浅析空调变风量(VAV)系统中新风量的设计及控制

摘要：本文作者介绍了国内变风量空调系统（以下简称VAV）新风量的研究现状，针对几种主要控制方法的研究现状、特点及适用场合进行了简单分析，并指出了变风量空调系统新风量控制设计中应特别关注的几个问题。

关键词：vav变风量；新风量；控制方式；节能

随着十二五建设的全面铺开，人们对于工作及生活环境的品质要求也日益提高。当前的各类公共建筑物都开始有针对性的配置不同特点的各类中央空调系统。在我国民用建筑中，暖通空调系统能耗占建筑总能耗的三分之二左右。一方面由于存在世界性的能源危机，节能降耗成为目前建设发展的需要，另一方面，大量矿物燃料的燃烧过程对大气污染严重，不符合环保的要求。如何节约能源，减少污染，使得空调系统更加低碳环保，日益引起世界各国的广泛关注。据有关资料统计，在不同气候特点的不同地区，新风负荷一般占空调负荷的30%～50%，因此减少新风负荷具有巨大的节省空调系统能耗的潜力。

无论是基于节能，还是为了提高室内空气品质，对空调系统新风的控制都是重中之重。一种有效合理的新风控制策略，可以在保证室内空气品质的前提下，尽量降低空调系统的能耗。如何在满足室内空气品质的要求下控制新风量并保证舒适度及健康，是目前暖通空调行业亟待解决的问题。

一、VAV新风控制的研究状况

1、国外

国外VAV空调系统的相关研究较早，如美国上世纪80年代出现“病态建筑症候”以后，对满足健康的最小新风量及室内空气质量（以下简称IAQ）的研究显得尤为重要。目前对VAV空调系统新风量的问题研究主要集中在以下几方面。

1.1 VAV空调系统的新风量合理取值问题及动态变化。

1.2 VAV空调系统的新风量的准确测量和有效控制问题。

1.3 解决VAV空调系统的新风量问题需以满足需求侧的通风为出发点。

2、国内

国内VAV空调系统的相关研究文献始于20世纪90年代中期。目前新风量控制的研究集中在最小新风量的控制问题上，对 VAV 空调系统的新风量问题的重要性已有认识，但研究相对较少，成功的工程实例也有限，而且在讨论时多局限于理论范围内，缺乏令人信服的数据。对新风节能控制研究也已经开始，但起步相对较晚，且绝大多数以理论分析为主。随着国内一二线城市建设步伐的加快，越来越多的高档公共建筑选择配置具有节能意义的VAV系统，因此，对于VAV系统的节能优化设计就尤为重要。

二、几种VAV新风控制方式

变风量系统的新风量控制，是本世纪 90 年代以来变风量系统的研究重点。变风量空调系统的新风问题在于：新风需求量与人数成正比，起供给量与送风量（负荷）成正比，但人数与送风量不一定成正比，于是产生了新风需求与供给的矛盾。

对于变风量系统新风量的控制既要考虑室内空气品质（IAQ），又要考虑节能。新风量的有效控制对空调系统的节能意义重大。其新风主要处理方式有四种：分散处理方式、集中处理方式、系统定新风式新风变风量系统、末端定新风式新风变风量系统。

为了解决新风量不足的问题相继提出了各种控制方法，主要有以下几种基本形式：CO2浓度控制法、风机跟踪控制法、稳压控制法、设置独立的新风风机。

1、CO2浓度控制法

以 CO2浓度作为指标来控制新风量最早是由Kusuda提出的，他认为 CO2的浓度不仅代表 CO2本身作为污染物对室内空气的污染程度，而且还能反映室内人员的状况，即人数及活动状况，能体现室内人员对新风的要求。针对这种以 CO2浓度作为指标的DCV 通风控制方案，Haghigha，Warren等分别在办公楼、音乐厅以及住宅楼中进行了试验，发现与传统的固定新风量的控制方案相比，在保证室内空气品质不变的前提下，这种控制方案有潜在的节能效果，最大可达 50%以上，其通过调整风量实现节能的优点得到了公认。但是近年来众学者认为该方法的缺点主要是二氧化碳不能作为衡量室内空气质量好坏的指标。因为影响人的舒适及健康的气体污染物还包括人、建筑物、家具、装饰材料散发的种类复杂的有机污染物。这种控制方法在空调发展中有一定的局限性，有待于进一步研究开发出空气综合质量传感器，通过此信号来调节新风量以满足要求。目前这种方法适用于人员密度比较大的场合。

2、风机跟踪控制法

该法通过控制送、回风的差值，间接控制最小风量，在理论上没有问题。但实际应用中由于误差的积累和扩大，将使实际新风量远远偏离设定值而不能满足要求。例如，一系统送风量为 100000 m3/h，回风量为75000m3/h，则最小新风量（100000-75000）=25000m3/h，现假定送风测量误差为 -5%。回风测量误差为 +5%，则送风量变为 95000 m3/h，回风量变为 78750 m3/h，新风量变为 16250 m3/h，仅为原最小风量的 65%，减小了35%，远远偏离了设定值。而测量误差要控制在±5%，则意味着送风动压测量误差不超过 1 mm 水柱（10 Pa），

回风动压测量误差不超过 0.17 mm 水柱（1.70 Pa），这样的精度在实践中是很难达到的。

通过对总、送回风风量及相关参数的分析，指出在系统运行中要保持新风量不变必须精确测量送回风管的动压，并经过运算转换，用得出的风量差去控制回风机，以保持这个风量差即新风量不变。尽管这种方法虽然简单易行，但是实际操作中控制精度难以保证，还有待于进一步研究。

3、稳压控制法

这种压差检测控制的方法能够既精确又方便地控制 VAV 空调系统中的最小新风量，而且能耗小，适用性强，在国外已经逐渐得到了广大工程师们的接受和赞同，应用也越来越广泛。该方法是通过压差传感器 DPI 测量新风遮板和阀门前后的压力差来控制回风阀门。其新风阀门的最小位置是按照在最大送风量时所需要的最小新风量的标准来设置的，并在系统运行过程中始终保持不变。当送风量减小时，新风遮板和阀门前后的压力差将会降低，控制系统就调整回风阀门的开度，减小回风量，以维持所需的新风量不被减小。新风阀的最小新风量设定开度在小于极大最小新风量设定的开度的范围内可通过减小循环风阀开度来重新设置。压力差的设定值可以在 37 Pa 到 87 Pa这样一个易于实现精确控制的范围之间变化，这种方法在大量的实践工程中已经被证明可以达到很高的控制精度。另外，该该方法还具有以下两个优点：①它带来的能量损耗很小；②它适用性强，在有或没有回风机的系统都可以使用，而且无论是新系统还是对已有系统的改造都很方便。近几年来，国内对空调自动控制系统的研究也有了突破性的进展，相信在原来的控制基础上再结合一些先进的自动控制算法，该控制系统的运行将更稳定应用也会更加广泛。

4、设置独立的新风机

目前认为设置独立的新风机是变风量系统新风量控制最好的方法之一。它通过新风机入口处的风速传感器来调节风阀，维持最小新风量。该法简单实用，只需在新风风道中，安装一台风量等于所需新风量、全压等于新风风道阻力的新风风机即可。当采用这种控制时，可以不用回风机，或代之以排风机，这样控制起来更容易，也更稳定。该方法的优点是：因直接测定新风量，因此误差比通过测定送风机和回风机的风量来调节新风量要小得多。该方法的缺点是：需要另设最小新风风管，从而需要额外的新风管道。不适于改建工程。不论采用何种方法，都必须结合系统自身的特点，对于不同的情况应采用不同的控制方法，以满足不同的要求。另外随着设备品种的增加和控制技术的进步，将会有更多的控制方法可供选择。

三、结束语

随着经济和技术的发展，变风量空调系统因为其显著的节能效果以及可以分区调节等许多优点，在我国得到越来越广泛的应用，而变风量空调系统的新风则是影响变风量空调系统运行性能的重要因素。因此对一个变风量空调系统来说，节能效果很大程度上取决于对最小新风量的有效控制。基于目前对变风量空调系统最小新风量的控制研究现状，对变风量空调系统新风量设计及运行控制时，须注意以下几个方面：

1、VAV空调系统的分析仍采用传统的设计参数，和实际的逐时情况出入较大，不能真实的反映VAV 空调系统的运行情况，设计时应进行必要的修正。

2、针对不同性质的建筑物及其房间类型，其对应的最小新风量控制的指标也是不同的，设计过程中应区别对待。

3、缺乏全年运行空调系统的新风运行策略。

4、新风机组的控制与其他空调系统控制的优化匹配问题。

参考文献：

[1]宋宏光，变风量系统最小新风量控制方法的讨论[J].暖通空调，2010，（03）.

[2]邱少陵，变风量空调系统中的控制技术[J].鄂州大学学报，2009，（02）.