1、 变风量空调系统变风量空调系统（VAV,Variable Air Volume System）是通过空调送风量的调节实现空调区域温湿环境的控制。在变风量空调系统中，当室内空调负荷改变或室内空气参数设定值变化时，空调系统自动调节送入房间的风量，将空调环境的温湿参数调整到设定值，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产的要求。送风量的自动调节可以最大限度地减少风机的动力消耗，节约空调系统运行能耗。在送风温度不变时，变风量空调系统的送风量与空调负荷呈正比例的线性关系。变风量空调系统所需的风量随负荷的减少而减少。在空调系统运行的大部分时间内，空调系统处于非满负荷的运行状态，达到设计负荷运行状态的时间很少，一
2、般不超过总运行时间的 5%。与定风量空调系统相比，变风量空调系统在降低运行能耗方面有很大的优势。由于建筑物内空调系统耗电很大，节能运行在楼宇自动化系统中就显得格外重要。VAV 系统 20 世纪 60 年代在美国出现，并在其随后的岁月中不断发展，在技术上已经日益成熟，特别是随着计算机工业的发展，变风量空调系统的设备具有了智能化能力，现在已成为美国空调系统的主流。近年来，在国内也受到越来越多的重视，VAV 系统应用得越来越多。虽然空调的变风量技术与它的定风量技术相比发展的时间不长，但其工作原理却早已为人们所熟知。向室内送冷风，送入室内的冷量按下式确定 )(sntLcQ式中 c 为空气的比热容，kJ
3、/(kg.C);为空气密度，kg/m3;L 为送风量，m3/s;tn 为室内温度， ;Cts 为送风温度， ;Q 为吸收（或放入）室内的热流量，kW，亦即冷却（或加热）的效果。根据公式所示，为了吸收数量相同的室内热流量 Q，可以假设送风量 L 为一个常数，改变送风温度 ， 值越低，Q 值越大，因此，可以利用改变送风温度，st以适应室内负荷的变化来维持设定的室温，这种方法就是过去应用最多的定风量系统。如果把送风温度设为常数，改变送风量 L，也可以得到不同的 Q 值，来维持室温不变。这样，用改变送风量的方法，以适应不同的室内负荷来维持室温恒定的空调系统称为变风量空调系统。变风量空调系统属于全空气送
4、风方式，系统的特点是送风温度不变，通过改变送风量来满足房间对冷热负荷的需要，用改变送风机的转速来改变送风量。它具有全空气系统的特点，例如可在适当的室外气候条件下，利用室外风消除室内负荷，这是全水系统或空气水系统无法相比的，这不仅节能而且改善了室内空气质量。通常采用变频调速来调节送风机电机转速的方式实现送风量的控制。相对定风量系统而言，变风量空调系统具有以下优点：用改变房间送风量的方法，补偿房间负荷的变化，避免了因再加热造成的冷热抵消，节省了能耗；选用合适的变风量末端设备，能为房间提供廉价的室温控制；系统的灵活性很高，易于改、扩建，特别适用于用途多变的建筑物，例如办公室和实验室等，当室内参数改变
5、或重新隔断时，无需重大变动，甚至只需重调室内恒温器的设定值即可；风量平衡方便，节省了风量平衡中浩繁的测定和调整工作量；由于开发成功多种送风方式，当在小风量下运行时，仍能保持良好的风速与温度的综合效果，不会产生“吹风”感；室内无过冷过热现象，由此系统运行时可减少空调负荷的 15%-30%。但是相对来说，变风量空调系统的室内相对湿度控制质量不如定风量再热系统那样精确，而且，由于增加了系统风量控制环节，每一房间又都需增设改变风量末端设备，因此，设备投资有所提高，但从节能的收益中可很快回收。（1）末端装置如图所示的变风量系统中，VAV 系统末端装置有几种不同的类型。普通型 VAV 末端装置：主要由室内
6、温度传感器、电动风门、风速传感器、控制器等部件构成。它通过调节风门来控制室内温度。控制器根据室内温度计传感器的测量值与设定值的比较偏差，输出控制信号调节电动风门的开度，使室内温度维持在设定值，并将风速传感器上的测量值上传到系统控制器，为系统控制其进行空调机组风机调速提供风量数据。再热型 VAV 末端装置：是在普通型 VAV 末端装置的基础上增加再热（冷）装置。在风量或风速允许的限度内，通过调节风门来控制室内温度；当风量已达到极限而温度仍达不到设定值时，控制器则开启加热器（电加热开启电源，冷热水开启阀门），再通过控制风量来控制室内温度回到设定值。风机型 VAV 末端装置：也称为 FPB(Fan
7、Powered Box)，其控制器是根据室内温度由 VAV 控制器控制进风风门开度调节一次进风量，同时与室内空气混合后经风机加压进入室内，以保持室内换气次数不变。这种末端装置加设了风机，室内温度分布和气流条件变好，但设备成本和运行成本提高，可靠性和噪声等性能指标有所下降。（2）变风量空调机组的送风量、送风温度调节总风量控制是 VAV 系统控制的核心，现在常用的总风量控制有定静压定温度法（CPT,Constant Pressure & Temperature）、定静压变温度法（CPVT,Constant Pressure Variable Temperature）、变静压变温度法（VPVT,Va
8、riable Pressure Variable Temperature）和 VAV 总风量控制法。在这里仅对 VAV 总风量控制法稍作介绍。由于静压控制存在不稳定因素，对VAV 系统的使用造成了极大的障碍。如果通过统计计算出各末端风量的总量，并通过送风机箱斯特星计算出此风量所对应的空调机组送风机的转速，并控制空调机组送风机在此转速运行，从而保证送风量与负荷需求一致。这就是总风量控制法的基本原理。它是开环控制的思路，优点是控制算法简单、速度快、稳定性好；缺点是当设备性能变化时，空调系统会产生很大的误差，甚至完全失效无法工作。因此，需要和某种反馈方式结合起来才会取得好的效果。（3）回风机转速自动
9、调节在变风量系统中，系统的调节是靠风量完成的。为了保证系统良好运行，除了对送风机进行变频控制以外，还必须对回风量（回风机）进行相对应的连锁控制，大多数情况下，回风量应小于送风量，但在空调区域有负压要求时则回风量必须大于送风量。在实际工程中应根据不同系统的不同要求，确定送、回风量的差值，再根据风管末端静压信号，来调节回风机的风量。（4）湿度控制一般以空调机组回风的相对湿度作为被调量，它代表了空调区域（室内）适度的平均值，空调机组回风相对湿度的调整通过改变送风含湿量来实现。DDC 控制器将回风管中的空气湿度测量值与给定值比较，对比较偏差进行 PI 运算得到控制信号调节加湿阀的开度，将空调机组回风的
10、相对湿度控制在给定值。（5）空气质量控制为保证空调区域（房间）的空气质量，在回风总管安装空气质量传感器。当回风中的 CO2、CO 浓度升高时，传感器输出信号到 DDC，再由 DDC 输出相应的控制信号，控制新风风门开度增加新风量，以保证空调区域（房间）的空气质量。（6）新风量、回风量以及排风量的比例控制在对空气质量要求高的舒适空调系统中，新风量首先要保证室内空气的质量。在这个前提下，DDC 根据新风的温湿度、回风的温湿度进行回风及新风焓值计算，按回风和新风的焓值比例控制新风门和回风门的开度比例，使系统在最佳的新风/回风比状态下运行，以便到达节能的目的。在过渡季节或比较合适的天气，当室外空气的湿
11、温度合适时，空调机组进行全新风运行不但节能，而且提供了最好的空气品质。（7）过滤器差压报警、机组防冻保护采用压差开关测量过滤器的两侧差压，当压差超限时，压差开关报警，表明过滤网两侧压差过大，过滤网积灰积尘、堵塞严重，需要清理、清洗。采用防霜冻开关监测换热器出风侧温度，当温度低于 5 摄氏度时报警，表明室外温度过低，应关闭风门，同时关闭风机，不使换热器温度进一步降低。风门应该有良好的气密性，同时要有良好的保温性阻止与室外冷空气的传热。但大多数风门本身的气密性和保温性并不好，难以起到保温隔热的作用。比较可靠的做法是机组停止工作后仍然把水量调节阀打开，使换热器内的水流缓慢循环流动起来，若水泵已停机，
12、则整个水系统还应开启一台小功率的水泵，保证水系统有一定的水流速度，而不至于冻裂。（8）空调机组的定时运行与设备的远程控制VAV 变风量空调机组的控制系统能够依据预定的运行时间表，实现空调机组的按时启停；中央监控系统应有对 VAV 变风量系统的设备进行远程开/关操作的功能，也就是在控制中心能实现对空调机组现场设备的远程控制。（9）变风量末端装置的自动调节VAV 空调系统的运行由 VAV 末端装置根据室内要求进行送风量控制，其控制方式依据末端装置的不同有所不同。总之，在具体的工程中，变风量的系统配置都是不一样的，并不是每个变风量系统都配置新风温湿度传感器或防冻开关；在洁净程度要求较高的场合，变风量
13、系统可能要配多级过滤网等。不同系统中末端装置的原理与数量也不一样，在控制系统设计与设备选型时应该根据实际情况，统计出设备数量，作为选配 DDC 控制器的依据。变风量系统的空调机组部分也可以像定风量空调机组一样，将送风机和回风机设计成两用的，在发生火灾时，送风机作为补风机、回风机作为排烟机。若 VAV 系统的空调机组以这种方式设计时，在对应的控制系统设计中，防烟阀、排烟阀、送风机/补风机、排风机/排烟机等具有火灾消防功能的设备必须和火灾自动报警系统实现联动控制，无论在硬件配置、电气连锁还是控制软件设计等方面都需要做全面的考虑。从人类利用火，并为抵御气候变化的影响而由穴居到建造不同的建筑物经历了漫长的岁月。人们在日常生活和生产劳动中对空气的温度、湿度、风速以及洁净度等都有了一定的要求。空气调节的意义就在于“使空气达到所要求的状态”或“是空气处于正常状态”。空调的出现满足了人们不同层次上的需求，但在设计使用的过程中，我们仍需坚持环保，减少能耗，只有可持续发展，才会有舒适的明天。
