变风量系统与风机盘管空调系统的能耗对比

针对不同负荷率、上班时间和下班时间，分别计算冷却塔、冷却泵、末端、空调箱风机、 冷冻泵和冷机的分项能耗，结果如下。
40
35
左侧VAV系统
冷却塔
右侧FP系统
冷却泵
30
末端
空调箱风机
各分项耗电量(W/m2)
25
冷冻泵
20 15 10
5 0
100%上班
100%下班 75%上班 75%下班 50%上班 50%下班
om 在变风量（VAV）系统诞生伊始，其重要优点即为节能，但其节能效果主要是针对定风量 cr.c （CAV）系统而言。与 CAV 系统相比，VAV 系统具有减少再热量、降低送风量从而降低风机 va 能耗，通过回收灯光热量消除过冷等方面的优势。随着国内的办公楼项目，尤其是高档办公 .eh 楼项目越来越多地采用变风量系统，变风量系统与传统的风机盘管（FP）系统之间能耗的对 w 比才开始受到重视。吴明通过对同一办公楼分别采用 VAV 系统与 FP 系统设计选型，并对全 w 年工况模拟计算后得出二者的能耗，结论是大、中、小型办公建筑 VAV 系统相对 FP 的节能 ://w 率分别为 23%、11%和 6.3%，并且，在西安、上海、沈阳三个城市均有类似的结果。[1]这一结 http 果表明，VAV 系统不仅比 CAV 系统而言节能，而且比 FP 系统也节能。然而实测的结果并不
变频
VAV 并联末端 VAV 系统 0.19 20×24
91
新风机组风机
FP 系统
3.7
24
89
风机盘管
FP 系统 0.084 54×24
109
2.1
2.1
风量 5400m3/h
2.5
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过渡季节外围护结构负荷较小，为简化计算，本文认为 25%负荷率时为过渡季节。由于
本建筑外窗不可开启，因此 VAV 系统以全新风运行，而风机盘管则冷机依然开启。在整个过
om 渡季均考虑 VAV 系统风机满负荷运行。
r.c 3.1 设备的部分负荷特性
ac 1）冷机
hv 空调负荷降低时，冷机的输出负荷等比例下降。在 50%空调负荷时，从节能角度运行策
变风量系统的末端一次风风量最小值一般为最大值的 40%以上，本设计取 40%。因此在
上班时间，内区由于人员、设备均保持不变，不同的负荷率下风量不变；外区则在负荷率下
降时，风量也减小，但其最小值为 40%。由于本建筑的内区冷负荷和外区冷负荷分别占 30%
和 70%，故一次风总风量的最小值为最大值的 30%+70%×40%=58%。也即，当上班时间负荷
其中 1 层为设备层，1-3 层为商业，4 层以上为办公标准层。为集中比较 VAV 系统与 FP 系统，
本文将该办公楼 1-3 层的楼层简化为同标准层相同的建筑平面。
根据上述调整后的情况，该设计建筑空调面积 43200 m2，每层空调面积 1800 m2。经冷负
荷系数法对设计日的逐时计算，本工程设计最大冷负荷为 3360 kW，最大热负荷 2200 kW，单
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由上述结果可知：
1）VAV 系统的供冷季能耗略大于 FP 系统
由图 2 可以看出，虽然 VAV 系统的风机电耗明显大于 FP 系统的新风机电耗，但由于 FP
系统的末端电耗和冷机大于 VAV 系统，综合后 VAV 系统全供冷季的能耗为 FP 系统的 1.15 倍。 根据本文的结果，二者能耗比既不像文献[1]所模拟得到的那么低，也不如文献[2]实测得到的
(010) 88042601
E-mail: chenl01@
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2 建筑概况及空调设计
2.1 建筑概况及空调设计
本工程位于天津市某商务区，主要功能为金融类写字楼，建筑高度 110 米，地上 25 层，
率低于 58%时，空调箱风机风量依然保持在 58%，而冷机负荷则可以继续降低。而在下班时
间，由于可以关闭多余的风口，因此此时空调负荷降低时空调箱风量可继续降低而不受上述
58%风量限值的限制。
4）新风机组风机
FP 系统新风机组一般定风量运行，因此在上班时间和下班时间，风机功率均不变。
5）VAV 并联末端、风机盘管末端风机
25%上班
25%下班
冷机
线 图 1 不同空调负荷率下 VAV 系统与 FP 系统分项能耗对比 在 考虑上班时间占全部空调使用时间的 80%（8h/10h），下班时间占全部空调使用时间的 20% 空调 （2h/10h）。因此，综合全供冷季节的 VAV 系统和 FP 系统的能耗结果如图 2 所示。
通 暖 18.0
支持这一模拟计算结果，文献[2]的 3.2 节指出，经实测中国和美国的部分建筑的能耗，美国办
线 公建筑中 VAV 系统的能耗为 FP 系统 5~9 倍，风机能耗甚至高达 10~20 倍之大。针对同样的 在 主题，两项分别从实测数据和设计模拟进行的研究，结论却大相径庭，在 VAV 系统应用越来 空调 越广泛的今天，更引起人们对变风量系统的疑问。
16.0
14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0
冷却塔 冷却泵 末端 空调箱风机 冷冻泵 冷机
2.0
0.0
VAV系统
W/m2
风机盘管系统 w/m2
图 2 供冷季 VAV 系统与 FP 系统能耗对比
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暖
流量 200m3/h
热水泵
两套共用 18.5
2
37
0.9
扬程 20m，
工频泵台数调节
流量 400m3/h
冷却泵
两套共用 55
2
110
2.5
扬程 32m，
工频泵台数调节
冷却塔
两套共用 15
2
30
VAV 空调箱风机 VAV 系统 15
2×24
720
0.7
流量 400m3/h
风量 23000m3/h
16.7
位面积冷负荷 77.8 W/m2，单位面积热负荷 50.9 W/m2。空调系统以 4 米为界划分内外区，其
中外区冷负荷占 70%，内区冷负荷占 30%。
设计采用 VAV 系统时，系统冷源采用螺杆机组，冷冻水 7℃/12℃运行，冷却水 37℃/32℃
运行，均为水泵变频系统。空调系统送风温差为 10℃。平面布置上，系统内区采用单风道变
那么高。根据该结果，考虑到 VAV 系统与 FP 系统在除能耗外的其他项目上的优劣势，本文
认为在选择两套系统时应进行综合考虑。
2）多数情况下，VAV 相同的风机电耗高于 FP 系统
由于 VAV 系统采用空气运输冷量，因此空调箱风机耗电很大，从图 1 可知，VAV 系统的 风机所占的能耗比重较大，并且多数情况下大于 FP 系统“新风机+末端”能耗（夏季 VAV 系
另外，目前对两种系统的对比中，一般只涉及供冷季的比较，实际上，两种系统在供暖 季的能耗也有其各自的特点。本文从供冷季、供暖季和全年三种情况，对两套系统进行比较 全面的对比。
1 陈亮, 男 , 1983 年 9 月生, 工学硕士, 工程师。
100045 北京市南礼士路 62 号北京市建筑设计研究院 2M1 工作室
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变风量系统与风机盘管空调系统的能耗对比
陈亮1，秦鹏华
(北京市建筑设计研究院，北京 100045)
摘要 变风量系统和风机盘管系统的能耗对比是目前存有争议的问题。本文通过对天津的某 办公楼分别进行变风量系统和风机盘管系统的空调设计，以简化模型计算了不同负荷率时上 班时间和下班时间的能耗并得出供冷季、供暖季和全年的能耗对比。结果表明普通温差送风 条件下，VAV 系统能耗在供冷季、供暖季、全年三种情况均为 FP 系统的 1.24 倍，VAV 系统结 合低温送风则分别为 1.11 倍、1.24 倍、1.15 倍。该比较结果源于同一办公楼的两种设计， 对理解两套系统的实际能耗对比有一定意义。 关键词 变风量 VAV 风机盘管 能耗对比 1 引言
风量末端，外区采用并联风机变风量末端，夏季并联末端的风机不运行。冬季内区风量与夏
m 季相同，外区一次风量为夏季的 40%以减小末端加热量，同时末端风机开启以满足室内气流
.co 组织需求。
acr 设计采用 FP 系统时，系统冷源采用螺杆机组，冷冻水 7℃/12℃运行，冷却水 37℃/32℃
hv 运行，均为水泵变频系统。新风系统送风温差为 10℃，夏季、冬季的新风量相同。
4.5
6.3
6.0
4.4
线 2）冷冻泵、冷却泵、热水泵、冷却塔 在 按常规设计以台数控制，100%、75%负荷时 2 台全开，50%、25%负荷时只开 1 台。
调 3）VAV 空调箱风机 空 VAV 系统的特点即变频控制，空调负荷下降时，风量随之下降，从而风机功率也下降。
通 本工程 VAV 风量控制采用经典的定静压方法，由于风机功率与风量、风压成比例，研究表明 暖 该控制方法下系统风量为设计风量的 50%时，风机运行功率为设计功的优化设计方面，直接对变风量系 暖 统能耗状况的关注不多。针对目前变风量系统与 FP 系统能耗方面存在的疑问，本文通过作者
的设计实例，对位于天津地区的某办公楼分别采用两种系统设计，根据设备选型和建筑全年 空调负荷状况计算系统的全年能耗，得出二者的能耗对比。由于这种方式是对同一栋楼进行 两种系统的设计，因此可以对两套系统进行更加公平的对比，希望有助于对二者能耗特点的 理解。
统没有末端风机电耗）。为了进一步分析，单独对比二者风机与总能耗的比值，如图 3 所示。
总能耗比
VAV系统与FP系统能耗比
9 8 7 6 5 4 3 2