VDI 3525-2007 Automation and control of air-conditioning systems - Examples.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURERegelung und Steuerung von Raumlufttechnischen AnlagenBeispieleAutomation and control of air-conditioning systems ExamplesVDI 3525Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Technische Gebudeausrstung VDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 1: Elektrote

2、chnikVDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 2: RaumlufttechnikVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: Automatisierung VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e

3、.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 91.140.30 Januar 2007January 2007Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No

4、guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 22 Regelungstechnische Grundlagen aus der Raumlufttechnik . . . . . . .

5、. . . . . . . . . 32.1 Vernderliche Betriebspunkte . . . . . . . 32.2 Hinweise zur Linearisierung des ber-tragungsverhaltens im Zusammenwirken von Wasser-/Luft-Wrmebertragern und Stellventilen. . . . . . . . . . . . . . 42.3 Sequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Raumlufttechnische Anlage (

6、RLT-Anlage) . . 123.1 Regelung der Raumtemperatur . . . . . . 123.2 Bearbeitung der Stellgre des Folge-reglers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.3 Binre Steuerungen . . . . . . . . . . . . 153.4 Ein Beispiel aus der Praxis: Labor-gebude einer Universitt . . . . . . . . . 164 Khldecke . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . . 184.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2 Verknpfung mit der statischen Heizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.3 Vermeidung von Kondensation . . . . . . 205 Kreislaufverbundsystem zur Wrme- und Klterckgewinnung (WRG). . . . . . . . . . 205.1 Proz

8、essbeschreibung . . . . . . . . . . . 205.2 Regeltechnische Beschreibung . . . . . . 22Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope of application . . . . . . . . . . . . . . 22 Basic control engineering principles i

9、n ventilation and air-conditioning . . . . . . . . 32.1 Variable operating points . . . . . . . . . 32.2 Linearisation of transfer behaviour in the interaction between water/air heat exchangers and control valves . . . . . . . 42.3 Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Ventilation and air-c

10、onditioning system (VAC system) . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1 Closed-loop control of the room temperature. . . . . . . . . . . . . . . . 123.2 Conditioning the control variable of the subsidiary controller . . . . . . . . . 133.3 Binary open-loop controllers. . . . . . . 153.4 A practical

11、example: An university laboratory building . . . . . . . . . . . . 164 Chilled ceilings . . . . . . . . . . . . . . . . 184.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2 Connection to static heating . . . . . . . 194.3 Prevention of condensation . . . . . . . 205 Integrated circuit system for

12、heat and cold recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.1 Description of process . . . . . . . . . . 205.2 Description of the closed-loop control system . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Frhere Ausgabe: 02.06 Entwurf,deutsch; VDI/VDE3525Bl.1:1982-12 zurckg.Former edition:02/06 Draft, in

13、 German only; VDI/VDE3525P.1:1982-12 withdrawn B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI 35256 Sorptionsgesttzte Khlung (SGK) . . . . . 256.1 Prozessbeschreibung . . . . . . . . . . . 256.2 Regeltech

14、nische Beschreibung . . . . . . 267 Anlagen mit VVS-Gerten (Variabler Volumenstrom) . . . . . . . . . . . . . . . . 297.1 Prozessbeschreibung . . . . . . . . . . . 297.2 Regeltechnische Beschreibung . . . . . . 30 Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 Desiccant cooling . . . . . .

15、. . . . . . . . . 256.1 Description of process . . . . . . . . . . . 256.2 Description of the closed-loop control system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Systems with VAV units (variable air volume). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.1 Description of process . . . . . . . . . . .

16、297.2 Description of the closed-loop control system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32VorbemerkungAllen ehrenamtlichen Mitarbeitern sei auf diesemWege gedankt. Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikr

17、okopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes z.B. durch Ko-pieren auf speziellem Kopierpapier des VDI mglich.Ausknfte dazu, auch z.B. zur Nu

18、tzung im Wege derDatenverarbeitung, erteilt die Abteilung VDI-Richt-linien im VDI.EinleitungDie vorliegende Richtlinie versteht sich als Nachfolge-rin der Richtlinie VDI/VDE 3525 Blatt 1 : 1982-12Regelung von raumlufttechnischen Anlagen; Grund-lagen“. Sie bercksichtigt die Tatsache, dass in derZwisc

19、henzeit eine Vielzahl von Lehrbchern erschienenist, die die Grundlagen der Regelungstechnik speziellfr RLT-Anlagen in unterschiedlicher Tiefe darstel-len. Die modernen Verfahren der RLT erfordern je-doch nicht nur fundierte Kenntnisse der Grundlagenvon Regelungstechnik, sondern darber hinaus auchdie

20、 Fhigkeit zur Entwicklung und Anwendung ber-greifender Automationsstrategien. Vor diesem Hin-tergrund will die vorliegende Richtlinie dem Anla-gentechniker und dem Regelungstechniker anhandbeispielhaft ausgewhlter Verfahren Hinweise fr dieAnwendung von Regelungstechnik in der Raumluft-technik geben.

21、1 AnwendungsbereichDie vorliegende Richtlinie befasst sich mit der An-wendung von Regelungstechnik an modernen RLT-Preliminary noteWe wish to take this opportunity to thank all the hon-orary contributors to this guideline. All rights reserved including those for reprinting, re-production (photocopyi

22、ng, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a project document without infringement ofcopyright provided, for example, special licensedVDI duplicating paper is used for copying. Informa-tion about this

23、, and also, for example, about use aspart of data processing, may be obtained from theVDI Guidelines Department at the VDI.IntroductionThe present guideline is to be seen as the successor toguideline VDI/VDE 3525 Part 1 : 1982-12 “Air-con-ditioning control; fundamental principles”. It takesinto acco

24、unt the fact that in the meantime a largenumber of textbooks has been published which dealin different levels of detail with the basic principles ofcontrol engineering, particularly for VAC systems.However, modern VAC practice calls for not only athorough knowledge of the basic principles of control

25、engineering but also the ability to design and applyhigher-level automation strategies. Against this back-ground the present guideline will provide the systemsengineer and the control engineer with informationabout the use of control engineering in ventilationand air-conditioning systems, taking dif

26、ferent controlmethods as examples. 1 Scope of applicationThe present guideline deals with the use of controlengineering in modern VAC systems. It is presentedB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 V

27、DI 3525 3 Anlagen. Durch eine aufgabenorientierte Darstellungsoll sie dem Ingenieur helfen, fr vorhandene Regel-aufgaben geeignete Lsungen kennenzulernen.Die Kenntnis von grundlegenden Begriffen und Prin-zipien der Regelungstechnik wird vorausgesetzt.Alle in dieser Richtlinie dargestellten Anlagen v

28、er-stehen sich als beispielhafte Ausfhrungsformen zurErluterung der jeweiligen regelungs- und steue-rungstechnischen Verfahren. Festlegungen ber Artund Umfang einer Anlage sind nicht Gegenstand die-ser Richtlinie.2 Regelungstechnische Grundlagen aus der Raumlufttechnik2.1 Vernderliche Betriebspunkte

29、Unter regelungstechnischen Gesichtspunkten zeich-nen sich Lftungsanlagen dadurch aus, dass sie imLaufe eines Jahres auf Grund von kurz- und langzei-tigen externen klimatischen Schwankungen, aberauch auf Grund von sich ndernden internen Strgren(innere Lasten“) stndig wechselnden Betriebsbe-dingungen

30、ausgesetzt sind. Da die meisten Regelstre-cken in Lftungsanlagen nichtlineare bertragungs-glieder sind, hat dies zur Folge, dass sich ihreParameter in Abhngigkeit vom Wert der Eingangs-gren mit der Zeit ndern. Es ist deshalb nicht mglich, einen eindeutigen Be-triebspunkt zu definieren, fr den Regelk

31、reise derLftungstechnik optimiert werden knnten. Die Re-geleinrichtungen mssen vielmehr so ausgelegt wer-den, dass sie sich robust verhalten gegenber nde-rungen der Streckenparameter, die mit nderungendes Betriebspunktes einhergehen.Wenn sich die Parameter der Regelstrecke ndern,ergibt sich ein ande

32、res statisches und dynamischesVerhalten des Regelkreises. Zwei Flle knnen auf-treten:1. Der Regelkreis neigt zum Schwingen, falls bei-spielsweise der Proportionalbeiwert der Regel-strecke sich vergrert oder das Verhltnis ausVerzugszeit und Ausgleichszeit zunimmt. Selbstwenn diese Schwingungen abklin

33、gen, ist dies keingewnschter Betriebszustand. 2. Der Regelkreis wird auch nicht optimal arbeiten,wenn die nderungen der Regelstreckenparame-ter in die entgegengesetzte Richtung wie unterPunkt 1. erfolgen. Dann sind die Reaktionen beiStrungen und Sollwertvernderungen langsamerals sie sein knnten.Beid

34、e Flle sind kritisch, weil es zu Beeintrchtigun-gen des Betriebs kommen kann. in a task-oriented form and should help the engineerto identify suitable solutions for existing controltasks.It assumes that the reader is familiar with the basicterms and principles of control engineering.All of the insta

35、llations described in this guideline areto be taken as implementations selected by way of ex-ample to help explain the corresponding open- andclosed-loop control methods. Stipulations regardingthe type and scope of an installation do not fall withinthe remit of this guideline.2 Basic control enginee

36、ring principles in ventilation and air-conditioning2.1 Variable operating pointsFrom the point of view of control systems, ventilationinstallations are characterized by being subjected toconstantly changing service conditions during thecourse of the year. This is due not only to short- andlong-term

37、external climatic fluctuations but also tochanging internal disturbance variables (“internalloads”). Since most controlled systems in ventilationinstallations are non-linear transfer elements, theirparameters will necessarily change over time as afunction of the value of the input variables. This me

38、ans that it is not possible to define a uniqueoperating point for which the control loops of theventilation system could be optimised. The controlequipment should rather be designed such that it cancope with those changes in the controlled system pa-rameters caused by changes in the operating point.

39、 When the parameters of the controlled systemchange, this results in the control loop behaving dif-ferently both statically and dynamically. Two casesmay occur:1. The control loop tends to oscillate if, for example,the proportional coefficient of the controlled sys-tem increases or the ratio between

40、 equivalent deadtime and build-up time increases. Even whenthese oscillations die away, this cannot be re-garded as a desirable operating state.2. Nor will the control loop function optimally whenthe changes in the controlled system parametersoccur in the opposite direction to that in case 1.The rea

41、ctions when faults or setpoint changes oc-cur will then be slower than they could be.Both cases are critical since impairment of operationmay be the result.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 3

42、5252.2 Hinweise zur Linearisierung des bertra-gungsverhaltens im Zusammenwirken von Wasser-/Luft-Wrmebertragern und Stell-ventilenBei wasserbeheizten Lufterhitzern besteht die Mg-lichkeit, deren nichtlineares bertragungsverhaltendurch geeignete Auswahl des Ventils so zu kompen-sieren, dass zwischen

43、dem Eingangssignal fr dasStellventil und der Leistung des Lufterhitzers den-noch ein lineares bertragungsverhalten entsteht.Das Prinzip ist in Bild 1 dargestellt.2.2.1 LufterhitzerLufterhitzer als Teil der Regelstrecke besitzen im All-gemeinen ein nichtlineares bertragungsverhalten.Normierte Strecke

44、nkennlinien fr den Wasser-Volu-menstrom als Eingangsgre und fr die Wrmeleis-tung als Ausgangsgre zeigt Bild 2. Sie werdendurch den Auslegungsparameter a charakterisiert. Jekleiner a ist, umso strker ndert sich der bertra-gungsbeiwert mit dem Volumenstrom. Weil aber derbertragungsbeiwert der Strecke

45、darber mitent-scheidet, ob ein Regelkreis instabil ist, wird im All-gemeinen bei niedrigen Volumenstrmen also beigeringem Wrmebedarf die Tendenz zur Instabilittgrer sein als bei hohen Volumenstrmen. 2.2 Linearisation of transfer behaviour in the interaction between water/air heat exchangers and cont

46、rol valvesWith water-heated air heaters it is possible to com-pensate for their non-linear transfer behaviour bymaking a suitable selection of valve so that there willnevertheless be linear transfer between the input sig-nal for the control valve and the output of the airheater. The principle behind

47、 this is shown in Fig -ure 1. 2.2.1 Air heatersAir heaters as components in the controlled systemgenerally have non-linear transfer behaviour.Figure 2 shows standardised controlled systemcharacteristic functions with the water flow rate asthe input variable and the heat output as the outputvariable.

48、 They are characterized by the designparameter a. The smaller the value of a, the morestrongly the transfer coefficient will change with theflow rate. But because the transfer coefficient of thecontrolled system also contributes to determiningwhether a control loop is unstable, in general withlow fl

49、ow rates in other words, with low heat re-quirements the tendency towards instability will begreater than with high flow rates.Bild 1. Zwei nichtlineare bertragungsglieder hier Ventil undLufterhitzer lassen sich durch geeignete Wahl der Einzelkenn-linien zu einem linearen bertragungsglied zusammenfassen.(H: Ventilhub, Q: Wrmeleistung des Lufterhitzers, V: Volumen-strom Heizmedium) Figure 1. Two non-linear transfer ele