变风量智能空调控制方案.doc

第一节 系统特点
1、集成一体化结构VAV控制器
江森公司的VAV控制器采用先进的集成一体化结构VMA控制器，它集DDC控制器、压差变送器、风门驱动器为一体，直接安装于末端单元风阀轴上，省却了外置接线及安装时间。
2、增强型步进电机驱动器
VMA的风门驱动器率先采用增强型步进电机驱动器，驱动马达反应快捷，由全开至全关只需30秒，大大节省了调节及平衡VAV末端单元的时间，电机运行宁静（小于35Db）、精确圆滑( 23k 位置)。步进电机快捷及准确地因需求控制风阀位置，减少位置震荡及运行时间。
VMA具有真实的阀位反馈，可以清楚的知道阀门是否卡住，或在轴连接处产生滑动。同时真实的阀位反馈信息又是实现变静压控制的最基本条件。
3、专利技术PRAC和P-adaptive算法
江森公司独家发明的自动调试-专利技术（比例自适应控制算法P-adaptive）及自动校验-独特的检测功能(模式识别适应控制算法PRAC)在美国获得专利技术，代表了目前VAV末端控制领域最高水平。
许多HVAC控制厂家在控制器上采用缺省的PI控制参数，这些参数不一定合适，使用它们可能会导致较差的控制性能。并且，由于HVAC系统有时间动态特性，许多控制环路需要经常的再调整。这些动态特性是因HVAC系统的非线形特性及时间引起的负荷波动而产生的。HVAC系统的负荷随时间和季节的改变而改变。
PRAC的专利技术能自适应控制和调整PI反馈环路，从过程变化和设定点所感受到的值及PID控制环路的输出自动调整PI控制环路的比例带和积分时间。利用系统的阻尼范围和过程输出的响应速度，PRAC可以根据不同设定值变化和负荷波动来调整闭环回路响应的特性。这就基本能达到最佳的闭环路控制性能。PRAC自动调整噪音水平，并有最少的计算和内存容量，及易完成。
利用PRAC可以减少新控制系统的调试时间，并消除了再调整控制环路的运行时间，因马达的运行时间减少，从而也增加了驱动器的寿命。
P-自适应控制算法（P-adaptive）是利用带有自动调整“死区”的比例控制环路，该“死区”的值与噪音变化估值有关。P-自适应控制在压力无关型中用做二次流量控制环路，它的优点是严格控制流量使它没用震荡。这是因为他可以基于压力传感器测的的“死区”，P-自适应控制不需要任何调整。
4、多种模式选择
VMA可在多种模式下运行，有些模式是在正常运行工况下就有的，有些则是在管理系统的命令下运行的。VAVBOX的模式决定了哪些PID控制环路激活，并控制VMA的管理命令模式。当前的运行模式决定了当前的运行状态。速度压力和房间温度决定了VMA的有限可靠性。
VAVBOX的模式中有两个主要的高一级状态：命令模式和自动模式。命令模式包括停机打开、停机关闭、供热、水系统刷新和低极限。
VAVBOX的自动模式为制冷、满意和制热。

第二节 系统控制方案
一、 系统组成
本项目智能空调系统由变风量空调机及8~10台VAVBOX组成，现场的VMA控制器联网接入智能空调控制系统，并由控制系统监控以下点：
-末端一次风量测定
-室内/区域温度测定
-室内/区域温度设定
-室内空气质量测定
-末端风门开度控制
-末端实际风门开度反馈
变风量系统的基本单元由空调处理设备、风道系统、末端单元及自动控制系统组成。本工程中我们将采用江森公司独有的日本式变静压控制方式。

变风量控制系统

二、 控制原理
1、将智能空调变风量系统分成三个状态:
² 低负荷 AHU---在这个低负荷情况下,送风温度值优化设定，风机速度值优化设定。
² 正常负荷 AHU---在典型状态，风机速度值优化设定。
² 高负荷 AHU---在这个阶断负荷较高 ，送风温度值优化设定，风机速度值优化设定。
2、风机速度控制

图:风机速度控制
² 动态重置风机速度：计算不断重置风机速度达到最低水平并避免风量不足, 确保VAVBOX的开度在70%~90%之间（可修改）.
² 计算每个VAVBOX的风量，求出风量总和。
² 根据风机特性曲线，来求出AHU的风速。
² 根据VAVBOX的情况，计算VAV风门高开度数量和VAV低开度数量。以70~90%为控制目标,小于70%为低开度,大于90%为高开度。
² 有些VAVBOX低开度,有些高开度，只要有一个VAVBOX高开度，风速降低将取消。
² 10/N(N:VAV在工作的数量)。
例如：VAV在运行的有十个，低开度的有5个，重置值：10/10*5=5%
VAV在运行的有二个，低开度的有1个，重置值：10/2*1=5%
重置值为5%，积分值为10分钟，增加0.5%/MIN给当前的转速。
² 延时~在修改设定值以后，有一段时间使系统稳定。时间太短使系统反应太快，导致更多的数据要处理机。数值小于3分钟使运算不稳定，在启动或者别的快速反应按一个5分钟的延时需要，一次负荷的稳定也可增加到15分钟。
3、送风温度控制
² 当风机速度100%维持15分钟(可调)时，空调机从正常负荷变为高负荷，重置送风温度设定值。
² 当重置参数为零，15分钟 (可调)，这说明负荷减少，空调机从高负荷变为正常负荷。
² 在高负荷状态，风速设定在100%，每5分钟 (可调)。
在高/低负荷情况下,重置是来调节送风温度范围，节省能源。

图—重置送风温度值(夏季)
从上面这张图中,可看出具体参数的计算：
² 计算每个VAVBOA的需求风量%(例如：额定风量为300CFM，需求量为150CFM，需求风量%为50%)，选择最大值。
² 从当前的送风温度值可计算最佳的送风温度值(例如：重置值为:+5度，积分时间为10分钟，增加送风温度为0.5度) 。
² 送风温度的高/低限可根据暖通设计的要求来确定。
² 在调试过程中应注意，在风门开启度不能满足要求，即有一个VAVBOX在100%的开度情况下，优先考虑增加风速。
4、VAV控制原理图

在VAVBOX控制器内的控制模式转换:

VAVBOX的内部参数可通过网络传送给空调控制系统.主要数据如下:
· 温度
· 温度设定值
· 空气质量
· 风流量
· 风量设定值
· 风门驱动器阀门开度反馈
· 风门驱动器增量控制
三、 智能空调变静压系统控制实施步骤:
1、数据的读取与设定
（1）数据的设定:设定风机转速上下限,送风温度上下限,VAVBOX阀位控制上下限.风机特性曲线参数.正确设定每个VAVBOX的参数.
（2）读取每个VAVBOX的开度,与VAVBOX控制的高限和低限相比较,可知处于高开度BOX的数量和处于低开度BOX的数量.
（3）读取每个VAVBOX的风量，求出总风量。与风机特性曲线比较，可预知风机转速。
（4）读取每个VAVBOX的风量，求出VAVBOX的负荷量。计算出当前最大负荷量.
2、空调机风机频率的优化实施过程
下图为空调机风机速度的优化实施过程。从图型中我们可以很清楚的观察到控制的实行。

控制目标:确保VAVBOX的开度在70%~90%之间（可修改）.
² 计算公式前已叙述，现将控制的积分时间定为10分钟（可修改）。
² 在此期间,异常工作VAVBOX 和停止状态VAVBOX ,应排除在控制之外.
² 通过智能控制软件，可实现上述功能，计算出风机的转速。
例如：当前风量4650CFM，依风机特性曲线对应频率 为30HZ。如有7个VAVBOX处于高开度，则空调机马达频率修正比率为10/14*7=5%/MIN。积分参数为10分钟。
则修正频率为30*（1+5%/10）=30.15HZ
以后每分钟进行累积.
² 可看出风机速度的变化情况，及相关VAVBOX风门开度的变化。风机的反馈频率也可从电脑上读取.
风速提高的情况下，VAVBOX风门开度变小，否则反之。
3、空调机送风温度的优化实施过程
下图为空调机送风温度优化实施过程。从图型中我们可以很清楚的观察到控制的实行。

（1）高负荷----空调机温度设定值的变化
为看到高负荷的效果，我们可人为调高VAVBOX温度的设定点，则系统负荷升高，此时增大风机速度仍无法满足系统要求。空调机温度设定值将升高。
如：有一个VAVBOX处于最大负荷, （现控制为冬季模式/舒适控制），重置值为:+5度，积分时间为10分钟，增加温度偏差为：0.5度 ,送风温度设定值 加上偏差0.5度/MIN.
（2）低负荷----空调机温度设定值的变化
为看到低负荷的效果，我们可人为让一个VAVBOX关闭，此时总风量需求将会减少，风机速度将会减小。空调机温度设定值将降低。
如：有一个VAVBOX处于低负荷, （现控制为冬季模式/舒适控制），重置值为:-5度，积分时间为10分钟，减少温度偏差为：-0.5度 ,送风温度设定值 减去偏差0.5度/MIN。
3、控制模式的变化
在系统中，可应用软件来实现并指示系统工作模式的变化。
4、对于不定时使用的VAVBOX（如会议室）
在系统中，可应用软件来处理。
VAVBOX在使用时，参数计入VAV AHU系统；VAVBOX不使用时，参数可不预考虑，这样可以不影响整个系统的运行。
5、控制系统应主意的问题
² 空调机组的预冷/热时间要适当调正。（半小时/一小时）
² VAV zones 有不同的优先级。让低优先先级的VAVBOX首先承担困难 。一个简单的数据库, 叫作 “VAV Box 报告”, 用历史数据来维护 BAS系统。
² VAVBOX的起动/停止，不能影响系统的运行。
² 风阀位置报告--- 应用分析所有BOX阀位的历史数据 ，做一个报告指示最频繁开启的阀门和阀门开度最大和最小的阀门。
² 管理系统能够就这些报告建立一个固定的模型 。
² 如果 VAV Box 报告认定一个阀门长期常开, 可建议重做风平衡, 增大VAVBOX的尺寸或者 再安装一个。
² –运算保持跟踪那一个 VAV box 有最大的POSMAX. 在许多情况下, 同一个 VAV box 有一贯的 POSMAX. 如果运算指出某一个 VAV box 50%的时间处于POSMAX ，操作人员应该报警.
这代表有一个机会用下面的方法来节省能源:
•做风平衡增加这个区域的风量
•增加VAVBOX尺寸
•增加最大风量
•对这个区域增加冷量
第三节 本工程的成败关键
一、 设计
1、VAVBOX的选型
2、AHU风量及风管尺寸的计算
3、散流器的选型
二、 施工
1、主风管和毕托管直线段的保证
2、风平衡的调试
3、温度探头的安装
三、 调试
1、特性曲线的整定
四、 系统的维护
五、 VAVBOX的整定
第四节 江森自控VAV变风量末端出厂整定程序
一、 整定范围
对于生产好并准备出厂VAVBOX，在出厂前由质量工程师和实验室工程师进行以下测试：
¨ 泄漏测试
¨ 压力无关测试
¨ 控制精度测试
每一批产品的抽检量为2%。由质量工程师和实验室工程师从出厂产品中抽取并实施测试。
本测试仅对江森自控的控制器适用。如果控制器是由客户提供并要求测试的，客户应事先通知并提供适用的接口软件和辅助设备。
二、 整定设备
¨ 电源调整器
¨ 2真均方根值表
¨ HVAC PRO 软件
¨ 接口软件
¨ 倾斜压差计
¨ AGNALIECIC压力表
¨ 温控器
¨ 风道
三、 整定依据
¨ ASHERE相关标准
¨ ARI相关标准
¨ 产品样本/手册
四、 整定程序
1. 测试设置
速度压力读数
倾斜压差计
空气调节装置

至少
FPB或VAV
孔 板
静压力读数
MAGNHCIC 压力表

1.1测试箱进行初步检查
1.2 根据上图的测试设置，把VAV或PFB安装到管道上。
1.3 检查终端装置的最大和最小风量设定点，并选择使用正确的孔变板。
1.4 连接下列装置
1.4.1 将N2终端接至计算机通讯口和控制器。
1.4.2 温控器接至控制器。
1.4.3 在上、下游处各接管子至倾斜压差计。
1.4.4 静压测试点接管子到压力表。
1.5 将VAV或FPB箱子通电，使装置处于通电状态。
1.6 对FPB装置而言，将风机转速旋钮置于最大转速位置。
1.7 对FPB装置而言，在起动前风机应处于OFF，而档板处在全关闭
的状态。检查风机开始时间隔，确保它不会反转。
1.8 用HVAC PRO软件对VAV 或FPB开始通讯，根据客户定单，检查下载的程序是否符合要求。
2. 泄漏试验
将AHU装置通电，并调节风道到3.0英寸水柱的静压力，进行挡板泄漏试验，通过接口软件将风量预设为0。确保管道连接和管道与终端装置连接之间没有空气泄漏存在。此时风量的读数应小于江森自控样本关于VAV推荐的最大风量的1%。
3. 压力无关测试
3.1 把供风风量预设最小值时进行压力无关试验，并把管道的静压力从0.5调至3.0英寸水柱高，然后从3.0调回0.5英寸水柱高。在0.5调往3.0英寸水柱期间读取5个数据，从3.0调回0.5英寸水柱期间读取5个数据。通过倾斜压差计的每一个变化读取以英寸水柱高为单位的速度压力读数，并用孔板方程表计算出风量（CFM）值。
3.2 将供风风量预设为最大风量值，进行与3.1相似的步骤。
3.3 算出最大和最小设定点时的平均风量，测试结果应在与规定的设定值偏差±5%之内。
4. 控制精度测试
4.1 通过对送风管道静压力维持在0.5-2.0英寸水柱之间，并取规定的最大和最小流量之间的5个读数，来进行控制精度试验，得到相应5个数据，并从倾斜压差计的各读数上得出各自的速度压力，然后用用孔板方程表计算出风量（CFM）值。
4.2 计算读数间偏差的比例，平均偏差应在±5%之内。
4.3 当发现有缺陷或精度试验结果有问题时，应发一份不符合报告。
第四节 VAV变风量末端选型
一、 VAV末端设备技术响应
本次采用的VAV末端箱体及控制器均为江森自控的产品，江森自控为全球最著名的空调变风量末端设备供应商，其变风量末端设备及使用材料，符合ARI880、UL181和NEPA90A（美国国家防火协会）标准，并且获得了ARI（美国空调制冷协会）、UL（保险商实验室）、CSA（加拿大标准协会）及ETL（工程试验实验室）认证或推荐，江森自控的变风量末端产品是世界同类产品中获得国际权威机构认证最多的产品之一，在全球数千个变风量工程实例，可以给客户提供最可靠的保障，满足工程应用需要。
2. 外壳：
VAV末端箱体为压力无关型，外壳采用优质镀锌钢板材料制成，其外层厚度为10寸以下为0.7mm，12及以上寸以上为0.9mm，具有足够的强度和钢度。外壳镀锌厚度不少于120 ug/m2的镀锌层，从而保护箱体不易腐蚀。钢板之间采用机械方式连接，不采用焊接方式连接，杜绝点焊处发生低温腐蚀的情况，壳体连接紧密，具有良好的气密性。
3. 箱体内衬：
VAV末端箱体内壁衬玻璃纤维绝热保温、吸声材料层，密度32Kg/cm3，厚度为25 mm，采用符合NFPA90A标准的粘合剂或粘合钉紧贴在箱子内壁，外覆高强度保护层；内衬材料符合UL181和NFPA90A相应规定，最大程度消除设备噪音，有效降低传入空调房间的噪音，保温层边缘均密封，以防止暴露于气流中，满足工程应用需要。
4. 空气调节阀：
VAV末端箱体的风阀风阀用双层镀锌钢阀，带周边密封垫圈，符合UL94标准。一次风阀在关闭条件下，在750Pa静压条件下，漏风量≤1%；完全可以满足招标要求。低温结构的一次风阀阀体圆筒，与末端装置本体间，采用绝热连接方式，防止低温导热，形成冷桥、冷凝现象。
5. 流量传感器：
VAV末端箱体在一次风进风口处布置有压差流量传感器，依据ASHRAE原则特别设计。江森的流量传感器采用了十字正交并有12采样测点，使其在很大的风量范围内，能够有效测定风压及流量，从而保证装置在正常的运行范围内实行精确的控制，精度为 ＋/－5%。
6. VMA控制器
本工程中采用的VAV控制器为江森公司集成一体化的VMA控制器，它集DDC控制器、压差变送器、风门驱动器为一体，直接安装于末端单元风阀轴上，省却了外置接线及安装时间。
VMA的风门驱动器率先采用增强型步进电机驱动器，驱动马达反应快捷，由全开至全关只需30秒，大大节省了调节及平衡VAV末端单元的时间，电机运行宁静（小于35Db）、精确圆滑( 23k 位置)。步进电机快捷及准确地因需求控制风阀位置，减少位置震荡及运行时间。
VMA具有真实的阀位反馈，可以清楚的知道阀门是否卡住，或在轴连接处产生滑动。
7. 温度传感器
本工程中选用了江森公司带液晶显示的温度传感器，该温度传感器为VAV专用温度传感器，外型美观，温度设定范围为180C-290C，它提供了更强大的功能，完全满足标书的要求。如：
¨ 可显示房间和室外温度（如接入）
¨ 温度设定可修改
¨ 开关风机（如有风机）
¨ 占用模式/非占用模式/备用模式/关闭模式的切换
¨ 显示当前处于满意/加热/制冷模式
¨ 显示当前的加热/制冷温度设定
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