VAV变风量系统 方案描述.docx

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VAV变风量系统方案描述

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：

Ø位于首层大堂、9-70层、71层的变风量末端2244台（VAVBOX）

Ø位于负1夹层、71夹层的变风量空调机组（VAVAHU）

Ø位于23层、25层、49层、51层的带热回收组合式新风处理机组（VAVPAUR）

Ø位于69层的带热回收热泵式溶液调湿新风处理机组（VAVHPAU）

1.2变风量空调机组控制方案

①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。

②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。

1.3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VAVBOX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=∑（VAV1~N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VAV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

监控内容

监控对象

监控内容

监控点数

采集方式

DI

DO

AI

AO

变频空调组合式风柜

风机运行状态

√

控制箱预留干接点

风机过载报警

√

控制箱预留干接点

风机手自动状态

√

控制箱预留干接点

过滤网压差状态

√

空气压差开关

变频器故障反馈

√

控制箱预留干接点

风机启停控制

√

控制箱预留干接点

新风温度

√

风管温度传感器

新风湿度

√

风管湿度传感器

送风温度

√

风管温度传感器

送风湿度

√

风管湿度传感器

回风温度

√

风管温度传感器

回风湿度

√

风管湿度传感器

水阀调节

√

水阀驱动器

风管压力

√

风管压力传感器

QBM66.203

风机变频器控制

√

变频器

风机频率

√

变频器

带热回收的组合式新风处理机组

风机运行状态

√

控制箱预留干接点

风机过载报警

√

控制箱预留干接点

风机手自动状态

√

控制箱预留干接点

过滤网压差状态

√

空气压差开关

变频器故障反馈

√

控制箱预留干接点

风机启停控制

√

控制箱预留干接点

新风温度

√

风管温度传感器

新风湿度

√

风管湿度传感器

送风温度

√

风管温度传感器

送风湿度

√

风管湿度传感器

水阀调节

√

水阀驱动器

风管压力

√

风管压力传感器

QBM66.203

风机变频器控制

√

变频器

风机频率

√

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

√

控制箱预留干接点

风机过载报警

√

控制箱预留干接点

风机手自动状态

√

控制箱预留干接点

过滤网压差状态

√

空气压差开关

变频器故障反馈

√

控制箱预留干接点

风机启停控制

√

控制箱预留干接点

新风温度

√

风管温度传感器

新风湿度

√

风管湿度传感器

送风温度

√

风管温度传感器

送风湿度

√

风管湿度传感器

风管压力

√

风管压力传感器

QBM66.203

风机变频器控制

√

变频器

风机频率

√

变频器

首层温度控制

VAVBOX

室内温度

√

ATEC采集

温度设定

√

ATEC采集

风量检测

√

ATEC采集

风量设定

√

ATEC采集

风门控制

√

ATEC采集

风门开度反馈

√

ATEC采集

9-70层湿度控制VAVBOX

室内湿度

√

ATEC采集

湿度设定

√

ATEC采集

风量检测

√

ATEC采集

风量设定

√

ATEC采集

风门控制

√

ATEC采集

风门开度反馈

√

ATEC采集

71层风机动力型

VAVBOX

室内温度

√

ATEC采集

温度设定

√

ATEC采集

风量检测

√

ATEC采集

风量设定

√

ATEC采集

风门控制

√

ATEC采集

风门开度反馈

√

ATEC采集

风机启停控制

√

ATEC预留端子

风机运行状态

√

ATEC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（AdaptiveControl），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（AdaptiveControl），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。

当混风温度低于设定值并持续一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（AdaptiveControl），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（AdaptiveControl），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PLC完成。

☆温度控制VAVBOX

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"VAV"BOX系统，采用诱导取样型的"VAV"BOX，根据房间干球温度的变化自动调节送风风量；"VAV"BOX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≥25℃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25℃±0.5℃的范围内，建议可设定在28℃~30℃，比室外低（4~5）℃；走道可设定在27℃~28℃；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VAVBOX

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

VAVBOX控制器ATEC预留压差方式采集接口，采集VAVBOX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VAVBOX

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。

风机控制

由VAVBOX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

VAVBOX控制器ATEC预留压差方式采集接口，采集VAVBOX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"VAV"BOX系统，采用诱导取样型的"VAV"BOX，根据房间干球温度的变化自动调节送风风量；"VAV"BOX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≥25℃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VAVAHU的监控功能，而且统一管理其连接的所有VAVBOX的控制器。

传感器配置

设备名称

型号

特性

空气压差传感器

QBM66.203

AC24V工作电源，DC0~10V输出信号，压力隔膜敏感元件，3线连接。

测量范围0~300Pa或0~1500Pa可选，最大允许压力10kPa。

1.4VAVBOX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Tsensor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19～20℃。

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：

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（0～100）。

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（Ｔｓ－Ｔｄ）

　　　　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：

送风温度

　　　　　　　Ｔｄ：

室温设计值（室温设计值分别为Ｔｄmax和Ｔｄmin，　通常取为平均值１／２［Ｔｄmax＋Ｔｄmin］）。

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。

1.5VAV末端装置控制器及控制原理图

我们为本次项目的VAVBOX控制选择了西门子APOGEE系统的一体化BACNETVAV控制器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：

Ø4mm的六角扳手

Ø1/4英寸的六角起子和螺丝刀

Ø小型一字型螺丝起子

Ø标记或铅笔

Ø转矩扳手

ATEC控制器具有独立的控制元件，可以独立完成VAVBOX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VAVBOX工作方式：

Ø单冷

Ø冷热

Ø两级电加热

Ø热水再热

Ø具有一级电加热的串联风机

Ø具有一级电再热的并联风机

VAV-BOX控制器控制原理图

----------------------------VAV-BOX温度单冷控制（首层使用）-----------------------------------------

---------------------------------VAV-BOX湿度控制（标准层使用）-------------------------------------------

------------------------VAV-BOX风机动力型控制（顶层使用）------------------------------------

1.6VAV变风量系统技术建议及节能措施

VAV系统噪声问题的解决建议

校核每个末端装置在最小、最大风量下产生的噪声。

对于噪声要求较高的场合（如NC35以下），采用VAV系统要谨慎，而带风机的末端通常用在NC40以上的场合。

因为末端的型号越大噪声也越大，所以，最好选用入口直径不大于300mm的末端装置。

尽量把末端装置安装在房间外面（如走廊）。

如果只能装在室内且噪声又超标，应与建筑工种协调，看是否可以采用消声效果好的吊顶材料或其他措施。

末端装置出风口到房间送风口间的风道压力损失不要超过60-70Pa。

否则，在低负荷工况会导致末端装置前后压差较大，从而使室内噪声级变化较大。

房间设计噪声声压级最好比要求的低大约5dB。

VAV系统气流组织问题的建议

一般的空调系统的送风口都是定截面的，导叶角度也很少改变，所以当风量减少时，势必影响室内气流组织。

国外通常采用空气分布特性指标ADPI来评价房间的气流组织性能。

该指标综合考虑了空气温度、气流速度和人的舒适度三方面的因素。

如果ADPI=100%，表示全室人员都感到舒适；ADPI达到80%，即可认为是满意的气流组织效果。

在变风量送风的情况下，条缝散流器和灯具散流器在较大的风量变化范围内，ADPI均可保持在80%以上，说明这两种送风口的性能较为理想。

在VAV系统中一般不要用普通的方形或圆形散流器，建议使用条缝散流器。

VAV