谈VAV空调系统的控制

摘要:变风量系统60年代起源于美国，由于它有巨大优势，而在世界迅速发展。变风量空调系统主要由空气处理机（即空调箱）、消音器、送回风机、压力无关型单风道变风量末端（VAV box）、DDC数字控制器等组成。本文主要探讨VAV空调系统的控制原理及作用、优势、组成和控制策略。

关键词: VAV系统；控制原理及作用；优势；组成；控制

Abstract: the variable air volume system 60 s originated in the United States, because it has a huge advantage, and the rapid development in the world. The variable air volume air conditioning system mainly by the air processor (i.e., air conditioning box), muffler, back to the fan, not related to stress type single duct at the end of the variable air volume (VAV box), DDC digital controller etc. This paper mainly discusses the control principle of VAV air conditioning system and action, advantages, composition and control strategy.

Keywords: VAV system; Control principle and effect; Advantages; Composed; control

中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A文章编号：

引言

VAV是Variable Air Volume的简称，在空气调节系统，为了应对末端负荷的变化，在输送冷/热介质流量不变的情况下，通过改变风量来调整需要冷/热量的输送以满足变化的需求。VAV空调系统能否正常运行在很大程度上要依靠控制系统，然而目前的控制手段还不很成熟。

1.VAV空调系统控制原理及作用

1.1VAV系统是中央空调的末端的设备，为风-风换热，占用建筑面积较大，常规做法是水-风换热，如果建筑需要对末端空气质量进行精准控制，建议用VAV系统+中央空调冷（热）源的做法（如果建筑面积较小，用VRV系统能节省建筑面积）。

1.2中央空调系统设有控制系统，能够与楼宇自动控制系统兼容，VAV系统有自身的控制系统，亦能够与楼宇控制系统兼容。

2.VAV空调系统的主要优势

VAV空调系统因其节能显著、易于多区控制及舒适性在各国已得到广泛使用，特别是高层建筑使用率已达95％。它区别于其它空调形式的优势主要在于以下几个方面：节能；新风作冷源；不会产生冷凝水；在二次装修过程中，风口位置可通过软管连接任意改变；系统噪声低，不存在现场噪声；不会发生过冷或过热；提高智能化程度；减少综合性初期投资，而且维修量小，寿命长。

3.VAV控制系统的组成

3.1 设计控制方式采用变温度定静压方式，定静压点设在主干管上离送风机2/3处。控制部分纳入整个大楼的楼宇自控系统（BA），所有系统均采用直接数字式控制（DDC），在管理控制室能对各台空调机组运行状态、室内温度、新风比、送风温度等进行现场调控，并对空气过滤器堵塞状态进行监视。新风量通过新、排风阀及回风阀联动控制来获取，可以人为设定或自动调节，监控室可以人为设置定风量运行，也可以确定为变频变风量自动运行。

3.2 VAV空调系统的控制可分为变风量空调机组和变风量末端装置两部分，本工程系统为环形风道系统，建筑物内、外区共用同一空调系统，内区变风量末端装置为单风道基本型，外区变风量末端装置为带再热的串联式风机动力型。

3.3 变风量机组

风机的变频器设6个点，变频器电源控制设3个点，用于手动/自动开关状态（DI），电源通、断控制（1DO点），电源状态（1DI点）；变频器运行监控设三个点，频率控制1AO点，频率反馈1AI点，故障报警1DI点；变风量末端装置的运行与变风量机组同步，系统风机运行，则末端装置的风机必开。

3.4 变风量末端装置

末端装置是改变房间送风量以维持室内温度的重要设备。末端装置有如下几种分类方法:

(1)按照改变风量的方式 ，有节流型和亮度通型。

(2)按照是否补偿压力变化，有压力有关型和压力无关型。

(3)按照有无末端混风机来分，有带风机和不带风机两种末端。带风机的末端可以在小风量或低温送风系统中保证室内一定的气流组织。

(4)按照控制方式分，有电动、气动和自力型。电动的末端还有模拟型和直接数字控制型两种。另外，末端装置还可以附设消声和再加热功能。

4.VAV空调系统控制

4.1房间温度控制

(1)房间温度由变风量未端装置（VAV box）控制，温度控制器安装在墙上，位置由设计确定（此处室温应有一定的代表性），安装高度与开关平齐，距离地1.2m。控制器能够设定房间温度、就地启停VAV箱。VAV box采用矩形、圆形两种型式，标准风量在340～5440m3/h之间，一种型号的最大风量与最小风量之比为5～6倍。风量由多孔平均式风速传感器来测量，并且放大风量信号以便更精确控制。

(2)从控制角度看，节流型变风量末端装置由温控器直接控制风阀；而亮度通型变风量末端装置除了温控器外，还有一个风量传感器和一个风量控制器，温控器为主控器，风量控制器为副控器，构成串级控制环路，温控器根据温度偏差设定风量控制器设定值，风量控制器根据风量偏差调节末端装置内的风阀。

(3)压力无关型变风量末端装置对室内温度的控制为串级控制方式，它能及时处理送风压力变化对末端装置送风量的干扰，保证好的调节品质。当末端入口压力变化时，通过末端的风量会发生变化，维持原有的风量；而压力无关型末端可以较快地补偿这种压力变化，维持原有的风量；而压力有关型末端则要等到风量变化改变了室内温度才动作，在时间上要滞后一些。价格上，压力无关型要比压力有关型高一些。

4.2送风量控制

(1)送风系统设置三级消音，空调箱带消音段，送风总管设消音器，变风量箱出口设消音静压箱。送风口大多数采用条缝散流器，个别采用方形散流器，为了解适应吊顶造型，也采用了一些条形侧送风口。回风口为条形或格栅式风口，均采用吊顶回风，这样能保证房间正常压力，减小回风管内压力的变化对室内压力的影响。

(2)送风量控制目前常采用控制系统静压的方式，改变风机转数实现对机组送风量的调节，这是暖通规范推荐的方式。风机转速有一最低允许值，此值对应于系统的最小风量。系统的送风静压与送风温度控制之间要相互协调，以保证变风量末端装置工作在合理状态，不要经常工作在最大或最小送风量状态。静压控制除定静压外，还有变静压控制方式，其目的是使系统根据负荷的变化将静压保持在允许的最低值，因此其比定静压控制方式更节能，但此种方式易使系统不稳定，故而在实际工程中使用时要注意控制程序的设计和转换参数的选择。

(3)当系统负荷减小到某一程度时，可参考回风温度、末端装置风阀的开度来修改送风温度设定值。以避免部分房间的变风量末端装置运行在最小或最大风量时，室温仍达不到设定值。在冬季，根据回风相对湿度控制加湿阀，以保证室内相对湿度。

4.3新排风风量的控制

(1)新风问题与建筑物负荷特点、系统形式及室外气象条件等很多因素有关。对于某一特定建筑，很有必要具体分析系统的夏季工况、冬季工况及过渡季经济循环工况。

(2)新风主要用于保证室内空气品质（IAQ），新风量测量可根据回风或有代表性房间的CO2浓度来控制新风量的控制方式。这种方法适用于新风品质较差的地区，如夏季空气湿热，冬季干冷。不过CO2深度达到要求并不能代表室内空气品质合格，室内还会存在其他易挥发性污染物。

(3)变风量空调箱设初、中效两级过滤，初效过滤器采用板式，过滤效率按计重法为30%，中效过滤器为无纺布袋式，过滤效率按计重法为70%，并且配备过滤器阻力超高报警。

(4)保证室内新风量需要控制3个环节：

a. 新风总量――控制整个系统的新风量，满足该空调系统所有服务区域的人员标准新风量之和；

b. 新风分配量――控制送入系统各个末端服务区域的新风量，满足区域内人员的标准新风量；

c. 新风均匀性――控制送给服务区域内所有人员新风，满足人员需求新风量，避免区域内一部分人得到多于标准的新风量，而另一部分人得到少于标准的新风量。

(5)另一种新风量的控制方式是在新风管道上设置定风量装置，稳定输送一定量的新风。

4.4送回风风量匹配控制

1)采用送回风机的系统，用排风机取代回风机，这样，回风阀前后都是负压，且压差较前者小很多。排风机可由新、排风流量计或室内压力来控制。

2)送风量随负荷变化，回风量也要随之变化，这样才能保证房间的正常压力。由于房间向外渗风和厕所排风，回风量要比送风量小。下面是几种目前常用的风量匹配控制方法：

3)一种最简单的控制方法是送风机和回风机都由一个送风静压控制器来调节。

4)回风机由放在新回风混合箱里或房间内的静压控制器控制。在送风和回风风道上安装风量计，并用一个控制器控制二者的差值来解决这个问题。

结语:

由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变关风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。当全年空调负荷率为60％时，它可节约风机动力耗能78％。同时，在一个VAV空调控制系统中是否具有这些控制策略，也是评估其先进性的一种参考。