317期 总170期July.2007 No.7Total No.170变风量空调系统控制方法研究摘 要:简要介绍了变风量空调系统的概念及特点，对变风量末端装置和变风量系统的一些控制方法作了分析，详细论述了变风量空调系统中的定静压控制方法、变静压控制方法和总风量控制方法的控制机理，并借助MATLAB仿真软件绘制出定静压控制的仿真曲线。

关键词:变风量空调系统；末端装置；定静压控制；变静压控制；总风量控制中图分类号:TU831.3+5 文献标识码:B 文章编号:1002-3607（2007）07-0031-02（1.西安建筑科技大学，西安 710055；2.陕西省设备安装工程公司，西安 710068）李传东1 田应丽1 李 松2 冯 璐21 概述变风量空调系统（VAV）是通过变风量末端装置调节送入房间的风量或新回风混合比来保证房间温度的，同时相应变频调节送、回风机来维持有效、稳定运行，并动态调整新风量保证室内空气品质及有效利用新风能源的一种高效的全空气系统[1]。

变风量空调系统具有以下的特点：①能实现局部区域的灵活控制，可根据负荷的变化或个人的舒适要求自动调节自己的工作环境。

不用再加热方式或双风管方式就能适应各种室内舒适要求或工艺设计要求，完全消除再加热方式或双风管方式带来的冷热混合损失。

②由于变风量空调系统能够自动调节送入各房间的风量，在考虑同时使用系数的情况下能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。

③变风量空调系统属于全空气系统，因此具有全空气系统的特点，可以利用新风消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉变问题。

变风量空调系统比定风量空调系统多了末端装置和风量调节功能，也使其有了一整套由若干个控制回路组成的控制系统。

至少有这样两个闭合的控制环路：根据室内温度偏差调节风阀以保证合适的支路流量；根据风道内静压偏差调节风机转速或入口导叶阀来保持主风道压力。

其中支路流量控制可由变风量末端来实现，而送风机的控制则因为和机组内回风、混风、排风控制的相互影响及风机能耗问题，存在着不同的控制方法。

2 变风量末端装置的控制变风量末端装置是变风量系统的一个主要设备。

室温控制就是依靠变风量末端装置对风量的控制来得以实现的。

根据末端装置类型的不同，控制方式分为压力有关型和压力无关型。

若采用压力有关型末端装置，则只能实行单回路控制，根据室内温度实测值与设定值的偏差直接输出控制信号来调节末端装置的风阀，从而调节送风量，达到对室内温度的控制。

若采用压力无关型末端装置，则可进行温度的串级控制。

根据室温测定值和设定值的偏差向风量控制回路给出设定风量，风量控制回路再根据设定风量和测定风量的偏差给出风阀的阀位信号，从而调节送风量，达到对室温的控制。

其中温度控制器为主控制器，风量控制器为副控制器，二者构成串级控制环路。

当房间温度变化时，室内温度控制器输出偏差信号不再直接调整风阀开度，而是去修正风量设定值，这样就不会产生采用压力有关型变风量末端装置时，由于控制器根据温度偏差直接对风阀进行调整所引起的VAV系统的振荡。

在部分负荷时，系统内变风量末端装置调节的结果使整个管道系统的阻力增加，系统的风量减少了，这时管道内的静压将增加，而导致系统漏风增加，还可能使风机处于不稳定状态工作，变风量末端装置还因阀门关得小而调节失灵，另外过度节流会导致噪声增加。

因此在VAV末端装置调节的同时，还应对送风量与送风机进行有效的控制。

3 变风量空调系统的控制方法3.1 定静压控制法·通风空调安装技术·第7期No.73.1.1 控制方法的理论依据。

所谓定静压控制，就是在送风系统管网的适当位置设置静压传感器，测量该点的静压。

送风机的风量控制以送风管的静压为目标值，通过调节风机的运转频率，维持送风管的静压恒定。

在定静压控制中，静压传感器的安装位置即压力测点的位置决定系统的能耗和稳定性。

测压点距风机出口越近，当负荷减小时，不利于风机的节能运行，同时由于此时末端装置在较大进出口的压差下工作（即较小风阀开度下工作），会使系统的噪音增大；如果测压点靠近系统的末端，当系统负荷减小时，由于定压点前管路阻力随风量减小，风机实际工作静压小，故该方式有利于节约风机能耗。

但这时如定压点前的末端装置仍在设计负荷工况下工作，由于其风机入口处静压低于设计值，有可能会造成这部分区域的送风量不足，综合考虑在实际工程应用中，定压点的位置通常选择在该点之前管路阻力是总阻力的2/3处，压力大致为250～375Pa左右。

[2][3]3.1.2 控制特性分析。

①定静压控制法是变风量空调系统最早发展起来的比较成熟的一种控制方法，控制比较简单，易于实现。

②静压传感器的设置位置很难确定，往往是根据经验值来定，科学性差。

③在复杂管路上，如双风管系统时，静压传感器的设置数量也很难确定，以及它们之间的关系怎样也值得商榷。

④由于系统送风量由某点静压值来控制，不可避免会使得风机转速过高，达不到最佳节能效果。

3.2 变静压控制法3.2.1 控制方法的理论依据。

变静压控制同样需要对风管静压进行检测，但其静压设定值是随负荷变化而改变的，在适应所需风量要求的同时，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机的能耗，也称为最小静压法。

变静压控制方法的关键是如何确定静压设定值的算法，一般静压设定值的变化是由变风量末端阀位信号来决定，具体控制方法如下：①变风量末端装置有一个（或二个）阀位大于95%→系统静压偏低→调节并提高风机转速。

②变风量末端装置有一个阀位信号处于75%～95%→风量满足，系统静压适中。

③变风量末端装置所有阀位均小于75%→系统静压过高→调节并降低风机转速。

3.2.2 控制特性分析。

①节能效果明显：变静压控制方法的控制思想是尽量使VAV空调系统的风阀处于全开状态，把系统的静压降至最低，因而能最大限度地降低风机转速，达到节能的目的。

②由于最大限度地降低了风管内静压，使得各VAV装置的入口静压保持最低，提高系统节能效率的同时可降低VAV装置的噪声。

③对风管的分布设计，即对系统的静压分布没有任何要求，适用于各种送风管网系统。

④由于必须使用风阀开度传感器，增加了投资成本的同时也使控制更加复杂，调试更加麻烦。

⑤风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，因此必须确定合理的延迟时间，以保证风机转速调节效果已对末端的流量调节产生作用。

3.3 总风量控制法3.3.1 总风量控制法的提出。

传统的变风量空调系统控制方法一直视静压为调节风机转速的唯一参数，但无论是定静压和变静压两者均存在许多不足之处，定静压方法控制简单，但风机能耗较高，末端阀位多处于偏小状态，相应地带来了噪声问题；变静压方法虽然能最大限度地节省风机能耗，但控制算法复杂，实现较为困难。

此外，这两种方法均使用压力控制，系统就必然有不稳定的因素。

在变风量控制系统中，排除机组的控制环节后，风系统中只有房间温度控制环节和风机转速控制环节，风机转速如果不使用静压控制，可能的方法就是对风机实行某种前馈控制。

故充分利用计算机的强有力的计算功能，算出风机合适的转速来直接控制风机。

3.3.2 总风量控制法的基本原理。

风机总风量控制方法是基于压力无关型的VAV末端研究出的一种新的简单易行的空调系统的控制方法。

根据风机相似律，在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速是一个正比关系。

根据这一正比关系，在设计工况下有一个设计风量和设计转速，在运行过程中有一要求的运行风量自然可以有对应这一要求变风量空调系统控制方法研究32337期 总170期July.2007 No.7Total No.170的风机运行转速，虽然设计工况和实际运行工况下系统的阻力有所变化，但可将其近似为正比的关系。

考虑到各末端风量要求的不均衡性，利用误差理论加以处理，求取风机转速，从而获得系统总送风量。

风机转速控制关系式[4]：其中，N s 为运行工况下的风机设定转速, N d 为设计工况下的风机设计转速, G s,i 为运行工况下的第i 个末端的设定风量,由房间温度PID控制器输出的控制信号设定, G d,i 为设计工况下的第i 个末端的设计风量,σ为所有末端相对设定风量的均方差。

3.3.3 控制特性的分析。

总风量控制法是直接根据设定风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前馈控制含义，而不同于静压控制中典型的反馈控制。

在控制形式上具有比静压控制简单得多的结构。

它避免使用压力测量装置，减少了一个风机的闭环控制环节；此外，也不需要变静压控制时的末端阀位信号，因此整体上降低了控制系统的调试难度，提高了控制系统的稳定性。

其节能效果介于定静压控制与变静压控制之间。

但是，总风量控制也增加了末端之间的耦合程度。

综合考虑，不管从控制系统稳定性，还是从节能角度上来说，总风量控制都具有很大的优势，完全可以成为取代各种静压控制方式的有效的风机调节手段。

3.4 系统仿真本仿真应用美国某公司开发的MATLAB语言软件。

仿真对象为前所述的定静压，即变频风机。

结合实际工程与理论推导得出仿真模型为：用稳定边界法进行PID参数整定，通过MATLAB仿真软件输出参数整定后的仿真曲线如图所示。

参考文献：[1]蔡敬琅，《变风量空调设计》[M]，中国建筑工业出版社，1997.[2]霍小平，《中央空调自控系统设计》[M]，中国电力出版社，2004.[3]江善国，《美国的空调程控节能系统，暖通空调》(J)，1997.[4]戴斌文、狄洪发、江亿，《变风量空调系统风机总风量控制方法.暖通空调》[J]，1999.变频风机仿真曲线图变风量空调系统调试问题分析摘 要:结合工程实例，分析了变风量空调系统调试中出现的施工及设计问题，以及今后在施工及设计中应注意的问题。

关键词:通风与空调工程；变风量空调系统；空调设计；施工；问题中图分类号:TU831.3+5 文献标识码:B 文章编号:1002-3607（2007）07-0033-03（中铁建设集团有限公司，北京 100040）申友勇1 引言变风量空调系统由于具有节能、卫生等特点，近期在高级办公楼中迅速增多，但个别变风量系统因设计、施工等方面的原因造成空调效果不理想，如北京某大厦，由于调试、设计等原因，运行状况不理想，工程完工后不得不以定风量方式运行，给业主造成了很大的经济损失。

下面借助于工程实例谈谈在深化设计及安装调试中需要注意的事项。

2 本实例工程简介2.1 系统组成变风量空调系统主要由空气处理机（即空调机。