VAV变风量空调系统难点解析

VAV变风量空调系统难点解析第一节 VAV空调系统概述变风量VAV 中央空调是指空调系统根据区域负荷变化和要求，自动调整送风量的一种空调系统。

其最大优点是节能显著，素有“节能之王”的美称；同时还具有使用舒适灵活，可用新风作冷源等优点。

变风量空调系统60年代起源于美国，自80年代开始在欧美、日本等国得到迅速发展，最重要的原因是变风量空调系统巨大的节能优势。

经过十几年的普及和发展，目前变风量空调系统已占据了欧、美、日集中空调系统约30％的市场份额，并在世界上越来越多的国家得到应用。

变风量空调系统由变风量空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量末端、房间温控器等组成，其中变风量末端是该系统最重要部分。

末端各区域的新风均由空气处理机组提供，为了保持室内空气清新，使用VAV的办公楼一般均禁止吸烟，也禁止随意打开窗户，以防破坏室内风平衡。

由于本项目办公区域采用吊顶回风，故在内装时需考虑回风顺畅、保证空气循环，不要将空间绝对封闭，应留出回风口。

第二节 VAV空调系统的特点及优势变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要在以下几个方面：1.节能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送风量来调节室温的，因此可大幅度减少送风风机的动力耗能；同时在确定系统总风量时，还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。

对不同的建筑物同时使用系数可取0.8 左右可以节约空调系统的总装机容量10%—30% 左右。

有关文献介绍VAV 系统与定风量系统相比大约可以节能30%—70%，据实际测算当风量减少到80% 时，风机耗能将减少到约51% ；当风量减少到50% 时，风机耗能将减少到约15%；若全年空调负荷率只有60% 时，变风量空调系统可节约风机动力耗能75%。

例如对于商场以空调机组每周运行100小时计，单位装机容量的节电量一年可达4000 度/Kw；对于写字楼以每周运行60小时计，单位装机容量的节电量也可达2300度/kW。

节电效果相当可观，同时还延长了机组使用寿命。

2.舒适性高能实现各局部区域的灵活控制可以根据负荷的变化或个人的要求自行设置环境温度，与一般空调系统相比能更有效地调节局部区域的温度，实现温度的独立控制，避免在局部区域产生过冷或过热现象，并由此可以减少制冷和供热负荷15%—30%。

3.新风作冷源因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季节可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，消除室内负荷，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量，并且没有风机盘管凝水问题和霉菌问题。

4.系统的灵活性较好易于改扩建，尤其适用于格局多变的建筑，例如出租写字楼等。

若采用带VAV空调箱装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增加风口，当室内参数改变或重新隔断时可能只需要更换支管和末端装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内温控器。

而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。

5.系统噪声低风机盘管系统存在现场噪声，而变风量空调系统噪声主要集中在机房，用户端噪声较小。

6.提高管理智能化程度采用自动化控制系统的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到厂区整个自控系统中，从而提高管理智能化程度。

7.减少综合性初投资由于增加了系统静压控制以及VAV空调箱等环节，设备控制上的造价会有所提高。

但由于变风量空调系统可以根据冷热负荷的分布，使送风量在建筑物内各个控制区域间平衡转移，从而使系统的设计总送风量减少，因此可以减小空调系统的设备容量，系统综合性初投资不一定会增加，甚至可以降低。

8.变风量空调系统结构简单，维修工作量小，使用寿命长。

第三节VAV空调系统的技术方案3.1 原设计中VAV空调系统的优缺点原设计定静压控制的优缺点由于VAV空调系统是为了实现运行节能，在CAV系统的基础上发展而来的。

运行节能水平是VAV 空调系统成功与否的决定因素。

本项目VAV空调系统采用了定静压控制，在AHU出来的主风道70%处，设一静压点，调试时定静压值，用定压点的压力确定AHU风机转速。

定静压控制法的特点是控制简单，但存在下列缺点：1）静压波动影响：运行时，静压测定值可能产生波动，使风机转速不稳定。

在中小型系统中，末端装置的风发调节对于静压测定值的稳定也有很大影响。

2）静压设定值的确定：为保证末端装置的最大负荷状态，静压设定值一般不低于300Pa。

但在部分负荷时，如保持300Pa以上的静压值，末端装置一次风阀的开度往往很低，风阀在高静压、低开度下运行，不仅使风机运行能耗增加，还会产生气流噪声。

由上可知，如果静压值的设定可以随末端负荷水平调整，则可以解决定静压法的缺点，也可以进一步提高节能水平。

因此建议采用定静压动态控制方案。

3.2 VAV变风量空调系统控制策略优化VAV系统风量的控制策略是VAV系统成败的关键，传统的常用的VAV系统控制策略有三种：定静压、总风量、变静压，但应用得较多的是定静压，总风量和变静压应用得相对较少，因为它们各自都存在自己本身无法解决的问题，总风量法必须基于准确无误的风量曲线，但得出精确的风量曲线是非常困难的；变静压法可以使系统运行在最节能的状态下，但由于使用了阀位反馈控制方式，风阀的动作和反应是非常慢的，因此，系统在负荷变化较大时，系统会出现较大的波动，系统需要比较长的时间才能达到稳定。

因此，虽然定静压众所周知并不是最节能的控制方式，但以往人们出于对VAV系统的不了解，出于对总风量和变静压控制效果和稳定性的担忧，大多数项目最终都退而求其次，选择简单的定静压控制方式。

但随着我们对VAV系统认识的深入，随着对楼宇节能要求的不断提高，我们现在迫切需要一种既最节能，又能使VAV系统迅速达到平衡，而且系统稳定性必须有保障的控制方式，依赖在业内10多年的VAV 工程经验，通过在多个真实项目工程实例的成功应用，总结得出有我们自己特色的VAV控制方式：总风量＋阀位重置＋定静压保护，我们叫它为定静压动态控制方案，该方式可使在同一个VAV系统中，发挥三种控制方式的优点，同时又相互弥补了各自的缺点，使我们最终可以得到快速、节能、稳定的VAV系统。

3.2.1 传统VAV系统风量的控制策略比较－定静压控制首先先介绍一下传统的三种控制方式：根据伯努利定律，气体流动时，两断面处所具有的总能量之差等于流体所流过的管路损失。

即：式中， P V1一 1 断面动压；P V2 一 2 断面动压；P S1 一 1 断面静压；P S2 一 2 断面静压；h f1-2 一 1、2 断面间的阻力损失。

若动压差（PV1一PV2）与阻力损失hf1-2相等，则两断面的静压可保持不变。

定静压控制就是通过调节风机来保持风道上某一点（压力测点）或几点平均的静压恒定不变，以满足设计资用压力，克服下游风道，末端装置及送风口的阻力损失。

压力测点的位置决定了系统的能耗和稳定性。

测压点距风机出口越近，静压值越大，越不利于节能，但压力调节越稳定；测压点距风机出口越远，静压值越小，节能效果越明显，但压力调节振荡也越明显。

综合考虑节能及稳定性的要求，ASHRAE 建议在使用压力无关型末端的场合，压力测点的位置设在主风道上距风机出口的2 / 3 处。

压力设定值则通常取设计状况下该点的静压值。

工作原理：在系统中由于VAVBOX 根据室内负荷变化，来调整末端出口风量满足负荷要求。

出风量的变化引起系统管路中静压变化，静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器，变频器根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。

定静压控制方式比较简单，稳定，但节能效果不如变静压和总风量法。

在实际工程中必须注意压力测点的布置及静压设定值的确定，否则就会降低节能效果及可能出现噪声增大的现象。

3.2.2 传统VAV系统风量的控制策略比较－变静压控制变静压的控制方法弥补了定静压控制方法能耗大、噪声高的缺点。

变静压控制是在定静压控制运行的基础上，阶段性地改变风管中压力测点的静压设定值，在适应所需流量要求的同时，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机的能耗。

由于变静压控制方法运行时的静压是系统允许的最小静压，因此这种方法也称为最小静压法。

变静压控制方法的出现，很大程度上归功于计算机通信网络在控制系统中的广泛使用。

一般来说要实现变静压控制，至少必须满足两个基本条件：末端能独立调节流量而与压力无关，即只能使用与压力无关型的末端；各末端要能向静压设定控制器合适的给出压力应升高、降低或不变的信号。

第一个条件由于与压力无关型末端的普遍使用，基本上不是问题。

对第二个条件，因为控制系统通信功能的加强，各末端向控制器给出信号是完全可行的，但末端在什么状态下给出合理的信号，相应的解决方案是，每个末端在流量达不到设定流量时，向静压设定控制器发出警报信号，当有足够的末端数处于警报状态时，将静压设定值增加一个预定步长。

同样地，当处于警报状态的末端数小于或等于某个数时，将静压设定值减小一个预定步长。

判断流量是否达到要求，简单地可以通过测量流量与设定流量之差来决定。

当选用的末端能够提供阀位信号时，也可以间接地通过阀位信号来判断。

工作原理：系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使vAVBOX 处于全开状态（85 % ～ 100 % ) ，保持系统静压降至最低。

优点：（1）与定静压控制方法相比，节能效果明显，特别是在低负荷时。

（2）控制精度高，最大程度地实现节能控制。

（3）变静压法在系统低负荷时,比定静压法要节能缺点：（1）增加了风阀开度控制，使控制更加复杂，调试难度加大。

（2）风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要达到房间设定值有一段小幅波动过程。

（3) 对VAV系统的设计，安装，调试质量要求高，否则，很容易出现系统负荷不平衡，为保证最不利点风量需求，风机频率据高不下，达不到节能效果。

3.2.3 传统VAV系统风量的控制策略比较－总风量控制变风量空调系统要求各个房间能单独调节送风量，要求调节风机转速以调节总风量，因而须配置两个闭合控制环路，根据室内温度偏差调节风阀，以及根据风道内静压偏差来调节风机转速。

但是由于控制环路选取不合理，定静压控制容易出现振荡。

而变静压控制尽管在节能上具有明显的优势，但由于测量不准、控制不稳等，压力控制本身具有缺陷，使变静压控制得不到广泛使用。

为此，提出总风量控制方法，力图摆脱上述缺点。

通过对末端装置环路的分析，发现各个末端的设定风量Gset，反映了该末端所带房间目前要求的送风量，那么所有的末端设定风量之和则明显是系统当前要求的总风量，并且体现了系统希望达到的流量状态。