暖通空调H V H o n g f o a n d J io n g Y iA b s t r a c t B a s e d o n a n a n a l y s i s o f t h e p r e s s u r e i n d e p e n d e n t t e r mi n a l s , f i n d s t h e s e t a i r f l o wr a t e t o b e a s u i t a b l e c o n t rol p a r a m e t e r , a n d p u t s f o r w a r d a t o t a l v o l u m e m e t h o d f o r c o n t rol o f t h e V A V s y s t e m s . S i m u l a t i o n o f t h i s a n d c o n s t a n t p r e s s u r e a n d p r e s s u r e r e s e t c o n t rol m e t h o d s wi t h t h e H V A C S IM+ s o f t wa r e s h o w s t h a t t h e f o r m e r i s o f h i g h e r r e l i a b i I i t y a n d t h e o p e r a t i o n i n a p roj e c t p rov e s i t s s a t i s 句i n g p e 叶o r r n a n c e .K e y wo r d s v a r i a b l e a i r v o l u m e ， t o t a l a i r v o l u m e c o n t rol ， c o n s t a n t p r e s s u r e c o n t rol ， p r e s s u r e r e s e t c o n t rol ， a i r c o n d i t i o n i n g s i m u l a t i o n s o f t wa r e T s in g h u a U n iv e r s it y1 概述文献 1 1 中， 对定静压和变静压的控制方法进 行了模拟及实验研究， 结果虽然表明这两种控制方 法基本上都能完成系统的控制要求， 但也有很多不 能令人满意的地方: 定静压方法控制简单， 但风机 能耗较高， 末端阀位多处于偏小状态， 相应地带来 了噪声问题; 变静压方法虽然能最大限度地节省风 机能耗， 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。此外， 这两种方法因为使用压力控制， 在根本上还有一个 系统稳定性的问题。鉴于这些问题的存在对我国 变风量技术的推广应用是一个极大的障碍， 有必要提出一种新的简单易行的控制方法， 以适应我国目 前的实际状况。 2 总风f控制方法的提出传统的变风量系统控制方法一直视静压为调 节风机转速的唯一参数。很多文献所提出的控制 方法的进一步改进， 都是围绕静压点的位置， 甚至 于安装几个静压点， 然后经过一个选择开关确定使 用哪个静压值来控制风机。事实上， 只要静压控制 戴斌文， 男， 1 9 7 3 年1 0 月生， 硕士1 0 0 0 8 4 A t 京2 6 5 9 信箱( 0 1 0 ) 6 2 7 8 9 3 6 3 一 2 0 收稿日 期: 1 9 9 8 - 0 6 - 2 3 稿件修回日 期: 1 9 9 8 - 0 9 - 0 9 2 专题研讨1 9 9 9年第2 9 卷第3期用来计算控制信号的。设定温度 T , t 是用户提出 的要求， 虽然也能部分地反映出对风机的某种控制 需求， 但却不能体现出实际运行中负荷的变化状 况。而设定风量G . t 却是经过P I D控制器后综合 体现了空调区域的实际冷、 热状况的一个控制参 数， 将它用于计算是完全有可能的。 2 . 2 总风量控制方法基本原理通过对末端控制环路的仔细分析， 发现了各个 末端的设定风量G ;, t 是一个很有价值的量， 它反映 了该末端所带房间目 前要求的送风量， 那么所有末 端设定风量之和则显然是系统当前要求的总风量， 并且体现了系统希望达到的流量状态。根据风机 相似律， 在空调系统阻力系数不发生变化时， 总风 量和风机转速是一个正比的 关系 2 1 .( 1 )NI一从- GI一q环节存在， 系统就必然有不稳定的因素I l l 。能不 能找到一种方法完全摆脱掉静压控制呢?为实现 这一目的， 首先有必要对变风量系统控制中的各个 环节进行仔细的分析。在变风量系统控制中， 排除机组的控制环节 后， 风系统控制中只有房间温度控制环节和风机转 速控制环节。风机转速控制如果不使用静压控制， 则必须寻找新的控制手段。可能的办法就是考虑 对风机实行某种前馈控制， 而不使用反馈控制量进 行风机调节。于是想到， 既然系统可以集中控制， 为什么不充分利用计算机的强有力的计算功能， 算 出风机合适的转速用来直接控制风机呢?循着这 个思路， 首先对压力无关型的变风量末端控制环节 进行了分析， 以求发现可用来计算的控制变量。 2 . 1 末端控制环路分析以一个典型的变风量控制系统为例， 末端控制 环节的控制线路如图 1 所示。流t传招器变风R末端模拟中通过固定所有末端阀位全开， 改变风机 转速， 得到一系列系统总风量与转速的对应关系， 见图2 。从图中也可以清楚地看出两者之间的正 比关系。厂|卜|lr|卜|r|L|eer的 000000000000000000000。5MRAM ， 二，设定流量 ， 。图 I 压力无关型变风量末端控制线路图 图 I中:T 反映了 各房间温度状况， 是控制系统最终所 要实现的目的。T ， 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 1 9 -2 0。G 为末端所测的流量， 将动压经过内置的对照 表及修正系数转换而来。G ， 系由温度P I D控制器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， 并存人控制系统数据 库中， 以T e l e t ro l S y s t e m I n c . 的 控制系 统为 例， 数据库中 I t e m 2 2 8 ( C D rn p O c c M a z ) , I t e m 2 3 8 ( C D m p O c c Mi n ) 即分 别对应于最大、 最小风量。G ， 可用下式确定:7 0 0 9 0 0 1 1 0 0 13 0 0 15 0 0转速/ r / m i n图2 模拟系统中风量与 风机转速的正比关系根 据 这 一正比关系， 可 以想到在 设计工况下 有一个设计 风量和设计 风机转速， 那 么在 运 行 过乏:喇吠程中有一要求的运行风量 自然可以对应一要求的 风机转速。虽然设计工况和实际运行工况下系统 阻力有所变化， 但可将其近似表示为: G 运 行 N运 行G 设 计 N设 计( 2 )G _ 一 C D m旦 c M a z - C D m 匹c M i n x一tuuP C I C L G S C十C D m p O c c Mi n其中P C T C L G S ( : 是直接由房间温度偏差经过P I D控制器的输出信号， 在数据库中是I t e m s ， 其范围是( 0 - -1 0 0 ) 0从图1 中可以看出， 末端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( 具体分析见后文) 。整个串级控制环路 中共有两个是测量量， 即温度、 流量测量信号; 直接 设定参数一个， 即设定温度T . t ; 中间变量一个， 即 设定风量G . t ; 及输出给末端的阀位控制信号C o 由于实测量存在测量误差、 噪声等， 是不可能直接如果说所有末端带的区域要求的风量都是按 同一比例变化的， 显然这一关系式就足以用来控制 风机转速了。但事实上在运行时几乎是不可能出 现这种情况的。考虑到各末端风量要求的不均衡 性， 适当地增加一个安全系数就可简单地实现风机 的变频控制。这个安全系数应该能反映出末端风 量要求的不均衡性。这样我们先给每个末端定义 一个相对设定风量R ， 的概念:( 3 )式中G S , ， 为第i 个末端的设定风量， 由 房间温度 P I D控制器输出的 控制信号设定; G d , * 为第i 个末 端的设计风量。暖通空调H V N d 为设计 工 况下的 设计转速; G s , ， 为运行工况下的 第i 个末 端的 设定风量; G d , * 为设计工况下的第i 个末端的 设计风量; 。为所有末端相对设定风量的均方差; K为自 适应的整定参数， 缺省值为 1 . 0 ; n为末端 个数。参数 K是一个保留数， 可在系统初调时确定， 也可以通过优化某一项性能指标， 如最大阀位偏差 进行自适应整定， 目的是使各个末端在达到设定流 量的情况下， 彼此的阀位偏差最小。有了这个转速关系式以后， 就可实时地根据末 端设定风量的变化对风机进行转速调节。 3 总风f控制方法的模拟分析为了对总风量控制方法进行模拟研究， 并比较 总风量控制方法与定静压及变静压控制方法的区 别， 将文献 1 中图1 所示模拟系统加人房间模型 和控制系统后， 建立了如图3 所示的模拟系统。该 系统中风机采用的是 R D Z 5 5 0型， 总共有 5个末 端， 各末端大小依次为8 #, 1 0 #, 8 #, 6 #, 8 #， 每 个末端负责相应支路上的房间。其中C 1 为温度 控制器、 C 2 是流量控制器、 C 3 为压力控制器， 使用 的均是 P I D控制器， 测压点选在第 3 个末端的入 口处。其中C 3 压力控制环节仅在定静压控制和 变静压控制中才使用， 总风量控制时没有该环节。 系统设计状态下， 风机转速为2 5 r / s ， 总风量4 . 3 k g / s ( 约1 3 0 0 0 m 3 / h ) 。各房间设计风量依次为 0 . 8 3 , 1 . 3 , 0 . 8 3 , 0 . 5 , 0 . 8 3 k g / s 。各控制器参数均 采用文献 1 1 中整定好的参数值。5 0 1 0 0 1 5 0200Bt M A2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0图4 风机总风量控制时的转速调节曲线目生、只田图5 总风量控制法的控制点压力曲线流t 份 闷 ， 流t 流t 一流t . 一流t5/国洲/暇砖图6 总风量控制法的各末端流量调节曲线也御御伽 阅阅阅周 一图7 总风量控制法的各末端阀位调节曲线图4 是总风量控制时的风机转速调节曲线。 由于设定风量预先给定， 风机转速可以根据公式4 专题研讨1 9 9 9 年第2 9 卷第3期( 6 ) 立刻计算出来， 于是风机启动后直接到达设定 转速。图5 是静压控制时控制点压力在总风量控制 时的压力波动曲线。从图中可以看出其压力波动 过程相对于文献【 1 定静压控制时快速、 稳定得多， 而且几乎没有超调。因此图6中各末端流量调节 曲线也较为平稳。更突出的是从图7 中阀位曲线可以看出， 有两 个末端阀位基本上处于全开状态， 这表明风机总是 在尽可能低的转速下运行。因此单从固定设定流量 工况来看， 总风量控制方法具有极为显著的优势。 3 . 2 三种风机控制方式过渡过程模拟比较在考虑房间模型后，