对变风量空调系统(VAV)控制的研究

摘 要： 在中央空调工程施工中，经常接触变风量系统，由于变风量空调系统送至各房间的风量和系统的总风量，会随着房间负荷的变化而变化，因此它必然会有较多和较复杂的控制要求。只有达到了控制要求，变风量空调系统的运行才能稳定可靠，才能充分发挥它的节能性和经济性。关键词：变风量系统；硬件；控制结构

中图分类号：TU831.3+5 文献标识码： A 文章编号：

VAV系统在技术、经济、灵活性几个方面都具有无可比拟的优越性，国外高档写字楼一般都是把VAV空调系统作为常规的必备系统而拒绝采用风机盘管加新风系统。变风量空调系统是一种通过改变送入各房间的风量来适应房间负荷变化的全空气系统。它可以根据空调负荷的变化及室内参数要求的变化，自动调节空调送风量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，以最大限度地减少风机动力，节约能量。在变风量空调系统的风、水系统中涉及到众多温度、湿度、压力、流量等被控参数，对这些参数实施优化控制是保证整个系统高性能运行的重要基础。

本文所研究的变风量空调系统

图1是一个典型的变风量空调系统，属于单风管双风机(送风机和回风机)的变风量空调系统。整个空调系统硬件由冷热水机组、空气处理机组、风阀及风管、送/回风机以及4个房间构成。末端装置为4个节流型的VAVBOX，如图1所示。

图1变风量空调系统

空调系统的硬件构成

1. 冷热水机组

冷热水机组是变风量空调系统热湿处理的冷热源。水冷式冷热水机组采用单冷机组制冷、电加热供热的方式。包括恒温水箱、压缩冷凝机组、电加热器、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等。

2. 空气处理设备

采用卧式机组，由混合段、过滤段、加热（冷却）段、加湿段、再热段、风机段等组成。

①混和段：配有电动/手动新风阀、回风阀，它们分别和新风管、回风管相连。

②过滤段：配有过滤网过滤除尘。

③冷却段：采用盘管形式的表面式换热器。盘管底部接冷凝水盘。

④加湿段：采用蒙特湿膜加湿器。

⑤再热段：采用电加热方式，功率为7.5Kw。

⑥风机段：送回机采用变频风机。送回风机采用离心式风机。

3. 送回风系统

4. 末端装置

每个空调房间的送风管都装有末端装置（VAV）。末端装置内集成有伺服电机和风阀，而且每个空调房间内都装有温度控制器，温度控制控制器可以根据空调房间内温度的变化来调节末端装置内的伺服电机以改变风阀开度，改变送入房间的风量，达到变风量和控制房间温度的目的。

5. 散流器

散流器的性能对室内空气组织形式、空调实际运行效果的影响很大。条缝形散流器的性能最为良好。它能使送出的的气流与房间空气均匀混合，没有不舒适的气流从散流器直接吹下来，更不会有气流的死角。特别是在部分负荷状态下，送风量减小时，仍能维持上述性能。因此，采用条缝形散流器效果为佳。

二、VAV控制系统的设计

当前的VAV的控制系统组成大多以微型计算机为核心。根据图1所示，根据控制系统硬件的控制要求，控制结构采用分布式控制系统（DCS）结构，包括如下几个部分：中央管理控制机、通讯网络控制器、现场控制器、传感器、变送器及执行机构。上述设备与被控对象及相应软件组成一套完整的计算机控制管理系统，如图2所示。

图2 空调系统的控制系统结构

整个控制系统结构及其介绍如下：

1. 中央管理控制机（亦称上位机）：近年来由于个人计算机的迅速发展，它在功能上和可靠性上可以胜任上位机的各种要求。

2. 通讯网络控制器（NetController）：NetController通讯模块是工作站和现场控制器的纽带，主要功能是与现场控制器通信。

3. 上位工控机主要完成对整个系统运行参数的控制和监控现场数据采集主要包括现场传感器和数据采集卡，传感器将现场的实时工况通过数据采集卡送至PLC 和工控机，数据输出卡根据上位机的计算结果来调整现场执行机构的输出.

4. 变送器及执行

为实现对空调系统的实时监控，各变送器及执行机构布置在系统中将信息传输到pc工作站，包括：温度；湿度；静压；全压；流量等。

5. 传输网络主要用于现场与上位机管理之间的数据传输。

VAV系统的常用控制方式

第一是定静压控制。工作原理为保证系统风道内某一点或几点平均静压一定的前提下，室内所需风量由VAV-BOX风阀调节；系统送风量由风道内静压与该点所设定值的差值控制变频器工作调节风机转速确定。同时可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。二是变静压控制。工作原理是在保证VAV-BOX风阀尽可能的处于全开位置（85-100%），系统送风量由风道内所需静压来控制变频器工作，调节风机转速确定。同时，可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。第三方式为总风量控制。工作原理为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，以满足构筑物排风的需求。

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，与设定温度比较差值，以此输出所需风量的调整信号，调节变风量末端的风阀，改变送风量，使室内温度保持在设定范围。同时风道压力传感器检测风道内的压力变化，通过调节，通过变频器控制变风量空调机送风机的转速，消除压力波动的影响，维持系统送风量。这也是空调施工中工VAV控制系统的关键技术。

随着社会的进步，经济的迅猛发展，人们对生存空间空气质量需求的提高，VAV空调系统的发展必将迎来大的发展机遇。只要施工技术人员不断提高自身素质和责任意思，把常见的问题提前预见、提前解决，变风量空调控制系统的稳定性一定能得到保证。

参考文献

[1] 王继华. 变风量（VAV）空调系统应用初探[J].安装,2011,7:49-53

[2] 孙曙，任庆昌. 变风量（VAV）末端 DDC控制的设计与实现[J] 建筑热能通风空调,2011.12

[作者简介]

李敬宾（1972-），男，汉族，辽宁葫芦岛人，供热通风与空调助理工程师