樓宇自控系統(tǒng)中兩類(lèi)空氣流量計(jì)的技術(shù)對(duì)比

1、樓宇自控系統(tǒng)中兩類(lèi)空氣流量計(jì)的技術(shù)對(duì)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(shè)備，由于采集設(shè)備所采用的技術(shù)不同，大大 影響 整個(gè)自控系統(tǒng)的效果。文章詳細(xì)地對(duì) 目前 采集器所采用的溫感和壓感技術(shù)進(jìn)行 分析 ，為樓宇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供一些 參考 。 關(guān)鍵詞： 流量計(jì)溫度感應(yīng)壓力感應(yīng) 1引言筆者在設(shè)計(jì)嘉匯新城的樓宇自控系統(tǒng)時(shí)， 發(fā)展 商提出了一個(gè)要求：希望能對(duì)業(yè)主的房間提供單獨(dú)的空調(diào)流量采集，這樣就可以進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)費(fèi)。因?yàn)楫?dāng)初筆者并沒(méi)有好的思路，也考察了一些樓盤(pán)，但關(guān)于這部分的做法沒(méi)有太多可參考之處，致使關(guān)于這方面的設(shè)計(jì)被淘汰。事后筆者專(zhuān)門(mén)對(duì)這部分的技術(shù)進(jìn)行 研究 ，在HVAC系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了

2、正確選擇空氣流量采集設(shè)備的重要性。因?yàn)榧夹g(shù)安裝位置、氣流比率不同，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(cè)量技術(shù)主要是：(1)全 電子 溫度感應(yīng)技術(shù)；(2)陣列式壓力感應(yīng)技術(shù)。為此，筆者認(rèn)為全面了解這兩個(gè)技術(shù)的內(nèi)核對(duì)樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者至關(guān)重要。2空氣流量計(jì)的演變 歷史 在氣動(dòng)控制主宰歷史的 時(shí)代 ，壓力式流量計(jì)是必然的選擇，壓力感應(yīng)管將單點(diǎn)的壓力感應(yīng)換算后直接傳給控制主機(jī)。但是后來(lái)隨著變速系統(tǒng)(VAV)的出現(xiàn)，需要大量空氣流量測(cè)試設(shè)備來(lái)控制扇體的轉(zhuǎn)速，廠(chǎng)商也意識(shí)到單點(diǎn)感應(yīng)的局限性，進(jìn)而向陣列式感應(yīng)方向發(fā)展。因?yàn)榇祟?lèi)設(shè)備是通過(guò)非線(xiàn)性壓力信號(hào)的均值來(lái) 計(jì)

3、算 采樣的，必然有一些誤差存在，但是也滿(mǎn)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(shù)(DDC)逐漸替代傳統(tǒng)的氣動(dòng)控制，氣流測(cè)量需要一些格外的“轉(zhuǎn)換器”將原來(lái)的氣動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為DDC可識(shí)別的電子信號(hào)。在壓力陣列技術(shù)中，由于不同的氣壓差很小，信號(hào)轉(zhuǎn)換中的誤差就十分重要，當(dāng)然這是目前也無(wú)法保證的 問(wèn)題 之一。傳統(tǒng)的HVAC系統(tǒng)均是為實(shí)現(xiàn)基本舒適和溫度適宜而設(shè)計(jì)的，大多數(shù)系統(tǒng)額定的氣流速率最大是2500Mpm，最小800Mpm。當(dāng)然也要配置相應(yīng)粗細(xì)的通風(fēng)管道與氣流測(cè)量裝置。但隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氣流測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度均比以往要求的更高，所以新的氣流測(cè)量技術(shù)也就加入到樓宇自控的行列中，最

4、主要的就是采用了溫感技術(shù)。這樣不通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，溫感裝置就可通過(guò)各個(gè)獨(dú)立的傳感器信號(hào)直接以線(xiàn)性信號(hào)發(fā)給中央控制系統(tǒng)，另外溫感裝置也可以準(zhǔn)確的度量到氣流從有到無(wú)的狀態(tài)( 理論 上是如此，但是現(xiàn)實(shí)中很少 應(yīng)用 )，最后中央控制系統(tǒng)按照各個(gè)溫感裝置提供的平均溫度計(jì)算出需要控制的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的調(diào)節(jié)與控制。3兩種技術(shù)之對(duì)比除了溫感與壓差的測(cè)量原理不同外，對(duì)實(shí)際運(yùn)行的影響也有很多微妙的因素。31氣流波動(dòng)的影響氣流變化對(duì)如下因素影響最大：(1)各個(gè)傳感器準(zhǔn)確度的影響；(2)全采樣誤差的影響；(3)傳感器調(diào)校的準(zhǔn)確度；(4)轉(zhuǎn)換器傳輸儀調(diào)校的準(zhǔn)確度；(5)傳感探頭的安裝位置；(6)設(shè)備長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。風(fēng)機(jī)盤(pán)管的

5、各個(gè)部分，包括拐彎、接頭、扇體、壓力機(jī)和填充物均會(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生特殊的渦流，這對(duì)流量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果制造了不少的麻煩。當(dāng)然，這些影響對(duì)溫感和壓感設(shè)備也各有不同，下面是一個(gè)參考后的數(shù)字對(duì)比(測(cè)量設(shè)備由Ebtron公司提供)。311對(duì)各個(gè)傳感器準(zhǔn)確度的影響(1)溫感設(shè)備在最初測(cè)量時(shí)，溫感設(shè)備受盤(pán)管的影響最大，尤其是安裝在接近混合風(fēng)口的地方時(shí)，計(jì)量表經(jīng)常顯示嚴(yán)重錯(cuò)誤。這主要是因?yàn)闇馗性O(shè)備對(duì)熱傳導(dǎo)的感應(yīng)誤差造成的，測(cè)試的結(jié)果是傳感器讀到的數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際的溫度。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，主要是溫感傳感器自己“涼”造成的。后來(lái)我們選擇了可以自熱的傳感器，就減少了這一誤差。(2)壓感設(shè)備首先看一個(gè)公式：V=(2DPp)x0

6、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(duì)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(dòng)取樣更重要，如圖1所示：例如，一個(gè)盤(pán)管內(nèi)有2kPa的總氣壓，則一個(gè)百分比的氣壓波動(dòng)將引起相應(yīng)信噪比為O05kPa的變化。而當(dāng)速度在1000Mpm，相應(yīng)壓力達(dá)到25kPa時(shí)，噪音占了全部信號(hào)的13。結(jié)果就是管內(nèi)的壓感設(shè)備放大了誤碼，尤其是在氣流低速時(shí)更是嚴(yán)重。我們得出結(jié)論，在盤(pán)管拐彎等風(fēng)速較底的位置采用壓差感應(yīng)設(shè)備是不明智的。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試結(jié)果也是一樣的。所以要采用壓感設(shè)備測(cè)量，最好安裝在直管的地方。312全采樣誤差溫感和壓感均通過(guò)速度采樣來(lái)確定一定體積內(nèi)的均速。而溫感

7、設(shè)備是直接測(cè)量其速度，壓感是通過(guò)壓力變化來(lái)確定當(dāng)前速度的。這樣就有一個(gè) 問(wèn)題 ，放置幾個(gè)采樣點(diǎn)才可以采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)呢?溫感和壓感的采樣點(diǎn)又有何不同呢?根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS03966建議的壓感設(shè)備是一個(gè)立方的管內(nèi)至少為25個(gè)。而溫感則為4-20個(gè)點(diǎn)。 理論 上當(dāng)然是點(diǎn)越多，測(cè)量數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。(1)溫感設(shè)備首先我們?cè)?1個(gè)m。的管道內(nèi)放置了4個(gè)溫感設(shè)備，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)溫感設(shè)備的數(shù)量減少一半，相應(yīng)的誤碼增加1。經(jīng)過(guò)對(duì)比我們建議一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)：大小與密度對(duì)應(yīng)表 表l管道大小(m。) 溫感設(shè)備密度(個(gè)) 0.1 2 0.1-0.4 4 l 8 2 16 (2)壓感設(shè)備理論上來(lái)講，在通過(guò)壓感設(shè)備測(cè)試平均速度時(shí)首

8、I要確定氣流的比例。由于各個(gè)測(cè)試設(shè)備的算法差別I會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的差別，因?yàn)閴焊性O(shè)備采取的是多l(xiāng)采集的方式，所以也會(huì)得到不同的測(cè)試結(jié)果。通過(guò)以下簡(jiǎn)單的理論公式也可以證明。(3)管槽測(cè)量我們首先在一個(gè)90。的鍍鋅彎槽管中進(jìn)行了測(cè)量，其內(nèi)徑約為60cmx60cm，彎管左接一個(gè)25m的直管，右接一個(gè)長(zhǎng)度為5m的直管，5m直管前加接一個(gè)離心扇，而測(cè)量的位置距風(fēng)扇34m。如圖。2所示：我們把風(fēng)速分別調(diào)到lmmin、15mrain、3mrain、45mmin和55mrain，測(cè)試結(jié)果如下：我們?cè)诎惭b變速開(kāi)關(guān)的情況下，兩者測(cè)得的數(shù)據(jù)相差無(wú)幾，但是我們?cè)诓话惭b開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下測(cè)試，溫感設(shè)備的變動(dòng)幅度為10，而壓感變

9、動(dòng)幅度為50，如圖3、4所示。這就說(shuō)明如果在回風(fēng)管道中安裝流量計(jì)，由于回風(fēng)管道沒(méi)有變速開(kāi)關(guān)，所以建議選擇溫感設(shè)備效果更好。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)越接近拐彎的地方，溫感的測(cè)試效果越好，其實(shí)壓感設(shè)備的誤碼可以通過(guò)公式(1)來(lái)證明。雖然流量計(jì)的安裝位置可以通過(guò)選擇使壓感設(shè)備的測(cè)試效果變好，但本次實(shí)驗(yàn)僅是在一個(gè)管道中進(jìn)行的，而實(shí)際的HVAC環(huán)境卻要復(fù)雜的多，所以我們建議設(shè)計(jì)者要根據(jù)環(huán)境不同而選擇不同的流量計(jì)量技術(shù)，安裝簡(jiǎn)單未必就能滿(mǎn)足實(shí)際的要求，何況安裝的工人未必將設(shè)備完全按照設(shè)計(jì)的位置來(lái)架設(shè)。(2)另外的一次測(cè)試是確定接近加濕機(jī)時(shí)哪種設(shè)備的效果更好。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫感設(shè)備不受加濕機(jī)轉(zhuǎn)速的 影響 ，而壓感設(shè)備無(wú)法采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，如圖5、6所示。4結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)者在選擇流量計(jì)時(shí)必須仔細(xì) 研究 測(cè)試后的數(shù)據(jù)才能選擇正確的設(shè)備。溫感設(shè)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(shí)候，而壓感設(shè)備用在長(zhǎng)且直的管道內(nèi)可以獲取更好的信噪比。由于管道內(nèi)速度的