总结

针对大量变风量空调系统实际运行效果不佳，因空调主与自动脱节而无法实现变风量控制功能的现象控制专业，以实际项目为例，本文主要介绍了联合调整技术在全过程的运行适配方法，包括传感器精度验证、执行器控制能力验证、系统控制逻辑优化与验证、运行效果验证。该项目经过联合运行调整，最终实现了变风量空调系统根据负荷需求自动运行。

关键词

变风量空调系统组合运行调节传感器执行器控制逻辑

作者

廖艳、陈兆文、魏征、牛利民、吴凌宇、张世东

景雪梅

0 简介

由于VAV空调系统具有舒适度高、调节性能好等优点，在我国的高档写字楼中得到广泛应用。但笔者通过对几个项目的现场评估发现，我国变风量空调系统的实际运行效果并不好，大部分项目在运行过程中直接变成了“定风量”空调系统。 ，即风机频率保持在工频，或由属性手动设置，不能根据实际负载需求自动变频。主要原因是在建设过程中，空调专业和自控专业的调整脱节，界限不清晰，管理混乱。对于新建或改建的建筑，要注意从施工阶段开始全过程调整，防止出现问题。变风量空调系统比常规空调系统的自动化要求更高，仅靠专业的空调调节无法实现变风量空调系统的自动化运行。因此，对于变风量空调系统，调整的关键环节是空调行业与自控行业的联合运行调整。

1 关于 VAV 空调系统的常见问题解答

根据笔者团队的工程实践，发现变风量空调系统中与自动控制系统相关的常见问题包括：

1）传感器不太准确。

在变风量空调系统中，最常见的现象是变风量末端装置（VAV箱）的风量传感器精度差，常见的原因是调节不带出去。由于风量传感器和自控系统本身的系统误差，以及生产厂家和自控供应商的差异，设备的机械部分与自控部分不匹配，需要重新进行现场调。其他传感器精度差主要是自控专业人员接线错误或传感器量程输入错误造成的。

2） 执行器控制不佳。

变风量空调系统的执行器包括电动风门、组合式空调机组的水阀和变风量箱的风门等附件。由于接线错误或执行器卡死，开关控制执行器经常出现控制反转或不受控制的现象。具体原因需要空调和自控专业人员同时发现。连续控制的执行器也经常无法完全关闭，主要是因为执行器没有归零。

3） 控制函数错误。

在空调设计中只描述了变风量控制要求，而自动控制设计则根据要求设计控制点，但都没有设计或解释具体的控制功能。在很多项目中，自控厂家只是使用通用程序导入自控系统，没有针对特定系统和特定需求进行编程，导致变风量空调系统无法满足用户的实际需求。

4）参数设置或个别问题影响整体运行。

在实际运行中，变风量空调系统控制参数的设置和个别问题的发生都会影响整个系统的运行。如静压设定值过高、个别采样管破裂等，导致机组一直工频运行。由于变风量箱数量众多，在调整过程中很难对所有设备进行检查和调整。一般按一定比例进行测试。因此，自控系统调整完成后，应对运行效果进行全面验证，通过运行数据发现问题。

2全过程调整技术体系

机电系统的调整是通过对建筑机电系统的检查、测试、调整、验证和优化的全过程，使建筑机电系统的性能和功能满足设计要求和使用要求，所以以保证整个工况的高效运行，满足舒适度要求。所需的程序和方法。全过程调整技术体系是基于全过程质量控制理念，结合我国工程建设管理现状，划分调整阶段，制定了规范的操作方法。整个调整过程包括调整预检、单机试运行、设备性能调整、系统性能调整、联合运行调整、季节验证6个阶段，如图1所示。运营阶段。联营调整在建设阶段接近尾声、运营阶段即将启动时实施。在一些常规空调工程中采用了全过程调节技术体系，调节效果显着。变风量空调系统的控制比常规空调系统的控制要复杂，所以联动的调节方法也不同于常规空调。变风量空调系统联动调节主要是对自控系统进行测试和验证，确保变风量空调系统与自控系统的集成可靠优化，需要跨学科实施。

图1全过程调整技术体系

3 联合操作调整方法

一般来说，联动调节是基于自动控制系统来动态验证和优化变风量空调的联动效果和性能。对于变风量空调系统，主要是在组合式空调机组、变风量箱及相关自动控制系统同时工作时进行联合运行调节。笔者结合工程经验总结了变风量空调系统联合运行调节方法，包括传感器精度验证、执行器控制能力验证、系统控制逻辑优化与验证、运行效果验证。传感器和执行器验证主要针对单点验证，确保单项功能正常。系统控制逻辑优化与验证就是针对复杂的控制需求制定详细的逻辑，并验证逻辑是否满足运行要求。上述工作的完成，可以实现系统在当前工况下的正常控制功能，但不能保证在系统动态运行过程中，所有设备和所有参数都能正常运行楼宇自控电磁水阀接线，符合当前控制要求。未来，因此需要进行运行效果验证。运行效果验证以自控系统运行数据为依据，及时发现运行过程中出现的问题，并提醒运维人员及时解决。详情如下：

1） 传感器精度验证。

①检查所有传感器的型号、精度、量程是否与所配备的仪器一致，并进行校准误差校准，检查是否符合产品技术文件的要求； ② 检查自控系统输入的传感器量程和电气参数是否正确； ③检查控制器读取的传感器数据与现场测量值及状态是否一致； ④ 现场测试需要使用经过校准、准确的仪器； ⑤ 变风量箱风量传感器读数偏差较大时，需要现场调试。

2） 执行器控制能力验证。

①检查执行器的动作特性，验证执行器的动作和动作顺序是否符合设计工艺要求； ②自控系统读取的执行器状态与现场状态是否一致； ③检查控制阀和其他执行机构，进行调节性能模拟试验，测量全行程距离和全行程时间，调整限位开关位置，标出全行程分度值，验证是否满足产品技术文件的要求。

3）系统控制逻辑优化与验证。

①根据设计原理和已有的自动控制点，优化VAV空调系统的控制逻辑； ② 自动控制厂家编程后，在系统运行时验证控制逻辑； ③ 验证发现不合理问题及时调整相关参数或修改程序。

4）运行效果验证。

①根据自控系统记录的运行数据和专家知识，建立VAV空调系统运行效果的贝叶斯模型； ②利用模型自动识别运行问题，提醒运维人员改正； ③ 使用最新的自动控制数据，不断修正模型，使其继续适应当前的空调系统。

4 案例介绍

位于北京市朝阳区大望井2号626地块的高端写字楼。这是一座超高层的办公楼。总建筑面积12.45万平方米，其中地上8万平方米，地下4.45万平方米。 4楼至40楼为办公楼层（避难所/机房楼层位于13、27楼）。

项目冷源系统为蓄冰系统，热源为市政供热。办公楼层采用变风量空调系统，分为室内和室外两个区域。内区采用单通道变风量末端送风装置；电梯厅采用单风道变风量末端内置加热盘管；外区采用并列风机动力式变风量末端送风装置，内置加热盘管。新风由新风机组集中处理，各楼层入口处设置定风量（CAV）阀。变风量机组的排气阀和过渡季节的新风阀均采用可测流量控制阀。

5 联合作业调整过程

5.1 传感器精度验证

传感器精度验证需要测量精度高的仪器，推荐使用校准仪器。例如，风速计在其范围内的测量误差应在±5%以内。在验证过程中，需要固定变风量空调机组和变风量箱的各个执行器，以防止验证过程中的数据波动。案例中测试的传感器包括：风量、变风量箱温控器温度、机组送风温湿度、回风CO2浓度、主静压、送风量传感器。验证结果如下。

1）变风量箱风量。

现场测试了总共 52 个 VAV 箱。其中7个变风量箱显示风量与实测风量偏差大于15%，其余45个小于15%。较大偏差 VAV 箱的直径均为 203 毫米（8 英寸）。这说明厂家提供的风量计算系数与实际运行中的数值存在较大差异。因此，现场对此类变风量箱的风量传感器进行了重新调校。调优结果如图2所示。

图2 VAV箱式空气流量传感器验证结果

2）变风量箱温控器的温度。

在验证准确性之前已检查安装位置，并且传感器已因不在控制气流中而移位。对21个变风量箱温控器的温度传感器进行验证，结果如图3所示。从结果可以看出，其中12个温差小于0.5℃，其余为小于1.0℃，说明温度传感器精度良好。

图3变风量箱温度传感器验证结果

3）机组送风温湿度。

随机测试了10台空调的送风温湿度传感器。从测试结果来看（见图4），可以看出传感器的精度不错。

图4 机组送风温湿度传感器验证结果

4） 额外的传感器验证。

在CO2体积分数、主静压和单位送风量传感器的校验中，笔者发现传感器的反馈值与实测值有较大偏差。经检查，发现自控系统输入的传感器量程与传感器铭牌上的量程不符。以CO2体积分数为例，对25层和26层机组的采样测试表明，传感器的反馈值远小于实测值，小于室外浓度，如表1所示。经检查，CO2体积分数传感器的实际量程为0~2 000×10-6，自控系统设置为0~1 000×10-6。修改程序后，传感器可以正常使用了。

5.2 执行器控制能力验证

执行机构校验前，将自控系统调至手动状态，不受控制逻辑影响，然后手动下达控制指令，现场观察执行机构动作。案例中抽样的组合式空调机组执行机构包括：电动水阀、CAV阀、过渡季节新风阀、排气阀、回风阀、静电除尘器、变频器。验证的数量是他们负责的11台组合式空调机组和547台VAV箱。

1） 组合式空调机组的执行器。

经验证，执行器各种问题比例偏高，其原因不仅是空调专业原因，还有自动控制专业原因，如表2和图5所示。例如，在经过验证的11台机组中，有10台变频器因参数未复位而无法远程控制，占比高达91%。

校验电动水阀时，发现水阀失控。经现场确认，控制器反馈信号与输入控制信号相反。当输入信号为10V时，阀门全开，此时反馈信号为0V，显示关闭。经检查，发现现场接线错误。另外，水阀接线有跳线问题，如图6。

图5 空调机组执行器单点调节问题统计

图6电动水阀接线

CAV阀的主要问题是中控显示无风量或无法控制风量。原因包括：采样管坏了，程序错误。在过渡季节，新风阀和排气阀都是可测量的流量控制阀，但安装后，由于阀门没有调零而导致空气阀经常关闭不严或无法控制风量。茎被卡住。如果回风阀控制反了，则为现场设置错误。重新调整图7中的设置旋钮后，控制正常。电除尘器经常会出现故障报警，一部分是由于安装时极板变形短路造成的，另一部分是由于自控专业人员接线错误或设置错误造成的。设置过程中未进行参数复位，无法远程控制变频器。

图7 回风阀正反转设置

2） VAV 盒子。

变风量箱的主要问题是阀门不可控或风量不可控。原因包括：执行器跳闸、程序错误、变风量箱断线、采样管脱落等。分布如图8所示。采样管容易脱落的地方有两个——传感器接口和执行器接口，如图 9 所示。

图8 VAV盒子中各种问题的分布

图9采样管脱落位置

5.3 系统控制逻辑优化与验证

作者根据设计原理和现有的自动控制点，对变风量系统的控制逻辑进行了优化。自动控制出厂编程后，在系统运行时验证控制逻辑。优化后的VAV空调机组控制原理图如图10-12所示。

图10变风量空调系统控制原理图

图11 变频风扇控制示意图

图12送风温度控制示意图

本例中的风量控制方式为可变静压控制方式。首先根据变风量箱需要的风量计算风机的初始频率，统计高负荷情况下变风量箱的数量（风阀开度大于90%）。当大于死区数时，增加风扇频率。阀门开度小于 70% 的 VAV 箱数）。当低负载数量大于死区数量时，降低风扇频率。死区是指非活动区。死区多主要是本案变风量箱数量较多，为防止个别变风量箱故障导致风机频率波动较大，造成风道啸叫，方便后续微调，所有自动控制参数均可调整。调整，例如步长、上下限、死区数量等。

在自控编程后，笔者根据自控系统的监测数据验证了变风量空调系统的控制功能，发现以下问题。

1）风扇变频控制不稳定。

这主要是因为变频步长太大，死区设置数量少。上述系统有大量的变风量箱。个别变风量箱问题不整改或无条件整改。如果频率步长过大，容易造成频率变化过大。因此，通过减小频率转换步长和调整死区设置的数量来克服这个问题。优化前后频率随时间变化如图13所示。

图13 空调机组优化前后频率每小时变化

2） 送风温度设定值变化缓慢。

空调机组​​在冬季和夏季提供制冷，控制逻辑相同。微调前冬夏送风温度初始设定值为15℃，调节范围为12~22℃，导致冬季送风温度变化缓慢。调整后夏季送风温度初始设定值为14℃，调整范围为12~18℃；冬季送风温度初始设定值为20℃，调节范围为16~22℃。送风温度变化明显。优化前后送风温度每小时变化如图14所示。

图14 空调机组优化前后送风温度逐小时变化

3）过渡季节新风量和排风量难以达到设定值。

经检查发现，这主要是由于新风机组和排风机机组手动控制运行台数和变频，导致实际送风量不能满足各楼层风量要求。参照变风量系统风量控制原理，对新风和排风系统进行控制和优化，实现新风量和排风量的变静压控制。图 15 优化前后。

图15 空调机组优化前后过渡季新风量逐小时变化

在联动调整中，仅验证控制功能的正确性，不能满足要求。还需要微调各种自动控制参数。只有设置符合系统的自动控制参数，才能实现变风量系统的精准调节。

5.4 运行效果验证

笔者梳理了VAV盒子在案例运行过程中的典型问题和表征，并建立了基于贝叶斯原理的验证模型。梳理出与变风量箱设备密切相关的12个常见操作问题，作为效果验证的对象。同时，选取室内温度作为关键指标，以“室内温度过高/过低”作为2个问题表征，典型问题和问题表征分别见表3、4。

构建贝叶斯网络的示意图如图16所示，其中数字1~12分别对应典型问题F1~F12，数字13、14对应问题表示E1、@ >E2 分别。选取300台相同型号的变风量箱作为样本，其人员、设备、面积等运行条件相近。

图16 VAV盒子效果验证贝叶斯网络

根据实际施工情况和工程经验，对贝叶斯网络模型中存在的条件概率进行赋值，确定先验概率，对贝叶斯网络进行迭代优化，直到精度满足要求，所有问题表示和典型问题对应的后验概率。应用模型时，输入实际运行数据，根据后验概率计算当前工况下故障问题的实际发生概率。 F1~F12和E1、@>E2对应的后验概率通过贝叶斯网络模型计算，以F1~F3为例，如表5所示，其中L1表示满足判断条件，即，故障发生； L2表示不满足判断条件，即不存在故障问题。

图17 VAV盒子运行效果验证结果（2019年3月）

6 结论

本文以一个实际项目为例，介绍变风量空调系统联合运行调节方法，包括传感器精度验证、执行器控制能力验证、系统控制逻辑优化与验证、运行效果验证。在系统控制逻辑优化过程中，不仅要验证自控系统是否满足控制逻辑的要求，还要特别注意自控参数的微调。只有准确的参数设置才能达到精细控制的要求。另外，利用自动控制系统验证运行效果，及时准确判断运行中的问题，将是未来变风量空调系统控制要求的一个新方向。

本文引文格式：廖艳、陈兆文、魏征等。变风量空调系统全过程调节技术：联合运行调节方法[J].暖通空调，2021，51 (2）: 94 -100