丁帥 孟慶龍 常賽南

摘要：針對(duì)變風(fēng)量空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的冷熱不均問題，通過運(yùn)行兩種變靜壓、一種定靜壓控制策略下的變風(fēng)量系統(tǒng)，對(duì)比分析室溫、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)頻率、最大閥位、設(shè)定靜壓值與風(fēng)機(jī)能耗的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：變風(fēng)量箱在設(shè)計(jì)控制閥門的算法中除設(shè)定溫度之外還需要考慮IAQ、相對(duì)濕度等因素；使用變風(fēng)量空調(diào)之前應(yīng)將室溫降至設(shè)定溫度后再打開自動(dòng)控制系統(tǒng)，避免受到算法的延遲影響；定靜壓輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量，比測點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)的變靜壓控制策略多7.8%，且降溫效果較差；外界環(huán)境幾乎相同的情況下，變靜壓策略中，靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的控制策略較靠近風(fēng)機(jī)的控制策略降溫效果好，速度至少快14%，消耗電量幾乎相同。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量系統(tǒng)；變靜壓；定靜壓；能耗；溫度

中圖分類號(hào)：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16744764（2018）02012408

收稿日期：20170610

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（51208059）； 陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃自然科學(xué)基金（2016JM5076）

作者簡介：丁帥（1992），女，主要從事建筑設(shè)備自動(dòng)化的研究，Email：rz_ds@qq.com。

孟慶龍（通信作者），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，Email：mengqinglong@chd.edu.cn。

Received：20170610

Foundation item： Foundation item： National Natural Science Foundation of China （NSFC）（No. 51208059）； Natural science foundationresearch project of Shanxi province （No. 2016JM5076）

Author brief：Ding Shuai（1992）， main research interest： building automation， Email：rz_ds@qq.com.

Meng Qinglong（corresponding author）， associate professor， graduate supervisor， Email： mengqinglong@chd.edu.cn.Analysis of cooling system in summer for VAV air conditioning

system under different control strategies

Ding Shuai1a， 2， Meng Qinglong1a， 1b， Chang Sainan1a

（1a. School of Environmental Science and Engineering， 1b. School of Civil Engineering； Changan University， Xian 710061，

P.R.China；2. Rizhao Donggang District Steel Supporting Industrial Park Service Center， Rizhao 276800， P.R.China）

Abstract：For solving the uneven cooling problem of VAV （variable air volume） air conditioning operation， two kinds of variable static pressure and one kind of constant pressure control strategies of VAV system were operated. The relationship of room temperature、air volume、fan frequency、maximum value position、setting pressure valve with fan power consumption respectively were analyzed and compared. Experimental results show that in addition to the set temperature， the IAQ、relative humidity and other factors should be considered in the design of valve control algorithm for variable air volume box； When using the variable air volume air conditioning system， the room temperature should be reduced to the set temperature， then the automatic control system is opened to avoid being affected by the delay of the algorithm. As to transporting unit cooling load， the electrical consumption under constant static strategy is more 7.8% than it under variable pressure strategy which static pressure measuring point is nearing the fan. And the cooling effect of constant static strategy is poor. Under the same outside conditions， compared to variable pressure strategy with static pressure measuring point nearing the fan， the cooling effect under the variable pressure strategy with static pressure measurement point far away from the fan is better. The cooling rate is at least 14% faster. And the consumption of electricity is almost the same.

Keywords：VAV； variable static pressure； constant static pressure； energy consumption； temperature

變風(fēng)量（VAV， variable air volume）空調(diào)以其節(jié)省能耗、智能化[12]等優(yōu)點(diǎn)在中國得到了越來越廣泛的推廣，但目前的工程應(yīng)用中，變風(fēng)量系統(tǒng)并沒有達(dá)到預(yù)期的效果?，F(xiàn)在的研究當(dāng)中，一個(gè)方向是利用軟件，如Matlab、Trnsys等預(yù)測負(fù)荷、室外溫度或利用優(yōu)化算法[35]來計(jì)算系統(tǒng)能耗，或?qū)Ρ茸冿L(fēng)量系統(tǒng)與其他空調(diào)系統(tǒng)能耗消耗情況[67]，另外一個(gè)方向是對(duì)組合空調(diào)機(jī)組與系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷[89]。

目前對(duì)實(shí)際運(yùn)行的變風(fēng)量系統(tǒng)的結(jié)果分析與反饋研究相對(duì)較少，大部分基于理論分析或前期設(shè)計(jì)規(guī)劃方面來介紹系統(tǒng)。金寧等[10]對(duì)上海某辦公樓變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行進(jìn)行了分析，介紹如何根據(jù)內(nèi)外區(qū)負(fù)荷選取變風(fēng)量末端，并提供了不同的運(yùn)行策略，但沒有具體策略運(yùn)行之后的各參數(shù)指標(biāo)分析。Kang等[11]提出了一種以熱舒適集成算法為目標(biāo)的最小風(fēng)量控制方法，通過現(xiàn)場采集氣流速度、CO2等數(shù)據(jù)并利用TRNSYS軟件進(jìn)行計(jì)算，模擬效果顯示該策略比現(xiàn)有的控制策略節(jié)約26.7%的能耗，但并沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些因素的影響在人體對(duì)熱舒適的判斷中是否大于溫度。朱進(jìn)桃[12]在室溫、新風(fēng)、送風(fēng)溫度等方面對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)做出了一系列總體性的控制評(píng)價(jià)與建議，提出了變靜壓的靜壓設(shè)定值采用定步長會(huì)給系統(tǒng)帶來響應(yīng)緩慢的問題，并沒有從變靜壓控制的角度來解決該問題，而是以總風(fēng)量法直接代替變靜壓控制。

針對(duì)上述研究結(jié)果中實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)無參數(shù)分析、無實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度對(duì)控制策略是否起主導(dǎo)作用等問題，本文通過實(shí)驗(yàn)，以夏季實(shí)際運(yùn)行工況為例，采用兩種控制策略對(duì)變風(fēng)量系統(tǒng)進(jìn)行控制，研究不同控制策略下室溫、風(fēng)量、風(fēng)機(jī)頻率、最大閥位、設(shè)定靜壓值與風(fēng)機(jī)消耗電量的結(jié)果。

第2期 丁帥，等：不同控制策略下變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（VAV）夏季運(yùn)行工況分析1實(shí)驗(yàn)對(duì)象與實(shí)驗(yàn)原理

1.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為市政與暖通實(shí)驗(yàn)中心的變風(fēng)量VAV空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，空調(diào)面積為106 m2，413、406為實(shí)驗(yàn)室，401、405為辦公室。其中401兼做休息室、會(huì)議室。因此會(huì)產(chǎn)生峰值負(fù)荷的情況，考慮到中央空調(diào)在正常工作工況下不能滿足滿員會(huì)議室的溫度要求，在401房間設(shè)置一臺(tái)分體式空調(diào)。實(shí)驗(yàn)室平面圖見圖1，房間401、406、413選用的VAVBOX型號(hào)相同，為RSVTU1I05L，可用風(fēng)量范圍為0～680 m3/h；405的型號(hào)為RSVTU1I07L，可用風(fēng)量范圍為0～1 360 m3/h，每個(gè)房間都配備溫控器，可以調(diào)節(jié)房間設(shè)定溫度。系統(tǒng)僅一臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，額定風(fēng)量為5 000 m3/h，機(jī)組全靜壓為300 Pa。

測點(diǎn)分布：由圖1所示，送風(fēng)主管上共有4個(gè)靜壓測點(diǎn)：P1、P2、P3、P4，房間406與413支管設(shè)計(jì)為對(duì)稱支管，設(shè)計(jì)風(fēng)量與支管結(jié)構(gòu)完全相同。風(fēng)管總長30.37 m，風(fēng)機(jī)出口端連接一段垂直向上的風(fēng)管，接入靜壓箱，冷空氣通過靜壓箱后進(jìn)入送風(fēng)管。定靜壓的控制原理是在送風(fēng)管道上設(shè)置靜壓傳感器，位置一般是在距離送風(fēng)機(jī)出口的距離約為2/3送風(fēng)主管的長度[13]。在系統(tǒng)中，這個(gè)點(diǎn)的位置為P3測點(diǎn)。

圖1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖

Fig.1Experimental platform數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，上位機(jī)利用組態(tài)王開發(fā)人機(jī)界面，通過OPC與PLC建立連接，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場所有模擬量和數(shù)字量的采集以及現(xiàn)場設(shè)備的控制，包括靜壓傳感器所測靜壓的數(shù)據(jù)采集。在實(shí)驗(yàn)中，由于管道靜壓的不穩(wěn)定性，以秒為單位的靜壓采集易造成風(fēng)機(jī)頻率的頻繁改變，且易受干擾影響，因此以1 min為采樣周期來采集靜壓數(shù)據(jù)。

1.2靜壓控制策略

如圖2所示，靜壓控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原理分為兩種，但都是根據(jù)靜壓來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一種為定靜壓控制，即輸入的靜壓設(shè)定值P為定值，具體數(shù)值需要根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；另外一種為變靜壓控制，即輸入的P為變值，變靜壓控制需要DDC系統(tǒng)通過讀取每個(gè)末端的閥門開度，篩選出來最大的開度值，并判斷開度是否處于最優(yōu)閥位域之間，大于最大值說明系統(tǒng)提供靜壓過小，需要增大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，反之，小于最小值，則需要減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖2靜壓控制原理圖

Fig.2Principle diagram of static pressure control根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的閥門實(shí)驗(yàn)，如圖3所示，風(fēng)機(jī)頻率不變時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)406的閥門對(duì)所有房間造成的風(fēng)量影響?？梢婇y門開度在80%～100%時(shí)，通過各支管的風(fēng)量幾乎沒有大的變化，這是因該實(shí)驗(yàn)閥門為拋物線特性造成的，在該區(qū)間閥門阻抗均可以看做接近于0。變風(fēng)量的目的是保持最不利環(huán)路的閥門即最大閥位保持在最大開度上，最好的位置為80%開度，但實(shí)際上不可能保持在80這個(gè)開度上，我們需要對(duì)它進(jìn)行一個(gè)區(qū)間的定義。在實(shí)驗(yàn)中，變靜壓控制最優(yōu)閥位域設(shè)定為[70，90]。當(dāng)前靜壓設(shè)定值Pn+1由上一個(gè)時(shí)段的靜壓設(shè)定值Pn與最大閥位δmax決定，為排除改變步長對(duì)能耗的影響，不采用利用算法調(diào)整的非固定步長[14]，采用5 Pa的固定靜壓步長。實(shí)驗(yàn)中，靜壓控制原理見下述公式。風(fēng)機(jī)頻率改變上限為50 HZ，為保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，最低風(fēng)機(jī)頻率為30 HZ。Pn+1=Pn+5δmax>90

Pn70<δmax<90

Pn-5δmax<70 圖3406閥門調(diào)控下各送風(fēng)支管風(fēng)量

Fig.3Air volume in each supply pipe branches

under controlling 406 valve2實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

2.1變靜壓實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)選擇

實(shí)驗(yàn)臺(tái)主風(fēng)管靜壓測點(diǎn)共4個(gè)，在確定靜壓實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)之前，筆者先對(duì)所有測點(diǎn)進(jìn)行了靜壓值的校驗(yàn)。在30、40、50 HZ的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，以秒為單位，測量3 min之內(nèi)所有測點(diǎn)的靜壓值，測量結(jié)果見表1。表1靜壓測點(diǎn)平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差

Table 1Mean and standard deviation of static

pressure measurement points頻率/

HZP1/PaP2/PaP3/PaP4/Pa平均

值標(biāo)準(zhǔn)

偏差平均

值標(biāo)準(zhǔn)

偏差平均

值標(biāo)準(zhǔn)

偏差平均

值標(biāo)準(zhǔn)

偏差3072.13.267.11.065.10.757.20.940129.16.3115.70.6113.10.6102.00.850207.510.6182.61.1178.71.2164.11.4

在文獻(xiàn)[15，16]中，建議用風(fēng)機(jī)出口點(diǎn)作為變靜壓取點(diǎn)，第一是因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)的靜壓平均值在改變風(fēng)機(jī)頻率或改變管網(wǎng)阻抗時(shí)，產(chǎn)生的靜壓差值相對(duì)其余各點(diǎn)所產(chǎn)生的值更大，可以提高傳送信號(hào)質(zhì)量，第二是該點(diǎn)處于風(fēng)機(jī)出口位置，可以減少傳送延遲。但由于其測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差（如表1所示）比其余的測點(diǎn)大，作者并不建議將風(fēng)機(jī)出口點(diǎn)作為測量靜壓的選取點(diǎn)。

另外鑒于接近末端的靜壓測點(diǎn)P4所測得的靜壓值較小，在系統(tǒng)運(yùn)行前期靜壓增加過慢，因此選取P2、P3作為變靜壓實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)。

2.2實(shí)驗(yàn)方案

定靜壓實(shí)驗(yàn)：1）風(fēng)機(jī)控制策略1。以P4點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)，初始靜壓值100 Pa，P=2，I=0.5。

為保證外界環(huán)境接近相同，實(shí)驗(yàn)日期緊跟在變靜壓實(shí)驗(yàn)之后，以便實(shí)驗(yàn)結(jié)果與變靜壓實(shí)驗(yàn)對(duì)比運(yùn)行效果。

變靜壓實(shí)驗(yàn)：2）風(fēng)機(jī)控制策略2：以P2點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)進(jìn)行變靜壓控制實(shí)驗(yàn)，初始靜壓值100 Pa，P=3，I=0.5；

3）風(fēng)機(jī)控制策略3：以P3點(diǎn)作為基礎(chǔ)靜壓點(diǎn)進(jìn)行變靜壓控制實(shí)驗(yàn)，初始靜壓值100 Pa，P=3，I=0.5。

通過在相近日期的夏季典型日內(nèi)，運(yùn)行以不同位置測點(diǎn)為靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)的相同變靜壓控制策略，在實(shí)驗(yàn)日內(nèi)，其他房間窗戶與門均關(guān)閉，溫度均由溫控器進(jìn)行控制。401作為特殊房間，由房間人員根據(jù)自身感受自行決定窗戶、分體式空調(diào)的開閉，滿足內(nèi)部人員溫度與濕度的需求。因此401房間的設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的關(guān)系并不完全一致，作為一個(gè)不可控房間，與其余房間形成對(duì)比。

水側(cè)為一次泵定頻控制，頻率為45 HZ。冷源為風(fēng)冷熱泵，出水溫度為7 ℃。

中央空調(diào)設(shè)定溫度調(diào)整規(guī)律：8：30開始房間設(shè)定溫度統(tǒng)一為27 ℃，上午的溫度根據(jù)房間人員的需求自行調(diào)整，11：40—14：30，大部分房間都無人的情況下，房間設(shè)定溫度偏高，為28 ℃。14：30重新設(shè)定為27 ℃，房間溫度依舊根據(jù)人員的熱舒適感自行進(jìn)行設(shè)置，17：00后停機(jī)。

每個(gè)房間的實(shí)驗(yàn)人員均為23～25歲之間的男性，以排除性別與年齡對(duì)房間熱舒適度的影響。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1控制策略2實(shí)驗(yàn)結(jié)果室內(nèi)溫度結(jié)果：從圖4所示，在8：30剛開機(jī)時(shí)，房間401早已打開分體空調(diào)，因此房間溫度并不是很高。運(yùn)行一段時(shí)間后，房間人員出于對(duì)室外空氣的需求打開了窗戶，室外熱空氣進(jìn)入室內(nèi)提高了室內(nèi)溫度，401的溫度接近29 ℃，其余房間均在28 ℃左右，但此時(shí)房間人員并沒有感覺不適，反而是其余房間的人員感到悶熱，甚至405房間的人員調(diào)低了房間溫度以滿足對(duì)冷空氣的需求。11：40—14：30中央空調(diào)的溫度統(tǒng)一調(diào)整為28 ℃，期間為人員休息時(shí)間，401房間作為休息室，全部房間人員進(jìn)入401房間。關(guān)閉窗戶，401溫度因此下降。16：00左右房間人員再次打開窗戶，房間溫度再次回升。其余房間在14：30以后由于房間溫度并沒有達(dá)到人員對(duì)溫度的要求，因此人員持續(xù)調(diào)低設(shè)定溫度。

圖4各房間設(shè)定溫度與實(shí)際溫度

Fig.4Set temperature and actual temperature of each room以上分析與溫度圖反映：401房間的溫度高但房間空氣流動(dòng)性強(qiáng)度大于其余房間，因此人員并沒有調(diào)節(jié)房間的設(shè)定溫度，其余房間溫度低于401，但房間人員卻因?yàn)閻灍?、不適等原因持續(xù)調(diào)低房間的設(shè)定溫度。

鄭慧凡等[17]指出室內(nèi)動(dòng)態(tài)熱環(huán)境下人體熱舒適是各種因素綜合作用的結(jié)果，如室內(nèi)空氣溫度、氣流速度、空氣相對(duì)濕度、平均輻射溫度等客觀因素和人體心理特點(diǎn)、人體活動(dòng)量、服裝參數(shù)等主觀因素。上述分析恰好證明了這一點(diǎn)，在一定程度上說明了僅僅調(diào)整設(shè)定溫度的高低并不能反映人們對(duì)熱舒適的直接需求，但實(shí)際工程中所應(yīng)用的變風(fēng)量箱大部分的算法都是根據(jù)房間溫度對(duì)內(nèi)部風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此變風(fēng)量箱內(nèi)的算法需要滿足多目標(biāo)優(yōu)化[18]。

需求風(fēng)量與送入風(fēng)量關(guān)系：以房間413為例，如圖5所示，實(shí)際風(fēng)量的突降是由于自動(dòng)控制讀取系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)剛開始進(jìn)行時(shí)出現(xiàn)故障，房間變風(fēng)量箱的參數(shù)未能在系統(tǒng)中顯示，但工作情況不受影響。實(shí)際風(fēng)量與設(shè)定風(fēng)量相差較大，最多相差25%左右。實(shí)驗(yàn)之前，并未調(diào)整VAVBOX的PI值，直接使用廠家自帶的參數(shù)?？梢杂^察到，在剛開機(jī)時(shí)，房間溫度偏高，閥門開到最大100%，設(shè)定風(fēng)量也達(dá)到最大，實(shí)驗(yàn)室定制的是舒適性空調(diào)的變風(fēng)量箱，溫度精度波動(dòng)范圍較大，在設(shè)定溫度與實(shí)際溫度相差1 ℃時(shí)，設(shè)定風(fēng)量便開始持續(xù)下降，因此房間溫度一直不能達(dá)到設(shè)定溫度值。在11：40—14：30期間提高設(shè)定溫度時(shí)，設(shè)定風(fēng)量一度下降為0，這是由于房間溫度與設(shè)定溫度相等，BOX內(nèi)置PID模塊接收的反饋溫度與實(shí)際溫度偏差值為0，因此設(shè)定輸出的風(fēng)量也為0。但為了保持最小新風(fēng)量，在設(shè)定風(fēng)量達(dá)到最低時(shí)，最小實(shí)際風(fēng)量為50 m3/h。

圖5413房間風(fēng)量、閥門開度與溫度關(guān)系圖

Fig.5Relationship between air volume、opening

angle of valve and temperature of 413 room圖5的折線表明：雖然房間溫度與設(shè)定溫度在一點(diǎn)點(diǎn)接近，但這個(gè)過程過于緩慢，且由于房間溫度偏差在減小，VAVBOX送入房間的風(fēng)量也會(huì)減小，促使溫降過程時(shí)間變得更加漫長，因此在購買回廠家原裝生產(chǎn)的BOX之后，需要根據(jù)不同的房間功能、地方、朝向?qū)OX參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這一點(diǎn)必須有自動(dòng)控制人員配合，避免不合適的參數(shù)導(dǎo)致較差的熱舒適。例如會(huì)議室這種會(huì)出現(xiàn)高峰負(fù)荷的房間，BOX的P值設(shè)置應(yīng)偏大，I值設(shè)置應(yīng)偏小，以便快速響應(yīng)人員流入流出導(dǎo)致的負(fù)荷變動(dòng)；而在辦公室一類的穩(wěn)定負(fù)荷房間，P值設(shè)置應(yīng)偏小，I值設(shè)置應(yīng)偏大，給予房間人員適應(yīng)溫度的時(shí)間。同理，朝陽的房間P值設(shè)置應(yīng)偏大，I值偏小，背陰的房間P值設(shè)置應(yīng)偏小，I值偏大。

風(fēng)機(jī)頻率與最大閥位、靜壓反饋結(jié)果：如圖6所示，在工作時(shí)間，最大工作閥位維持在70 %左右，最大風(fēng)機(jī)頻率維持在42 HZ左右。由1.3中公式所示，靜壓設(shè)定值是根據(jù)最大閥門開度的大小來進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置的，從圖6中看出，設(shè)定靜壓與實(shí)際靜壓的契合度很高，說明風(fēng)機(jī)的PI參數(shù)選取合理。在11：40—14：30，房間所需的風(fēng)量降到最低，風(fēng)機(jī)的頻率也降低到30 HZ，最大閥位開始下降，但由于有最低風(fēng)機(jī)頻率的限制，因此不能實(shí)現(xiàn)最不利環(huán)路的閥門達(dá)到比較大的閥位開度?？傮w來說，在工作時(shí)間內(nèi)，該策略下變風(fēng)量箱的開度維持在最優(yōu)閥位域的下限，實(shí)現(xiàn)了最不利環(huán)路的閥門開度最大的設(shè)置。但房間的溫度卻并沒有達(dá)到設(shè)定值，這是由于風(fēng)機(jī)輸送的風(fēng)量并沒有達(dá)到房間溫降所需要的量，即風(fēng)機(jī)頻率沒有滿足設(shè)定要求。從圖6與1.3的公式中得知，風(fēng)機(jī)頻率與最大閥門開度有關(guān)，風(fēng)機(jī)頻率的頻繁變化是由于達(dá)到最大閥位的房間并不是唯一的。在一天之中405達(dá)到最不利環(huán)路的比例為50%，406為25%，413為24%，最大閥位的開度大小取決于各個(gè)房間設(shè)定溫度與真實(shí)溫度。因此要在系統(tǒng)運(yùn)行初始達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的風(fēng)機(jī)頻率，需要將最大閥位穩(wěn)定在同一個(gè)房間內(nèi)，在風(fēng)機(jī)頻率穩(wěn)定之后，自動(dòng)控制系統(tǒng)再根據(jù)各房間負(fù)荷對(duì)最大閥位進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止系統(tǒng)由于最大閥位的不穩(wěn)定導(dǎo)致的持續(xù)震蕩。

圖6風(fēng)機(jī)頻率與靜壓、最大閥位反饋結(jié)果

Fig.6Feedback result of fan frequency、static

pressure and maximum valve position因此在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，應(yīng)該先將房間溫度快速降低到設(shè)定溫度值，即先將風(fēng)機(jī)與所有的房間閥門開到最大，避免受到BOX內(nèi)自帶的PID或其他的算法影響，當(dāng)房間溫度降低到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，再開啟自動(dòng)控制功能，這樣既能快速達(dá)到房間人員需要的溫度值，又可以在之后的過程中節(jié)省能耗。

風(fēng)機(jī)電量消耗結(jié)果：如圖7所示，策略2上午的風(fēng)機(jī)電量消耗占當(dāng)天總體消耗的51%，下午功率消耗為46%，這是因?yàn)樯衔顼L(fēng)機(jī)提供的冷空氣除了消除圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)擾所造成的冷負(fù)荷之外，還需要消除前一天機(jī)器停止運(yùn)行后，室外空氣進(jìn)入房間的熱量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與其他物品蓄熱后進(jìn)入到室內(nèi)空氣中的熱量。而下午室內(nèi)冷負(fù)荷的組成部分僅僅只有上午的前者，圖7控制策略2下一天內(nèi)的風(fēng)機(jī)電量消耗

Fig.7Fan power consumption in one day

under control strategy 2但由于下午的太陽輻射強(qiáng)于上午，因此，兩者之間的差距看似并不大，電量消耗差也僅僅只有5%。假如基于一棟規(guī)模較大的建筑或建筑群，5%的電量消耗數(shù)目則是巨大的。因此可以考慮提前啟動(dòng)系統(tǒng)利用建筑物熱容的能量儲(chǔ)存能力實(shí)現(xiàn)電力的“移峰填谷”[19]。

2.3.23種控制策略對(duì)比圖8所示，運(yùn)行3種不同控制策略時(shí)，當(dāng)天的室外溫度分布并不一致。圖中直線表示在從10：00—17：00時(shí)間段內(nèi)，控制策略2與控制策略3的室外溫度幾乎一樣。相似的外界環(huán)境下，可以對(duì)比策略2和策略3。風(fēng)機(jī)控制策略3的測點(diǎn)P3比風(fēng)機(jī)控制策略2的測點(diǎn)P2點(diǎn)距離風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，兩種策略的初始靜壓值、P值、I值相同。下表2給出了不同策略下各房間室內(nèi)實(shí)際溫度降低1 ℃所需的時(shí)間，在相同的溫降下通過對(duì)比各策略所需時(shí)間來判斷策略的優(yōu)劣。

圖8運(yùn)行不同控制策略時(shí)的室外溫度

Fig.8Outdoor temperature under running different

control strategies表2各房間降低1 ℃所需時(shí)間

Table 2The time taked when each room's

temperature reduced by 1 ℃控制策略時(shí)間/min401405406413定靜壓25794957控制策略216352724控制策略316301816

由表2可見，在策略2和策略3下，401房間室內(nèi)溫度降低1 ℃所用時(shí)間相同，作為熱舒適的對(duì)比房間，相同時(shí)間表明該房間的溫度不受不同策略的影響；房間405，策略3較策略2快5 min；房間406，策略3比策略2快9 min；對(duì)于房間413，策略3比策略2快8 min。策略3下降低1 ℃的室內(nèi)溫度所用時(shí)間明顯小于策略2所用時(shí)間，即策略3可以更快地滿足人們降溫的需求，達(dá)到需要的室內(nèi)溫度，策略3的降溫效果優(yōu)于策略2。也就是說，外界環(huán)境幾乎相同的情況下，靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)的控制策略較遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的控制策略降溫效果好，對(duì)于對(duì)稱房間413與406，策略3相對(duì)于策略2快33%；對(duì)于主房間405，由于房間較大，溫降速度沒有小房間快，因此策略3相對(duì)于策略2快14%。定靜壓的溫降時(shí)間較長，因?qū)嶒?yàn)外界條件不一致，不與策略2、3做對(duì)比討論，但從單獨(dú)的處理效果來看，定靜壓系統(tǒng)降溫效果并不如意。上一節(jié)得出的結(jié)論：在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，最好將房間溫度快速降低至設(shè)定溫度。表2中顯示405的溫度響應(yīng)速度太慢，既跟不上房間人員對(duì)于溫度的需求，也可能導(dǎo)致后期的變頻運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生震蕩。表3各控制策略下的輸送率

Table 3Transport rate under different control strategies控制策略總能耗/（kW·h-1）總冷負(fù)荷/kW輸送系數(shù)策略233.879.033.75策略345.1411.753.84定靜壓50.1412.324.07

由于系統(tǒng)記錄中有各種設(shè)備的能耗電量信號(hào)，為了比較不同外界條件的各策略節(jié)能效果，定義總耗電量與空調(diào)總冷負(fù)荷的比值為輸送率[20]，即輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量。輸送率與輸送單位冷負(fù)荷所需要消耗的電量成正比?？照{(diào)總冷負(fù)荷由制冷機(jī)供水溫度、回水溫度、流量計(jì)算得到，數(shù)據(jù)均可以從系統(tǒng)記錄中提取。

由表3可見，由于定靜壓的外界溫度高，因此負(fù)荷大。策略2與策略3外界溫度相似，但策略3的負(fù)荷稍大于策略2。采用策略2的控制方法時(shí)最節(jié)能，其次是控制策略3，最后定靜壓是三者當(dāng)中消耗電量最大的控制策略。相對(duì)于定靜壓，策略2的節(jié)能率為7.8%，策略3的節(jié)能率為5.5%；策略2比策略3節(jié)能2.4%。結(jié)合表2的溫降時(shí)間，可以得到以下結(jié)論：定靜壓輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量多，且降溫效果較差；策略3輸送率比策略2僅僅高2%，但策略3的溫降速度比策略2的速度快。

3結(jié)論

1）設(shè)定溫度的高低并不能反映人們對(duì)熱舒適的直接需求，其他氣流速度、濕度、人體生理心理特點(diǎn)、服裝等因素也影響著人體對(duì)熱環(huán)境的體感。因此購買回廠家原裝生產(chǎn)的變風(fēng)量箱之后，需要根據(jù)不同的房間功能、地方、朝向?qū)ο潴w內(nèi)固定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這一點(diǎn)必須有自動(dòng)控制人員配合。

2）在使用變風(fēng)量空調(diào)時(shí)，建議先不開自動(dòng)控制系統(tǒng)，將風(fēng)機(jī)與各閥門開到最大，房間溫度降至設(shè)定值后再開啟自控系統(tǒng)，避免受到算法的延遲影響，或考慮利用建筑物熱容的能量儲(chǔ)存能力實(shí)現(xiàn)電力的“移峰填谷”。

3）定靜壓輸送單位冷負(fù)荷需要消耗的電量，比測點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)的變靜壓控制策略多7.8%，且降溫效果較差；外界環(huán)境幾乎相同的情況下，變靜壓策略中，靜壓基礎(chǔ)點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的控制策略較靠近風(fēng)機(jī)的控制策略降溫效果好，速度至少快14%，消耗電量幾乎相同。

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