基于LabVIEW的空调水系统控制研究及仿真

1 引言

　　在智能建筑中，空调系统的能耗在国民经济中所占的比重越来越大，其中水侧部件(冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风扇)能耗约占整个集中空调系统的60%-80%，因此对空调水系统的优化研究显得尤为重要。近年来，冷冻二次水泵变频节能技术已越来越多地在中央空调系统中得到应用。这种可以根据冷负荷的变化调节冷冻水流量的空调系统被称为vwv系统。

　　vwv系统中对二次泵频率的控制方式很多，主要有压力或压差控制、温度或温差控制、流量控制、阀门开度控制等，但这些控制方法都有各自缺点，接下来本文对广泛应用的压差、温差控制做简单分析讨论。

2 压差与温差控制的系统性能

　　2.1 压差控制法

　　通过调整二次泵组的转速来恒定供回水压差控制法称为压差控制法，在该方法中，根据系统环路特性设定控制值p，控制器根据压差传感器测得的压差△p与控制值p比较，若△p>p，则控制器降低二次泵组的转速，反之，增大二次泵的转速。控制方框图如图1所示。

图1 压差单闭环控制方框图

　　压差控制有几个缺点，首先，设定制值p不好确定；其次，为了满足最不利环路负荷，设定压差往往较大，不利于节能；再次，在压差控制法中，由于负荷端压差恒定，当整个环路流量趋于零时，环路压降趋于设定值p，而不是趋于零，如图2所示。

图2 冷冻水流量与供回水压差关系图

　　图2为冷冻水流量与供回水压差关系图，曲线y为理想状态下的工作压差，也就是说，当系统冷负荷降低，给定压差也应随之降低，以减少冷冻水的流量，最大化的节约能源。曲线y’为压差控制下的设定压差，不随流量的变化而改变，所以节能效果大打折扣。

1 引言

　　在智能建筑中，空调系统的能耗在国民经济中所占的比重越来越大，其中水侧部件(冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风扇)能耗约占整个集中空调系统的60%-80%，因此对空调水系统的优化研究显得尤为重要。近年来，冷冻二次水泵变频节能技术已越来越多地在中央空调系统中得到应用。这种可以根据冷负荷的变化调节冷冻水流量的空调系统被称为vwv系统。

　　vwv系统中对二次泵频率的控制方式很多，主要有压力或压差控制、温度或温差控制、流量控制、阀门开度控制等，但这些控制方法都有各自缺点，接下来本文对广泛应用的压差、温差控制做简单分析讨论。

2 压差与温差控制的系统性能

　　2.1 压差控制法

　　通过调整二次泵组的转速来恒定供回水压差控制法称为压差控制法，在该方法中，根据系统环路特性设定控制值p，控制器根据压差传感器测得的压差△p与控制值p比较，若△p>p，则控制器降低二次泵组的转速，反之，增大二次泵的转速。控制方框图如图1所示。

图1 压差单闭环控制方框图

　　压差控制有几个缺点，首先，设定制值p不好确定；其次，为了满足最不利环路负荷，设定压差往往较大，不利于节能；再次，在压差控制法中，由于负荷端压差恒定，当整个环路流量趋于零时，环路压降趋于设定值p，而不是趋于零，如图2所示。

图2 冷冻水流量与供回水压差关系图

　　图2为冷冻水流量与供回水压差关系图，曲线y为理想状态下的工作压差，也就是说，当系统冷负荷降低，给定压差也应随之降低，以减少冷冻水的流量，最大化的节约能源。曲线y’为压差控制下的设定压差，不随流量的变化而改变，所以节能效果大打折扣。

　　2.2 温差控制法

　　温差控制法根据二次泵供回水温差控制二次泵组的转速，使得供回水温差维持在设定值，达到了低负荷时定温差小流量运行，节省了二次泵组的输送动力，达到节能的目的，如图3所示。

图3 温差单闭环控制方框图

　　温差计算器将计算得到的供回水温差值传给控制器，控制器将△t与预先设定的温差值进行比较，若△t△t’，则降低变频器的输出频率，若△t >△t’，则提高变频器的输出频率。

　　温差控制的缺点也很明显，温度的变化没有压差变化反映得快，因此温差控制法存在控制滞后现象，对于负荷变化频度快的系统，该控制法控制精度不高。

3 引入串级控制

　　根据上面的分析，我们知道，压差控制和温差控制在各自的单闭环控制回路中都有不令人满意之处，压差控制响应迅速，控制精度高，但由于设定值的问题节能效果大打折扣；而温差控制存在大滞后现象。如果我们能将这两种控制方式取长补短，必将提高其控制质量。于是我们引入串级控制。其系统框图如图4所示。

图4 串级控制原理方框图

　　串级控制系统比单回路控制系统多了一个副回路，从而形成双闭环。其主回路(外环)是一个定值控制系统，副回路(内环)则为随动系统。一般来说外环的被控参数滞后较大，主调节器根据外环的偏差计算出内环的给定值，内环应为一个纯滞后较小的回路，在主要扰动影像主参数前，副回路就可对其及时控制，从而提高控制质量。

　　根据上述串级控制的特点，我们将大滞后对象供回水温差作为外环参数控制对象，冷冻水流量作为内环参数来调节冷冻二次泵频率，控制方框图如图5所示。