变风量(VAV)空调技术及工程应用

摘要：简要介绍了变风量空调技术，从工程角度出发对变风量空调系统的设计要点作了说明。以浙江泛海国际中心为例介绍了VAV空调技术在该项目的应用情况，为今后类似项目的实施积累了宝贵的经验和教训。

关键词： VAV变风量空调总风量控制法控制策略

中图分类号：TU831.3+5文献标识码： A 文章编号：

一、变风量空调系统定义

变风量空调系统是通过改变送风量也可调节送风温度来控制某一空调区域温度的一种空调系统。该系统是通过变风量末端装置调节送入房间的风量，并相应调节空调机(AHU)的风量来适应该系统的风量需求。变风量空调系统可根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变，自动调节空调送风量(达到最小送风量时调节送风温度)，以满足室内人员的舒适要求或其他工艺要求。同时根据实际送风量自动调节送风机的转速，最大限度地减小风机动力，节约能量。

二、变风量空调系统的分类

在目前的工程实际中，变风量空调系统主要有以下两种形式：单风管变风量系统和双风管变风量系统。其中单风管变风量系统又分为普通单风管变风量系统和单风管末端再热变风量系统。双风管变风量空调系统分别设有冷、热风管，可以根据室内的负荷情况精确地调节供冷量和供热量，在任何情况下均可满足房间的温度要求，具有调节方便、热稳定性好的特点，适合在一些舒适性要求高的空调场所使用。

变风量末端分为两种类型：变风量箱和变风量风口，其区别在于前者改变风量后再由某种形式的风口向空调室内送风，而后者则是直接在送风口处改变送风量。二者的工作特性和气流组织有很大的不同。目前常用的变风量箱有三种类型：节流型、风机动力型和旁通型。节流型变风量箱是最基本也是应用最多的一种的变风量箱，单风管型变风量箱由一个节流阀加上对该阀的控制和调节装置及外壳组成，双风管型变风量箱则由两个节流型变风量箱组成。按是否补偿压力变化，可分为压力无关型和压力有关型两种。压力无关型因反应快，室温波动小，控制稳定性好，在目前使用较普遍。

三、变风量系统设计的要点

1、空调内外分区

一般空调系统是按不同用途和使用时间进行分区的，而变风量空调系统系统的设计中，还经常按负荷特性分区，对于进深较大的空调房间宜分为内、外区，其中外区进深可取3-5m(距离外墙或外窗)。内区全年的负荷一般均为冷负荷。

2、风系统设计

2.1 空调机组选型

空调机组是变风量空调系统中最重要的部件之一，在设计上比普通的空调机组要多考虑一些问题。它要求风机的工作范围在流量静压特性曲线中较为陡峭的一段，这和普通的空调机组刚好相反。因为变风量空调系统一般通过维持送风系统静压来控制送风机的风量，这就要求在风机的特性中，流量的变化对系统静压变化必须敏感。

2.2 变风量末端的选择

在目前的工程实践当中，主要使用两种类型的变风量末端：变风量箱(压力无关型)和变风量风口。两者均能实现区域的独立温度控制，不过变风量箱具备较大的通风能力，通常每个变风量箱带3-6个风口，可控制的空调区域范围较大；当要求将空调空间划分为多个较小单元的独立控制区域时，从经济性考虑，可采用变风量风口。

2.3 气流组织设计

1) 对普通变风量箱+送风口形式的系统而言，在风量减少时送风口的风速衰减较快，可能会产生送冷风时冷气流下坠，送热风时热空气无法抵达工作区域等弊端，解决办法是采用扩散性能好的送风口：如条缝形风口，灯具型风口等。

2) 对采用变风量风口的系统而言，因为可随室内负荷变化自动调节送风口风阀开度，从而改变送风量，因此能维持送风口风速相对恒定，可以保证送风的高射程和良好的贴附能力。

2.4 风管设计主要采用普通变风量箱+送风口形式的系统风管设计

1) 由于变风量系统是一种全空气系统，相对风机盘管+新风系统而言，势必要在节省吊顶空间上多作考虑，通常做法是提高送风的流速；在吊顶空间受限制的情况下，一种可行办法是采用风机动力型变风量箱，只输送一次风，可加大送风温差，减少送风量，缩小风管尺寸。

2) 由于压力无关型变风量箱都带有风速传感器，对于连接变风量箱的入口支管，应留有3倍管径以上长度的直管段，以保证测量准确。

3) 在设计风量下从变风量箱出风口到房间送风口间的风管压力损失一般不要超过50Pa。

五、变风量系统的控制策略及目前国内变风量（VAV）空调系统的现状

变风量（VAV）空调系统常用的控制方法有：定静压控制、变静压控制、总风量法控制。

定静压法：在送风系统管网的适当位置(常在风机出口后最不利环路约2/3处)设置静压传感器, 通过调节空调机组的送风机电机频率来改变系统的送风量以保持该点静压固定不变。AHU不需采撷VAV末端数据，对VAV末端无特殊要求，故亦可适用于不联网的变风量空调系统。

变静压法：保证变风量空调系统在运行过程中至少有一个VAV末端的风阀阀门开度为90%以上。即通过调节送风机电机频率来改变系统的送风量，使末端VAV阀门尽可能全开，从而使风管中的静压尽可能减少。系统内可不设置静压传感器。因AHU需采撷末端 VAV的阀位反馈信号，VAV末端风阀需具有阀位反馈信号，且系统需要建立联网控制；目前成功项目均为一台AHU带少于15台 VAV的变风量系统。

总风量控制法：根据所有VAV末端需求风量之和计算出要求的AHU风机转速来控制风机电机频率，对房间负荷变 化的反应较快，为前反馈控制。在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机功率是一个正比关系，节能效果较好。

在对现有的VAV系统的控制法的研究和实例分析表明：三种方法均能完成VAV系统的控制要求，但同时也存在不少问题：定静压方法控制简单，是早期变风量系统应用最多的一种控制方法，控制简单，系统稳定，调试方便，成功案例多。但为保持空调送风管道中有较大的压力，使得风机耗能偏高，同时由于末端阀位多处于偏小状态，噪声问题比较突出。变静压方法节能效果更好，由于部分风阀开度始终在85%-100%之间，VAV末端局部阻力系数变化很小，当系统风量减少时，工况点基本沿综合阻力曲线变化。风机功率减少率基本等于风机风量减少率的三次方，节能效果比定静压方式更明显。风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要达到房间设定值有一段小幅波动过程。控制较为复杂，调试难度大，并需要专业技术人员进行多次换季调试等。总风量法控制方式在变风量系统中具有比静压控制简单得多的结构，尤其是在末端采用风机代替风阀的方式，不采用静压调节，而是由末端实时的风量需求，采用数字信号传输及先进的控制软件，实施对风机的控制。其特点是快速，但采撷数据多，系统不稳定因素较多。

这些方法在国外使用多年，成功的范例也较多。但在国内使用的情况就不那么乐观了，这些建筑VAV空调系统投入运行后，存在问题较多，以致导致系统不能正常运行，重新改造，改为普通的空调系统。主要表现为自控系统与空调系统不匹配，调试无法成功；设置参数不稳定，风量不平衡；空气品质和舒适感达不到设计要求。究其原因很多，其最大的原因是控制系统的问题，控制过于复杂，不但要求设计人员既懂空调专业又要懂自控专业，而且要求施工和管理人员也要懂空调和自控，脱离了中国的实际。