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1办公楼变静压控制VAV空调系统实测分析

来源：筏尚旅游网

《制冷学报》2003年第4期

科技报道

办公楼变静压控制VAV空调系统实测分析

陈华　涂光备

(天津大学环境工程学院　天津　300072)

易伟雄

(理工大学屋宇设备学系　)

摘　要　变风量系统(VAV)风机能耗可随负荷的变化而变化,较常规定风量系统(CAV)明显节约能耗,因此近几年来变风量空调系统在得到了广泛的应用。对地区某办公大楼变风量系统,就采用定静压控制和变静压控制分别进行了实验测试,针对运行中出现的问题进行了探讨,比较了变静压控制节能效果。为保证变静压控制VAV系统运行良好,要求风机容量与负荷恰当匹配,同时要求风管的布置和形式设计合理。关键词　市政工程;变风量系统;变静压控制;实验测试

PerformancemeasurementofVAVair-conditioningsystemwith

fanspeedresetcontrolChenHua

☆

,TuGuangbeiandFWHYik

☆TianjinUniversity,ChinaAbstract　Thevariableairvolume(VAV)systemsthatusevariablespeedfansandthemorerecentlydevelopedcontrolmethodsliketheductstaticpressurereset(DSPR)controlarewidelyusedin.TheperformanceoftheDSPRcontrolandconstantductstaticpressurecontrolmethodinanexistingofficebuildinginwastested.Thesuccessfulapplicationofthecontrolmethodrequirespropermatchingbetweenzonecoolingloadsandflowcapaci2tiesofthesupplyfanandtheVAVboxes,andadequateductworkdesign.

Keywords　municipalengineering,VAVsystems,ductstaticpressureresetcontrol,trailimplementation

引言1　

近些年发展起来的变静压控制(DuctStaticPres2

[1、2]

sureReset)和末端总风量控制(TerminalRegulated

[3]

AirVolume),可以明显提高变风量空调系统的节能效果。变静压控制方法与定静压控制方式相比

[4、5]

较,尤其在部分负荷下节能效果十分显著。而总风量控制方式比变静压控制方式复杂,并可能引起某些空调区域的风量偏高,另一些区域风量偏低,因此其应用不如变静压控制方式广泛。

[6]

楼宇管理系统(BuildingManagementSystem)是现代空调系统管理和控制手段,广泛用于楼宇能耗监测,已成为现代建筑实现节能的必要手段,和不可缺少的部分。BMS系统所提供的数据可用于分析控制系统运行中出现的问题,以便于有针对性地进行改善。本文对地区某办公大楼的典型层的变静压控制变风量空调系统进行了实地测试,分析了变静压控制运行中存在的问题。

所测试的建筑及变风量空调系统2　

所测试的地区办公大楼的典型层空调面积

为993.8m,室内设计温度为22℃,相对湿度为50%。整个系统设计显热负荷为102.5kW,负荷由一套空调机组提供,制冷量为217kW,机组的设计风

量为10.5mΠs,送风温度为14℃,风机功率为22kW。变风量空调系统的布置见图1。由图1可以看出空调送风系统在空调机组出口端分为支相反方向送风的管道,在末断闭合形成环形。系统共有36个末端风阀,每支风管上各安装有一个静压传感器(分别表示为SP1,SP2),两个信号中较低的一个将作为反馈信号用于变频风机的转速控制。当变风量系统在定静压控制模式下运行时,静压设定值根据工程经验取为250Pa;而采用变静压控制时,静压设定值将根据末端风阀全开的个数来决定,当风阀的个数低于某个值(系统取为4)时,静压设定值减小,反之增大。为了保证各空调区足够的风量,静压设定值的

Ξ收稿日期:2003年06月13日

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变化范围为100～250Pa。控制系统每30秒监测一

次末端各风阀的开启状态,并决定是否调整静压设定值,静压设定值的调整步长为0.5Pa。

对所研究的空调系统在实际运营的情况下进行了实地测试,系统性能参数变化数据由智能楼宇管理系统(BMS)连续监测和记录。在运行测试期间,定静压方式和变静压控制方式分别在连续的两天进行,BMS系统每15分钟记录一次系统运行参数,空调系统的运行时间为8:00～20:00。测试参数包括送、回风温度,各空调区室内温度,风阀末端的实际风量和要求风量,风机频率、风机功率、风管静压等。测试结果及分析3　

图2和图3是冬季(11月)系统运行特性,包括

两支风管静压变化、风机马达频率、风机功率以及风阀末端全开的个数。图2显示的是在定静压控制方式下的特性,而图3为变静压控制方式下的特性。在定静压控制下,系统能保证任一个风管支路的静压值不低于设定值,满足多分支的变风量系统风量控制要求,不至于出现某支路送风量不足的现象。从图2可以看出,在早上开机不久,风管1的静压SP1与设定值很相近,而风管2的静压值SP2跟设

定值相差较远,大约10点30分后,情况恰恰相反,风管2的静压SP2与设定值很相近,而风管1的静压值SP1跟设定值相差较远,且一直持续到系统停机前一个小时,后来两个风管的静压变化又恢复到开机时的情形。图1　变风量空调系统的布置

　　由图1可以看到由于安装有SP1传感器的管段1所提供冷负荷的空调房间朝向为东北、北和西北方向,而安装传感器SP2的管段2所提供冷负荷的空调房间朝向为东南、南和西南方向。对于地区的建筑而言,当天气晴朗有阳光时,对于朝向为南面和西南方向的外区负荷高峰主要出现在下午,且负荷值要比其他朝向的外区高出很多。所以,在下午负荷高峰出现的时候,需要由管段2提供的风量要比管段1多,因此风管的静压测量值SP2也比SP1高。

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化规律,可以发现,系统运行情况基本相似,也可以

推断这两天的室外天气状况和室内人员设备负荷基本相似。采用定静压控制方式时,风机工作频率变化范围是35HZ～43HZ,风机功率为7.7～12.8kW,全天总的风机能耗是113kWH。当采用变静压控制方式时,风机工作频率变化范围是28.5HZ～42HZ,风机功率为5.0～12.0kW,风机的工作参数变化范围均比定静压方式要低,且全天总的风机能耗是97kWH。由此可见,在地区冬季工况下,当用变静压控制方式代替定静压控制方式时,VAV系统风机日能耗可节约14%左右。

图2　定静压控制系统性能(冬季)

图4　定静压控制系统性能(夏季)

图3　变静压控制系统性能(冬季)

图3是采用变静压控制方式时,在工作时段系统参数随时间的变化情况。由该图可以看出在整个工作时段,当负荷降低时,风管静压设定值会大大降低,甚至降到控制系统的最小值100Pa。刚开机时,由于各区温度较高,所需风量较多,以消除围护结构和室内家具蓄热,静压设定值和测量值都保持在设定最大值。随后,控制系统逐步调整设定值到最小值,从11时起到14时,当负荷逐渐增加时,静压设定值也随之逐渐提高。从下午14时到17:30时段,设定值一直保持在最大值。随后,设定值又慢慢回落到最小值,并保持到系统关机时间。在变静压控制下,风管1的静压值在13时以前都略高于风管2,而在13时至18时间,风管2的静压高于风管1,此后两个支管的静压大致相近。

由上两个图可以看出,当比较两天在设计工况下,风机频率、风机功率以及风管静压值的大小和变—42

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图4和图5是夏季(9月)系统定静压控制和变静压控制的运行特性,9月的测试参数中,风机功率变化未测得。定静压控制时,系统性能与冬季变化区别不大,两支风管静压变化、风阀全开个数及风机功率的变化规律与冬季大致相同,但是系统负荷出

图5　变静压控制系统性能(夏季)

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现的高峰时间有所推迟,冬季时是在下午16时附近风机耗能最大,而夏季时是在接近17时。变静压控制方式时,可以从图5看出,除了上午10点和关机前一小时,静压设定值比较低,其他时间都是保持在最大值250Pa,采用定静压控制方式时,风机工作频率变化范围是34.5HZ到43.6HZ,当采用变静压控制方式时,风机工作频率变化范围是28.6HZ到43HZ,由于没有风机功率参数变化数据,不能得到

变静压日节能比例,但从静压设定值和风机频率变化规律可以看出,在夏季负荷较高的时候,变静压控制与定静压控制方式区别不大,节能效果也不十分明显。

图7　变静压控制末端风阀工作特性图6和7是冬季两种静压控制方式下,由楼宇

管理系统(BMS)记录的VAV末端的流量和房间温度变化情况。从这两个图中,可以清楚地看到,VAV末端的最大送风量要比设计流量的60%略高一些。全天所测得的室内温度要比设定温度高。根据这个的VAV末端的测量结果而言,该VAV末端将保持全开状态。

变静压控制方式是根据VAV全开的个数来调节静压设定值的大小,风机的能耗与VAV末端的工作性能和静压设定值的控制方式等密切相关。为了更好的模拟在变静压控制方式下,该VAV系统的实际运行情况,且兼顾到系统设计安装中出现的问题,将允许VAV保持全开的个数设定为4个。

图6　定静压控制末端风阀工作特性

从图2还发现,在定静压控制方式下,VAV末端保持全开状态的个数变化范围是2～12个,即使在变静压工作状态下,情况也基本如此。造成这种情况的原因,分析有可能有如此几种:

1.有些区域的VAV末端的设计流量不能满足

要求,以致于当该区域的负荷增加或者房间负荷超过所送冷风提供的冷量时,VAV必须保持为全开,以保证室内温度在设定范围。

2.某些VAV末端的入口压力不足,造成通过

该末端的流量不能满足负荷变化要求,这有可能是某些支管段局部阻力过大,或设计不合理造成。

3.VAV末端风阀开启角度控制的温度传感器

安装位置等的影响。如果传感器安装位置不好,使得返回的测试信号过高,也会使末端处于全开状态。

4.室内温度测定传感器的测点安装位置和设

图8　变静压相对定静压方式全年节能百分比

图8是全年运行下,变静压控制方式相对定静压控制方式每月的节能百分比。在负荷较高的夏

季,如5月至10月,变静压控制与定静压控制相比,

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定值的选取也会是造成过多VAV保持全开的原因之一。

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风机能耗差不多,节能效果不明显,但是到负荷降低的冬季,如11月至4月,变静压方式相对于定静压控制的VAV空调系统,节能效果比较显现,最高节能可达23.4%,全年平均节能8.6%。结论4　

1.对正投入实际使用的办公楼变风量空调系

及管道布置方式和尺寸设计等的优劣对变静压控制

方式实施和节能效果有较大的影响。所以有必要研究不同布置方式下,变静压控制方式的空调系统节能情况。

参考文献

1　EnglanderSL,NorfordLK.SavingfanenergyinVAVsystems

-Part1:Analysisofavariablespeeddriveretrofit.ASHRAETrans,1992,98(1):3～18

2　EnglanderSL,NorfordLK.SavingfanenergyinVAVsystems

-Part2:Supplyfancontrolforstaticpressureminimisationus2ingDDCzonefeedback.ASHRAETrans,1992,98(1):19～32

3　HartmanT.Terminalregulatedairvolumesystems.ASHRAE

Trans,1993,99(1):791～8004　WarrenM,NorfoldLK.IntegratingVAVzonerequirementswith

supplyfanoperation.ASHRAEJournal,April,1993:43～465　ShepherdK.VAVAirConditioningSystems.London,Black2

wellScienceLtd.,1999

6　Bracknell.TheBEMSbook.BEMSCentre,BSRIA,1997

统进行了实地测试,空调系统性能参数由楼宇管理

系统(BuildingManagementSystem)监测和记录,采用变静压控制后,与定静压控制方式相比,变静压控制年平均节能8.6%,没有预期的高,但由于楼宇管理系统变静压控制软件的投入不大,且从长期的运行费用考虑,变静压控制仍然是节能的有效措施。

2.测试数据表明现有的变风量系统设计存在一些问题,这也可能是导致节能效果不佳的原因。空气处理机组的设计风量取得过大,且末端风阀的风量与所提供冷量的空调区的负荷不匹配。3.空调区各区实际负荷与末端风阀送风量的匹配,用于风阀风量控制的温度传感器安装位置以学会动态

全国制冷标准化技术委员会换届大会在京举行

2003年11月18～19日,全国制冷标准化技术委员会换届大会在北京举行。国家标准化管理委员会、中国商业联合会有关领导到会祝贺并讲话。

大会讨论了第一届全国制冷标准化技术委员会工作总结;宣讲并讨论了第二届全国制冷标准化技术委员会工作章程及全国制冷标准化技术委员会秘书处工作细则;讨论了第二届全国制冷标准化技术委员会近期工作计

(送审稿)进行划并对《制冷压缩机额定性能工况、性能数据及允差的表示》

了审议。

国家标准化管理委员会领导宣布了第二届全国制冷标准化技术委员会主任委员、副主任委员、秘书长、副秘书长、委员名单并颁发了证书。本届全国制冷标准化技术委员会共有委员46名。中国制冷学会副理事长兼秘书长潘秋生同志担任主任委员,合肥通用机械研究所所长樊高定同志、中国建筑科学研究院空调所所长徐伟同志、中国家用电器研究院院长韩作木梁同志担任副主任委员,中国制冷学会秘书长助理杨一凡同志担任秘书长。

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