率高,当采用两个风机时,可利用灯光发热,在所有时间内,由于冷却和加热的交替功能,可以获得最小的送风量。但初投资较高,控制较复杂。,五、变风量系统的分类,转换变风量系统：加热和冷却均由一套风管系统通过冬夏转换承担。其缺点是温度控制不灵活,当建筑物有若干个区时,不能由一套系统来控制,例如不能同时满足一个区域需要加热而另一个区域需要供冷的要求,这时就需要划分若干个转换系统。,五、变风量系统的分类,周边热损失中等的情况,即单位长度外墙热损失 2 50 450/,可以采用吊顶暗装式送风,送风直接吹向外墙和窗户,这时可以选择暗吊式风机盘管周边系统;也可以采用上述各个系统,但条缝型散流器宜设计成单向的。,

19、周边热损失小的情况,即单位长度外墙热损失小于 2 50/,可以采用上述各个系统,这时条缝型散流器宜布置在房间中间,且两向送风。,选择依据：,五、变风量系统的分类,2、按变风量箱的结构分类,节流型：节流型变风量箱是最基本的变风量箱,其它如风机动力型、双风道型、旁通型等都是在节流型的基础上变化发展起来的,所有变风量箱的“心脏”就是一个节流阀,加上对该阀的控制和调节元件以及必要的面板框架就构成了一个节流型变风量箱。,风机动力型：风机动力型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机型 和并联风机型 两种产品。,五、变风量系统的分类,旁通型：这是利用旁通风阀来

20、改变房间送风量的系统。由于其并不具备变风量系统的全部优点,因而在有些论文中称其为“准”变风量系统。该系统的特点是投资较低,但节能却很小,因为有大量送风直接旁通返回空调设备,并不怎么减小风机能耗,所以目前使用也不多。,双风道型：一般由冷热两个变风量箱组合而成。因其初投资昂贵和控制较复杂而较少得到使用。,五、变风量系统的分类,六、变风量系统的应用范围,1、负荷变化较大的建筑物,由于变风量可以减少送风机和加热的能量(因为利用灯光及人员等热量),故负荷变化较大的建筑物可以采用变风量系统。,若建筑物的玻璃窗面积比例小,外墙传热系数小,室外气候对室内影响较小,则不适合采用变风量系统,因为部分负荷时节约的能源较少。例如办公大楼,一旦建筑物内有人员聚集和灯光开启,负荷就接近尖峰;人员离开和灯光关闭负荷就变小,因此负荷变化较大。再如图书馆或公共建筑,具有较大面积的玻璃窗和变化较大的负荷,它的部分负荷的时间比较长。,2、多区域控制的建筑物,变风量系统在设备安装上比较灵活,故用于多区域时,比一般传统的系统更为经济。这些传统的系统为:多区系统、双管系统和单区屋顶空调器等。,3、有公用回风通道的建筑物,办公大楼和学校均可采用公用回风通道。然而,也有一些建筑物不适合应用,如医院中的隔离病房、实验室和厨房等,因为采用公用回风通道会造成空气的交叉污染。,