1、浅谈变风量(VAV)系统与风机盘管(FCU)在工程应用中的比较【摘要】 如今，人们对办公环境的舒适性、智能化的要求越来越高，而新的空调产品的问世，以其节能和热舒适性等方面的优势在世界迅速发展。变风量（VAV）系统做为适应时代的产品得到人们的热捧。本文以北京市某高档办公楼中 VAV 系统的应用为例，介绍了 VAV 系统在设计、施工安装、运行调试等方面应该注意的问题，分析其优缺点。并与传统的风机盘管系统进行了对比分析，得出最终结论，一定要选择适合的空调产品，而不能片面追求高科技。 【关键词】：变风量（VAV）系统，风机盘管（FCU） ，设计，安装 中图分类号：S611 文献标识码： A 绪论: V
2、AV（Variable Air Volume）系统即为变风量空调系统是通过改变送风量来改变室内温度、控制室内温度一种空调系统。VAV 系统在上世纪60 年代起源于美国，70 年代在欧美和日本得于广泛应用，90 年代末才进入我国大陆地区，目前 VAV 的市场呈增长趋势。在美国高层建筑 VAV 系统使用率达 90%以上，在香港 90 年代著名建筑中 VAV 系统的使用率在70-80%。由于其节能和热舒适性等方面的优越性而在国内得到了越来越广泛的认可，在上海、北京等地都有一定数量的工程项目实例。因此 VAV技术是非常成熟而且是逐渐成为世界空调控制的主流方式。 FCU(fan coil unit)系统
3、在空调工程中大多是和经单独处理的新风系统结合应用的，也就是我们常说的新风加风机盘管系统。风机盘管机组主要由低噪声电机、盘管等组成。风机将室内空气或室外混合空气通过表冷器进行冷却或加热后送入室内，使室内气温降低或升高，以满足人们的舒适性要求。盘管内的冷（热）媒水由机器房集中供给。 本文通过 VAV 系统在北京市某高档办公楼的应用，比较其与传统空调系统风机盘管系统在各个方面的不同及优越性。 一、工程概况 北京市某高档办公楼，建筑面积 4.2 万 m2。地下 5 层为车库、机房及附属用房，地上 17 层为办公室及会议室，房间吊顶板采用高档硼砂式矿棉板，故采用全空气系统采暖及制冷。卫生间采用风机盘管系
4、统。制冷机组采用三台约克螺杆式冷水机组，制冷量为单台 1580kW。冷却塔设置于屋顶。每层均设置 23 个空调机房，末端采用变风量 VAV 系统，美国进口 TITUS 风口。以八层为例，共分 2 个系统，北侧空调机房的处理风量为 9000m3/h，南侧机房处理风量为 16000 m3/h，送风机为变频控制，中控室对空调机组运行情况及各个办公室温度统一控制。本工程 VAV 机采用约克单风道风机动力型系统。 二、VAV 系统的工程应用 1、VAV 系统的介绍 VAV 系统是属于全空气式的一种空调方式，该系统是通过变风量阀调节送人房间的一次风量，并相应调节空调机（AHU）的处理风量来控制某一空调区域
5、温度的一种空调系统。VAV 系统的应用要注意以下几个问题： （1）VAV 系统改变的是进入房间的一次风量，有的变风量箱（VAVBox）则是保持送风量不变而通过变风量阀改变一次风量与回风的混合比例。 （2）区域温度的控制由变风量箱（VAVBox）来实现。即通过气动或电动或 DDC（直接数字控制）来控制变风量阀的开度，调节一次风量，或通过调节变风量阀的开度，调节一次风量，或通过调节变风量箱中的风机转速来调节送风量或调节旁通风阀来实现的。 （3）空调机组（AHU）的送风量应根据送风管内的静压值进行相应调节，与变风量箱减少或者增加送风量以控制房间温度时相呼应，一般地，空调机组送风机的性能曲线应相当平缓
6、，从而使得风量的减少不少于使送风静压过快升高。 2、VAV 系统在设计中可能遇到的问题 VAV 系统可基本分为单风道、双风道和多区域系统三种，其中单风道系统又可分为再热、诱导、风机动力、双导管和可变散流器1等几种调节形式。 设备选型一般根据不用的应用场合选择合适的形式。但是各个厂家提供技术参数不一，而且实际选用品牌可能与设计不同，施工单位应进行具体数据的复核。选型设计过程中应注意以下几个问题： （1）安装空间问题。一般高档办公楼对室内环境要求较高，尤其是噪声要求。选用风机动力型系统，在 VAVBox 后一般加消声器以降低噪声。这就增加安装空间，在本工程中 VAVBox 的安装尺寸为 92092
7、0mm，进风口直径为 200mm，消声器的长度为 1000mm，而按照安装要求，在主风道与 VAVBox 进风口的连接长度不少于 4 倍进风口直径，则消声器的出风口距离主风道接近 3m 的距离，所以对于进深较小的房间，安装较为困难，后接风管则只能回勾以保证风口追位。如图 2-1，2-2 所示。而一般对于通风管道的设计，如果产生回勾现象，则会影响空气的气流组织，若风量较大时，通风管道会产生再生噪声，造成噪声污染，破坏安静的办公环境。 图 2-1 VAVBox 安装图 2-2 VAVBox 安装 （2）系统噪声问题。变风量末端最大风量一般为设计风量的70%85%时系统运行最稳定。若选大末端，运行时
8、变风量末端入口处风阀开启度很小，从而产生再生噪声。消声器不能消除此处的噪声。 （3）系统运行问题。当某一末端关小阀门，使系统压力升高，就会导致其他末端阀门也关小阀门，最后压力升高到定静压设置值后，通过变频器改变供电频率，降低系统风量;随之系统调节过程开始向相反方向进行。如果这种情况出现再伴有风阀执行机构和变频器等环节的控制滞后，就会导致系统的不稳定，即产生振荡现象。 （4）投资问题。若 VAV 末端选大，则会大大增加初投资，以提高工程造价。就本工程造价中有关末端机组的比较见表 2-1。可见，采用 VAV设备的设备费比采用风机盘管设备的设备费高出数倍。因此，目前为止，VAV 设备只适用于高档办公
9、场所，相信随着此项技术的成熟化，设备单价会随之下降而使之成为大众产品。 表 2-1 VAV 系统与风机盘管系统初投资的比较 项目 数量 单价（元） 合价（万元） 备注 VAV 设备 426 7800 332.28 未分型号 FCU 设备 426 1200 51.12 选用风量相同的设备 比较 6.5 倍 注：上表中所列价格参考约克品牌的市场均价。 因此，在 VAV 机的选型上，一定要综合比较各种机型所适合的场所，并结合土建结构图梁的位置等因素，选择合适的产品。在本工程中，由于设计单位在进行本工程设计时，未全面考虑土建结构梁的位置及高度，以及在绘制施工图时，未根据厂家提供的 VAV 机外形尺寸设
10、计，导致实际工程施工过程不能按照施工图进行施工，施工单位花费了大量时间做现场测量并进行二次深化设计，因此，正确的选型和设计是确保顺利施工的关键条件。 3、VAV 系统的施工安装调试问题 由于 VAV 设备个体较大，重量比风机盘管重数倍，而且出风口首先要同消声器连接，两台设备都有水平度且连接长度为 300mm，因此在安装过程中存在着难度大，精度高的问题，特别要注意以下的安装要求。 （1）变风量末端装置的安装要求水平放置，为了减少末端设备振动产生附加噪声，末端箱体和吊架之间设有橡胶减震隔垫。吊架与顶板之间采用减震吊杆连接。各吊架竖直吊挂，均衡受力。 （2）由于变风量末端重心不在中间，设备吊装时在吊
11、件上下应均备螺母，并进行调节保证末端设备的水平度。 （3）变风量末端的标准进风口与进风管通过套接方式连接，安装到位后，用自攻螺钉固定，数量以 46 个为宜，连接缝处涂胶密封。 （4）变风量末端的出风口采用法兰连接时，与送风管法兰之间的连接处粘贴密封条，再用螺栓紧固，两段之间连接不应有松动及漏风现象存在。 （5）因末端装置采用了内保温，所以一、二次风管保温与末端设备箱体接口处要处理严密，防止因冷桥现象产生冷凝水。 （6）末端装置由于风量传感器、压力信号传感器的变风量末端装置，在其矩形进风口上接驳等尺寸且长度为 2 倍长边（2B）2的直管。 VAV 设备调试主要分成设备测试、参数调整和系统平衡这三
12、大部分。其中设备测试部分的重点是空气处理机（含新/排风） 、变风量末端以及相关的自控设备。根据 VAV BOX 的设计最大最小风量，设定末端控制器单元参数，与之相匹配该步骤是让控制器识别其工作的上下限位置，进而改变执行器的工作方向，实现对风阀的调节。用流量罩实测此VAV BOX 各风口的风量与末端控制器单元实测风量比较，确定流量因子。该步骤即是现场精整定，此时的风量是综合了现场真实的变风量末段入口压力、送风至各风口的压降的真实风量，是真正体现变风量末端调节功能的重要一环，其重要性甚至高于在工厂的参数整定。流量因子因不同的厂家、不同的末端而不同，是个与实际阻力情况和产品结构相关的系数，也是难以预
13、知的一个量，因此需要通过现场实测以及实际运行过程的微调，以调整各项设计参数。 VAV 系统的智能化控制程度高就在于其将各个设备运行的信号数据化，通过数据分析反馈信号控制设备的合理运行，以达到节能的效果。 三、FCU 系统的应用 风机盘管是空调系统的末端装置，其工作原理是机组内不断再循环所在房间的空气，依靠风机的强制作用，使空气通过冷水（热水）盘管后被冷却（加热） ，强化了散热器与空气间的对流换热，能够迅速加热房间的空气，并保持房间温度的恒定。通常，通过新风机组处理后送入室内，以满足空调房间新风量的需要。 但是，由于这种采暖方式只基于对流换热，而致使室内达不到最佳的舒适水平，由于增加了风机，提高
14、了造价和运行费用，设备的维护和管理也较为复杂。 风机盘管系统作为一种半集中式空调系统，由于其机体结构精致，紧凑，坚固耐用，投资少，使用灵活性高3等特点，广泛应用于各种建筑中，尤其是酒店客房以及部分商用写字楼等建筑。其功能是保持房间的热平衡和造成房间中空气的流动和循环。 但在高档办公楼中，对室内空调环境要求精度高的情况下，风机盘管系统明显处于劣势。并且风机盘管系统安装过程中，如果接头不严密，造成漏水现象，不仅要污染顶板，还有可能造成其他额外经济损失，如档案管或资料室。 四、两种系统优缺点的比较 1、节约能源 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 VAV 空调系统是通过改变风量来调
15、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 784。2、空气质量 因为 VAV 空调系统是全空气系统，在过渡季可大量采集新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗，而且增加新风量，可靠改善室内空气质量。 3、漏水问题 由于 VAV 系统为全空气系统，在机房外空间没有冷冻水管道，故没有漏水的可能性。在满足安装精度要求，即通风管道保温安装达到要求时，VAV 空调系统不会产生冷凝水，可以避免产生冷凝水造成的滴漏污染吊顶。因此对于高档办公系统，尤其是资料室等尤其适用。而风机盘管系统，由于其吊顶内大量冷冻水管道，不可避免的在管道接
16、口处出现泄漏，或者在冷凝水管在施工时发生堵塞现象，则冷凝水从冷凝水盘中直接溢流到吊顶板。 4、安装空间及灵活性 前面已经介绍了 VAV 空调设备在安装空间占用较大的问题，因此在设计和施工过程中都必须考虑到，而风机盘管以其较小的体积，灵活的安装形式能实现安装空间较小时实现制冷的目的，在本工程中，办公室及会议室等房间由于其房间安装空间较大采用 VAV 空调系统，而卫生间的进深只有 3m，采用风机盘管设备和排风机共同维持卫生间的环境舒适性。 5、楼宇智能化 楼宇智能化是信息化的重要组成部分，智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高
17、工作效率，激发人们的创造性。楼宇智能化也就是使得办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。 楼宇智能化提供的环境是一种优越的生活环境和高效率的工作环境，因此在高档办公楼中实施楼宇智能化也是一种必然，VAV 空调系统的应用使得楼宇智能化得控制更加和谐。 结论 随着科学技术日新月异的进步，空调技术也在突飞猛进的发展，越来越多的新的空调产品的问世，对于改善人们的办公环境、居住舒适性起着不可磨灭的作用。 VAV 空调系统的系统节能性在资源日益相对匮乏的时代更显优越性，不产生漏水的忧患在一些特殊的办公场所使工作人员更加放心，高度的智能化控制更符合时代的要求，这些优势使其占据着越来越多的市场。 但是通过本文对两种系统优缺点的比较，任何一种产品都有一定的适用条件，也有一定的局限性。所以我们应该根据不同的环境，不同的要求，选择不同的空调产品，尽量发挥每一种产品的优点，规避其不足，不能一味追求高科技，新产品。 参考文献 1 彭士梅，空调系统的 VAV 末端，暖通空调，4245； 2 路延魁，空气调节设计手册(第二版)，北京：中国建筑工业出版社，1995； 3 吕焕田，风机盘管选型及系统设计中的一些问题，山西建筑，109110, 4 李正洪，变风量空调系统（VAV）施工实例分析，四川建材，231233。
