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行業(yè)聚焦

東北電網(wǎng)變風(fēng)量VAV空調(diào)控制系統(tǒng)工程案例解析

發(fā)布時間:2010-05-06被閱次數(shù):18400 來源:

東北電網(wǎng)變風(fēng)量VAV空調(diào)控制系統(tǒng)工程案例解析

 

【摘要】:本文簡要分析了東北電網(wǎng)變風(fēng)量VAV系統(tǒng)設(shè)計,實施,運營等過程中常見的難點問題,同時應(yīng)用了一種復(fù)合控制的方法。通過實踐證明,該系統(tǒng)具有調(diào)試及運行管理方便,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,工程造價低的優(yōu)點。

 

【關(guān)鍵詞】:高大空間的溫度控制,回風(fēng)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(wǎng)電力調(diào)度交易中心大樓建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程工作范圍包括:冷熱源系統(tǒng)(冰蓄冷、電蓄熱)、定/變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)、VAV末端控制系統(tǒng)(包含VAV-BOX箱體整定)、送排風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及管線施工等,整座大廈主樓及輔樓控制點數(shù)為7300點,屬于國內(nèi)較成熟的VAV及冰蓄冷應(yīng)用案例。

延華公司與200771開始實施東北電網(wǎng)的變風(fēng)量VAV系統(tǒng)工程,整個系統(tǒng)安裝,整定,調(diào)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(tǒng)的重點,難點集中在VAV空調(diào)控制方面。延華項目團(tuán)隊對整個VAV系統(tǒng)的工程實施及工藝流程進(jìn)行了總結(jié)與提煉。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、       VAV系統(tǒng)的作用及控制內(nèi)容

 

§             滿足不同區(qū)域的個性化溫度需求

§             合理控制風(fēng)機(jī)頻率節(jié)省送風(fēng)能源

§             優(yōu)化室內(nèi)氣流組織

 

二、東北電網(wǎng)VAV系統(tǒng)實施要點

 

東北電網(wǎng)VAV空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)為低溫送風(fēng),空調(diào)主機(jī)供、回水溫度為3.5~13.5,夏季送風(fēng)溫度設(shè)計值為7.5,VAV末端采用單風(fēng)道變風(fēng)量箱體。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 在高大空間保證室內(nèi)溫度分布均勻的措施

高大空間如東北電網(wǎng)首層大堂區(qū)域,當(dāng)建筑物室內(nèi)高度H10m時,適用于分層空調(diào)。分層空調(diào)是指僅對下部區(qū)域進(jìn)行空調(diào),而對上部區(qū)域無空調(diào)的空調(diào)方式。

原設(shè)計分層空調(diào)時,以送風(fēng)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(qū)域,分層面以下的空間為空調(diào)區(qū),分層面以上的空間為非空調(diào)區(qū)。而工作區(qū)則為高大建筑物所要求必須保證溫濕度參數(shù)的區(qū)域,作為舒適性空調(diào),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(fēng)口中心高度。

東北電網(wǎng)大樓,大堂寬度為18m,進(jìn)深達(dá)到36m。采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端與條形風(fēng)口側(cè)送形式實現(xiàn)送風(fēng)。

難點:由于東北電網(wǎng)大堂進(jìn)深較深,采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端則要求空氣處理機(jī)組具有一定高的靜壓才能滿足大堂的風(fēng)口射程要求,增大空氣處理機(jī)組的風(fēng)機(jī)能耗。尤其在小風(fēng)量時,單風(fēng)道變風(fēng)量末端風(fēng)量減少,射程降低,冷風(fēng)從風(fēng)口吹出后,無足夠靜壓,氣流下墜,容易出現(xiàn)空調(diào)區(qū)域溫度不均情況,如下圖1。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1 原設(shè)計方案 采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端方案

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2 優(yōu)化設(shè)計建議采用串聯(lián)式風(fēng)機(jī)動力型變風(fēng)量末端方案

解決方案:變風(fēng)量末端設(shè)備的優(yōu)化

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

綜上所述,首層大堂高大空間內(nèi),采用串聯(lián)式風(fēng)機(jī)動力型變風(fēng)量末端與條縫型送風(fēng)口(射程遠(yuǎn))側(cè)送結(jié)合使用的方案,使每個送風(fēng)口風(fēng)量平均,并對其氣流組織進(jìn)行校核,從而在高大空間內(nèi)實現(xiàn)了溫度場的均勻分布。

 

2.2 VAV系統(tǒng)的回風(fēng)平衡問題及解決措施

送風(fēng)量根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化需求而不斷改變,此時如果回風(fēng)量保持不變,則房間中可能會出現(xiàn)過大的負(fù)壓,隨之而來的可能是室外空氣的侵入,使室內(nèi)負(fù)荷增大,同時回風(fēng)機(jī)也浪費能量,顯然不利于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行,為此必須進(jìn)行風(fēng)量平衡控制,也就是對送、回風(fēng)機(jī)進(jìn)行連鎖控制。根據(jù)不同總風(fēng)量需求,則相應(yīng)的風(fēng)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(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量;LR ―一 空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)量;

LF 一一 空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量;  LE ―   空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)量;  LME ― 空調(diào)區(qū)域里的機(jī)械排風(fēng)量。

 

如圖3所示,只要各空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)充的新風(fēng)量總和等于(或略大于)各空調(diào)系統(tǒng)的排風(fēng)量總和,加上各機(jī)械排風(fēng)量總和,該空調(diào)區(qū)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(fēng)機(jī)跟蹤控制法

( 1 )如果AHU被要求運行,則AHU控制器將會把送風(fēng)機(jī)的運行信號給回風(fēng)機(jī)發(fā)出;

( 2 )回風(fēng)機(jī)控制邏輯與送風(fēng)機(jī)控制邏輯相同,也會產(chǎn)生同類的警報;

( 3 )AHU控制器將按照送風(fēng)機(jī)PID輸出的變頻器頻率的80%調(diào)節(jié)回風(fēng)機(jī)的變頻器,但如果回風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)沒有運行信號,則控制器給回風(fēng)機(jī)變頻器的輸出為0;

( 5 )用戶可以鎖定回風(fēng)機(jī)的變頻信號。

當(dāng)送風(fēng)量的設(shè)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(fēng)量也就能確定,因此可以由DDC 中央控制器直接調(diào)整回風(fēng)機(jī)頻率即可達(dá)到正壓要求。

 

2.3 VAV系統(tǒng)的噪聲控制

噪聲是室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的影響因素之一??照{(diào)系統(tǒng)若設(shè)計不當(dāng),室內(nèi)噪聲容易超標(biāo)??照{(diào)系統(tǒng)(尤其是全空氣空調(diào)系統(tǒng)) 的噪聲控制常常是令設(shè)計、調(diào)試人員感到棘手的問題。

1、本案AHU 機(jī)房的送回風(fēng)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(shè)置在AHU機(jī)組內(nèi),見下圖4示:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

圖4:AHU機(jī)房布置圖

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

另外,風(fēng)機(jī)的工作點對風(fēng)機(jī)的噪聲影響很大,通常在最高效率點附近時,節(jié)能性最好,噪聲也最低。 因此在空氣處理機(jī)風(fēng)機(jī)選型時,其最佳效率點應(yīng)選擇在設(shè)計風(fēng)量、風(fēng)壓工作點的70%~80%之間,因為它在該區(qū)間運行的時間最長。

 

三、VAV空調(diào)末端的選型及標(biāo)定、整定

變風(fēng)量末端箱體(VAV-BOX)在設(shè)計選型時應(yīng)參考設(shè)計院的暖通參數(shù)設(shè)計,主要包含:風(fēng)管入口口徑、最大風(fēng)量、最小風(fēng)量以及末端箱體的組織形式。通過設(shè)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(shè)備的差異,風(fēng)管入口口徑或許會存在不同,故最大風(fēng)量、最小風(fēng)量為必須滿足的參數(shù),并留有一定的富裕量。

變風(fēng)量末端箱體調(diào)試一般分兩大步驟進(jìn)行:工廠標(biāo)定以及現(xiàn)場整定,兩者缺一不可。

工廠標(biāo)定主要由末端箱體廠家負(fù)責(zé)使用專業(yè)標(biāo)定設(shè)備,標(biāo)定每一臺變風(fēng)量末端箱體的相關(guān)風(fēng)量參數(shù),校正變風(fēng)量末端箱體自帶的風(fēng)量監(jiān)測儀與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量之間的差異,并將相關(guān)參數(shù)(最大風(fēng)量、最小風(fēng)量、入口口徑等等)寫入控制器內(nèi),同時至少標(biāo)定特性曲線內(nèi)三個典型風(fēng)量值。

現(xiàn)場整定主要由末端控制器廠家負(fù)責(zé)完成,工廠完成標(biāo)定的每臺設(shè)備,其在操作臺標(biāo)定的參數(shù)為理想化送風(fēng)狀態(tài)下的參數(shù),現(xiàn)場實際狀態(tài)與理想狀態(tài)存在一定的偏差,需使用手持式風(fēng)速檢測儀測量變風(fēng)量末端箱體的最大,最小風(fēng)量,同時在人機(jī)界面讀取控制器測量的風(fēng)量值,校正兩者之間的偏差,現(xiàn)場整定工作通常較工廠標(biāo)定更為重要,變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)能否實現(xiàn)節(jié)能、高效的運行與現(xiàn)場整定工作的完善與否密切相關(guān)。

 

四、VAV空調(diào)系統(tǒng)的控制

VAV系統(tǒng)風(fēng)量的控制策略是VAV系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵,傳統(tǒng)常用的VAV系統(tǒng)控制策略有三種:定靜壓、總風(fēng)量、變靜壓,但應(yīng)用得較多的是定靜壓,總風(fēng)量和變靜壓應(yīng)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(fēng)量法必須基于準(zhǔn)確無誤的風(fēng)量曲線,但得出精確的風(fēng)量曲線是非常困難的;變靜壓法可以使系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài)下,但由于使用了閥位反饋控制方式,風(fēng)閥的動作和反應(yīng)是非常慢的,因此,系統(tǒng)在負(fù)荷變化較大時,會出現(xiàn)較大的波動,系統(tǒng)需要比較長的時間才能達(dá)到穩(wěn)定。所以,雖然定靜壓眾所周知并不是最節(jié)能的控制方式,但以往人們出于對VAV系統(tǒng)的不了解,出于對總風(fēng)量和變靜壓控制效果和穩(wěn)定性的擔(dān)憂,大多數(shù)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(tǒng)認(rèn)識的深入,對樓宇節(jié)能要求的不斷提高,我們現(xiàn)在迫切需要一種既最節(jié)能,又能使VAV系統(tǒng)迅速達(dá)到平衡,而且系統(tǒng)穩(wěn)定性必須有保障的控制方式,延華公司依托多家空調(diào)廠商的VAV工程經(jīng)驗,通過在多個項目工程實例的成功應(yīng)用,總結(jié)得出有我們自己特色的VAV控制方式:總風(fēng)量+閥位重置+定靜壓保護(hù),該方式可使在同一個VAV系統(tǒng)中,發(fā)揮三種控制方式的優(yōu)點,同時又相互彌補(bǔ)了各自的缺點,最終可以得到快速、節(jié)能、穩(wěn)定的VAV系統(tǒng)。

東北電網(wǎng)變風(fēng)量系統(tǒng)復(fù)合了三種控制方式。

即采用“總風(fēng)量+變靜壓(閥位調(diào)整)+定靜壓方式”

原理圖如下:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第一步:利用總風(fēng)量法前饋控制的優(yōu)點, 使系統(tǒng)迅速達(dá)到平衡(從原點點到達(dá)A點).

通過累加VAV總的需求風(fēng)量, 根據(jù)風(fēng)量對應(yīng)頻率的風(fēng)機(jī)曲線迅速計算出風(fēng)機(jī)此時需要運行的頻率, 并控制風(fēng)機(jī)迅速達(dá)到, 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)速度比VAV風(fēng)閥調(diào)節(jié)要快得多,避免了VAV風(fēng)閥調(diào)節(jié)引起的系統(tǒng)波動。

第二步:利用變靜壓法精確控制的優(yōu)點, 微調(diào)風(fēng)機(jī)頻率,進(jìn)一步使系統(tǒng)運行在最節(jié)能的狀態(tài). (從A點到達(dá)B點)

 由于總風(fēng)量法的風(fēng)量曲線難免存在誤差, 我們很難直接把系統(tǒng)控制到最節(jié)能的狀態(tài), 此時我們通過變靜壓法(即閥位控制), 檢測VAV最大的風(fēng)閥開度,并微調(diào)風(fēng)機(jī)頻率,使系統(tǒng)中最大的VAV開度達(dá)到80%~90%之間, 此時,表明系統(tǒng)既運行在最節(jié)能的狀態(tài),又可以滿足所有VAV的風(fēng)量需求.

第三步:利用定靜壓法保證系統(tǒng)運行的安全性(從B點到達(dá)C點).

由于總風(fēng)量法和變靜壓法引入了VAV需求風(fēng)量和VAV風(fēng)閥開度等變量,控制環(huán)節(jié)比定靜壓法更為復(fù)雜,很容易在系統(tǒng)通信或某些VAV發(fā)生故障的時候, 系統(tǒng)發(fā)生失控, 此時,我們引入定靜壓法,限制系統(tǒng)的最大靜壓不會超過設(shè)定的靜壓值,從而防止系統(tǒng)出現(xiàn)失控。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)靜壓異常,壓力過大時,系統(tǒng)會即時發(fā)出報警,提醒系統(tǒng)管理人員進(jìn)行及時維護(hù)。

 

五、結(jié)束語

節(jié)能和環(huán)保是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。東北電網(wǎng)的空調(diào)系統(tǒng)作為一項用能大戶,其能耗已占大廈總能耗的70%左右,節(jié)能意義十分巨大。而從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā),空調(diào)系統(tǒng)如何適應(yīng)在低負(fù)荷下高效節(jié)能運行及在系統(tǒng)設(shè)計中對設(shè)備進(jìn)行節(jié)能選配及控制就成為空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵,東北電網(wǎng)變風(fēng)量VAV空調(diào)控制系統(tǒng)有效的解決了傳統(tǒng)定風(fēng)量方式高能耗,低效率的問題,這對于節(jié)約能源、降低運行費用、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

東北電網(wǎng)(VAV)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計合理,安裝調(diào)試符合規(guī)范,一次調(diào)試成功,工程造價低。通過一年冷、暖季的實際運行,達(dá)到了設(shè)計要求,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,同時結(jié)合冰蓄冷,整體節(jié)能優(yōu)勢明顯,積極響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召,實現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。

 

作者:吳強(qiáng)  張金宏  高崢  楊喜海  張?zhí)┝?/SPAN>

 

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