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  3. 行業聚焦

    東北電網變風量VAV空調控制系統工程案例解析

    發布時間:2010-05-06被閱次數:15327 來源:

    東北電網變風量VAV空調控制系統工程案例解析

     

    【摘要】:本文簡要分析了東北電網變風量VAV系統設計,實施,運營等過程中常見的難點問題,同時應用了一種復合控制的方法。通過實踐證明,該系統具有調試及運行管理方便,系統運行穩定,工程造價低的優點。

     

    【關鍵詞】:高大空間的溫度控制,回風平衡,噪聲控制

    In many VAV system, due to poorly designed or lack of control means, often occurs too cold or overheating, lack of fresh air volume makes indoor air polluted, and other issues. Variable Air Volume (VAV) can reduce equipment and systematic energy consumption, by implementation north east STATE GRID VAV system project, provide our control algorithm and some optimized construction scheme.

     

    東北電網電力調度交易中心大樓建筑設備監控系統工程工作范圍包括:冷熱源系統(冰蓄冷、電蓄熱)、定/變風量空調系統、VAV末端控制系統(包含VAV-BOX箱體整定)、送排風系統、給排水系統、熱水供應系統、變配電系統、照明系統及管線施工等,整座大廈主樓及輔樓控制點數為7300點,屬于國內較成熟的VAV及冰蓄冷應用案例。

    延華公司與200771開始實施東北電網的變風量VAV系統工程,整個系統安裝,整定,調試,試運行工作已完成并交付用戶。通過該項目的實施與運營,系統的重點,難點集中在VAV空調控制方面。延華項目團隊對整個VAV系統的工程實施及工藝流程進行了總結與提煉。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    一、       VAV系統的作用及控制內容

     

    §             滿足不同區域的個性化溫度需求

    §             合理控制風機頻率節省送風能源

    §             優化室內氣流組織

     

    二、東北電網VAV系統實施要點

     

    東北電網VAV空調送風系統為低溫送風,空調主機供、回水溫度為3.5~13.5,夏季送風溫度設計值為7.5,VAV末端采用單風道變風量箱體。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2.1 在高大空間保證室內溫度分布均勻的措施

    高大空間如東北電網首層大堂區域,當建筑物室內高度H10m時,適用于分層空調。分層空調是指僅對下部區域進行空調,而對上部區域無空調的空調方式。

    原設計分層空調時,以送風口中心作為分層面,將整個高大空間的垂直方向分為二個區域,分層面以下的空間為空調區,分層面以上的空間為非空調區。而工作區則為高大建筑物所要求必須保證溫濕度參數的區域,作為舒適性空調,一般可取2~3.5m高。其示意圖如上圖所示:其中本案取3.5m作為送風口中心高度。

    東北電網大樓,大堂寬度為18m,進深達到36m。采用單風道變風量末端與條形風口側送形式實現送風。

    難點:由于東北電網大堂進深較深,采用單風道變風量末端則要求空氣處理機組具有一定高的靜壓才能滿足大堂的風口射程要求,增大空氣處理機組的風機能耗。尤其在小風量時,單風道變風量末端風量減少,射程降低,冷風從風口吹出后,無足夠靜壓,氣流下墜,容易出現空調區域溫度不均情況,如下圖1。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

      1 原設計方案 采用單風道變風量末端方案

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     2 優化設計建議采用串聯式風機動力型變風量末端方案

    解決方案:變風量末端設備的優化

    采用串聯式風機動力型變風量末端,無論在最大設計風量下還是最小設計風量下,機組均以定送風量形式運行,滿足了風口風量要求,同時保證風口射程,杜絕因靜壓不足而出現的氣流下墜情況。但必須注意,串聯式風機動力型變風量末端須另外接回風口,以保證機組本身的回風和正常運行。如上圖2所示,增加吊頂下回風口用于二次回風,有利于改善大堂的氣流組織,使整個區獲得均勻的溫度場。

    綜上所述,首層大堂高大空間內,采用串聯式風機動力型變風量末端與條縫型送風口(射程遠)側送結合使用的方案,使每個送風口風量平均,并對其氣流組織進行校核,從而在高大空間內實現了溫度場的均勻分布。

     

    2.2 VAV系統的回風平衡問題及解決措施

    送風量根據室內負荷變化需求而不斷改變,此時如果回風量保持不變,則房間中可能會出現過大的負壓,隨之而來的可能是室外空氣的侵入,使室內負荷增大,同時回風機也浪費能量,顯然不利于空調系統的節能運行,為此必須進行風量平衡控制,也就是對送、回風機進行連鎖控制。根據不同總風量需求,則相應的風量平衡控制方式也不同。

     

     

     

     

     
     
     
     
     
     
     

    圖3:建筑物空氣量平衡示意圖

    LS 一一  空調系統送風量;LR ―一 空調系統回風量;

    LF 一一 空調系統新風量;  LE ―   空調系統排風量;  LME ― 空調區域里的機械排風量。

     

    如圖3所示,只要各空調系統補充的新風量總和等于(或略大于)各空調系統的排風量總和,加上各機械排風量總和,該空調區域空氣壓力將維持與大氣壓力相等或略高于大氣壓。

    解決方式:回風機跟蹤控制法

    ( 1 )如果AHU被要求運行,則AHU控制器將會把送風機的運行信號給回風機發出;

    ( 2 )回風機控制邏輯與送風機控制邏輯相同,也會產生同類的警報;

    ( 3 )AHU控制器將按照送風機PID輸出的變頻器頻率的80%調節回風機的變頻器,但如果回風機正在運行,則AHU控制器給它的最小變頻信號為20%;

    ( 4 )如果回風機沒有運行信號,則控制器給回風機變頻器的輸出為0;

    ( 5 )用戶可以鎖定回風機的變頻信號。

    當送風量的設定值及實測值都能通過中央控制器計算得到,則保持正壓所需的回風量也就能確定,因此可以由DDC 中央控制器直接調整回風機頻率即可達到正壓要求。

     

    2.3 VAV系統的噪聲控制

    噪聲是室內環境品質的影響因素之一??照{系統若設計不當,室內噪聲容易超標??照{系統(尤其是全空氣空調系統) 的噪聲控制常常是令設計、調試人員感到棘手的問題。

    1、本案AHU 機房的送回風總管都有消音措施,采用了消聲靜壓箱,但是可能由于安裝位置的窘迫而且還要考慮防火閥的安裝位置,消聲器設置在AHU機組內,見下圖4示:

     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

    圖4:AHU機房布置圖

    2、因消聲靜壓箱的消聲量有限,實施后在送風管出機房的管段上加設一段消聲器,放置在穿機房墻的中心位置。

    另外,風機的工作點對風機的噪聲影響很大,通常在最高效率點附近時,節能性最好,噪聲也最低。 因此在空氣處理機風機選型時,其最佳效率點應選擇在設計風量、風壓工作點的70%~80%之間,因為它在該區間運行的時間最長。

     

    三、VAV空調末端的選型及標定、整定

    變風量末端箱體(VAV-BOX)在設計選型時應參考設計院的暖通參數設計,主要包含:風管入口口徑、最大風量、最小風量以及末端箱體的組織形式。通過設備廠家自身的選型手冊,選擇最合適的末端箱體。選型中,由于各個廠家之間設備的差異,風管入口口徑或許會存在不同,故最大風量、最小風量為必須滿足的參數,并留有一定的富裕量。

    變風量末端箱體調試一般分兩大步驟進行:工廠標定以及現場整定,兩者缺一不可。

    工廠標定主要由末端箱體廠家負責使用專業標定設備,標定每一臺變風量末端箱體的相關風量參數,校正變風量末端箱體自帶的風量監測儀與標準風量之間的差異,并將相關參數(最大風量、最小風量、入口口徑等等)寫入控制器內,同時至少標定特性曲線內三個典型風量值。

    現場整定主要由末端控制器廠家負責完成,工廠完成標定的每臺設備,其在操作臺標定的參數為理想化送風狀態下的參數,現場實際狀態與理想狀態存在一定的偏差,需使用手持式風速檢測儀測量變風量末端箱體的最大,最小風量,同時在人機界面讀取控制器測量的風量值,校正兩者之間的偏差,現場整定工作通常較工廠標定更為重要,變風量空調系統能否實現節能、高效的運行與現場整定工作的完善與否密切相關。

     

    四、VAV空調系統的控制

    VAV系統風量的控制策略是VAV系統成敗的關鍵,傳統常用的VAV系統控制策略有三種:定靜壓、總風量、變靜壓,但應用得較多的是定靜壓,總風量和變靜壓應用得相對較少,因為它們各自都存在自己本身無法解決的問題,總風量法必須基于準確無誤的風量曲線,但得出精確的風量曲線是非常困難的;變靜壓法可以使系統運行在最節能的狀態下,但由于使用了閥位反饋控制方式,風閥的動作和反應是非常慢的,因此,系統在負荷變化較大時,會出現較大的波動,系統需要比較長的時間才能達到穩定。所以,雖然定靜壓眾所周知并不是最節能的控制方式,但以往人們出于對VAV系統的不了解,出于對總風量和變靜壓控制效果和穩定性的擔憂,大多數項目最終都退而求其次,選擇簡單的定靜壓控制方式。

    但隨著我們對VAV系統認識的深入,對樓宇節能要求的不斷提高,我們現在迫切需要一種既最節能,又能使VAV系統迅速達到平衡,而且系統穩定性必須有保障的控制方式,延華公司依托多家空調廠商的VAV工程經驗,通過在多個項目工程實例的成功應用,總結得出有我們自己特色的VAV控制方式:總風量+閥位重置+定靜壓保護,該方式可使在同一個VAV系統中,發揮三種控制方式的優點,同時又相互彌補了各自的缺點,最終可以得到快速、節能、穩定的VAV系統。

    東北電網變風量系統復合了三種控制方式。

    即采用“總風量+變靜壓(閥位調整)+定靜壓方式”

    原理圖如下:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    第一步:利用總風量法前饋控制的優點, 使系統迅速達到平衡(從原點點到達A點).

    通過累加VAV總的需求風量, 根據風量對應頻率的風機曲線迅速計算出風機此時需要運行的頻率, 并控制風機迅速達到, 風機調節速度比VAV風閥調節要快得多,避免了VAV風閥調節引起的系統波動。

    第二步:利用變靜壓法精確控制的優點, 微調風機頻率,進一步使系統運行在最節能的狀態. (從A點到達B點)

     由于總風量法的風量曲線難免存在誤差, 我們很難直接把系統控制到最節能的狀態, 此時我們通過變靜壓法(即閥位控制), 檢測VAV最大的風閥開度,并微調風機頻率,使系統中最大的VAV開度達到80%~90%之間, 此時,表明系統既運行在最節能的狀態,又可以滿足所有VAV的風量需求.

    第三步:利用定靜壓法保證系統運行的安全性(從B點到達C點).

    由于總風量法和變靜壓法引入了VAV需求風量和VAV風閥開度等變量,控制環節比定靜壓法更為復雜,很容易在系統通信或某些VAV發生故障的時候, 系統發生失控, 此時,我們引入定靜壓法,限制系統的最大靜壓不會超過設定的靜壓值,從而防止系統出現失控。

    當系統出現靜壓異常,壓力過大時,系統會即時發出報警,提醒系統管理人員進行及時維護。

     

    五、結束語

    節能和環保是實現可持續發展的關鍵。東北電網的空調系統作為一項用能大戶,其能耗已占大廈總能耗的70%左右,節能意義十分巨大。而從可持續發展理論出發,空調系統如何適應在低負荷下高效節能運行及在系統設計中對設備進行節能選配及控制就成為空調節能的關鍵,東北電網變風量VAV空調控制系統有效的解決了傳統定風量方式高能耗,低效率的問題,這對于節約能源、降低運行費用、促進國民經濟發展具有十分重要的意義。

    東北電網(VAV)空調控制系統設計合理,安裝調試符合規范,一次調試成功,工程造價低。通過一年冷、暖季的實際運行,達到了設計要求,系統運行穩定,同時結合冰蓄冷,整體節能優勢明顯,積極響應了國家節能減排的號召,實現了系統的設計目標。

     

    作者:吳強  張金宏  高崢  楊喜海  張泰林

     

    如需轉載請簽注以下信息:
    文章標題:東北電網變風量VAV空調控制系統工程案例解析
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