VAV末端在房间温度及CO2控制应用的探讨

绿色建筑评价是几年建筑行业热门话题, 绿色建筑的室内环境质量评价指标主要包括温度问题、日光照明及声问题、空气质量等方面。本文重点讨论房间的温度控制及CO2浓度 (可代表空气质量) 控制。

房间温度控制是以安装在房间内的温度传感器检测出的数据为指标, 来控制房间温度。空气质量的影响因素有多个方面, 其中CO2浓度的影响是主要因素。因而当前主要以CO2浓度作为主要指标, 来控制房间新风的送风量。通过检测回风管内CO2浓度来调节新风阀和回风阀的比例, 来实现变风量空调系统新风量的方案, 是目前解决房间空气质量问题上的主流方案 (以下称为主流变风量空调系统) , 而独立变风量新风机+CO2控制的变风量末端组成的新风系统 (以下称为变风量新风机+CO2控制的变风量末端系统) 的方式应用比较少, 但是在解决房间空气质量问题上效果更加明显。

一、主流变风量空调系统控制介绍

主流变风量空调系统通过安装在末端的VAV来控制房间的温度, 通过安装在回风管道上的CO2传感器以调节新风阀和回风阀的比例, 来控制房间CO2浓度。

(一) 房间温度控制

房间的温度控制是通过安装在各个房间的温控面板实现对房间的温度控制, 针对项目运营期在温度控制方面出现的主要问题进行分析。

(1) 房间温度分为就地控制和远程控制, 在运营过程中大多数的客户反应在实际控制时, 现场办公人员经常手动设定温控面板温度引起BA操作人员无法正常管理各VAV末端。对于这个问题是所有项目管理的共同难题, 一般的解决方式有两种, 一是与办公人员协商, 根据大楼管理要求统一进行房间温度设定, 另外一种是BA调试工程师在编辑程序时, 设置VAV温控面板每日凌晨自动刷为自动模式。

(2) 检测不到VAV送风风量, VAV运行过程因为风管振动或者其他原因, 造成VAV的取压管的脱落或弯折, 引起风量无法控制。根据风阀开度、需求风量、实际送风量判断是否为取压管出现问题, 安排人员现场检查。

(二) 主流变风量空调系统末端的静压控制

风系统的正常稳定运行与末端静压控制关系非常大, 是系统能否自动运行的关键, 目前很多涉及VAV的项目有一个共同特点, 即风平衡没做或没达到设计要求, 风系统都是带病运行, 造成系统运行时出现温度无法准确控制、风管振动、噪音过大等问题。

(1) 风平衡工作一定要按照设计和使用要求完成。

(2) 为了保证风管压力的精确, 在风管压力要选择合理量程的传感器, 本人曾遇到一个项目静压传感器选择的量程是2000pa, 而实际上大多数的风管末端的静压是200-400pa之间, 因为选择的量程过大造成测量值和控制不精确。

(3) 理论上风管的静压传感器安装于主风管末端1/3处的直管段上, 但是在绝大多数项目上, 因各种条件限制, 主风管末端1/3处往往并非最佳安装点, 需要通过现场测试来找到最佳检测点。

(4) 末端静压的设定值最好每年进行一次修正, 因为随着设备使用, 系统的送风力、风阻、泄露度甚至末端设备等都会发生变化。

(三) 主流变风量空调系统新风量的控制逻辑

当前主流变风量空调系统通过安装于回风管道上的CO2传感器的实测值与CO2设定值比较, PID调节新风与回风的比例, 混合气流经过冷热盘管后送到房间的末端VAV控制房间, 调节房间温度和回风管道CO2在指标范围内。

其控制逻辑如下:

变风量空调系统新风量控制过程的缺陷:

(1) 大多数的项目不会将回风管布置到各个房间, 各区域的CO2浓度分布并不均匀, 单纯的通过检测回风管CO2浓度会造成部分区域CO2过高过低现象, 不能很好的控制房间CO2浓度, 也会造成能量的浪费。

(2) 系统控制延时较大, 大多数的办公楼只有一个回风口, 像会议室场所会议人员增对时CO2浓度的突然增高, 不能很快的反应的回风管中。

(3) 因为整个系统只安装了一个CO2传感器, 在使用过程一个CO2传感器的数据异常会引起整个系统出现问题。

二、变风量新风机+CO2控制的变风量末端系统介绍

变风量新风机+CO2控制的变风量末端系统只是单纯的CO2控制, 对于房间的温度依然采用的是变风量空调机组+VAV变风量末端。作者根据自己在项目上的经验发现, 这种组合方式看上去繁琐, 但是在房间CO2浓度控制方面效果还是非常好的, 值得推广。

(一) 变风量新风机的配置

现在市场上的新风处理机组有两种, 一种是带热回收装置的处理机组, 一种是不带热回收的新风处理机组。随着国家对建筑能耗的要求越来越高, 减少将来使用时的成本投入, 现在设计院设计时都会采用热回收装置的处理机组。

本文选择带热回收装置新风处理机组, 在保证房间压力温度稳定的基础上通过热回收可以实现节能, 节能效果达到25%以上。

(二) 变风量末端配置

VAV BOX根据房间的温度与房间温度设定值的比较, 自动调节VAV BOX风阀开度实现对房间的风量控制。当房间的负荷过大时能够保证房间的送风量不超过最大的设计风量, 当房间负荷过小时保证房间的送风量不会低于最小设计风量。

本文提到的CO2控制的变风量末端与VAV BOX类似, 区别在于将现场的VAVBOX末端温控面板换成了CO2传感器, 通过房间的CO2与房间CO2设定值的比较, 在保证房间最大风量最小风量的基础上实现对房间的CO2浓度控制。

其控制逻辑如下:

在武汉某项目楼宇自控系统的施工中, 项目采用的VAV控制器为西门子550-440, 550-440本身是由西门子推出的温控控制型VAV, 通过编程的方式改为CO2控制型VAV。经过半年的观察无论是在会议室、办公室还是大空间, CO2的浓度都能够得到很好的控制。因为每个办公室、会议室、大空间都均匀的配置了CO2型变风量末端, 所以在不存在延时和死区的问题。

存在的难点:

(1) 市场上的大多数变风量末端采用是温度控制, 这种CO2单独控制的变风量末端很少, 需要调试工程师为变风量末端编制新的程序。

本项目正是遇到这种问题, 我们组织公司工程师、西门子专家、设计院、VAV厂商等各方人员共同研究, 搭建实验模型, 反复进行测试, 通过对原有数据模型进行改变, 对控制语句重新编程等手段, 最终用常规VAV实现成功实现了房间温度和CO2的双重控制, 用户使用后反映很好。

(2) 因为市场上很少有采用CO2控制变风量末端, 因而当前的CO2传感器没有设定功能, 也就不能很好的与变风量末端配合使用。

(3) CO2的分子的摩尔质量是44, 比空气的摩尔质量大, 通常安装高度与插座高度平齐, 安装施工成本比较高。

(三) CO2型变风量末端对房间温度控制的影响

CO2型变风量末端主要是通过控制房间的CO2浓度来调节风量, 房间温度是由温控型VAV BOX实现, 因而CO2型变风量末端在调节过程中会影响到房间的温度控制效果。因而要求新风处理机组的送风设定温度要与房间温度控制指标一致, 如此保证房间在调节CO2过程中也不会造成房间温度失控, 或者控制效果不好的现象。

(四) CO2传感器与变风量末端位置对房间控制效果的影响

CO2传感器与CO2型变风量末端的布局对房间控制效果至关重要, 为了确保每个区域的CO2都能够得到有效控制, 应在每个房间配置CO2型变风量末端和CO2传感器, 从而实现控制无死角。

(五) 变风量新风机+CO2系统末端静压控制

CO2变风量末端在控制上与VAV原理相同, 都是根据设定值, 在保证最大风量和最小风量的基础上, 计算需求风量来调节风阀开度。所以在风系统的控制上与VAV风系统没有什么区别, 与前文的末端静压控制方式一致, 此处就不再做描述。

三、结束语

VAV系统作为一项成熟技术在国内外已经多年应用, 作者通过总结和整理在项目上遇到的两种VAV系统应用, 分析其优缺点及存在的问题, 并提供一些思路, 希望能为项目的设计、调试和使用提供一些参考。

摘要：近些年, 各企业单位在不断发展的同时也越来越注重办公环境的舒适性, 在对房间温度舒适性的基础上, 也对房间的空气质量提出了新的要求。本文根据作者参与的上海和武汉某项目为例总结和分析, 介绍两种房间CO2浓度及温度控制在VAV变风量空调系统中应用, 针对项目在调试和运营上的问题进行整理和总结, 提出解决方案, 使项目的运营效果更好。上海某项目, 两幢办公楼, 每幢楼15层, 项目设计有900台VAV、60台变风量空调机组, 采用的是检测回风管内CO2浓度来调节新风阀和回风阀的比例, 来实现变风量空调系统新风量的控制方式。武汉某项目, 十幢办公楼, 每幢楼5层, 项目设计有5200多套VAV、160台变风量空调机组、40台全热新风处理机组, 采用的是变风量新风机+CO2型变风量末端组成的新风系统的控制方式。

关键词：CO2浓度,变风量末端,新风量,VAV