樓宇自控系統(tǒng)中兩類空氣流量計的技術對比

1、樓宇自控系統(tǒng)中兩類空氣流量計的技術對比摘要： 摘要在樓宇自控系統(tǒng)中采用了大批的流量采集設備，由于采集設備所采用的技術不同，大大影響整個自控系統(tǒng)的效果。文章詳細地對目前采集器所采用的溫感和壓感技術進行分析，為樓宇系統(tǒng)的設計者提供一些參考。關鍵詞： 流量計溫度感應壓力感應1 引言筆者在設計嘉匯新城的樓宇自控系統(tǒng)時，發(fā)展 商提出了一個要求：希望能對業(yè)主的房間提供單獨的空調(diào)流量采集，這樣就可以進行獨立的計費。因為當初筆者并沒有好的思路，也考察了一些樓盤，但關于這部分的做法沒有太多可參考之處，致使關于這方面的設計被淘汰。事后筆者專門對這部分的技術進行 研究 ，在 HVAC 系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了正確選擇空氣流量

2、采集設備的重要性。因為技術安裝位置、氣流比率不同，會對整個系統(tǒng)的運行效果造成巨大的影響。目前在HVAc 系統(tǒng)中最通用的空氣流量采集與測量技術主要是：(1) 全 電子 溫度感應技術； (2) 陣列式壓力感應技術。為此，筆者認為全面了解這兩個技術的內(nèi)核對樓宇自控系統(tǒng)的設計者至關重要。2空1氣流量計的演變歷史在氣動控制主宰歷史的時代，壓力式流量計是必然的選擇，壓力感應管將單點的壓力感應換算后直接傳給控制主機。但是后來隨著變速系統(tǒng)(VAV) 的出現(xiàn)，需要大量空氣流量測試設備來控制扇體的轉速，廠商也意識到單點感應的局限性，進而向陣列式感應方向發(fā)展。因為此類設備是通過非線性壓力信號的均值來計算 采樣的，必

3、然有一些誤差存在，但是也滿足了早期VAV 系統(tǒng)的需求。在80 年代中期，隨著直接數(shù)字控制技術(DDC) 逐漸替代傳統(tǒng)的氣動控制，氣流測量需要一些格外的“ 轉換器 ” 將原來的氣動信號轉換為 DDC 可識別的電子信號。在壓力陣列技術中，由于不同的氣壓差很小，信號轉換中的誤差就十分重要，當然這是目前也無法保證的 問題 之一。傳統(tǒng)的 HVAC 系統(tǒng)均是為實現(xiàn)基本舒適和溫度適宜而設計的，大多數(shù)系統(tǒng)額定的氣流速率最大是 2500Mpm ，最小 800Mpm 。當然也要配置相應粗細的通風管道與氣流測量裝置。但隨著技術的發(fā)展，對氣流測量的準確度和穩(wěn)定度均比以往要求的更高，所以新的氣流測量技術也就加入到樓宇自

4、控的行列中，最主要的就是采用了溫感技術。這樣不通過信號轉換，溫感裝置就可通過各個獨立的傳感器信號直接以線性信號發(fā)給中央控制系統(tǒng)，另外溫感裝置也可以準確的度量到氣流從有到無的狀態(tài)( 理論上是如此， 但是現(xiàn)實中很少應用)，最后中央控制系統(tǒng)按照各個溫感裝置提供的平均溫度計算出需要控制的參數(shù)2來實現(xiàn)及時的調(diào)節(jié)與控制。3 兩種技術之對比除了溫感與壓差的測量原理不同外，對實際運行的影響也有很多微妙的因素。31 氣流波動的影響氣流變化對如下因素影響最大：(1)各個傳感器準確度的影響； (2) 全采樣誤差的影響； (3) 傳感器調(diào)校的準確度； (4) 轉換器傳輸儀調(diào)校的準確度； (5) 傳感探頭的安裝位置；

5、(6) 設備長期的穩(wěn)定性。 風機盤管的各個部分，包括拐彎、接頭、扇體、壓力機和填充物均會對氣流產(chǎn)生特殊的渦流，這對流量設備的測量結果制造了不少的麻煩。當然，這些影響對溫感和壓感設備也各有不同，下面是一個參考后的數(shù)字對比 (測量設備由 Ebtron 公司提供 )。 3 1 1 對各個傳感器準確度的影響 (1) 溫感設備在最初測量時，溫感設備受盤管的影響最大， 尤其是安裝在接近混合風口的地方時，計量表經(jīng)常顯示嚴重錯誤。這主要是因為溫感設備對熱傳導的感應誤差造成的，測試的結果是傳感器讀到的數(shù)字遠遠高于實際的溫度。 經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)， 主要是溫感傳感器自己 “涼 ” 造成的。后來我們選擇了可以自熱的傳感器

6、，就減少了這一誤差。 (2) 壓感設備首先看一個公式：V=(2DP p)x0 5V 指速度， DP 指壓差 DehaP ， p 指空氣密度。在大多HVAC 系統(tǒng)中，壓差相對于總氣壓是極月的數(shù)值，但是最后的信噪比在總氣壓下波動取樣更重要，如圖1 所示：例如，一個盤管內(nèi)有2kPa的總氣壓，則一個百分比的氣壓波動將引起相應信噪比為O 05kPa的變化。而當速度在1000Mpm ，相應3壓力達到 25kPa 時，噪音占了全部信號的 13。結果就是管內(nèi)的壓感設備放大了誤碼， 尤其是在氣流低速時更是嚴重。我們得出結論，在盤管拐彎等風速較底的位置采用壓差感應設備是不明智的。經(jīng)過反復測試結果也是一樣的。所以要

7、采用壓感設備測量，最好安裝在直管的地方。 3 1 2 全采樣誤差溫感和壓感均通過速度采樣來確定一定體積內(nèi)的均速。而溫感設備是直接測量其速度，壓感是通過壓力變化來確定當前速度的。這樣就有一個 問題 ，放置幾個采樣點才可以采集到準確的數(shù)據(jù)呢 ?溫感和壓感的采樣點又有何不同呢 ?根據(jù)國際標準 IS03966 建議的壓感設備是一個立方的管內(nèi)至少為 25 個。而溫感則為 4-20 個點。 理論 上當然是點越多，測量數(shù)據(jù)越準確。 (1) 溫感設備首先我們在 0 1 個 m 。的管道內(nèi)放置了 4 個溫感設備，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)溫感設備的數(shù)量減少一半，相應的誤碼增加1。經(jīng)過對比我們建議一個對應的數(shù)據(jù)：大小與密度對應

8、表表 l 管道大小 (m 。 ) 溫感設備密度 (個 ) 0.1 2 0.1-0.4 4l 82 16(2) 壓感設備理論上來講，在通過壓感設備測試平均速度時首I 要確定氣流的比例。由于各個測試設備的算法差別I會導致測試結果的差別，因為壓感設備采取的是多l(xiāng) 采集的方式， 所以也會得到不同的測試結果。通過以下簡單的理論公式也可以證明。(3) 管槽測量我們首先在一個90 。的鍍鋅彎槽管中進行了測量，其內(nèi)徑約為 60cmx60cm，彎管左接一個25m 的直管，右接4一個長度為5m 的直管， 5m 直管前加接一個離心扇，而測量的位置距風扇3 4m 。如圖。 2 所示：我們把風速分別調(diào)到lm min 、

9、 15m rain 、3m rain 、 4 5m min 和 55m rain ，測試結果如下： 我們在安裝變速開關的情況下， 兩者測得的數(shù)據(jù)相差無幾， 但是我們在不安裝開關的狀態(tài)下測試，溫感設備的變動幅度為 10 ，而壓感變動幅度為 50 ，如圖3、4 所示。這就說明如果在回風管道中安裝流量計，由于回風管道沒有變速開關，所以建議選擇溫感設備效果更好。經(jīng)過反復測試，發(fā)現(xiàn)越接近拐彎的地方， 溫感的測試效果越好，其實壓感設備的誤碼可以通過公式 (1) 來證明。雖然流量計的安裝位置可以通過選擇使壓感設備的測試效果變好，但本次實驗僅是在一個管道中進行的，而實際的 HVAC 環(huán)境卻要復雜的多，所以我們建議設計者要根據(jù)環(huán)境不同而選擇不同的流量計量技術，安裝簡單未必就能滿足實際的要求，何況安裝的工人未必將設備完全按照設計的位置來架設。 (2) 另外的一次測試是確定接近加濕機時哪種設備的效果更好。結果發(fā)現(xiàn)溫感設備不受加濕機轉速的 影響 ，而壓感設備無法采集到準確的數(shù)據(jù)，如圖 5、6 所示。 4 結束語設計者在選擇流量計時必須仔細 研究 測試后的數(shù)據(jù)才能選擇正確的設備。溫感設備主要是用在管道氣流變化較大的情況，尤其是有渦流的時候，而壓感設備用在長且直的管道內(nèi)可以獲取更好的信噪比。由于管道