VAV系统设计及节能优势分析

摘要：本文从VAV系统的控制原理、控制方法方面，对比分析了VAV与CAV、VRV在应用中的优势，论述了VAV系统在提高楼宇智能化程度与建筑节能中的重要作用。

关键词：VAV CAV VRV DDC 节能

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0168-01

1 引言

能源是国民经济发展的基础资源。随着我国现代化建设的发展、科学技术的进步和人民生活水平的提高，对能源的需求也迅速增长，能源短缺已成为制约我国国民经济的重要因素。在我国，建筑能耗是同等气候条件下发达国家的2～3倍，其中空调系统的能耗约占建筑用电能耗的70%，因此对空调系统的监控与调节意义十分重大。

VAV变风量空调系统（Variable Air Volume System ），是一种可根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，自动调节空调系统送风量，使室内参数达到要求的全空气空调系统。目前，VAV系统已占世界空调系统30%份额，国外高层建筑使用率已达95%。VAV系统的目标是以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。

2 VAV系统控制原理与方法

2.1 控制原理

变风量控制器和房间温控器一起构成室内串级控制，采用室内温度为主控制量，空气流量为辅助控制量。变风量控制器按房间温度传感器检测到的实际温度，与设定温度值进行比较，以差值判定所需输出风量，通过调节变风量控制器末端的风阀，改变送风量，达到预先设定的室内温度；与此同时，风道压力传感器检测到风道内压力的变化，采用PI或PID调节，通过变频器控制送风机的转速，消除压力波动的影响，维持送风量。

2.2 控制方法

（1）定静压控制：在风管道内选定最低静压点安装传感器，传感器检测到该点的静压值，通过调节风机的转速，使该点的静压值始终保持在变风量末端的最低工作压力。（2）变静压控制：使用带有风阀开度传感器、风量传感器和室内温控器的变风量末端，通过风阀的开度来控制送风风机的转速，系统中始终至少有一个变风量末端装置的风阀保持全开的状态。（3）总风量控制：通过改变送风量调整室内温度，并使送风与回风的差值保持恒定，以满足建（构）筑物排风的需求。

3 VAV系统优势

3.1 CAV系统与VRV系统

CAV定风量系统（Constant Air Volume）：空调机为空调区域提供所需的冷（暖）气时，吹出的风量恒定，当空调区域的负荷发生变动时，以改变送风温度的方式来应对，以达到保持室内温度和舒适度的要求。

常用的中央空调系统包括AHU（空调机）、冷水管系统（FCU系统）两种。通常情况下，这两种空调系统均以CAV定风量方式来满足空调区域冷（暖）需求。在室内负荷发生变动情况下，AHU系统采取空调机变温送风方式来应对；FCU系统采取控制冷水阀的“开/关”调节送风温度方式来应对。

VRV（Varied Refrigerant Volume变制冷剂流量系统）是一种以制冷剂作为传输介质的空调系统，包括室外机和室内机。室外机由侧换热器、压缩机和制冷附件组成；室内机由直接蒸发式换热器和风机组成。VRV系统，一台室外机可以向多台室内机通过管路传输制冷剂液体，通过控制室外压缩机和室内换热器的制冷剂循环量来适时满足室内冷、热负荷要求。

VRV空调系统与全空气系统，全水系统、空气—水系统相比，设备占用空间小、节能并且更能满足使用者的个性化需求。缺点：系统控制复杂，对管材的材质、制造的工艺、现场的焊接等方面要求非常高，并且初期投资比较高。

3.2 VAV系统优势分析（如图1）

（1）通常，空调系统大部分时间是在部分负荷下运行。VAV系统，通过改变送风量来调节室温，因此可以较大幅度减少送风机的动力能耗。通过模拟测算，当送风量减少到80%时，风机动力能耗将减少到51%；当送风量减少到50%时，风机动力能耗将减少到15%。全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统（变静压控制）可节约风机动力能耗78%。

（2）采用DDC数字控制的VAV系统，实现计算机联网运行，接入到楼宇自控系统中，提高楼宇智能化程度。

DDC直接数字控制（Direct Digital Control），是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。具有实时性好、可靠性高、适应性强的特点。在集散控制系统中，通常用作现场直接控制器，通过通讯总线与中央控制站联络，进行直接数字化控制，为物业管理带来很大的方便和经济效益，并使整个系统在最佳工况下运行，延长设备的使用寿命、达到提供舒适的空调环境和节能之目的。

在VAV系统中，DDC控制流程如下：1）出风温度感应器感应到感温器设定的温度值时，DDC控制打开两通阀；2）送冷气时，冷水感温器检测到冷水离开冷排的温度后，第一时间调整出风温度，然后持续通过DDC控制AHU变频器改变马达转速，送出所需出风温度；3）当冷水阀门关小至设定温度值时，DDC控制器将打开外气及回风风门，综合送风温度，直到外气风门关至最小开度以维持设定温度值送风风温；4）低温限制感应混合温度控制实现冷排不结冰。

（3）风机盘管系统很难控制空气中新风的含量值，往往多采用回风，长时间呆在这种环境会感到头晕，缺氧。VAV系统可以很准确很合理地补充新风，风量可根据需要不断调节，室内温度可以控制在设定温度的正负0.5度之内。在舒适的前提下不也不会造成不合理的浪费。

（4）VAV系统是全空气系统，不会产生冷凝水，所以不会有霉变的问题，提高空气质量。

（5）VAV系统综合性初期投资少，维修量小，寿命长；？在二次装修过程中，风口位置可通过软管连接任意改变，投资费用低。

（6）VAV系统噪声低，不存在现场噪声。

4 结论

当前我国能源形势比较严峻，能源供求矛盾将长期存在，确保能源安全，构筑稳定、经济、清洁的能源供给体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。能源是有限的，只有有效、合理的利用，才能更好服务于我们的生活。VAV系统在技术、经济方面具有无可比拟的优势，必将成为空调发展的必然。