２０１３年第１７期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０机械与电子。 科技信息 变风量（ＶＡＶ）空调冷冻水系统的控制问题研究 刘小慧 （宁夏工业设计院有限责任公司。宁夏银川７５０００１） 【摘要】空调系统是一个复杂的统一的整体，空调系统的冷却水系统，冷冻水系统和风系统是一环扣一环紧密连接在一起的整体，在控制 运行中要相互配合才能最大限度的降低能量消耗。因此，设备与设备间，系统与系统间一定要协调运行，只有单个的设备达到节能不能说明系 统就节能了，要综合分析，选择最优化的控制方式和算法。 【关键词】暖通空调；冷却水系统；能量消耗；最优化控制；温度控制；流量控制；压差控制 。引言 变风量空调系统为了能够最大限度地发挥其优点．必须进行必要 的设备改造 首先．每个房间进风口必须安装变风量空调末端调节器． 与定风量相比增加了成本支出．初投资较大：其次．变风量空调系统控 制环路较多，控制对象较复杂。常见的控制方法有：房间温度控制，总 风量控制．风道定静压与变静压控制等等 就一个实际空调系统而言． 出入 在某个工况中发生的问题可能在另一个工况中又消失了 那么如何在 问题出现时将其解决．如何将复杂的控制做到最好．这些问题已成为 变风量空调自控领域研究的重心 不同。最常见的设置点有最不利末端和供回水干管两端。将压差传感 器设置在最不利末端是为了使最不利末端用户的压差能够得到保证． 这样其他支路的用户压差也能得到保证。但也可能出现，离供回水总 管最近的用户末端压差过高的现象．这是就要在最不利末端和最近末 端两处都装设传感器．取其均值．用来控制水泵转速。将压差传感器设 置在供回水干管两侧．比较方便．但是对压差的反应与实际压差有些 １送风温度控制 冷冻水环路一个支路所对应的空调末端负荷发生变化时．为了保 持送风温度不变，必须要对末端冷冻水阀开度进行控制以达到恒定送 风温度的目的。如下图１所示．送风温度控制通过送风温度设定值与 送风温度实测值的比较计算偏差．将偏差作为控制器的输入．以此控 制水阀开度．达到控制送风温度的要求 由于流体要经历一个或几个 循环才能将前一刻的温度值传输过来．因此温度控制具有滞后 邀风温 度设定能 — ———— 图３变流量压差控制 图４变流量阀门开度控制 图１送风温度控制 图２变流量温差控制 ２变流量控制 水泵在空调系统中所占能耗的比重决定了水泵变频节能的必要 ＡＰ＝ＳｘＱ 性，如何在保证冷冻水正常运行的情况下形成变流量调节．既做到满 系统水泵的总输入功率和管路阻力功耗有如下关系 足负荷要求又避免不必要的能量浪费 目前在工程实践中较常用到的 Ｎ＝ＮＪ￣Ｉ 水泵变频控制调节方式有温差控制、压差控制等 其中， ＝ × ，叼为水泵总效率； 为当前工况下的水泵效率， ２．１温差控制 般取０．８５； 为机械传动效率，一般取０．９～０．９９；仇为电机效率，一 温差控制就是使用温差调节水泵转速以达到调节流量的目的 温 般取０．７５～０．９９。 差控制在冷冻水管道上不设调节阀．直接通过采集供水温度与回水温 由以上两式可以推出．如果保持管路阻力系数ｓ不改变．即在相 度做减法得到实时温差值，将间接得到的温差值与设定温差作比较． 似工况下．那么输入功率与流量三次方成正比关系： 利用偏差调节水泵转速。如上图２所示，当水流量不发生变化时，温差 Ｎ＝ＳｘＱ３｝ 可以反映负荷的变化情况。温差控制水路中不设调节阀．因此可以利 ２＿３阀门开度控制 用相似定律分析水泵耗能情况。但是，温差信号传输较慢．控制时滞较 阀门开度控制方框图如上图４所示．阀门开度控制根据空气处理 大，控制精度不够好。温差控制对系统压力变化不敏感．可能会造成较 单元使用的．冷冻水阀开度与设定水阀开度比较得出偏差，将此偏差 大系统中最不利末端供水压力不足的问题 作为控制器的输入．调节水泵的转速。控制目的是保证所有的冷冻水 ２．２压差控制 阀中至少有一个或几个是处于全开状态，减少整个管（下转第１６０页） 压差控制中，压差传感器设置位置不同．产生的控制效果也各有 一如上图３所示．将压差传感器采集的实时压差值与设定压差值做 比较得出偏差．将此偏差作为控制器的输入，调节水泵转速。压差控制 具有较小的滞后时间．能够快速达到调节流量的目的。但是压差控制 不能准确描述负荷的变化情况．压差调节冷冻水流量不能保证冷冻水 流量跟随负荷的变化而变化 压差控制管路中设有阀门．当阀门开度 变化时水泵根据压差动作只是为了保证一个固定的扬程。也就是说， 当负荷减少时有大量的能量消耗在了阀门上 以上说的压差控制．供回水总管间的压差是个定值凸ｕＰ，水泵变速 运行与水泵以额定转速运行是两种不同的工况。不能按照相似定律分 析水泵节能效率。水路中克服流动阻力的功耗我们简称为阻力功耗， 表达式为Ⅳ口＝似△Ｐ，式Ｑ为水路中的流量；△Ｐ为水路中的压降。 可见．保持压差ＡＰ不变．阻力功耗ＮＰ与流量Ｑ成正比关系。压 降可由下式来表述： 作者简介：刘小慧（１９８５—），女，汉族，宁夏固原人，２００８年毕业于西安建筑科技大学建筑环境与设备工程专业，工学学士，助理工程师，现在主要从事暖通空调 设计工作。 １２２ ２０１３年第１７期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０高校讲坛。 科技信息 Ｐａｔｔｉｃａｌｅ Ｓｙｓ￣ｍｓ（粒子系统）等各种规则或不规则的三维物体．然后利 用Ｍｏｄｉｆｙ（编辑）命令中几十种命令对模型进行修改．让模型符合我们 的要求。应该说Ｍｏｄｉ￣（编辑）命令面板中的几十种命令是３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ建立三维模型最常用的命令．也是最关键的部分．因此对这部分 内容的掌握程度也是学习３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ的关键所在 ３．２．２给模型赋予材质 ＭａｔｅｔｉＭ Ｅｄｉｔｏｒ（材质编辑器）的使用是制作三维动画的重要内容。 当我们建立三维模型时．尽管物体的外部轮廓已经满足了我们的要 求．但是其表面的颜色和纹理与实际物体相差很多．所以模型仍不能 满足要求。此时，我们可以利用Ｍｍ￣ｉＭ Ｅｄｉｔｏｒ（材质编辑器）中材质库 给模型赋予材质．在ＭｍｅｔｉＭ Ｅｄｉｔｏｒ（材质编辑器）中提供了大约近百 种材质贴图，包括地面、金属、草地、墙砖、风景等。我们也可以根据自 己的需要通过调整材质的颜色、亮度、反光度、透明度等属性，或者直 接填加贴图，制作出所需要的材质，然后填加到模型上。使模型更加逼 真、形象。 ３．２－３动画设定 当我们建立起三维模型后就可以开始设定动画．动画设定过程主 要是利用Ａｕｔｏ Ｋｅｙ（动画设定）按钮。首先确定模型的初始状态，然后 打开Ａｕｔｏ Ｋｅｙ按钮，调整关键帧位置，调整模型在关键帧的状态（包 括位置、角度、形状等），关闭Ａｕｔｏ Ｋｅｙ按钮，完成动画设定过程。 通常这只是简单动画的设定过程．对于复杂的动画还要通过调整 Ｔｒａｃｋ Ｖｉｅｗ中关键帧的属性．以及不同模型的关键帧的相互关系来完 成复杂动画的制作 ３．２．４动画的渲染输出 就是先制作好各个子部件．然后把各个分部件在组合到一起．这样就 可以防止在制作一个复杂模型时．由于线条太多导致模型混淆不分的 现象。 ３．３．２制作复杂的模型时注意对各部件命名归类 制作复杂模型时．由于分部件太多。３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ会对各部件 按几何属性自动命名．但这些名称并不能给分部件的管理带来帮助。 因此．我们在制作过程中可以根据自己的习惯对各个部件进行命名． 并且可以根据部件的类型进行组合，这样可以方便对模型的管理。需 要注意的是．在制作动画时．首先要将各个分部件的动画设定完成后 在进行组合。 ３．３＿３制作复杂模型时多利用贴图。以简化模型的复杂程度 制作复杂模型（尤其是一些实际装备）时，由于需要创建的细节部 分非常多．所以最后形成的文件容量会非常大．这样会对模型修改以 及文件渲染的速度带来很大的影响．因此建模时尽量多使用贴图代替 某些细节部分．既减小了模型的复杂程度。又提高的模型的逼真效果。 ３．３．４加强对某些特殊效果的运用 在制作三维动画时有时会用到某些特殊效果，如爆炸、雾、雨、雪 等效果。加强对这些特效的运用，可以提高动画的逼真程度。另外，还 可以通过添加背景图片、设置和调整灯光（包括泛光灯和聚光灯）、调 整摄影机的视角等各种方法来增强模型的立体感及动画的逼真效果 ４结束语 本文对三维动画制作技术在多媒体教学软件制作中应用的重要 性及主要应用领域进行了阐述．并针对利用３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ制作三维 动画设定完成以后，可以对动画进行渲染输出 此时可以选择输 动画的步骤和方法进行介绍．对开发制作多媒体教学软件具有一定的 出单帧图片，包括ｊＰｇ、ｂｍｐ、ｒｇｂ、ｔｇａ等多种图象格式，也可以选择输出 指导意义。 视频文件，包括ａｖｉ、ｉｔｃ、ｍｏｖ等视频格式。通常情况下，一个模型简单、 长度约１００帧左右的动画大约渲染几十秒左右．而对于一个模型较为 【参考文献】 复杂、长度为几百甚至几千帧的动画．渲染时间大约需要几十分钟或 ［１］饶军辉，王捷．计算机多媒体技术的应用研究［Ｊ］．电脑与电信，２０１０（１２）． 几个小时．甚至十几个小时。对于渲染完成的视频文件．可以直接作为 ［２］董睿，张明皎．３ｄｓ ｍａｘ ６基础教程与上机指导［Ｍ］，北京：清华大学出版社 ２００７． 多媒体素材调入到Ａｕｔｈｏｒｗａｒｅ或Ｆｌａｓｈ ＭＸ等软件中进行使用。 ［３］子午影视．３ｄｓ Ｍａｘ ９完全自学手册［ｓ］．海洋出版社，２００７． ３－３ ３Ｄ Ｓｔｕｄｉｏ ＭＡＸ制作三维动画的主要技巧 ３．３．１制作复杂的模型时先分散后集中 （责任编辑：王迎迎］ 制作一个结构复杂的模型时．往往采用先分散后集中的方法．也 （上接第１２２页）网的阻力，减少水泵输送过程中消耗的能量。阀门开 低压差设定值一个步长ｎ。 度控制要求至少有一个阀门开度始终为最大．容易造成供回水温差变 最小阻力控制能否成功的关键在于两点：一、用户侧是否有能及 小，降低末端装置的运行效率。对此，应该将阀门控制与其他控制结合 时反馈各阀位的开度的传感器；二、压差设定控制规则如何制定，包括 起来，以期实现最大限度的节能控制。 增加的步长ｍ与减小的步长ｎ以及步长变化时间如何设定。 ３变流量最小阻力控制水泵的控制方式中压差控制不能反映系统负荷变化情况但调节 ４加热器出水温度控制 冬季工况一般以锅炉为热源．本课题实验研究系统较小采用两台 加热器作为空调热源 制热工况下．首先将管路系统切换为加热 所需的管路，保证与冷水机组的隔离，确保冷机的安全。电加热器出水 温度的控制原理同冷水机组一样．但是与冷水机组结构的复杂性相比 而言。加热器的条件相对简单一些，控制也要简单一些。冬季热工况加 热器供水温度一般维持在３７￣Ｃ左右．取Ｉ￣Ｃ的波动范围．即控制在 ３６￣Ｃ到３８℃之间 时间较短。温差控制可以反映系统负荷变化情况但调节时间较大．阀 门开度控制能及时反应系统负荷变化情况但容易造成供回水温差变 小，因此选择将压差控制与阀门开度控制相结合的控制方法作为本课 题的研究重点，这就是本节要说明的最小阻力控制 最小阻力控制是 在１９９３年由日本某公司开发出来．从控制原理来看这个控制方法可 以最大限度的降低管路阻力．保持相似工况 最小阻力控制具体思想是：在定压差控制运行基础上．根据用户 末端负荷变化情况阶段性改变压差设定值．以节省水泵消耗的能耗。 这种控制方法的关键是通过什么手段重设压差值。首先要求用户侧有 能及时反映负荷情况的信号，冷冻水系统中冷冻水阀阀门开度的变化 可以成为用户侧负荷变化产生的一种反映。当用户侧负荷减小时冷冻 水阀门开度减小；当用户侧负荷增加时冷冻水阀门开度增大。利用阀 门开度的变化向压差设定控制器发出重设信号。最小阻力控制算法如 下： ５结束语 总之，但在实际工程中由于设备、安装、自动控制等多方面原因， 冷冻水系统实现变流量调节的节能状况不尽人意．因此冷冻水变流量 依旧在研究中具有很大的潜力．数据表明改善部分负荷下的冷冻水 泵调节，可取得３０％的节能效果，可见冷冻水系统节能研究任重而 道远。ｅ 一 （１）采集用户侧末端冷冻水阀各个阀位开度大小．比较选择当前 【参考文献】 最大阀位： ［１］李彬．变流量压差控制的节能分析与探讨［Ｊ】．制冷空调与电力机械，２００６（５）： （２）如果当前最大阀位大于９５％，则判断系统压差过小，则压差设 ２１—２４． ［２］王厉压差控制法用于变水量空调系统明．中国给水排水，２００３，１９（３）：６６—６８． 定值增加一个步长ｍ： （３）如果当前最大阀位处于７０％到９５％之间．则压差设定值保持 ［责任编辑：汤静］ 当前值不变： （４）如果当前最大阀位小于７０％。则判断系统压差过大。此时应降 １６Ｏ
