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上海国金中心二期变风量空调系统控制介绍

 

 

1 项目概况

上海国金中心(IFC)二期由香港新鸿基地产开发,位于埔东陆家嘴金融贸易核心区,集聚了多家外资企业驻中国总部。该大楼总高度为260米,共56层。其中标准办公楼层共45层。每层面积约2500平方米。大楼的空调系统由新风处理机组(PAU),空气处理机组(AHU),串联式带风机变风量箱(FPVAV)组成。

2 Webs系统的应用

该大楼的楼宇自控系统采用了美国Honeywell公司基于JAVA应用架构楼宇自动化系统——WEBs系统。Webs系统能确保整个工程提供的设备为先进的、节能的、便于维护、操作方便,自动控制、技术经济性能符合规格书的要求,既满足高度智能化和系统集成化的技术要求,又能满足系统今后升级换代及系统扩展的需要。

标准层空调的的设计如图一:

 

 

      图1. 标准层空调及风管示意图

每个标准层分南北两个空调机房,每个空调机房内设置一台AHU,分别与核心筒外围的环型主送风管相连。AHU的新风由设置在设备层的PAU供应,每个AHU的新风管设置CAV。FPVAV末端共有100多套,一次风由环型主风管供应,分布于整层办公区域。

FPVAV控制器业主已指定了某品牌支持BACnet MS/TP协议的VAV控制器。空调机房DDC控制器采用了Honeywell PUB6438.该控制器同样支持BACnet MS/TP。

每个楼层采用一个WEB600网络控制器。每台WEB600最多可支持5条RS485总线,实际应用中把整个层面的VAV控制分为东、西、南、北四个区。每个区采用一条独立的总线,同时二个AHU的DDC采用一条总线。总线分配方式为:总线1东区VAV,总线2南区VAV,总线3西区VAV,总线4北区VAV,总线5 AHU控制器PUB6438、CAV。楼层WEB600之间采用以太网方式联结,如图2。

 

                                图2. 网络拓扑图

 

这种拓扑结构带来的优势:

1)、每层均独立控制,互不干扰,即某个楼层发出故障现象而不影响其他楼层的系统正常运行。

2)、使PAU,AHU,FPVAV,CAV成为真正的一个空调整体,从系统编程,通讯,数据采集等均为楼层为单位独立开,增加了系统的稳定性及可靠性。

3)、总线分布合理,每条总线所带设备为30个左右,同时控制AHU的DDC与FPVAV总线分开,避免不同品牌的控制器之间的相互干扰,提高的通讯效率,减少了网络的通信负载。                          

4)、网络控制器WEB600(主频250MHZ,256M内存),在这样的分配下使得该网络控制器资源分布合理,在最佳的状态下运行自如。

 

 

 

3 变风量空调处理机组机的控制器

3.1总风量法在变风量空调处理机组机上的应用

根据AHU主送风管及VAVbox分布的特点同时结合业主对楼层出租及二次装修的要求(整层出租,敞开式办公),该项目对变风量空调处理机组(AHU)采用了总风量控制,是到目前为止总风量控制在项目上应用的比较成功的一个。总风量控制法在控制上具有比变、定静压控制简单得多的结构。同时避免使用压力传感器(环型风管的最不利端的压力测量点非常难确定)。此外,也不需要变静压控制时的VAV控制器的高、低位阀位信号(仅作为辅助控制)。这种控制系统结构上的简化,增加了控制系统可靠性。

具体方式是根据楼层上所有FPVAV的需求风量的累加值与系统当前总送风量(二台AHU总风量之和)相匹配的方式,直接将各个末端的需求风量之和作为总送风量设定值来控制风机转速,VAV根据房间温度及设定值的差值来调节新风阀的开度大小调节风量的大小,以满足负荷要求,WEB600网络控制器采集所有送风区域内的每个末端的需求风量,进行累加计算后,调整空调送风机转速,使总送风量等于总末端风量之和。系统按实际负荷需求提供所需风量,真正作到需要多少风量就供应多少风量,最大的实现了节能效果。 

另外,在调试过程中需要注意的有以下几个方面:

1)在做FPVAV风量累加时,需要考虑个别PFVAV控制器离线或者风量值出现错误的情况下,将自动剔除该风量值。从而防止风量累加出现错误而引起变频器的误动作。

2)在AHU 送风总管上安装的风量传感器需要进行现场校验,保证侧得的值能真实反映实际的送风量的值。

3)因为考虑到是环型风管保证二个AHU送风量基本相等,AHU必须以同频率的方式进行同时调节。

4)变频器上需设置“最低频率值20 Hz”,“最高频率值50 Hz”“斜坡上升时间60 s”“斜坡下降时间60 s”。防止出现低频率而影响电机使用寿命,或者出现频率忽上忽下的抖动,同时在控制软件中也做相应的限制设置。

5)因为该建筑为玻璃幕墙结构,考虑到个别最外围端FPVAV的一次新风量有可能不够,AHU 的送风风量需要在该基准频率上累加进行二次设定。此二次设定参考了变静压的做法,判断外围每个变风量箱的风门位置(高或低),计算方法为 :

设定风量 = 总需求风量x((1 +(风门高位的数量/参与计算的PFVAV数量))x系数

其中,此系数与风管结构、施工质量、风管漏风率等有关,需要在实际的运行中反复测试进行修正后得出。

6)、东,西,南,北四个区域,每个区域均有一个总控制点,该控制点在自动状态下与AHU连锁,在手动状态时。该控制点可进行人为进行强制开关,当被强制关闭时,FPVAV将进入Shut Down Mode, 风门、风机将被关闭同时不参与连锁控制。同时该区域的需求风量也不参与到总风量的累计值中。

7)、根据变频器的特性(风量和频率的特性曲线)及总需求风量和总实际风量的PI调节AHU的频率以计算变频器的基准频率,从而获得所需求的送风量。当风量需求变化时,控制程序需要及时能反馈到AHU频率的变化上,基本上在20 s左右就能够及时追上需求风量,使得送风风量与需求风量吻合。变频器开始响应的动作变化平稳及时,没有出现忽高忽低的状况。如图3

 

                          图3. 空调机风量及频率历史曲线图

3.2 CO2浓度的控制

AHU新风口安装有CAV定风量装制,回风总管安装了CO2浓度传感器,主要作用为调整AHU的新风量,保证办公区域的空气品质,提高人体舒适度。当AHU运行时,CAV的风门将根据AHU回风总管的CO2浓度值进行调节新风量。(其实它也可以算是一种变风量装置)

CO2浓度设定值为可调。当CO2浓度大于设定值时,将加大新风量(直至最大新风量),二氧化碳浓度小于设定值将减小新风量(直至最小新风量)。当然,在过渡季节,CAV以最大风量运行,即减少能耗,又保证足够的新风。需求的新风量在CAV的最大风量和最小风量之间调整。AHU 的新风由安装在设备层的PAU供应,当AHU启动时,PAU将连锁启动。

 

3.3 AHU送风温度的控制

国金中心的AHU采用了低温送风,夏季14 °C.根据AHU 的送风温度设定值与实际送风温度进行比较PI调节二通电动阀的开度,使送风温度维持在设定值范围内。

在调试过程中需要注意的一个细节:

在运行过程中可能出现以下二种极端情况,当AHU送风达到最低频率,室内温度还是过低;当送风频率满频时,温度也达不到需求温度;

根据这个情况需要对送风温设定值进行偏差休正. 休正的方式可以根据室外温度进行调整。可使用WEBs编程功能模块“AIA”自动计算设定值,当室外温度高于30℃时,设定值最低14℃,当室外温度低于20度,设定值为16℃,同时还需要考虑高区,低区的室外温度不同的情况。

送风温度的设定对AHU系统的整体工作效率至关重要。送风温度过低容易造成区域温度降温过度,送风温度过高也使得区域温度偏高,使得能耗增加。因此,调节出合适的最低送风温度,需要在实际调试中反复测试。

 

AHU完整的监控示意图如图4。

 

图4. 空调机监控页面

总结

以上对国金中心二期标准办公楼层的空调自控系统设计,调试时的技术细节进行了总结。总体来讲,针对45个标准层的总风量控制在调试过程中花费了很多的精力和时间,每个楼层均做了如图3那样的历史趋势记录,保证每个楼层的空调在运行时的曲线都是比较完美的。同时Honeywell WEB600控制器的表现比较出色,充分体现了它的集成性,兼容性,稳定性和可扩展性, WEB600控制器连接了将近100多个第三方支持BACnet MS/TP的VAV控制器及PUB6438控制器,通讯总体比较顺畅,速度响应比较快,没有出现掉线、死机、数据刷新过慢等不正常现象。

由于采用了总风量控制法,参与控制的目标对象及考虑的因素相对简单,所以该系统运行2年多来一直比较稳定可靠,没有出现过大的问题。

 

参考书目录:

戴斌文、江亿等, 《变风量空调系统风机总风量控制方法》。《暖通空调》,1999 年

 

 

作者:黄海杰

公司:上海申诺科技发展有限公司

邮编:200072

摘要:本文通过对国金中心二期变风量空调控制系统在设计及调试阶段的总结,阐述了总风量法在变风量空调机组上的应用及实施中的关键事项。以及如何集成第三方控制器到BMS系统中的应用方法。

关键词:变风量系统   总风量法   变频控制   BACnet MS/TP

 

 

注意 此文曾发表于《智能建筑》杂志  2013年第12期

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