中央空调变频风机的控制方式

    1．系统介绍

    目前的中央空调系统中，变频风机正在被广泛使用，其有如下突出的优点：节能潜力大，控制灵活，可避免冷冻水、冷凝水上顶棚的麻烦等。然而变频风机系统需要精心设计、精心施工、精心调试和精心管理，否则有可能产生诸如新风不足、气流组织不好、房间负压或正压过大、噪声偏大、系统运行不稳定、节能效果不明显等一系列问题。

    2．变频风机的静压PID控制方式

    送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气温度的热交换器，冷、热水是通过冷、热源装置对水进行加温或冷却而得到的。大型商场、人员较集中且面积较大的场所常使用此类装置。图4.7给出了一个空气处理装置中送风机的静压控制系统。

    图4.7    中央空调送风机的静压控制

    在第一个空气末端装置的75%～100%处设置静压传感器，通过改变送风机入口的导叶或风机转速的办法来控制系统静压。如果送风干管不只一条，则需设置多个静压传感器，通过比较，用静压要求最低的传感器控制风机。风管静压的设定值（主送风管道末端最后一个支管前的静压）一般取250～375Pa之间。若各通风口挡板开启数增加，则静压值比给定值低，控制风机转速增加，加大送风量；若各通风口挡板开启数减少，静压值上升，控制风机转速下降，送风量减少，静压又降低，从而形成了一个静压控制的PID闭环。

    在静压PID控制算法中，通常采用两种方式，即定静压控制法和变静压控制法。定静压控制法是系统控制器根据设于主风道2/3处的静压传感器检测值与设定值的偏差、变频调节送风机转速以维持风道内静压恒定。变静压控制法即利用DDC数据通信技术，系统控制器综合各末端的阀位信号，来判断系统送风量盈亏，并变频调节送风机转速，满足末端送风量的需要。由于变静压控制法在部分负荷下风机输出静压低，末端风阀开度大、噪声低，风机节能效果好，同时又能充分保证每个末端的风量需要。

    控制管道静压的好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在调节过程中的相互影响。此种静压PID控制方式特别适合于上下楼或被隔开的各个房间内用一台空气处理装置和公用管道进行空气调节的场合，如商务大厦的标准办公层都得到了广泛的应用。

    3．变频风机的恒温PID控制方式

    在室内空调有诸如舒适性等要求较高而空间又不是太大的空调区域内，可以使用恒温控制（图4.8）。恒温控制中必须注意以下几个方面：

   1)温控系统的热容量比较大，控制指令发出后，不是瞬间响应，响应速度慢；

   2)外界条件如气温、日照等对温控系统的影响很大；

   3)因为控制对象为气体，温度检测传感器的安装位置非常重要。

    本控制方式利用了变频器内置的PID算法进行温度控制，当通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID程序可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构（即变频器），提高或降低转速，促使测量值室温恢复到给定值，达到自动控制的效果。比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。积分运算的目的是消除静差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位。

    恒温控制中必须要注意PID的正作用和反作用，也就是说在夏季（使用冷气）和冬季（使用暖气）是不一样的。在使用冷气中，如果检测到的温度高于设定温度时，变频器就必须加快输出频率；而在使用暖气中，如果检测到温度高于设定温度时，变频器就必须降低输出频率。因此，必须在控制系统增设夏季/冬季切换开关以保证控制的准确性。

    图4.8    变频风机的恒温控制

    4．变频风机的多段速变风量控制方式

    在大型的空调大楼中，由于所需要的空气量是随着楼内人数及昼夜大气温度的变化而不同，所以相应地对风量进行调节可以减少输入风扇的电能并调整主机的热负载。人少时，如周末、星期日、节假日，空气需求量少。所以考虑这些具体情况来改变吸气扇转速，控制进风量，可减少吸气扇电机的能耗，同时还可以减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷机的热负载。

    图4.9所示为某大楼在不同的工作时段内（平时、周六、周日或节假日）的风量需求量，该风量必须根据二氧化碳浓度等环境标准来确定最少必需量。由于通常在设计中都留有一定的余量，因此可以按高速时86%、中速时67%、低速时57%的进风量来进行多段速控制。

    该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基础上进行的程序控制。

    如在某地铁线的车站内安装有2个体积小巧的可开启表冷器和4台变频风机，整个系统由计算机控制。工作人员首先按照地铁客流峰谷表编好调温程序，控制风机转速：高峰时车站温度高，变频风机吹出较大风量；人少时车站里温度相对较低，风机风量较小，从而站台的温度可控制在29℃，站厅温度控制在30℃，乘客舒适度大为提高。

    图4.9    变频风机的多段速控制

    5．总结

    变频风机的控制方式直接影响到中央空调系统的运行效果，在不同的使用场合中，只有采用合理的控制方式才能获得更高的节能效果、更好的舒适度，这里所提出的静压PID控制方式、恒温PID控制方式和多段速控制方式只是其中的几种有效方式。