VAV系统控制策略.pdf
古北国际财富中心古北国际财富中心VAVVAV 系统控制方案系统控制方案上海延华智能科技股份有限公司上海延华智能科技股份有限公司20102010 年年 1212 月月 1717 日日古北国际财富中心工程VAVVAV 系统控制方案目录系统控制方案目录122.12.233.13.23.33.445概述.1系统设计说明.1标准层监控点表.3VAV末端温控器设计说明.5控制方案描述.5末端控制.5空调机组控制.10系统控制.16系统控制权限.16对其它承包商的配合要求.16综述.16古北国际财富中心工程VAVVAV 系统控制方案系统控制方案1 1概述概述传统定风量（CAV）空调系统或风机盘管加新风机组系统的一成不变：只有活水，没有活风，谈不上节能和环保。只有活水，没有活风，谈不上节能和环保。而变风量（VAV）空调系统的独特魅力：活风，活水，还有活电，同时还要节能和环保。活风，活水，还有活电，同时还要节能和环保。本工程（即古北国际财富中心）办公区域采用的就是 VAV系统，在满足用户舒适性的同时，充分体现了建筑节能和环保的理念。VAV系统作为本项目空调系统的核心，其控制也是 BMS 的核心组成部分，采用何种控制方案，将影响到本系统的运行效果。本文将详细介绍本工程 VAV系统的控制方案。2 2系统设计说明系统设计说明为了更清晰的说明 VAV系统控制与本项目 BMS 的关系，请看下图（即本项目 BMS网络架构图）：1/17古北国际财富中心工程办公区域BMS通风系统空调系统给排水系统照明系统通讯接口古北国际财富中心普通空调系统空空调调系系统统生活给水系统集水井监测系统公共照明航空障碍灯冷机群控接口锅炉接口发电机接口电力系统电梯系统诱导风机系统餐饮含油废水处理系统VAVVAV智能照明系统BMS商业区域BMS通风系统普通空调系统给排水系统照明系统通讯接口生活给水系统集水井监测系统商业租户供电回路裙房公共照明冷机群控接口锅炉接口发电机接口电力系统电梯系统餐饮含油废水处理系统智能照明系统图阴影部分就是 VAV系统。本项目 VAV系统设计应用范围为办公区域。办公区域。除门厅等大空间区域采用单风管定风量全空气低速空调系统，并在周边玻璃幕墙加设地面送风系统外，办公区域采用全空气变风量空调系统办公区域采用全空气变风量空调系统，标准办公层每层分为四个空调区域（顶层会所为两个空调区域），每个空调区域设置两台薄型变风量空调机组分别为内、外区服务，变风量空调机组处理后的送风经中压风管、单风道变风量风箱和送风口分别送至内、外区，回风通过回风口、吊顶回到空调机组。设计变风量空调系统采用变静压控制方式。设计变风量空调系统采用变静压控制方式。2/17古北国际财富中心工程空调箱均设有初、中效空气过滤器、空气净化装置等功能段。下图为标准层 VAV系统示意图：下文 VAV系统控制方案中，举例说明所采用的参数为标准层（标准层（9F9F）东南区域）东南区域相关参数。2.12.1 标标准层监控点表准层监控点表见下页：3/17古北国际财富中心工程4/17古北国际财富中心工程2.22.2 V VAVAV末端温控器设计说明末端温控器设计说明本项目 VAV末端温控器的形式初期考虑全部顶装，内含温度传感器。温控器的实际安装形式可在二次装修时，根据实际需求进行更改。末端控制器除接受温控器自带温度信号外，还可接入另外一个室内温度传感器信号，对室内温度进行冗余检测，但需额外增加成本。3 3控制方案描述控制方案描述3.13.1 末末端控制端控制3.1.13.1.1常见常见 VAVVAV系统控制策略系统控制策略通常 VAV系统的控制方式分为三种：定静压控制、变静压控制、总风量控制；三种方式对比如下：定静压控制定静压控制稳定风管静压恒定减小末端之间干扰差简单低变静压控制变静压控制使相对开度最大风门稳定在适当区间，最大程度节约送风能源最好困难高总风量控制总风量控制建立风管模型通过总需求风量直接确定风机频率介于定静压与变静压之间容易产生误差可结合定静压提高可靠性中控制思想节能效果调试难度建设成本了解了上述三种控制方式后，我们发现，无论使用哪种控制方式都存在优点和缺点，那么能不能根据三种控制方式各自的特点，充分发挥三种控制方式的优点，同时又相互弥补各自的缺点呢？根据本项目的特点，结合我司多年 VAV系统施工经验，我们推荐采用：混合控制法。5/17古北国际财富中心工程3.1.23.1.2本项目本项目 VAVVAV系统控制策略系统控制策略混合控制法混合控制法混合控制法可描述为：“总风量变静压”“总风量变静压”原理图如下：第一步:利用总风量法前馈控制的优点,使系统迅速达到平衡（从原点点到达A点）.通过累加 VAV 总的实际需求风量,根据风量对应频率的风机曲线（需空调厂家提风量对应频率的风机曲线（需空调厂家提供）供）迅速计算出风机此时需要运行的频率,并控制风机迅速达到,风机调节速度比 VAV风阀调节要快得多。第二步:利用变静压法精确控制的优点,微调风机频率，进一步使系统运行在最节能的状态.（从 A 点到达 B 点）由于总风量法的风量曲线难免存在误差,我们很难直接把系统控制到最节能的状态,此时我们通过变静压法(即阀位控制),检测 VAV 各个末端风阀开度,并微调风机频率,使系统中所有 VAV 末端风阀开度达到 70%90%70%90%（此参数将在（此参数将在 VAVVAV 专题会议中讨论决专题会议中讨论决定）定）之间,此时,表明系统既运行在最节能的状态,又可以满足所有 VAV 的风量需求。补充说明：补充说明：上述控制策略描述了系统在正常运行情况下的工作流程，那么在非正常6/17古北国际财富中心工程情况发生时，系统的安全稳定是怎样保证的呢？对于本系统，我们设想的最不利状况为：系统运行时，末端风阀开度同时存在过大和过小现象，且数量超过了末端总数的 30%30%（可讨论）（可讨论）【在风平衡调试成功后一般不会发生此种情况，但不排除此种情况在未来发生的可能性】针对此种情况，我们设定：当发生此情况时，系统发出警报信息，同时自动联动空调主机进入安全运行模式，此模式下，系统跳转为定静压控制，根据安装在风管内的静压传感器反馈信号，结合设定静压值，保证系统在非正常情况下的安全运行。此时，系统维护人员应尽快排除故障，恢复系统的正常运行。【定静压安全模式运行的详细参数，将在后续 VAV 专题会议上讨论】本项目采用的是协力空调株式会社（KAK）压力无关型 VAV 末端。对于单个对于单个 VAVVAV 末端而言，其基本运行流程图如下：末端而言，其基本运行流程图如下：计算需求风量实际需求风量实际风量+-PID+-PIDVAV BOX控制区域室内温度对于单个 VAV 末端而言，系统给定信号为：需求风量信号（DC 0-10V）；现场给定信号为：设定温度、开机、关机；反馈信号：实际风量（叶轮式风速传感器）、风阀开度过大信号（干结点）、风阀开度过小信号（干结点）、室内温度、设定温度；其中风阀开度过大（过小）信号可在定其中风阀开度过大（过小）信号可在定制产品时设定。制产品时设定。单个末端的控制流程说明：系统根据室内反馈温度与设定温度PID 运算出【计算需求风量】，再根据【计算需求风量】与【实际风量】PID 运算出【实际需求风量】，VAVBOX根据【实际需求风量】自动控制风门开启度。当系统稳定时，会保持在一个恒定的需求风量值（即恒定风门开度）。7/17古北国际财富中心工程在系统试运行之前，需进行系统最小风量、最大风量、风量平衡调试，调试成功之在系统试运行之前，需进行系统最小风量、最大风量、风量平衡调试，调试成功之后，系统可进行正常运行调试（此部分由上安负责完成，我司会在后续工作中提出界面后，系统可进行正常运行调试（此部分由上安负责完成，我司会在后续工作中提出界面要求）要求）。当处于非过渡季节模式时，当处于非过渡季节模式时，处于一个空调机组作用范围内所有处于一个空调机组作用范围内所有 VAVVAV 末端的系统运行末端的系统运行分三个阶段：分三个阶段：预冷或预热运行模式：预冷或预热运行模式：此时所有末端全开,空调机组满频运行；总风量控制模式：总风量控制模式：此时系统按总风量模式运行 10 分钟；正常工作模式：正常工作模式：此时系统按变静压模式运行。【过渡季节系统工作模式在后续 VAV 专题会议讨论】。系统框图如下：系统框图如下：8/17古北国际财富中心工程系统开始预冷预热所有VAV末端按最大风量运行3分钟空调机组风机满频运行否预冷预热结束当回风温度达到22度时跳出预冷预热模式是进入总风量控制模式所有VAV末端转入自动控制模式累加所有开机的末端需求风量值根据风机特性曲线计算空调风机需求频率频率控制值30否频率控制值50否是是输出频率限制为30HZ输出频率限制为50风机控制频率输出否此模式已运行10分钟运行时间会议讨论是进入变静压模式9/17古北国际财富中心工程进入变静压模式风阀开度情况检测风阀开度过大末端计数0是否风阀开度过小末端计数0是否风阀开度过小末端计数0是否计算修正频率计算修正频率风机当前频率减去修正频率风机当前频率加上修正频率风机当前频率保持不变风机当前频率反馈进入定静压运行模式风机频率控制值根据设定静压值及反馈静压值PID运算得出风机控制频率频率控制值30否频率控制值50否是送风温度再设，每次修改0.5度，且每次重设10分钟后才可在此重设是输出频率限制为30HZ控制值满足此条件10分钟否输出频率限制为50是输出频率限制为50风机控制频率输出注：图中修正频率计算按照 PID 控制给出，设定值为 0，控制值为风阀超限末端数量。图中 30HZ 是为保护空调机组风机所设定的最低限制频率，此值请上安提供并确认。3.23.2 空空调机组控制调机组控制3.2.13.2.1基本控制基本控制3.2.1.1 机组启停1）系统启动时，在服务器上点击 ON 按钮（或根据时间表自动运行）启动系统，控制系统自动联锁启动相应的热水阀或冷水阀、新风阀及回风阀、送排风机等相应设备。10/17古北国际财富中心工程2）系统停止时，在服务器上点击 OFF 按钮（或根据时间表自动运行）关闭系统，控制系统自动联锁关闭相应设备。3.2.1.2 新风阀控制新风阀控制描述如下：1）在正常模式下，维持预设的最小新风量。新风阀开度不小于 30%。2）在省能器模式下，强制新风 VAV 的开度为 100；3）在对应的 AHU 停机时，强制新风 VAV 的开度为 0。外区新风 CAV 末端的控制逻辑如下：1）在 AHU 开机时，开启 CAV。2）在 AHU 停机时，关闭 CAV。详细新风控制参数将在后续详细新风控制参数将在后续 VAVVAV 专题会议上讨论。专题会议上讨论。省能器模式是当室外空气温度接近设定送风温度时，用室外新风替代回风送至冷却盘管。这将使机械制冷的用能要求降低。对于本项目，我们初步考虑：当室外温度处于 20至 24之内时，开启省能器循环；此时，内区 VAV新风阀开启 100%，回风阀开启 30%。当室外温度处于 20至 24之外时，跳出省能器循环。此时，内区 VAV新风阀开启 30%，回风阀开启 90%。上述风阀开度数据设定依据将在后续上述风阀开度数据设定依据将在后续 VAVVAV专题会议上讨论。专题会议上讨论。3.2.1.3 排风机控制排风机转速根据新风量进行控制，要满足控制区域内的正压需求，但不能过大，以免冷量外泄，控制方案及风量参数请暖通单位提出，在后续控制方案及风量参数请暖通单位提出，在后续 VAVVAV专题会议上讨论。专题会议上讨论。3.2.1.4 室内湿度控制按空调设计，根据回风湿度来控制加湿阀的开关。本项目湿度控制参考值为11/17古北国际财富中心工程50%（可修改），在后续在后续 VAVVAV专题会议上讨论。专题会议上讨论。3.2.1.5 机组保护控制3.2.1.5.1滤网堵塞报警空调机组过滤网堵塞会严重影响系统运行效果，维护人员应定期清理过滤网，为保证系统良好运行，空调机组设置了滤网堵塞报警装置，分别在初效滤网及中效滤网加装压差开关，其压差设定值请暖通设计单位提供其压差设定值请暖通设计单位提供，滤网阻塞报警时，由维护人员手动停机后，进入设备维修状态。3.2.1.5.2风机压差保护由于一般情况下，BMS 系统只检测空调机组风机接触器信号作为运行信号反馈，当空调机组风机接触器动作而风机未启动时，BMS 系统不能及时作出反应，针对此种情况，本项目设置了风机压差保护开关，以确保送风机的安全运行，当该开关关闭时，表明送风机运行安全，当开机后 30 秒，该开关仍未关闭，强制停止系统并报警。3.2.1.5.3表冷器防冻保护本项目 BMS 系统在空调机组新风段表冷器上设置防冻开关，确保表冷器运行安全，当防冻开关动作时，优先加大热水阀到最大开度，并报警；当防冻开关仍处动作状态，则强行关闭空调机组3.2.1.6 回风机控制每个分区设置了 4 台回风机，控制方式为联动控制，当该区域空调机组启动时，联动 4 台回风机启动运行，末端关闭时，联动 4 台回风机关闭。3.2.23.2.2运行模式选择运行模式选择系统正常运行模式分为：制冷模式、制热模式和过渡季节模式。同时，当室内外温差比较大时，为了能够保证用户的舒适性，系统会在用户进入大楼工作之前进行预冷预热。12/17古北国际财富中心工程3.2.2.1 制冷模式一般是在夏季时运行此模式，此模式下系统主要依靠调节冷水阀降低送风温度。3.2.2.2 制热模式一般是在冬季时运行此模式，此模式下系统主要依靠调节热水阀提高送风温度。3.2.2.3 过渡季节模式此模式下冷水机组及锅炉系统将不提供空调水，系统依靠新风阀及回风阀来调节室内温度。此模式具体控制方法将在后续此模式具体控制方法将在后续 VAVVAV专题会议上讨论。专题会议上讨论。3.2.2.4 预冷模式目的：在上班前通过大功率输出冷风将建筑物夜间集聚的热量和散发污染物排到室外，使室内空气质量和温度满足用户需求。控制：此模式启动的时候：全新风运行 10 分钟后关闭新风阀；（全新风运行时，会开启相应排风机）冷水阀开启到最大值；所有 VAV末端按最大风量模式运行；AHU 的送风机按最大风量需求频率运转；当回风温度达到 22 度时，自动进入正常工作模式。【全新风运行时间由暖通设计单位提供】3.2.2.5 预热模式目的：在上班前通过大功率输出热风使室内空气质量和温度满足用户需求。控制：此模式启动的时候：全新风运行 10 分钟后关闭新风阀；（全新风运行时，会开启相应排风机）热水阀开启到最大值；所有 VAV末端按最大风量模式运行；13/17古北国际财富中心工程AHU 的送风机按最大风量需求频率运转；当回风温度达到 22 度时，自动进入正常工作模式。【全新风运行时间由暖通设计单位提供】3.2.2.6 模式选择我们设定本系统平时的正常运行时间为 8:00-20:008:00-20:00（可修改）（可修改）。调试阶段，我们会在每天 7:00-20:00 时间段内设定温度参考值：7:00 室外气温；当天室外平均气温；当天室外最高气温；上述数值会自动存储进入数据库 7 天。在正式运行时，系统将每天检测到的数据自动存储进入数据库。系统会自动根据前一周的室外气温判定第二天是否进入过渡季节运行模式。【判定详细情况会在后续【判定详细情况会在后续 VAVVAV专题会议讨论】专题会议讨论】在非过渡季节模式时，我们用室内气温作为参考值，用 RT 表示：当 RT227 时，系统将在 7:00 开始预冷模式运行；当 RT227 时，系统将在 7:00 开始预热模式运行；当7【RT22】7 时，系统将在 7:30 开始预冷模式或预热模式运行；14/17古北国际财富中心工程3.2.33.2.3运行流程图运行流程图7:00系统启动温度采集及存档过渡季节模式运行否RT227否RT227否R224是是延时30分钟启动预冷或预热模式8:00自动跳转下一步启动预热模式启动预冷模式HT22=0进入过渡季节工作模式否HT22=0是否HT22=0是否是进入正常工作阶段RT表示室内温度HT表示回风温度ST表示送风温度OT表示室外温度否是STOT2系统停止时间到否是进入省能器运行模式进入正常运行模式否系统停止时间到是系统关闭，提供第二天运行模式参数15/17古北国际财富中心工程3.33.3 系系统控制统控制3.3.13.3.1按时间表确定的运行模式按时间表确定的运行模式系统运行时间：7：0020：00（可改）；正常运行时间：8：0020：00（可改）；3.3.23.3.2手动运行模式手动运行模式系统可通过电控箱的开关选择设备的自动或手动模式。智能管理系统在手动模式下仍有连续监控的功能。（1）手动模式主要用于设备检修、调试；（2）在手动模式下，各设备可根据情况绕过中央监控系统单独开、停。在系统调试结束进入正常运行后，不建议用手动模式。3.43.4 系系统控制权限统控制权限本项目采用的 BA 控制系统具有多级控制权限，可根据需要进行设定。下面列取常用权限：1）2）3）管理员权限（最高）：可最大权限控制系统，设定运行时间表等；值班员权限（二级）：可对系统进行开关控制，但不能设定时间表；一般权限（最低）：可查看系统运行情况，但不能控制系统动作。除上述权限外，编程人员可根据使用者需求进行定制权限。4 4对其它承包商的配合要求对其它承包商的配合要求我司将在后续VAV专题会议讨论BMS调试对其它承包商的配合要求及工作界面要求。详参详参 VAVVAV专题会议计划。专题会议计划。5 5综述综述为了使本项目的设计能够完美实现，我们的控制方案还需要设计院和机电施工单位16/17古北国际财富中心工程的大力配合，方案中涉及的过程参数将在 VAV专题会议上讨论通过，详参会议计划。在控制领域，无论哪种控制方式都存在着不可避免的优点和缺点，只有结合项目自身特点，根据功能需求量身定制的控制策略才是真正合适的。上海延华智能科技股份有限公司2010 年 12 月 17 日17/17
