变风量空调技术应用分析

文｜北京瑞拓电子技术发展有限公司 韩大威

1 系统简述

变风量系统是20世纪60年代诞生在美国，70年代石油危机后在欧美和日本得到广泛应用，90年代末进入中国并逐渐流行。VAV系统是根据室内负荷变化采用改变送风量的方式来维持室内温度平衡的方法。其主要特点是节能，可根据建筑特点灵活分布，没有像风机盘管冷凝水和霉变的问题，设备维护工作量小。

采用VAV空调系统可以显著节约风机能耗，因为在全年空调的建筑物内，大部分时间空调系统都不在满负荷状态下工作，而采用末端变风量系统，控制系统根据热负荷调节风机的总送风量，则风机能耗将大大减少。除此之外，VAV末端都有隔离噪音的作用。

VAV系统有变风量空调机组和VAV末端两部分组成，VAV末端根据控制区域的热负荷，通过调节风门的开启比例来控制末端的送风量，而变风量空调机组则根据各VAV末端的需求，通过风机变频控制总的送风量。

2 VAV系统特点

节能：由于空调系统在全年大部分时间内都在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风机的动力耗能。当全年空调负荷率为60%时，他可以节约风机动力能耗78%。全年节约风机能耗55%～65%。附带的好处：节约空调设备容量、管道、空调电力增容量、电力设备、管道空间。在冬季及过渡季节新风经济循环，节约运行费用60%～80%。

新风做冷源：因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统能大幅减少制冷机的能耗，而且改善室内空气质量。

不会产生冷凝水：因为它是全空气系统，冷水管不经过吊顶空间，可以避免产生冷凝水造成的滴漏污染吊顶和霉菌问题。

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，如出租写字楼等。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。

系统噪声低：不存在现场噪声。系统噪声主要集中在机房，办公区可达到较低噪声水平。

不会过冷或过热：带VAV空调箱的变风量空调系统与一般定风量系统相比，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的现象。

减少综合性投资：提高智能化程度。提高楼宇智能化程度，提高区域舒适化程度。减少综合性初期投资，而且维修量小，寿命长。全年保持恒温。

3 VAV系统控制方式介绍

3.1 VAV末端控制

空调末端控制方式分为压力有关型和压力无关型。

压力有关型VAV末端设备不提供压差传感器及控制系统无法获得实际送风量的重要参数，只能根据室内温度和温度的设定值比较来确定风门的开启比例。在制冷模式下，当室内热负荷较低时，风门关闭，室内温度较高时，风门开启。其循环控制如图1所示。

图1

由于实际的送风量不仅与风门开启比例有关还和风管压力有关，所以压力有关型VAV无法保证实际送风量与热负荷之间的控制关系。

压力无关型VAV则是为了解决压力有关型VAV的缺陷，在VAV末端设备上增加了一个压差传感器，BAB控制器根据压差和风管面积计算实际送风量，与送风量设定值比较，通过风门调节送风量。

而室内温度传感器的作用是起修定送风量设定值的作用，根据不同的室内温度重新调节风量的设定点。如室内较冷时，即室内的热负荷较低时，减小送风量的设定点，室内热负荷较大时，则增加送风量的设定值。其控制循环如图2所示。

图2

3.2 VAV空调机组控制方式

（1）定静压控制：当VAV末端风门改变开度后，会影响整个风道的静压，风机通过改变风量来满足风道系统的静压要求。而风机变风量有出口风阀的节流控制、入口导叶控制方式。其中以变转速控制最为常见，其节能效果也最为明显。

（2）变静压控制：与风机根据风道静压来维持送风静压恒定的定静压控制不同，变静压控制是根据各VAV末端的实际送风量，以保证所有VAV末端中最小风量要求的VAV末端来控制送风机的送风量。

4 VAV系统运行与节能控制

（1）连锁控制：变风量VAV空调系统的启动、停机顺序应通过连锁控制来进行。

空调机组的启动顺序：新风风门开启→回风风门开启→送风机启动→排风风门开启→回风机启动→空调冷冻水/热水调节阀开启→加湿阀开启。

空调机组的停机顺序：加湿器停机→空调冷冻水/热水调节阀关闭→回风机停机→排风风门关闭→送风机停机→新风门/排风门关闭。

（2）变风量空调机组的送风量、送风温度调节与节能策略：VAV系统控制的核心是对总风量进行控制。常用的总风量控制的方法有定静压定温度法、定静压变温度法、变静压温度法和VAV系统总风量控制法。

定静压定温度法的控制方法是送风温度保持不变，但保证系统风管中某一点或几个固定点处平均静压为一定值，通过控制调整变频器转速，将以上诸参考点的平均静压控制在给定值，以实现总风量的调节控制。

该方法多选送风管末端的参考点平均静压做调节参量，采用控制机组风机转速来稳定末端静压。当为被调控区域的热负荷匹配增加供风量时，风管压降增加，末端静压降低，末端定压传感器测得的静压值送往DDC的AI口，与设定值比较后的偏差值，按特定调节规律运算并输出控制信号到变频器调节转速稳定静压。

定静压变温法控制方法是当VAV系统末端负荷发生变化时，在保持参考点平均静压不变的条件下，通过调节空调机组送风温度来实现末端负荷变化， 从而引起VAV系统总负荷的动态跟踪变化。

变静压变温度法是当末端负荷变化时，同时调节末端静压和送风温度，即末端静压和送风温度均是可调节的参数。

VAV系统总风量控制法是因为控制末端静压的VAV系统工作运行存在着不稳定因素，因此采用总风量与末端负荷匹配的总风量控制法，可以有效的进行VAV系统中的节能控制。通过自动计量和统计求出末端风量总量，通过送风机相似特性及相关的计算求出送风机转速，并控制送风机在此转速运行，使送风量与负荷匹配。

（3）回风机转速控制：在较大的VAV空调系统中，末端数量多、分布范围大、总风量大且风道管路较长，系统装置中包含总回风管路中的回风机。在控制上，除了对风机进行变频调速控制外，还要求对回风机进行相应的联动控制，及控制送风量也控制回风量，以保证空调房间在其他运行参数中得到满足，同时使送风量和回风量达到平衡。一般情况下，回风量要小于送风量，但在被控区域有负压要求时，回风量应大于送风量。应根据系统的实际情况确定送风量与回风量的差值，同时根据风管末端静压信号调控回风机的转速及风量，还可以将送风机前后风道压差测量值和回风机前后风道压差测量值送入DDC的AI口并与设定值进行比较，计算后输出控制信号，调节风机转速使回风量满足要求。

5 VAV空调系统设计中需注意的一些问题

（1）正确认识建筑的特点和使用需求：VAV系统常见于写字楼内，二次装修后写字楼分隔房间多，使用单位小而且电脑及办公设备多且集中，存在人员分布集中且密集，电气设备发热量大等问题。设计时应针对这些特点进行空调设计，另外全面考虑建筑物热需求选用合适的空调机组。

（2）VAV箱与风口应根据实际需要进行设计：写字楼内二次装修后，平面建筑布局相比结构会发生很大变化，应该根据装修后的房间分隔来进行风口的设计。在二次装修方案确定前尽量避免盲目的提前设计，另外VAV箱与送风口之间距离尽量缩短以达到更好的效果。

（3）VAV箱的型号和数量应满足实际需求：由于二次装修房间数量变化，空调负荷并不均匀，设计时尽量增多空调末端数量，同时选择型号较小的末端以适应可能的装修变化。每个VAV箱调节温度和风量的能力是有限度的，装修发生变化时，较大型号的VAV箱会因为空间的分割导致周围温度的不均衡，采用增多数量减小型号的方式可以避免这些情况的发生。

6 办公楼工程案例

6.1 设计背景

以办公楼单层为例，该层有一空调机柜，该机柜的送风系统分成上下两个区，上面有4个VAV BOX，下面有5个VAV BOX，负责整个办公区域的制冷。

我们采用Delta公司的DDC控制器作为此层VAV BOX与空调机组的控制单元。

6.2 变风量空调系统整体设计

空调系统冷冻站控制：说明空调系统的制冷设备主要由三台冷水机组做供冷主机。其中两台为1500kW离心机，一台为750kW螺杆机。在整栋楼供冷负荷较小的情况下使用螺杆机进行供冷，在负荷相对较大的情况下使用离心机和螺杆机的不同组合方式进行供冷，并且尽量使离心机组在较大负荷的状态下运行。

在各不同区域配置的空调机柜的送风口处安装温度检测元件监测送风温度，并用温度检测值反馈给电动调节阀控制冷水流量来实现送风温度的控制。

随着供冷区到达设定温度后回风温度也逐渐降低，通过DDC控制调节阀根据反馈值减少所需的冷水量。调节阀关小后则冷水系统的供水总管压力升高。此时可通过调节冷冻泵运行状态达到平衡压力的目的，从而也达到冷水系统的节能运行。

VAV BOX采用Delta公司提供的VAV控制系统进行控制。每个VAV BOX有独立的可控风阀并配有温度传感器对该VAV BOX控制的风口进行风量的控制。控制区域的温度期望值可以通过VAV BOX的控制面板由客户端进行调整，从而满足客户的不同需求。

该区域的温度达到了VAV BOX的设定温度，VAV的风阀则自行关小以使送风量和该区域温度相匹配。当本层空调柜控制区域内的多台VAV BOX风阀均已关小，则总供风管中的静压开始升高，达到静压设定值，DDC开始控制空调柜内的风机进行节能运行。

6.3 应用注意事项与要点

变风量系统应参考设计院的暖通参数与要求进行设计。主要参考参数包括空间要求温湿度、最大风量、最小风量、风管口径等。因为各厂家设备存在差异，所以要根据要求选择合适的VAV变风量设备。

VAV末端系统设计时要考虑预留余量，尽量不要使风机长时间处于满负荷状态工作，这样既达不到节能效果又会加快风机老化过程。

建筑各负荷区域不同，因此VAV末端要考虑到不同区域的负荷状态，根据实际情况进行布置，避免造成局部风量不能达到设计要求。

设计时也要注意室内装修的要求，注意装修界面的隔热工作，另外注意装修施工时破坏或堵塞风道。

厂家设备出厂时的设定是理想状态的设定参数，现场调试时还需要必要的整定方法。主要是设备实际安装后使用风速检测仪等设备测量VAV BOX末端的最大出风量和最小出风量，同时在DDC控制界面读取测量值，并通过设置DDC参数校正偏差，获取最佳的工作效果。