基于温湿度独立控制系统的新风变风量系统分布式预测控制研究

文｜广州市设计院 李继路 刘 谨 黄 伟

杭州华电华源环境工程有限公司 胡良军

1 引言

本研究课题是基于温湿度独立控制系统中的“置换通风+冷辐射”空调系统进行的，如图1所示。冷辐射吊顶和冷梁主要负责消除室内的显热负荷，地板送新风系统（置换通风系统）负责消除室内的湿负荷。

图1 温湿度独立控制系统室内空调示意图

在南方亚热带地区，新风系统的控制至关重要，因为精确的控制才能保证冷辐射天花不会结露，确保空调系统的安全运行；另外新风负荷的能耗约占空调总能耗的50%，故新风供应按需精确控制，对空调系统的节能运行具有重要意义。

本文将重点描述在温湿度独立控制系统中，一种新颖的变风量新风系统的分布式预测控制系统，运用整套成熟和适用的控制原理进行优化控制，最终达到系统高效稳定运行的目标，从而提供一个舒适、安全的生活和工作环境，以及实现空调的节能运行。

2 新风变风量分布式控制系统简介

分布式控制系统又称为集散式控制系统，简称DCS，它是一个为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化的角度出发，按功能分散、集中管理的原则构思，采用多层分级，合作自治的结构形式，综合计算机、通信、终端显示和控制技术而发展起来的新型控制系统。

本工程的一台组合式新风空调机组负责供应较大区域的新风供应，由于房间间隔多，新风末端的VAV BOX数量较大，故该控制系统比较复杂，采用分布式控制系统是很好的选择，根据新风管网的阻力特性，采用分级、合作自治的结构形式，具体如图2所示。

图2 新风变风量系统示意图

（1）末端变风量控制器：VAV BOX是整个新风系统的最末端设备，用于房间湿度的调节控制。VAV BOX根据室内湿度的变化自动调节阀门开度，确保送入室内新风量满足室内实际动态需求；根据房间绝对含湿量的变化自动调节送风量的大小（新风机组的送出的为定状态的干空气），确保房间相对湿度值。这样较好的解除了相对湿度与干球温度的耦合关系。

（2）楼层变风量控制器：楼层电动变风量调节阀根据楼层水平送风管静压值变化以及末端VAV BOX上传总风量进行控制，自动调节变风量调节阀开度实现楼层变风量运行；楼层调节阀采用压力无关型变风量调节阀。

（3）新风机组控制器：首先将新风空调器的送风状态控制在设定范围内；其次根据送风立管的静压值变化，并根据楼层控制器上传的总风量进行控制，自动调节新风空调器的运行频率，调节送风量的输出值。

以上控制器同时自带标准通讯协议，与上一级网络控制器通信，将数据上传给网络控制器，并经网络控制器传到监控计算机。同时也接收来自监控计算机的修改参数或开关机等命令，实现远程控制。

图3 新风VAV BOX的绝对湿度预测控制示意图

3 新风VAV BOX的绝对湿度预测控制

变风量新风系统的末端装置新风VAV BOX通过绝对湿度来控制新风量。某一区域内人数的变化将改变这一区域的含湿量，含湿量的改变用来对新风进行调节。

根据湿度设定值d与实测值比较，进行VAV设定风量设定，再根据实际风量与设定风量的比较，进行新风量控制；在VAV最大风量和最小风量间调节。控制的目标是：实测湿度为设定湿度d±1g/kg。

按以下公式计算设定风量：

设定风量G设=Gmin+P1/10×（Gmax-Gmin）

Gmax：最大风量；

Gmin：最小风量；

P1：实测绝对湿度与设定绝对湿度比较，进行PID计算得到的输出值，范围为0～10。

VAV BOX根据实测得到的实际风量与设定风量G设比较进行PID计算，输出值控制电动风阀执行器，来调节阀门开度，使实际风量趋向设定风量。

这里用到了两次PID计算，由于每次控制的目标不一样，PID程序中的比例、积分、微分的参数也各不相同。需要根据现场调试来确定各个参数的值。当今的各种楼宇自控的控制器中均自带PID程序，调试人员只需调整各个参数即可，如图3所示。

4 结束语

在温湿度独立控制空调系统中，变风量新风的控制是整个控制系统中的重点和难点。通过对室内环境参数绝对湿度预测控制和新风系统各组成部分的分布式控制，不仅能较精确地控制室内相对湿度，避免辐射板结露，同时控制稳定可靠，具有很好的舒适和节能效果。