CN105047058A - 一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台及其控制方法 - Google Patents

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CN105047058A CN201510512805.9A CN201510512805A CN105047058A CN 105047058 A CN105047058 A CN 105047058A CN 201510512805 A CN201510512805 A CN 201510512805A CN 105047058 A CN105047058 A CN 105047058A
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Abstract

本发明提供一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台及其控制方法,包括暖通空调系统、控制系统和多个实验房间;所述暖通空调系统包括空调系统和供热系统;所述的控制系统对暖通空调系统和实验房间的所有控制变量和监测变量进行控制和采集;所述的空调系统包括空气源热泵机组、空调水系统和空调风系统。基于暖通空调学科发展和创新人才培养模式的需要,按照综合性、先进性和开放性的设计思路,开发构建一套暖通空调多功能综合实验台,可完成各类实验。

Description

一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及综合空调实验平台技术领域,特别涉及一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台及其控制方法。
【背景技术】
随着经济技术的发展,人们对居住环境舒适度的要求逐步提高,中央空调系统被越来越多的应用。与此同时,在世界能源危机的大背景下,减少建筑能耗,减少中央空调的运行能耗是亟待解决的重大问题。
为了保障在建筑中的实际优化效果,需要建立暖通空调实验开发平台对具体的优化策略进行验证。目前成型实验平台仅能演示功能,不具备可二次开发、功能移植功能,而且多数淡化控制和监测装置在暖通空调设备中的作用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台及其控制方法,该实验平台能够在实际真实建筑房间内,进行实验性的研究节能优化控制的应用效果。
为解决上述问题,本发明采取的技术方案为:
一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,包括暖通空调系统、控制系统和多个实验房间;所述暖通空调系统包括空调系统和供热系统;所述的控制系统对暖通空调系统和实验房间的所有控制变量和监测变量进行采集和控制;
所述的空调系统包括空气源热泵机组、空调水系统和空调风系统;
所述的空调水系统包括冷冻水系统以及空调系统末端设备;所述的冷冻水系统包括与空气源热泵机组相连通并形成回路的冷冻水回水干管和冷冻水供水干管;设置在实验房间内的房间风机盘管和设置在气流室内的多个气流室外侧风机盘管均通过冷冻水供水支管和冷冻水回水支管分别与冷冻水供水干管和冷冻水回水干管连通;所述的冷冻水供水干管和冷冻水回水干管之间设有旁通管,旁通管上安装压差传感器和电动旁通阀;空调系统末端设备包括组合式空调机组、房间风机盘管和气流室外侧风机盘管;
所述的空调风系统包括全空气系统;所述的全空气系统包括与组合式空调机组相连通并组成回路的送风干管和回风干管,送风干管通过设置有气流室风管风阀的气流室送风支管与气流室相连通;送风干管通过设置有手动调节风阀的送风支管与实验房间的变风量箱相连通;气流室和实验房间均通过管路与回风干管相连通;
所述供热系统包括燃气热水锅炉和换热装置;所述换热装置包括大板式换热器和小板式换热器;热水回水干管和热水供水干管与燃气热水锅炉形成回路,大板式换热器、小板式换热器通过一次侧热水回水支管和一次侧热水供水支管与燃气热水锅炉连通;小板式换热器还通过小板式换热器二次侧热水供水支管和小板式换热器二次侧热水回水支管与房间供暖用风机盘管连通;大板式换热器通过大板式换热器二次侧热水供水支管和大板式换热器二次侧热水回水支管分别与组合式空气机组、房间风机盘管和气流室外侧风机盘管相连通;小板式换热器二次侧热水供水支管和大板式换热器二次侧热水供水支管上均设置有变频水泵;所述供热系统所有的供回水管路上均安装有与传感器连接的热量表、温度传感器、露点温度传感器和压力传感器,一次侧回水支管上安装有与传感器连接的电动二通阀。
所述的空调风系统还包括独立新风系统,所述的独立新风系统包括新风引入管、新风支管和排风管,控制新风量的新风阀设置在新风引入管上,新风支管开断阀控制的新风支管与送风支管连通;排风机控制的排风管设置在回风干管上。
所述的空调水系统供水干管上安装有与传感器连接的温度传感器、压力传感器、流量计、冷冻水循环水泵,供回水干管和之间有旁通管,旁通管上安装压差传感器和电动旁通阀;空调水系统支路供回水侧、依次安装冷热表、压力传感器、温度传感器,风机盘管的供回水侧安装有压力传感器;
空调风系统的所有管路上均温湿度传感器、速度传感器、焓值传感器,实验房间内安装CO2传感器,回风干管上排风管连接的两侧管路上均设置有CO2传感器。
所述的组合式空调机组包括空调箱、表冷器、加湿段、送风段、一次混合段、二次混合段,一次混合段、表冷器、二次混合段、加湿段、送风段依次连接在空调箱内,送风段内设置送风机;表冷器与冷冻水回水干管和冷冻水供水干管连通;回风干管分成两支路,两支路均设置有回风风阀,两支路分别与一次混合段、二次混合段相连通;送风段与送风干管相连通;组合式空调机组的一次混合段连有室外新风引入管,室外新风引入管上安装有新风阀;表冷器供回水管路上安装有温度传感器、露点温度传感器和压力传感器,并配备电动调节阀、平衡阀、热量表;加湿段有压差传感器,送风段安装有压差传感器,所述的送风机由变频器控制。
所述的送风干管上设置多个静压传感器。
所述的控制系统包括上位机,上位机通过工业以太网交换机连接通信模块,通信模块与下位机可编程逻辑控制器及扩展模块通信,将现场设备及传感器的信息上传给上位机,或上位机给现场设备及传感器下达控制命令;所述的上位机包括空调水系统、空调风系统、供热系统和实验房间系统四个人机界面。
一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,包括以下步骤:
1)通过送风温度设定值、实测温度、室内温度设定值共同计算出末端变风量箱的设定风量,由设定风量与实测风量的差值比例积分调节末端风阀开度,以控制末端风量;
2)按照末端所需风量之和预设送风机转速n0,再根据末端风阀阀位状况微调系统的送风机转速:
当阀位开度>95%的末端风阀阀位时,送风机转速增加值为Δn=10H/N/T;当阀位开度<75%的末端风阀阀位时,送风机转速增加值为Δn=10L/N/T;
式中,N为开启的变风量末端装置数量;H为大开度阀位的变风量末端装置数量;L为小开度阀位的变风量末端装置数量;T为积分时间;
3)预设送风机转速n0与微调系统风机转速Δn共同设定系统风机的转速;具体为:
3.1)当送风机频率达到40%且持续15分钟时,系统进入低负荷状态:送风机保持最低转速,各房间温度维持不变,
当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断送风温度是否为最小值,若不是最小值则降低送风温度设定值0.1℃;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断送风温度是否为最大值,若不是最大值则提高送风温度设定值0.1℃;
实际送风温度与送风温度设定值之差调节于AHU冷水盘管流量,继而调节实际送风温度;
3.2)当送风机频率达到100%且持续15分钟时,系统进入高负荷状态:风机保持最高转速,并固定送风温度,
当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断房间温度是否为允许温度范围的最大值,若不是最大值则提高房间温度设定值;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断房间温度是否为允许温度范围的最小值,若不是最小值则降低房间温度设定值;
4)送风实际温度和房间温度设定值再次返回步骤1)作用到风量的设定。
进一步,还包括供回水压差的控制步骤:主干管的供回水压差控制可通过改变水泵转速或旁通阀调节,供回水压差设定值与实测压差值进行比较,获得偏差送给PID控制器,PID控制器通过计算获得执行器的动作量,指挥执行器动作,以实现对被控对象供回水管路的调节,最终完成供回水压差的控制。
进一步,还包括气流室温度串级控制步骤:气流室温度设定值与实测温度值进行比较,获得偏差送给PID控制器,PID控制器通过计算获得送风温度设定值,送风温度设定值与实测送风温度值进行比较,获得偏差送给控制器,控制器通过计算获得空调机组水阀开度,并指挥水阀动作,以实现对被控对象气流室内的温度调节。
一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,包括定静压的实验步骤或变静压的实验步骤;
定静压的实验步骤:保持送风干管上某一点静压恒定,实际的静压值由静压传感器检测,静压设定值与实际静压值的偏差控制变频器的输出频率以调节送风机转速,实现总风量的调节;
变静压的实验步骤:系统送风干管上的某一点或多点的平均静压值在满足最不利末端所需静压值的前提下始终为最小,保持各变风量箱的风阀的开度处于全开的85%~95%的状态,在变风量箱中设置电动风门开度反馈,送风机的控制器根据各阀门的开度判断系统静压是否满足,不足则增加送风静压设定值,过高则减少静压设定值;再根据风机与送风静压控制回路的输出,提高或降低送风机电机频率。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,是基于暖通空调学科发展和创新人才培养模式的需要,按照综合性、先进性和开放性的设计思路,开发构建一套暖通空调多功能综合实验台,可完成各类实验,包括暖通空调系统、控制系统和多个实验房间,暖通空调系统包括空调系统和供热系统。为中央空调实施节能优化先进控制策略提供验证平台,具有重要意义。本发明可以实现冷冻水一次侧变流量和冷冻水一次侧定流量的切换。具体做法是:实验平台中的冷冻水循环泵是一个变频水泵,在使用冷冻水一次侧变流量时,关闭旁通管上的电动二通阀,通过循环泵的变频调节实现对冷冻水二次侧流量的控制。在使用冷冻水一次侧定流量时,循环水泵作定频用,旁通管上压差传感器监测冷冻水供回水干管的压差值,当压差值改变,改变的电动二通阀的开度,使部分冷冻水由旁通管回到回水干管。从而控置冷冻水二次侧的流量。
进一步,本发明可以靠仅改变末端的送风装置来进行全空气系统和独立新风加风机盘管系统之间的切换,具体做法为:在使用全空气系统时,关闭风机盘管,关闭新风管道的新风支管开断阀,空气只能从送风支管经过变风量箱送入室内;在使用独立新风加风机盘管系统时,关闭回风干管的风阀,关闭变风量箱,打开新风管道的新风支管开断阀。打开风机盘管。
进一步,本发明可以在过渡季节实现全新风消除室内余热余湿。具体做法为:当室外空气焓值低于室内空气焓值时,关闭空气源热泵机组,关闭回风干管的风阀,打开新风管的新风阀,打开送风机,室外空气从送风支管经过变风量箱送入室内。
进一步,空调系统主干管供回水压差控制方法,采用PID控制器进行自控制,以实现对被控对象供回水管路的调节,最终完成供回水压差的控制,控制效果良好。
进一步,气流室温度串级控制方法,通过串级控制可以增加气流室房间温度控制的调节时间,并降低问题误差,获得较好的动态调节特性。
本发明的定静压的实验步骤或变静压的实验步骤,控制简单,准确,能够有效的实现总风量的调节。
本发明可以通过多种不同形式的控制调节方式来达到末端房间所需的室内环境要求。其中送风温度再调控与变静压联合控制下的变风量系统调节方法,控制准确,此末端的控制方法采用串级控制,有效保障了稳定性。
【附图说明】
图1为全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的空调风、水系统原理图;
图2为全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的热水系统原理图;
图3为全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制系统网络结构图;
图4为送风温度再调控与变静压联合控制下的变风量系统调节方法;
图5为空调系统主干管供回水压差控制原理图;
图6为空调系统主干管供回水压差控制结果;
图7为气流室温度串级控制原理图;
图8为气流室温度控制结果。
其中:1.空气源热泵,2.旁通管,3.压差控制器,4.冷冻水循环泵,5.电动二通阀,6.组合式空气机组,7.表冷器,8.加湿断,9.送风机,10.送风段,11.回风口,12.二次混合段,13.送风干管,14.手动调节风阀,15.送风支管,16.变风量箱,17.新风支管,18.新风支管开断阀,19.房间风机盘管,20.新风引入管,21.新风阀,22.回风干管,23.排风管,24.排风机,25.实验房间,26.总送风干管压力传感器,27.冷冻水回水干管,28.冷冻水供水干管,29.冷冻水供水支管,30.冷冻水回水支管,31.气流室外侧风机盘管,32.气流室,33.回风风阀,34.送风支管压力传感器,35.冷冻水管压力传感器,36.气流室风管风阀;
37.燃气锅炉,38.热水回水干管,39.热水供水干管,40.大板式换热器,41.小板式换热器,42.小板式换热器二次侧热水供水支管,43.大板式换热器二次侧热水供水支管,44.房间供暖用风机盘管,45.小板式换热器二次侧热水回水支管,46.大板式换热器二次侧热水回水支管,47.一次侧热水供水支管,48.一次侧热水回水支管,49.一次侧热水循环泵,50.变频水泵;
100.上位机,101.工业以太网交换机,102.通信模块,103.下位机:可编程逻辑控制器PLC及扩展模块,104.现场设备及传感器。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明做进一步详细说明:
本发明一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,包括暖通空调系统、控制系统和多个实验房间25。所述暖通空调系统包括空调系统和供热系统。
图1所示,空调系统:空调系统包括空气源热泵机组1、空调水系统和空调风系统;所述空调水系统包括冷冻水系统以及空调系统末端设备;所述的冷冻水系统包括与空气源热泵机组1相连通并形成回路的冷冻水回水干管27和冷冻水供水干管28;设置在四个实验房间25内的房间风机盘管19和设置在气流室32内的三个气流室外侧风机盘管31均通过冷冻水供水支管29、冷冻水回水支管与冷冻水供水干管28和冷冻水回水干管27连通。所述的空调水系统供水干管28上安装有温度传感器、压力传感器、流量计、冷冻水循环水泵4,供回水干管28和27之间有旁通管2,旁通管2上安装压差传感器3和电动旁通阀5。空调水系统支路供回水侧29、30依次安装冷热表(或流量计)、压力传感器、温度传感器,可获得各支路详细的水力参数。风机盘管的供回水侧安装有压力传感器35,可检测各盘管的压力降。
空调风系统包括全空气系统、独立新风加风机盘管的独立新风系统;所述的全空气系统包括与组合式空调机组6相连通并组成回路的送风干管13和回风干管22,送风干管13通过设置有气流室风管风阀36的气流室送风支管与气流室32相连通;送风干管13通过设置有手动调节风阀14的送风支管15与实验房间25的变风量箱16相连通。送风支管15上还设置有通过新风支管开断阀18控制的新风支管17。气流室32和实验房间25均通过回风支管与回风干管22相连通;回风干管22上开设有排风机24控制的排风管23。所述的风系统中的送风干管13送风支管15上安装有压力传感器34、手动开断阀14和变风量箱16。送风支管15上另开一段新风管道17并安装新风支管开断阀18。可以通过新风支管开断阀18和变风量箱16的通断来实现全空气系统和独立新风加风机盘管系统之间的转换。具体做法为:在使用全空气系统时,关闭风机盘管19、31,关闭新风管道17的新风支管开断阀18,空气只能从送风支管15经过变风量箱16送入室内;在使用独立新风加风机盘管系统时,关闭回风干管的风阀23,关闭变风量箱16,打开新风管道17的新风支管开断阀18。打开风机盘管19、31。
空调系统末端设备包括组合式空调机组6和七台风机盘管19、31;组合式空调机组6包括空调箱、表冷器7、加湿段8、送风段(含送风机9)10、一次混合段11、二次混合段12等多部分,表冷器7供回水管路上安装有温度传感器、露点温度传感器和压力传感器,并配备电动调节阀、平衡阀、热量表。加湿段8有压差传感器。送风段10安装有压差传感器,所述送风机9由变频器控制。组合式空调机组6的一次混合段11连有室外新风引入管20,室外新风引入管上安装有新风阀21。可以通过新风管20和回风干管22上安装回风阀33的开断来实现过渡季节全新风直流系统与空调全空气系统的转换。一次混合段11、表冷器7、二次混合段12、加湿段8、送风段(含送风机9)10依次连接。表冷器7与冷冻水回水干管27和冷冻水供水干管28连通;回风干管22分成两支路,两支路均设置有回风风阀33,两支路分别与一次混合段11、二次混合段12相连通;送风段(含送风机9)10与送风干管13相连通。
空调水系统循环的流程:空调冷冻水回水流入空气源热泵机组1,经过降温后通过冷冻水供水干管28流入冷冻水循环系统,通过冷冻水供回水支管29、30流入空调末端。实验平台可以根据冷冻水供回水干管之间的旁通管2上安装的压差传感器3,调节冷冻水变频水泵4的频率来控制供回水之间的压差变化。可以实现冷冻水一次侧变流量和冷冻水一次侧定流量的切换。具体做法是:实验平台中的冷冻水循环泵4是一个变频水泵,在使用冷冻水一次侧变流量时,关闭旁通管2上的电动二通阀5,通过循环泵的变频调节实现对冷冻水二次侧流量的控制。在使用冷冻水一次侧定流量时,循环水泵4作定频用,旁通管2上压差传感器3监测冷冻水供回水干管(27、28)的压差值,当压差值改变,改变的电动二通阀5的开度,使部分冷冻水由旁通管2回到回水干管。从而控制冷冻水二次侧的流量。
空调风系统循环的流程:室外新风通过带有温湿度、速度、焓值传感器的新风引入管20进入组合式空调机组6,经过一次混合段11,与回风干管22的一次回风进行混合,进入表冷器7进行冷却,再进入二次混合段12与二次回风进行混合,之后进入加湿段8进行湿膜加湿,最后送风段10利用送风机9进行送风。送出的风进入送风干管13、送风支管15、变风量箱16,通过变风量箱中的风阀控制开度进行送风量的调节。送风与室内的空气混合后,调节室内的温湿度,通过回风支管汇聚到回风干管22中,一部分回风经过排风管道23,通过管道风机24排进大气,另外一部分回风送入一次混合段11进行下一轮的风循环。
如图2所示,供热系统:所述供热系统包括一台燃气热水锅炉37、热水系统和四个换热装置;所述换热装置包括一个大板式换热器40、三个小板式换热器41,板式换热器配有各自的变频水泵50,各变频水泵50分别由各自变频器进行控制。热水回水干管38、热水供水干管39与燃气热水锅炉37形成回路,热水回水干管38和热水供水干管39分别通过一次侧热水回水支管48和一次侧热水供水支管47与大板式换热器40、三个小板式换热器41连通。小板式换热器41还通过小板式换热器二次侧热水供水支管42和小板式换热器二次侧热水回水支管45与房间供暖用风机盘管44连通。大板式换热器40通过大板式换热器二次侧热水供水支管43和大板式换热器二次侧热水回水支管46分别与组合式空气机组6、房间风机盘管19和气流室外侧风机盘管31相连通。
热水系统循环的流程:热水由燃气锅炉37加热后进入一次侧供水干管39分别流入各个大板式换热器40和小板式换热器41,在板式换热器中与二次侧热水系统中的循环水进行热交换后,进入一次侧回水干管38,流回燃气锅炉37。二次侧循环水在小板式换热器41中得热,通过供水支管42流入房间末端的风机盘管44。二次侧循环水在大板式换热器40中得热,通过供水支管43流入组合式空调机组6以及房间末端的风机盘管19、31。热回水通过回水支管45、46流回大小板式换热器40、41。实验平台可以根据一次侧供水支管47上的安装的热量表检测其流入板式换热器的热量,在通过一次侧回水支管48上的电动二通阀调节各支路的热水流量。一次侧各支路流量的变化引起的一次侧供回水压差变化可通过供回水干管38、39上的压力传感器测得,进而控制供水干管的变频水泵49以调节整个一次侧的热水流量。
本实验平台可以利用手动开断阀14、风阀36的开断进行气流室32与实验房间25之间的切换,气流室可进行冷热工况模拟和风口性能测量,气流室外侧风机盘管31可以为气流室模拟外界环境,也可以作为环形房间的供冷供热末端。
新风控制:房间25安装CO2传感器,对室内CO2浓度进行监测,当室内人员突然变化,室内CO2浓度随之改变,CO2传感器监测到CO2浓度的改变量,并传输到控制器,调节新风阀21的开度,改变新回风比,满足室内新风量要求,消除室内余热余湿。当在过渡季节新风的焓值比室内空气的焓值低时,本系统可作为全新风直流式系统。具体做法为:当室外空气焓值低于室内空气焓值时,关闭空气源热泵机组1,关闭回风干管的风阀33,打开新风管的新风阀21,打开送风机9,室外空气从送风支管15经过变风量箱16送入室内。
本实验平台可做变风量的定静压、变静压实验,定静压的实验方法:保持送风干管13上某一点静压恒定,实际的静压值由静压传感器26检测,静压设定值与实际静压值的偏差控制变频器的输出频率以调节送风机9转速,实现总风量的调节。
变静压的实验方法:系统主送风风管13上的某一点(或几点的平均)的静压值在满足最不利末端所需静压值的前提下始终为最小,尽量保持各变风量箱16的风阀的开度处于全开的85%~95%的状态。在变风量箱16中设置电动风门开度反馈,送风机9的控制器根据各阀门的开度判断系统静压是否满足,不足则增加送风静压设定值,过高则减少静压设定值。风机再根据风机与送风静压控制回路的输出,提高或降低送风机9电机频率。
本实验平台控制网络结构图如图3所示。上位机100运行组态软件,在组态软件上可开发人机界面,实现现场数据记录、显示、管理,实现人机交互,为下位机下命令,或从下位机采集数据。可实现先进控制算法。上位机100通过工业以太网交换机101连接通信模块102,通信模块102与下位机可编程逻辑控制器及扩展模块103通信,将现场设备及传感器104的信息上传给上位机100,或上位机100给现场设备及传感器104下达控制命令。实现整个平台系统所有控制变量和监测变量的控制和采集。
监控系统的上位机采用工业控制计算机,计算机内运行组态软件,可开发人机界面,实现现场数据记录、显示、管理,实现人机交互,为下位机下命令,或从下位机采集数据。可实现先进控制算法。下位机监控系统由6块西门子PLCS7-200CPU、34块EM235扩展模块、6块CP243以太网模块及1块8口工业以太网交换机组成,上位机与PLC通过以太网交换机进行通信(借助了OPC技术)。模拟量输入点126路,模拟量输出23路,数字量输入32点,数字量输出22点,485通讯设备(Modbus协议)17路(主要是电量表),MBUS热表通讯7路。上位机利用组态王开发人机界面,通过OPC与PLC建立连接。利用485总线与现场电量模块和热表(所有热表到Mbus转Modbus模块上)进行通信。现场所有水泵和风机均为变频。PLC与水泵和风机间以模拟量(0-10VDC方式进行调控(控制频率)和监测(反馈频率)。现场电动调节水阀(7个)和风阀(7个)的控制和反馈信号均为0-10VDC。该系统可实现现场所有模拟量和数字量的采集以及现场设备的控制。
本实验平台包括空调水系统、空调风系统、供热系统、房间系统4个主要的人机界面(HMI)。通过该人机界面可实现现场数据的采集、记录、查询、管理。可对现场设备实施控制信号,并实时获得现场各类传感器测得的信号。基于人机界面可开发先进控制算法,如图4所示算法。
本实验平台除了可以进行上述实验之外,还能够对一些HVAC创新的运行控制方法进行实验,如图4所示。通过送风温度设定值、实测温度、室内温度设定值共同计算出末端变风量箱的设定风量。由设定风量与实测风量的差值比例积分调节末端风阀开度,以控制末端风量。此末端的控制方法采用串级控制,有效保障了稳定性。按照末端所需风量之和预设系统风机转速n0。再根据末端风阀阀位状况微调系统的风机转速——规定大开度阀位为>95%,小开度阀位为<75%。当阀位开度达到大阀位时,风机转速增加值为Δn=10H/N/T;当阀位开度达到小阀位时,风机转速增加值为Δn=10L/N/T;(式中N为开启的变风量末端装置数量;H为大开度阀位的变风量末端装置数量;L为小开度阀位的变风量末端装置数量;T为积分时间)。预设系统风机转速n0与微调系统风机转速Δn共同决定系统风机的转速(频率)。为保证风机高效运行,在系统风机频率过高或过低时,调整系统送风温度的设定值辅以调节。当系统风机频率达到40%且持续15分钟时,系统进入低负荷状态——风机保持最低转速,各房间温度维持不变,当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断送风温度是否为最小值,若不是最小值则降低送风温度设定值0.1℃;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断送风温度是否为最大值,若不是最大值则提高送风温度设定值0.1℃。实际送风温度与送风温度设定值之差调节于AHU冷水盘管流量,继而调节实际送风温度。当风机当系统风机频率达到100%且持续15分钟时,系统进入高负荷状态——风机保持最高转速,并固定送风温度,当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断房间温度是否为允许温度范围的最大值,若不是最大值则提高房间温度设定值;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断房间温度是否为允许温度范围的最小值,若不是最小值则降低房间温度设定值。送风实际温度和房间温度设定值再次返回作用到风量的设定。
图5为空调系统主干管供回水压差控制原理图。主干管的供回水压差控制可通过改变水泵转速调节,也可通过改变旁通阀调节。供回水压差设定值与实测压差值进行比较,获得偏差送给控制器(如PID控制器),控制器通过计算获得执行器(如变频器或调节阀)的动作量,指挥执行器动作,以实现对被控对象供回水管路的调节,最终完成供回水压差的控制。
图6为空调系统主干管供回水压差控制结果。该控制结果主要是通过调节水泵转速来实现供回水压差的控制。供回水压差设定值为0.15Bar。由图可以看出,实际压差能够跟踪设定值。为控制送风温度进而控制气流室内部温度,AHU的水阀开度不断变化,这对总管路的压力是有影响的。为了维持总供回水压力的恒定,需要不断调节供水泵的转速。由图可以看出,虽然系统水泵转速改变造成系统总流量的变化,但系统的供回水压差能够维持在设定值0.15Bar,控制效果良好。
图7为气流室温度串级控制原理图。气流室温度设定值与实测温度值进行比较,获得偏差送给控制器(如PID控制器),控制器通过计算获得送风温度设定值,送风温度设定值与实测送风温度值进行比较,获得偏差送给控制器(如PID控制器),控制器通过计算获得空调机组水阀开度,并指挥水阀动作,以实现对被控对象气流室内的温度调节。该控制原理为串级控制,包含内外两个控制环路。通过串级控制可以增加气流室房间温度控制的调节时间,并降低问题误差,获得较好的动态调节特性。
图8为气流室温度控制结果。系统稳定在某一状态一段时间后,改变送风温度设定值,此时仅对送风温度进行闭环控制,气流室内温度处于开环控制。送风温度稳定在22.5℃一段时间后,改变送风温度设定值为25℃,待气流室内温度处于气流室温度设定值±0.5℃范围时,启动气流室温度串级控制。此时,送风温度设定值是由串级控制的外环控制器(主控制器)根据实际温度和设定值偏差计算获得。发现启动串级控制初期,系统处于波动不稳定状态,经过系统自我调整,经过将近200min中的自学习后,系统温度下来,控制精度也进一步提高。

Claims (10)

1.一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:包括暖通空调系统、控制系统和多个实验房间(25);所述暖通空调系统包括空调系统和供热系统;所述的控制系统对暖通空调系统和实验房间(25)的所有控制变量和监测变量进行采集和控制;
所述的空调系统包括空气源热泵机组(1)、空调水系统和空调风系统;
所述的空调水系统包括冷冻水系统以及空调系统末端设备;所述的冷冻水系统包括与空气源热泵机组(1)相连通并形成回路的冷冻水回水干管(27)和冷冻水供水干管(28);设置在实验房间(25)内的房间风机盘管(19)和设置在气流室(32)内的多个气流室外侧风机盘管(31)均通过冷冻水供水支管(29)和冷冻水回水支管分别与冷冻水供水干管(28)和冷冻水回水干管(27)连通;所述的冷冻水供水干管(28)和冷冻水回水干管(27)之间设有旁通管(2),旁通管(2)上安装压差传感器(3)和电动旁通阀(5);空调系统末端设备包括组合式空调机组(6)、房间风机盘管(19)和气流室外侧风机盘管(31);
所述的空调风系统包括全空气系统;所述的全空气系统包括与组合式空调机组(6)相连通并组成回路的送风干管(13)和回风干管(22),送风干管(13)通过设置有气流室风管风阀(36)的气流室送风支管与气流室(32)相连通;送风干管(13)通过设置有手动调节风阀(14)的送风支管(15)与实验房间(25)的变风量箱(16)相连通;气流室(32)和实验房间(25)均通过管路与回风干管(22)相连通;
所述供热系统包括燃气热水锅炉(37)和换热装置;所述换热装置包括大板式换热器(40)和小板式换热器(41);热水回水干管(38)和热水供水干管(39)与燃气热水锅炉(37)形成回路,大板式换热器(40)、小板式换热器(41)通过一次侧热水回水支管(48)和一次侧热水供水支管(47)与燃气热水锅炉(37)连通;小板式换热器(41)还通过小板式换热器二次侧热水供水支管(42)和小板式换热器二次侧热水回水支管(45)与房间供暖用风机盘管(44)连通;大板式换热器(40)通过大板式换热器二次侧热水供水支管(43)和大板式换热器二次侧热水回水支管(46)分别与组合式空气机组(6)、房间风机盘管(19)和气流室外侧风机盘管(31)相连通;小板式换热器二次侧热水供水支管(42)和大板式换热器二次侧热水供水支管(43)上均设置有变频水泵(50);所述供热系统所有的供回水管路上均安装有与传感器(104)连接的热量表、温度传感器、露点温度传感器和压力传感器,一次侧回水支管(48)上安装有与传感器(104)连接的电动二通阀。
2.根据权利要求1所述的全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:所述的空调风系统还包括独立新风系统,所述的独立新风系统包括新风引入管(20)、新风支管(17)和排风管(23),控制新风量的新风阀(21)设置在新风引入管(20)上,新风支管开断阀(18)控制的新风支管(17)与送风支管(15)连通;排风机(24)控制的排风管(23)设置在回风干管(22)上。
3.根据权利要求1所述的全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:所述的空调水系统供水干管(28)上安装有与传感器(104)连接的温度传感器、压力传感器、流量计、冷冻水循环水泵(4),供回水干管(28)和(27)之间有旁通管(2),旁通管(2)上安装压差传感器(3)和电动旁通阀(5);空调水系统支路供回水侧(29)、(30)依次安装冷热表、压力传感器、温度传感器,风机盘管的供回水侧安装有压力传感器(35);
空调风系统的所有管路上均温湿度传感器、速度传感器、焓值传感器,实验房间(25)内安装CO2传感器,回风干管(22)上排风管(23)连接的两侧管路上均设置有CO2传感器。
4.根据权利要求1所述的全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:所述的组合式空调机组(6)包括空调箱、表冷器(7)、加湿段(8)、送风段(10)、一次混合段(11)、二次混合段(12),一次混合段(11)、表冷器(7)、二次混合段(12)、加湿段(8)、送风段(10)依次连接在空调箱内,送风段(10)内设置送风机(9);表冷器(7)与冷冻水回水干管(27)和冷冻水供水干管(28)连通;回风干管(22)分成两支路,两支路均设置有回风风阀(33),两支路分别与一次混合段(11)、二次混合段(12)相连通;送风段(10)与送风干管(13)相连通;组合式空调机组(6)的一次混合段(11)连有室外新风引入管(20),室外新风引入管上安装有新风阀(21);表冷器(7)供回水管路上安装有温度传感器、露点温度传感器和压力传感器,并配备电动调节阀、平衡阀、热量表;加湿段(8)有压差传感器,送风段(10)安装有压差传感器,所述的送风机(9)由变频器控制。
5.根据权利要求4所述的全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:所述的送风干管(13)上设置多个静压传感器(26)。
6.根据权利要求1所述的全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台,其特征在于:所述的控制系统包括上位机(100),上位机(100)通过工业以太网交换机(101)连接通信模块(102),通信模块(102)与下位机可编程逻辑控制器及扩展模块(103)通信,将现场设备及传感器(104)的信息上传给上位机(100),或上位机(100)给现场设备及传感器(104)下达控制命令;所述的上位机(100)包括空调水系统、空调风系统、供热系统和实验房间系统四个人机界面。
7.一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)通过送风温度设定值、实测温度、室内温度设定值共同计算出末端变风量箱的设定风量,由设定风量与实测风量的差值比例积分调节末端风阀开度,以控制末端风量;
2)按照末端所需风量之和预设送风机(9)转速n0,再根据末端风阀阀位状况微调系统的送风机(9)转速:
当阀位开度>95%的末端风阀阀位时,送风机(9)转速增加值为Δn=10H/N/T;当阀位开度<75%的末端风阀阀位时,送风机(9)转速增加值为Δn=10L/N/T;
式中,N为开启的变风量末端装置数量;H为大开度阀位的变风量末端装置数量;L为小开度阀位的变风量末端装置数量;T为积分时间;
3)预设送风机(9)转速n0与微调系统风机转速Δn共同设定系统风机的转速;具体为:
3.1)当送风机(9)频率达到40%且持续15分钟时,系统进入低负荷状态:送风机(9)保持最低转速,各房间温度维持不变,
当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断送风温度是否为最小值,若不是最小值则降低送风温度设定值0.1℃;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断送风温度是否为最大值,若不是最大值则提高送风温度设定值0.1℃;
实际送风温度与送风温度设定值之差调节于AHU冷水盘管流量,继而调节实际送风温度;
3.2)当送风机(9)频率达到100%且持续15分钟时,系统进入高负荷状态:风机保持最高转速,并固定送风温度,
当实测静压值与静压设定值比值小于0.9时,判断房间温度是否为允许温度范围的最大值,若不是最大值则提高房间温度设定值;当实测静压值与静压设定值比值大于1.1时,判断房间温度是否为允许温度范围的最小值,若不是最小值则降低房间温度设定值;
4)送风实际温度和房间温度设定值再次返回步骤1)作用到风量的设定。
8.根据权利要求7所述的一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,其特征在于:还包括供回水压差的控制步骤:主干管的供回水压差控制可通过改变水泵转速或旁通阀调节,供回水压差设定值与实测压差值进行比较,获得偏差送给PID控制器,PID控制器通过计算获得执行器的动作量,指挥执行器动作,以实现对被控对象供回水管路的调节,最终完成供回水压差的控制。
9.根据权利要求7所述的一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,其特征在于:还包括气流室温度串级控制步骤:气流室温度设定值与实测温度值进行比较,获得偏差送给PID控制器,PID控制器通过计算获得送风温度设定值,送风温度设定值与实测送风温度值进行比较,获得偏差送给控制器,控制器通过计算获得空调机组水阀开度,并指挥水阀动作,以实现对被控对象气流室内的温度调节。
10.一种全尺寸中央空调与集中供热综合实验平台的控制方法,其特征在于:包括定静压的实验步骤或变静压的实验步骤;
定静压的实验步骤:保持送风干管(13)上某一点静压恒定,实际的静压值由静压传感器(26)检测,静压设定值与实际静压值的偏差控制变频器的输出频率以调节送风机(9)转速,实现总风量的调节;
变静压的实验步骤:系统送风干管(13)上的某一点或多点的平均静压值在满足最不利末端所需静压值的前提下始终为最小,保持各变风量箱(16)的风阀的开度处于全开的85%~95%的状态,在变风量箱(16)中设置电动风门开度反馈,送风机(9)的控制器根据各阀门的开度判断系统静压是否满足,不足则增加送风静压设定值,过高则减少静压设定值;再根据风机与送风静压控制回路的输出,提高或降低送风机(9)电机频率。
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