CN101266464A - 基于vav空调新风优化分配的控制器 - Google Patents

Abstract

基于VAV空调新风优化分配的控制器，属于建筑环境设备及控制技术领域。本发明中，输入模块采集所需的数据送到存储模块，存储模块存储所需要的数据，新风量计算和控制模块计算系统总新风需求量和各区域的新风需求比，找到其中最大的新风需求比，以该值为系统送风的新风比设定值。新风阀控制模块以系统总的新风需求量为设定值，按PID控制将结果传递给风阀执行器。再冷控制模块计算各区末端的送风设定焓值，传递给焓差控制的水流量调节模块，该模块根据经过末端盘管后的送风设定焓值和采样值按PID控制将阀位信息传递水阀执行器。本发明既没有增加新风负荷也避免了冷热抵消，同时兼顾了室内的空气品质。

Description

基于VAV空调新风优化分配的控制器

技术领域

本发明涉及的是一种控制器，具体是一种基于VAV(变风量空调系统)空调新风优化分配的控制器，属于建筑环境设备及控制技术领域。

背景技术

在商业建筑中，一般空调系统都是利用经过处理的新风来稀释室内空气的污染物浓度，但在多数情况下是以消耗更多能量为代价。因此，在保证室内污染物浓度在一定范围的前提下，应尽量减少新风量。在多区域的空调系统中，各空调区域的朝向、照明、人员等都不尽相同，从而导致各区域空调负荷和新风量的要求各不相同。对于VAV空调系统而言，它是按照某一新风比向各区域送风，根据各区域的实际负荷变化来调节VAV风阀的开度，这样就必然会出现有些区域新风过量而同时另一些区域新风不足的情况。现有技术和文献对这个问题作了一些研究，如中国专利申请号为200620126089.7的专利公开了一种定新风量的VAV空调系统，包括循环风处理机组和新风处理机组以及变风量末端，特征在于经过处理后的新风和循环风先不混合，而是通过风管(单管多通道，各通道间不透气)分别被送到各VAV末端处再混合，实际上整个系统的新风是过量的，而且新风机组和循环风机组同时运行噪音大；还有再热策略，它是在新风比要求高的空调区域里，调节阀门开度增大送风量同时使用末端再热器再热，通过调节再热器的电压和再热时间来改变供热量，防止区域过冷，存在冷热抵消，控制复杂而且不经济。

发明内容

为克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供一种基于VAV空调新风优化分配的控制器，改善了目前VAV空调系统中新风不足的问题，在不增加新风负荷的基础上，兼顾室内空气品质，改善室内卫生环境。

本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括输入模块，存储模块，新风量计算和控制模块，新风阀控制模块，再冷控制模块，焓差控制的水流量调节模块和输出模块。

输入模块采集所需的数据，包括采样时刻和该时刻系统送风的温度、湿度、总的新风量，各个区域室内温度、湿度的设定值和送风流量以及经过末端盘管以后送风的温度、湿度，并将采集的所有数据送入存储模块。

存储模块将预先存储的室内人数与时间的函数关系和各个区域的送风量以及系统总的新风量一起送入到新风量计算和控制模块，同时将系统和经过末端盘管以后的送风温度、湿度，各个区域室内温度、湿度的设定值送到再冷控制模块。

新风量计算和控制模块根据已经确定的函数关系计算各区域人数，按照ASHRAE Standard 62-1999的通风标准确定各区域的最小新风需求量、总新风需求量和各区域的新风需求比，确定其中最大的新风需求比，以该值作为系统新风比的设定值。将总新风需求量和总新风量的采样值送到新风阀控制模块，将各区域的新风需求比和新风需求比的设定值送到再冷控制模块。

新风阀控制模块以总新风需求量为设定值，通过和总新风量采样值的比较来调整系统风阀的开度，根据PID控制将阀位信息传递给输出模块。

再冷控制模块根据室内温度、湿度的设定值，各个区域的新风需求比和最大新风需求比以及系统送风的温度、湿度计算各区末端送风焓值设定值，将其传递给焓差控制的水流量调节模块，焓差控制的水流量调节模块根据PID控制将阀位信息传递给输出模块。

输出模块再将控制指令输出给执行器，以控制系统风阀和末端盘管水阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明根据系统实时的总新风需求量为设定值，控制系统新风阀门的开度，各区送风量由本区空调负荷决定。如果在新风过量的区域，即新风比要求比较低的区域，使用末端盘管对各区域辅助加热或制冷，就能减小这些区域的送风量，从而将节省出来的新风转移给其他新风不足的区域，这样既没有增加新风负荷也避免了冷热抵消，同时兼顾了室内的空气品质。

本发明对系统的新风量进行优化分配，可以使各区域在均满足室内空气品质的前提下，尽量减少系统新风量，并且避免热量抵消，达到节能的目的。

附图说明

图1是本发明的逻辑框图。

图中：1-输入模块，2-存储模块，3-新风量计算和控制模块，4-新风阀控制模块，5-再冷控制模块，6-焓差控制的水流量调节模块，7-输出模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

如图1所示，本发明包括输入模块1，存储模块2，新风量计算和控制模块3，新风阀控制模块4，再冷控制模块5，焓差控制的水流量调节模块6和输出模块7。

输入模块1的输出连接到存储模块2的输入端，存储模块2的输出端分别连接到新风量计算和控制模块3的输入端、再冷控制模块5的输入端，新风量计算和控制模块3的输出端分别与风阀控制模块4的输入端以及再冷控制模块5的输入端连接，再冷控制模块5的输出端与焓差控制的水流量调节模块6的输入端连接，焓差控制的水流量调节模块6的输出端连接到输出模块7，新风阀控制模块4的输出端也连接到输出模块7。

输入模块1采集所需的数据：采样时刻和该时刻系统送风的温度、湿度、总的新风量，各个区域室内温度、湿度的设定值和各区域的送风量以及经过末端盘管以后送风的温度、湿度，将所有的数据送入存储模块2。存储模块2将预先存储的室内人数与时间的函数关系P(t)＝a₀+a₁(t-t₀)+a₂(t-t₀)(-t₁)+…+a_n(t-t₀)(t-t₁)…(t-t_n)和各个区域的送风量以及系统总的新风量，一起送到新风量计算和控制模块3，同时将系统和经过末端盘管以后的送风温度、湿度，各个区域室内温度、湿度的设定值送到再冷控制模块5。

对建筑物进行观察，记录在特定时刻t_i室内的实际人数P_i，即：

P(t_i)＝P_i      (i＝0，1，…，n)                (1)

其中

t——时间

t_i——第i个特定的观测时刻

P(t)——t时刻室内人数计算值

P_i——t_i时刻室内的实际人数

将以上各式联立，可以解得系数a₀，a₁，…a_n也先写入存储模块中，供新风量计算和控制模块3调用。本模块中系数a₀，a₁，…，a_n允许修改设定。

新风量计算和控制模块3根据已经确定的函数关系计算采样时刻各区域人数，然后按照ASHRAE Standard 62-1999新的通风标准确定各区域的最小新风需求量，计算系统总新风需求量、各区域的新风需求比，确定其中新风比需求的最大值，以该值作为系统新风比的设定值。将系统总新风需求量和总新风量的采样值送到新风阀控制模块4，将各区域的新风需求比和新风比设定值送到再冷控制模块5。

最小新风需求量的确定如下

V_f，min＝V_p×P+V_B×A            (2)

其中V_P是每人所需的新风量，P是室内人数，V_B是每平方米建筑面积所需的新风量，A为所需通风空调区域的面积。

再冷控制模块5根据系统和经过末端盘管以后的送风温度、湿度，各个区域室内温度、湿度的设定值计算系统和经过各区末端盘管以后的送风焓值和室内设定的焓值(见公式7)，在新风需求比低于新风比设定值的区域采用盘管辅助加热或制冷，计算VAV末端的空气焓值(见公式6)，以该焓值为设定值和经过各区末端盘管以后计算得到的送风焓值一起送到水流量控制模块6。

各个区域的新风需求量

M_oa[i]＝Z[i]×M_sa[i]            (3)

各区域的实际送风量应该控制在

$G_{\mathrm{sa}}\left[i\right]=\frac{M_{\mathrm{oa}}\left[i\right]}{Z_{\max }}---\left(4\right)$

假设房间负荷不发生变化，即

Q[i]＝M_sa[i]×(H_sa-H_set[i])＝G_sa[i]×(H_sup[i]-H_set[i])            (5)

由(2)、(3)和(4)联立解得，各区末端送风焓值设定值为

$H_{\sup }\left[i\right]=\frac{Z_{\max }}{Z\left[i\right]}\×(H_{\mathrm{sa}}-H_{\mathrm{set}}[i\left]\right)+H_{\mathrm{set}}\left[i\right]---\left(6\right)$

系统送风焓值H_sa和各区室内设定焓值H_set[i]由下式计算：

H＝1.01t+d(2500+1.84t)            (7)

式中：

t——干球温度

d——含湿量

Z[i]——当前时刻第i个区域的新风需求比

Z_max——所有区域中最大的新风需求比

M_sa[i]——当前时刻第i个区域需要的送风量

G_oa[i]——当前时刻第i个区域实际的送风量

Q[i]——当前时刻第i个区域负荷

H_sa——当前时刻AHU送风的焓值

H_set[i]——当前时刻第i个区域室内设定的焓值

H_sup[i]——当前时刻第i个区域经过末端盘管后的焓值

新风阀控制模块4和焓差控制水流量调节模块6将风阀和水阀的控制信息送给输出模块7，输出模块7再将控制指令输出给执行器，以控制系统新风阀和盘管水阀。末端盘管的水流量通过PID焓差控制来实现。

本发明根据系统实时的总新风需求量为设定值，控制系统新风阀门的开度，各区送风量由本区空调负荷决定。如果在新风过量的区域，即新风比要求比较低的区域，使用末端盘管对各区域辅助加热或制冷，就能减小这些区域的送风量，从而将节省出来的新风转移给其他新风不足的区域，这样既没有增加新风负荷也避免了冷热抵消，同时兼顾了室内的空气品质。

Claims (3)

1.一种基于VAV空调新风优化分配的控制器，包括：输入模块(1)，存储模块(2)，新风量计算和控制模块(3)，新风阀控制模块(4)，再冷控制模块(5)，焓差控制的水流量调节模块(6)和输出模块(7)，其特征在于：

输入模块(1)采集所需的数据，包括采样时刻和该时刻系统送风的温度、湿度、总的新风量，各个区域室内温度、湿度的设定值和送风流量以及经过末端盘管以后送风的温度、湿度，并将采集的所有数据送入存储模块(2)；

存储模块(2)将预先存储的室内人数与时间的函数关系和各个区域的送风量以及系统总的新风量一起送入到新风量计算和控制模块，同时将系统和经过末端盘管以后的送风温度、湿度，各个区域室内温度、湿度的设定值送到再冷控制模块(5)；

新风量计算和控制模块(3)根据已经确定的函数关系计算各区域人数，按照ASHRAE Standard 62-1999的通风标准确定各区域的最小新风需求量、总新风需求量和各区域的新风需求比，确定其中最大的新风需求比，以该值作为系统新风比的设定值，将总新风需求量和总新风量的采样值送到新风阀控制模块(4)，将各区域的新风需求比和新风需求比的设定值送到再冷控制模块(5)；

新风阀控制模块(4)以总新风需求量为设定值，通过和总新风量采样值的比较来调整系统风阀的开度，根据PID控制将阀位信息传递给输出模块(7)；

再冷控制模块(5)根据室内温度、湿度的设定值，各个区域的新风需求比和最大新风需求比以及系统送风的温度、湿度计算各区末端送风焓值设定值，将其传递给焓差控制的水流量调节模块(6)，焓差控制的水流量调节模块(6)根据PID控制将水阀的控制信息送给输出模块(7)；

输出模块(7)再将控制指令输出给执行器，以控制系统风阀和末端盘管水阀。

2.如权利要求1所述的基于VAV空调新风优化分配的控制器，其特征是：所述存储模块(2)，其中预先存储的室内人数与时间的函数关系，具体为：P(t)＝a₀+a₁(t-t₀)+a₂(t-t₀)(t-t₁)+…+a_n(t-t₀)(t-t₁)…(t-t_n)，

记录在特定时刻t_i室内的实际人数P_i，即：P(t_i)＝P_i，i＝0，1，…，n，

其中：

t——时间

t_i——第i个特定的观测时刻

P(t)——t时刻室内人数计算值

P_i——t_i时刻室内的实际人数

将以上各式联立，解得系数a₀，a₁，…a_n，也先写入存储模块中，供新风量计算和控制模块(3)调用。

3.如权利要求2所述的基于VAV空调新风优化分配的控制器，其特征是：系数a₀，a₁，…，a_n允许修改设定。