变风量空调(VAV)（精选8篇）
变风量空调(VAV) 篇1
1 变风量空调系统的发展简史
VAV空调系统在国外已经发展了将近30年, 进入中国也已经有10年的时间, 目前不仅在设计理念、空调设备、控制方法等相关环节有了成熟的进步并形成一整套的独特体系, 在国内便有众多知名工程实例:中国人寿大厦、国贸中心、东方广场、国家电力调度中心、中银大厦、上海花旗银行、证券交易大厦、国际航运大厦, 深圳世贸商城、招商局大厦、广州新白云国际机场等。
2 变风量空调系统的结构
变风量空调系统主要由变频空调机组、变风量末端、风道及控制系统组成。下文仅以中国人寿大厦为例。
该大厦建筑面积12万平方米, 地上建筑31层, 地下3层。标准层分南北两大区域, 每个区域又分为内区与外区, 内区为公共区域, 外区为办公区域。南北区各一个空调机房, 每个空调机房两台变频空调机组, 分别为内区与外区的变风量末端箱提供冷/热风。分别安装在16层与28层的8台大型变频新风机组则通过风管与各层空调机组相连, 为其提供新风。空调/新风机组均为两管式, 高压喷雾加湿, 初中效过滤, 变风量末端箱1785台为单风道压力无关型, 分别安装于各层公共区域及办公区。
楼宇自控系统 (BAS) 由二级网络组成, 即N1网和N2网, 中央操作站计算机通过HUB及93Ω同轴电缆与网络控制器 (NCU) 连接形成N1 (ARCNet) 网, 网络控制器 (NCU) 通过屏蔽双绞线AWG18与直接数字控制器 (DDC) 级VAV末端箱连接形成N2 (Lon Works) 网, 一部分NCU控制空调机组, 另一部分则控制变风量末端设备。
3 变风量空调系统的工作原理及控制
变风量空调系统的控制主要包括变风量空调机组、变风量新风机组及变风量末端的控制。
3.1 变频空调机组 (AHU) 及新风机组的工作原理及控制
3.1.1 变频空调机组的工作原理
变风量空调系统的与其他空调系统的最大区别就是风量控制。控制方法分别为定静压控制法、变静压控制法、总风量控制法。
本大厦空调机组采用定静压控制法, 使用变频驱动器控制风机的转速来控制送风量。控制器根据送风主管的静压自动调节送风机和回风机的转速, 使主风管保持一定的静压。
3.1.2 变频空调机组的控制
1) 送风静压的控制。当室内负荷发生变化时, 室温相应发生变化, 室温的变化由温度传感器感知并送到变风量末端控制器, 调节末端箱的风阀开度, 改变送风量跟踪负荷变化。随着送风量的变化, 送风管道中的静压也发生变化这一静压变化由安装在风道中的静压传感器测得并送至直接数字控制器DDC, DDC控制器根据静压设定值和实际值的偏差输出控制信号对变频器的输出频率进行PID调节, 改变风机转速, 从而保持静压不变。送风静压控制流程: (1) 读取送风管静压→ (2) 控制变频器→ (3) DDC运算比较→ (4) 风机转速得以控制。这里有必要强调一下正确选择设定点对系统的性能非常重要, 如果设定点太低, 某些VAV箱就不能获得足够的风量以保改变室温。例如:某些VAV箱的风门开度到了100%, 但实际流量还是比所需流量要小, 这些VAV箱“欠风 (风量不足) ”, 则VAV箱不能达到房间温度的设定点。如果设定点过高, 风机的能源就被浪费掉了, 静压的设定点越高, 风机就越难于保持设定点。如果静压设定点太高, VAV箱要打开一点风阀就能达到所需风流量, 气流从小开口流动就会产生许多噪音。为尽可能降低送风静压并保证各区所需风量, 送风静压应调节至使最大开度的VAV风阀刚好在非常接近与全开的位置。2) 水阀控制。根据安装在风管内的温度传感器所检测的温度度送往直接数字控制器与设定点温度值相比较, 直接数字控制器根据预先设定好的PID参数, 对水阀电动调节执行器进行调整。以夏季运行模式为例, 当送风温度高于设定值时, 调节阀开度增加, 当送风温度低于设定值时, 调节阀开度减小, 使实际温度与设定温度逐渐接近直至稳定在一定范围。3) 送风温湿度控制。通过对安装于水盘管回水侧的二通电动调节阀 (AO) 的自动调整, 实现对送风温度设定点 (可调整) 的控制, 保证空调机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当;根据送风湿度与设定湿度的比较, 选择启动加湿阀, 使得湿度保持在适当范围内。4) 过滤网压差报警。压差开关检测过滤器两端的压力差, 当过滤器积尘量超过设定值时, 控制器给出报警信号更换过滤器。5) 新风/回风阀控制。新风阀与送风机连锁, 风机停止时自动关闭新风阀。回风阀根据新风阀开度自动调节, 以使混合送风流量稳定。6) 防冻开关。监测表冷器表面温度, 在冬季运行时, 当温度低于低温断路控制器设定值 (可调整) 时触发报警并联动一系列的防冻保护动作, 如停机、关闭新风阀、打开水阀等。
新风机组也采用定静压控制方式, 其原理及控制方法与变风量空调机组 (AHU) 类似。
3.2 变风量末端箱 (VAV-BOX) 工作原理及控制
末端装置是变风量系统中的关键设备, 通过它来控制送风量, 保持室温不变。一个变风量系统的成功与否, 很大程度上取决于末端装置性能的好与坏。本大厦所采用的末端设备为江森METASYS单风道压力无关型末端变风量箱。
室内温度通过末端装置设在房间的温控器进行设定, 温控器本身自带温度检测装置, 将房间温度实时传送至控制器, 当房间的空调负荷发生变化温度偏离设定值时, 控制器根据偏离程度通过系统计算, 确定送入房间的风量。风量感应器的两端将风分别取样送至压差便送器, 压差变送器经运算得出实际送风量, 流量=系数×姨高压力值-低压力值送入控制器与计算的风量相比较。由于温控器所发出的控制指令并没有直接控制风阀而是作为控制器的一个给定信号, 控制器根据该信号来测算风量控制风阀, 显然该系统属串级控制系统, 有两个控制环, 温度控制是主环, 风量控制是副环。根据串级系统控制器选择的一般原则, 温度控制环路采用PID控制, 风量控制环路则采用PI控制。由于风量控制环路的存在, 当前端送风管的静压发生变化时, 立即被变风量末端的风量传感器感知, 在尚未影响室温前即被风量控制环路纠正, 这样送风管静压的变化不会影响送风量, 所以被称为“压力无关型”。
4 变风量系统的优势及不足
4.1 节能
在同一空调系统中, 不同房间一般不可能同时达到最大负荷值, 因此尽管每个VAV未端的最大送风量可按房间最大空调负荷来选择, 但空调机组总送风量应按各房间的逐时负荷之和的最大值来计算而不是象定风量机组那样送风量为各房间最大送风量之和。如果将每个VAV未端的最大送风量比作1的话, 那么空调机组的总风量可以形象的比作, 1+1<2。所以, 从设计上, VAV系统空调机组的送风量的选择就比定风量空调机组低, 使机组尺寸减小, 所占机房面积也有所减少;同时, 其设计的用电安装容量下降, 电气报装费也将下降。在运行时, 随着负荷的降低, VAV未端的风量减少, 其空调机组的送风量也相应减少。由于一幢建筑的空调负荷在全年中只有大约5%的时间内出现满负荷情况, 其余时间均是在低负荷工况下运行。在风机盘管加新风的系统中, 新风量是固定不变的, 送风温度也只是冬夏季节时各自统一, 在4、5、10等月份的过渡季节时, 仍须开制冷机组供冷, 只靠新风来控制室温是不太可能的, VAV系统属于全空气系统, 过渡季可直接利用新风来保证室内温度, 其全年运行能耗大大降低, 节能意义显而易见。
4.2 舒适性
VAV系统可以根据不同房间的使用要求来独立控制同一空调系统中的各房间的温度, 其每个未端装置可自配温度控制器, 能根据所控制区域负荷的变化或个人的要求自行设置、调节环境温度和送风量, 实现各局部区域的独立控制, 能够有效的调节局部区域的温度, 避免在局部产生过冷或过热现象, 自动实现人体对于环境的舒适要求。
4.3 降低设备噪音
采用风机盘管, 则很难消除其在运行时产生的噪声。VAV系统对空调机组本身的噪声要求就不是如此严格, 因为可通过在风道上以及VAV未端和风口上设置消声设备来达到使用要求;而且当负荷下降时, 空气处理设备 (风柜) 风机转速的改变 (变低) , 风管内风速也会下降, 噪音也会成倍降低。
4.4 系统灵活性
目前的办公搂多采用大开间设计, 而用户通常会按自己的使用要求进行二次分隔及装修。与风机盘管相比, 变风量系统在建筑的二次改造中, 移动方便、改动小。工程实践证明, 风管的改造难度远远小于风机盘管的改造。由于VAV未端装置及其所带风口用软管连接, 当房间重新作二次分隔及装修时, 只需要装修单位就可以重新布置VAV未端及风口位置而不需要制造风管的专业公司来加工钢板风管。甚至当室内参数改变或重新隔断时, 可能只需更换支管和末端装置, 移动风口位置。便于客户根据自己的需要随意布局房间大小及数目。
4.5 解决了漏水和卫生的问题
全空气系统的变风量空调, 由于室内无水管因而就避免了冷冻水从吊顶空间穿过, 减少了天花被冷冻水管滴湿的现象。由于局部可调, 不必安装风机盘管, 消除了风机盘管的表冷器凝水和水盘的霉菌污染。
同时, 变风量系统也存在不足之处, 主要是因为VAV系统末端装置和控制系统价格相对较高, 相应的一次性投入较大, 比较适用于对舒适性要求高的高档写字楼。
5 变风量空调系统的运行
以大厦标准层12F的空调系统为例:夏季运行模式, 系统按照预定的时间表启动, 安装于16F的4台大型新风机每日6:30开启, 分别为包括12F在内的标准层每层南北区的4台变频空调机提供新风, 空调机将经过处理的冷风通过风道及变风量末端箱 (VAV-BOX) 送到每个单元房间。这样可以在客户上班之前将楼内温度调整到预定温度范围。系统刚开始运行时, 楼内热负荷比较大, 要求变频空调机送出较大的送风量, 变风量末端箱风阀开启大, 基本保持最大送风流量 (不同型号有不同的最大送风流量) 。到楼内温度达到预定温度24~26℃左右, 负荷逐渐减小, 变风量末端送风流量也相应减小。前端的变频空调机在静压设定值的控制下, 电机转速也随之降低, 并可根据末端负荷变化在一定范围内波动, 最前端大型新风机组与空调机组基本相似。
6 结语
以上对变风量空调系统进行了粗浅的分析。变风量空调系统凭借其节能、环保、舒适、灵活等优势今后将会得到更广泛的应用。
参考文献
[1]Johnson公司、Metasys操作手册 (基础训练) .美国Johnson公司, 2002.
[2]Johnson公司、Metasys操作手册 (系统管理员指南) .美国Johnson公司, 2002.
变风量空调(VAV) 篇2
专业论文
浅谈变风量空调系统设计施工措施
浅谈变风量空调系统设计施工措施
摘要：文章通过空调系统设计施工应用变风量空调系统是一种全新的、节约能源的系统，采用这种方式调节室内温度可以大大降低能耗，是一种新技术、新工艺。改变了传统的新风机组+风机盘管的空气调节方式。本文主要从工艺原理上介绍了变风量空调系统。
关键词：变风量空调；变风量末端机组（VAV）；空气处理机；风机动力箱；传感器
Abstract: This article through the air conditioning system design and construction application of VAV air conditioning system is a new, energy saving system, using this approach to regulate the indoor temperature can greatly reduce energy consumption, is a kind of new technology, new technology.To change the fan coil unit plus fresh air traditional air conditioning methods.This article mainly from the technological principle introduces VAV air conditioning system.Keywords: variable air volume air conditioning;VAV terminal unit(VAV);air processor;the wind powered box;sensor
中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
变风量（VariableAirVolume-VAV）系统 是利用改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气空调系统，它的送风状态保持不变。变风量空调系统有单风道、双风道、风机动力箱式和诱导器式四种形式。其中国内技术主要还是采用了变风量单风道空调系统。
变风量空调系统是一种全空气系统，它有很多优点是风机盘管系统无法比拟的：
1、变风量空调系统是带有热回收装置，可以节约能
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源，部分热量重新通过热交换，能够被二次使用。
2、变风量系统是通过改变输送到房间里的风量来改变房间的温度的，而房间内的空调大部分时间是在低负荷下运行的，风量的减少，同样可以节约能源。
3、变风量空调系统与风机盘管系统相比有明显的好处是冷冻水管与冷凝水管不进入建筑吊顶空间，因而免除了盘管凝水和霉变问题。
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。
下面简单介绍一下变风量单风道空调系统的原理：
图一是典型的变风量单风道空调系统。其中空气处理机组与定风量空调系统一样。送入每个区或房间的送风量由变风量末端机组（VAV Terminal Unit,或称变风量末端装置）控制。每个变风量抹端机组可带若干个送风口。当室内负荷变化时，则由变风量末端机组根据室内温度调节送风量，以维持室内温度。变风量系统夏季调节过程很复杂，由于室内的冷负荷和湿负荷的变化并不一定同步，即随着室内冷负荷的变化,室内的热湿比也在变化，那么，根据温度调节的结果，就不一定满足房间湿度调节的要求。
某公司综合业务楼里有很多设备机房和铺满防静电地毯的房间，这些房间根据功能不同，对温度和湿度的要求也有所不同，房间不能太干燥，温度要适宜，否则产生大量的静电，从而对等离子显示器或其他设备造成一定的威胁，有可能损毁这些电子设备，业主单位提出了这部分房间要求增加湿度，减少静电；而另一部分配电机房像高低压配电室业主则要求绝对干燥的房间，不能有任何的水分或湿润空气，但同时要尽量降低房间的温度，这就对整个空调系统的运行提出了更高的要求，该房间只要冷空气而不要湿度。所以变风量空调系统的水系统也很复杂，与定风量空调系统有所不同。
图一变风量单风道空调系统
AH—空气处理机组；VU—变风量末端机组；SF—送风机；RF—回风机
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当房间符合变得很小时，就有可能使送风量过小，导致房间得不到足够量的新风，或导致室内气流分配不均匀，最终使室内温度不均匀，影响人体舒适感。因此变风量末端机组都有定位装置，当送风量减少到一定值时就不再减少了。通常变风量末端机组的风量可减少到30%~50%。在最小负荷时，变风量末端机组已在最小风量下运行，有可能出现室内温度过低。为此，可以在变风量末端机组中增加再加热期，在最小风量时启动再加热器进行补充加热，以维持室内温度。
变风量系统的一个主要变风量末端机组，有节流型和旁通型两类。节流型是利用节流机构（如风门）调节风量。旁通型的是将部分送风旁通到回风顶棚或回风道中，从而减少室内送风量。这样有部分经热、湿处理过的空气随排风被排到室外，浪费了冷、热量。因此，这种旁通型变风量末端机组所组成的系统的总风量是不变的，这样的系统不是具有节能特点的真正意义上的变风量系统，这里不再详细介绍。
节流型的再热式变风量末端机组结构比较复杂，该VAV末端机组箱体内贴保温吸声材料（如玻璃棉毡）；采用蝶型风门调节风量；出口端的再加热器是一排或两排的热水盘管。如果不装再加热器，即为普通的标准变风量型变风量末端机组。风量调节除了蝶型风门外，还有文丘里管（配圆锥型阀）式、双套筒式（改变套筒上缝隙面积）和气囊式（利用气囊的胀缩改变空气流通断面）等形式。在标准型变风量末端机组出口端不同方位设有出口接管（圆形或椭圆形），以便用柔性管连接风口。再热型VAV末端机组出口端可外接有多出口的静压箱，或直接接风管。
变风量末端机组按风量调节方式分有两类：压力有关型和压力无关型。压力有关型是由恒温控制器直接控制风门的角度，VAV末端机组的送风量将随系统的静压的变化而波动。压力无关型VAV末端机组的风门角度根据风量给定值（有上、下限）来调节。这种VAV末端机组需在入口处设风量传感器。风量传感器是由两根测压管（全压和静压）组成，可以测流速（即流量）。风量控制器根据实测风量值与风量给定值之差值来控制风门，而恒温控制器根据室内温度的变化设定
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风量控制器的风量给定值。这时VAV末端机组的送风量不会因系统的静压的变化而变化。
在部分负荷时，系统内变风量末端机组调节的结果，使整个管道系统的阻力增加，系统的风量减少了，这时管道内的静压将增加，而导致系统漏风增加，还可能使风机处于不稳定状态工作；变风量末端机组还因阀门关的过小而调节失灵；另外过度节流会导致噪声增加。因此，在VAV末端机组调节的同时，还应对系统风机进行调节，使风量适应变风量末端机组调节所要求的风量，且使管道内的静压维持在一定水平内。风机风量调节的方法有多种——变风机转速，变风机入口导叶角度，风机出口风门调节，风机旁通风量调节等。风机出口风门调节实质上是增加阻力的调节方法，并不改变风机特性，风量太小时，可能会导致风机在不稳定区工作；风量旁通调节虽然解决了风管内静压不致升高的问题，但风机能耗并未因风量下降而减少，变风量系统的节能优点就失去了。改变离心风机入口导叶角度，使空气进入叶轮时预旋一个角度，从而改变风机的特性；变风机转速（如采用变频电机）也是改变风机的特性。后两种调节方法的节能效果好，尤其是变转速的方法。因此变风量系统宜采用这两种风量调节方法。
系统总送风量的控制主要有两种策略：（1）定静压控制——保持风道内的静压恒定，即根据风道的静压控制风机的转速或入口导叶的角度。实际上只能保持安装静压传感器处的静压恒定，因此静压传感器安装位置就成关键问题之一，目前通常是安装在风机到最远端的2/3之处。（2）变静压控制——在调节过程中风道内的静压根据变风量末端机组风门开度来调整。自动控制系统测定每个变风量末端机组的阀位，风道内的静压应使最大开度的变风量末端机组的风门（即最大的相对负荷）接近全开位置。当最大开度的VAV末端机组风门开度小于某一下限值时，则减少风道的静压设定值；反之，当风门开度大于某一上限值时，则增加静压设定值。风机转速或入口导叶角度根据变化的静压设定值进行调节。除了这两种方法外，国内还提出了一种总风量控制法，即不通过静压控制总风量，而是根据压力无关型VAV末端机组设定的风量，确定系统总风量，计算出风机的转速，从而对风机进行调节。
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当系统有回风机时，应对回风机进行控制。系统的回风量应当与送风量匹配，并维持室内一定的正压。回风量的控制有以下几种策略：（1）回风机由同一个系统静压控制，使回风量与送风量按一定的比例进行变化。这样，随着负荷的减少，新回风量差值减少，房间内正压将发生变化。因此，这种控制宜用于变风量调节的比例不太大的场合。（2）根据室内正压进行控制。缺点是房间维持的静压差很小，且易受干扰，测量静压差困难。（3）测量送回风量的风量，控制回风机使送、回风差值在一定范围内。但风量的现场测量有时也会很难测得很准确。
VAV 系统除了适应房间或区域的负荷进行调节外，还需根据室外气象参数进行运转调节。其运行调节的策略与单风道定风量系统类似。假使VAV系统冬夏都有冷负荷，并采用表冷器作冷却去湿设备。当室外空气的焓值ho>室内空气焓值hr时采用最小新风，当ho≤hr，采用全新风，而后将混合风和全新风冷却到恒定的送风温度。当室外空气的温度to<送风温度ts时，可以调节新回风混合比来保持一定的送风温度。当室外温度下降，新风量降到最小新风量时，则应采用最小新风，并用加热盘管来保持送风温度。一般说，冬季和过度季节的室内冷负荷比夏季冷负荷小些，这时可以适当增高送风温度的设定值。有关各区的空气处理过程及送风湿度的控制由读者自行分析。如果VAV系统只为建筑的周边区服务，冬季室内无冷负荷而有热负荷时，则冬季可以送热风，这时VAV末端机组转化控制模式——室温升高时，减少风量。如果VAV系统既为周边区又为区内服务，则冬季的送风温度仍应根据区内的冷负荷来确定，周边区送最小风量，并利用VAV末端机组的再加热盘管向室内供热。
VAV空调系统的主要优点有：（1）在部分负荷下运行，可以节省输送空气的能耗，即节省风机能耗。（2）一个系统可同时实现对很多个负荷不同、温度要求不同的房间或区域的温度控制。（3）各个房间或区域的高峰负荷参差分布时，更显示VAV系统的优点，这时系统的总风量及相应的设备（冷却、加热盘管等）和送风管路都比较小。（4）当某个房间无人时，可以完全停止对该处的送风，既节省了冷量和热量，而又不破坏系统的平衡，即不影响其他房间的送风量。（5）当
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VAV系统的实际负荷达不到实际负荷或系统留有余量时，可以可以很容易增加新的空调区域或房间，且费用很低，也不会影响原系统的风量分配；另外也很容易适应建筑格局变化时对系统的改造。VAV系统的缺点有：（1）当房间在低负荷时，送风量减少会造成新风量的不足，影响室内的气流分布，严重时会造成温度分布不均匀，影响房间的舒适度，缺少新风，室内人员感到憋闷。（2）VAV末端机组会有定噪音，主要是在全负荷时产生较大的噪声，因此宜取比实际需要稍大一些的VAV末端机组；或使VAV末端机组负担的区域小一些，这样可以选用较小型号的VAV末端机组，它的噪音水平相对低些。（3）系统的初投资一般比较高。（4）控制比较复杂，它包括房间温度控制、送风量控制、新风量和排风量控制、送回风匹配控制和送风温度控制，这些控制相互影响，有时产生控制不稳定。（5）房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入，房门开启困难。（6）系统调试非常复杂，风量动态平衡调试、工况调试，需要很长的时间，需要一些经验丰富的技术人员。
变风量空调系统在运行调试阶段需要注意几点：
1、风量平衡；在通信公司综合业务楼调试的时候就发现有的房间风很大，有的房间没有风，甚至有的风口没有风,14层、15层办公楼西边甚至吊顶都被吸上去了，最后通过增加回风口的方法才解决这一问题。
2、自动控制；这项工作需要与弱电联动调试，需要双方紧密配合。变风量系统的控制，可以通过在中控室操作电脑完成，系统内的水阀、风阀、机组都可以通过弱电系统来调节控制。
3、噪音；变风量机组的噪音，主要来自VAVBOX箱，有可能在一个大的房间内有多台设备，机器运转产生的噪音，风管通风不畅产生的噪音等，风阻太大，风速大，可能产生“吹哨”。
4、房间温度与机组的联动。这些都是联动调试需要注意的问题，尤其是玻璃幕墙大面积在阳面的的房间，即使没有不送热风房间温度也很高，最后通过向房间内补充全新风（冷空气）才解决了这个问题，在综合业务楼施工过程中都或多或少的出现过问题，但最终都得到圆满解决。
另外变风量系统的主要设备：变风量空调机组也是一个复杂的、大型设备，国内对它的一些性能和运行工况也处在初步认识之中，它
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专业论文 的体积比定风量空调机组设备的体积要大很多，结构比定风量空调机组复杂，它的许多功能是定风量机组不具备的。该设备的自动化运行要求很高，与中控室直接相连，在中控室可以远程控制各房间的温度和湿度。
但是从长期的使用情况来分析，变风量空调系统的使用会逐步降低或减少它的不足和缺点，由于现在是初期使用阶段，人们对变风量空调系统的认识还处在早期摸索阶段，对它的系统运行和使用会逐步成熟起来。
以上是笔者通过实际设计施工过程中的获得的一点粗浅认识。变风量系统有很强的动态特性，加之空调系统固有的非线性，使问题的解决变得非常困难。可目前这方面的研究还比较滞后，设计人员在设计时缺少有效的分析计算手段。国内变风量系统的实践正在兴起，迫切需要可行、有效的辅助设计的分析方法。
变风量空调(VAV) 篇3
在VAV变风量系统中, 特殊条件下的控制系统和控制模式非常重要, 是保证VAV系统稳定工作的重要手段, 本文就高大空间场所VAV变风量系统中暖通设计方面几个易于出现的难题进行交流和探索。
2 VAV变风量系统中高大空间场所的温度均匀与局部温度控制
办公楼、酒店、展览馆、机场等建筑, 经常有高大空间场所, 其温度及局部温度控制成为难题。
从原理上讲, VAV变风量空调系统对室内空气温湿度、CO2浓度的控制通过送回风系统实现, 送回风系统能否营造良好的室内气流组织是决定室内环境能否达到设计要求的关键, 因为实现高大空间室内温度场均匀分布, 要求空气调节区的气流组织良好。
空气调节区的气流组织, 指的是通过合理地布置送风口和回风口, 使空调机送出的空气, 由送风口不断进入空调区, 与室内空气混合、置换, 能够均匀地消除空调区的余热余湿, 并由回风口连续抽走室内被置换的空气, 从而维持室内空气平衡, 使空调区内获得符合设计要求的, 比较均匀稳定的温湿度、气流速度和洁净度。
较为常见的高大空间气流组织形式和送风方式如下:
◆顶部送风, 顶部回风, 送风方式有喷口送风、旋流送风;
◆侧向送风, 上送下回, 送风方式有喷口送风、百叶送风;
◆下部送风, 包括置换通风、地板送风、岗位送风等, 风口型式有置换通风口、地板散流器。
2.1 高大空间场所送风系统通常需要解决的关键点问题
(1) 采用顶送顶回气流组织方式的高大空间, 需注意上部回风口可能对附近送风口的送风气流产生影响, 造成局部短路。
(2) 在演艺厅等远离舞台方向的观众席逐渐升高, 随着舞台距离的增大, 观众席 (即工作区) 与送风口的距离会逐渐减小。因此, 应将远离舞台的送风口和舞台附近的送风口区别对待, 否则会造成距离风口近的观众席风速过高, 局部过冷。应该调整此处的风口送风方向或另行选择合适的风口尺寸及位置。
(3) 均匀的送风分配是良好的气流组织的重要保证, 需在送风静压箱的主干管分支处设置调节阀, 在线形风口送风软管处设置蝶阀, 对带数个风口的中间支管同样设置风量调节装置, 以保证实现各风口均匀送风。
(4) VAV变风量空调机均为变频风机, 在实际运行中, 当负荷减小时, 应保证气流组织在不受明显影响的前提下减小送风量 (即采用风优先控制策略) , 如无法保证, 则应优先减小送风温差来适应负荷变化 (即采用水优先控制策略) 。
(5) 对于采用上送风方式的风口, 应进行气流射程和风速验算, 校核气流射程是否能够达到地面上空2m, 以及工作区风速是否满足舒适要求。
(6) 在高大空间内常选用串联风机动力型末端, 以便维持末端送风量的稳定, 保持设计状态的气流组织。
2.2 高大空间场所局部温度控制采取的方法
高大空间的小范围局部温度控制调节难以通过上部送风的方式实现, 这是因为上部送风并非直接送风至工作区, 局部改变某个末端的送风状态对此风口负责区域的空气参数有一定影响, 但此区域同时也受到大空间其他区域的影响, 因此无法精确控制。
不过, 对大空间内一定区域的整体控制则能够实现。首先, 应在设计时明确哪些区域有独立控制的要求, 将整个大空间按照控制要求划分区域, 对不同区域分别布置送风主管、回风主管 (只在不同区域可能有临时隔断时分设, 如大空间始终是一个整体, 则对大空间统一回风即可) , 并在送风主管、回风主管上设置电动风阀, 根据区域使用情况确定电动风阀的启闭, 同时使空调机送、回风机根据电动风阀开启状况变频运行。区域电动风阀的开度也可根据区域温度传感器测得的温度进行调节, 可在一定程度上实现区域的独立温度控制。
需要指出的是, 当大空间所有区域中的空调机组DDC控制器均检测到电动阀开度减小现象时, 应通过空调机变频统一减小送风量, 以节约风机耗电;或通过空调机统一调整送风温度, 维持稳定的送风量保证气流组织。
3 VAV变风量回风系统的风量平衡问题的解决方法
(1) 国内常见的VAV变风量系统空调形式有:
◆单风机空调机+多层共用的总排风机和总新风机;
◆双风机空调机+多层共用的总排风机和总新风机。
(2) 为保持变风量系统风量平衡, 可以采取如下措施:
(1) 单风机空调机组:通过保持总新风管道正压值、总排风管道负压值 (通过压力测点测得的压力值控制总送、排风机的变频实现) , 以及设定新风管、排风管定风量阀设定值, 控制系统新风量、排风量, 保证回风量与送风机变速同步波动根据室内外压差传感器测量值, 调整排风管定风量阀设定值 (须保证新风管定风量阀设定值大于排风管定风量阀设定值) , 维持室内正压。
(2) 双风机空调机组 (如图1所示) :通过总新、排风机的控制, 保证总新、排风管道压力的稳定。空调机送风机、回风机连锁控制, 同开同关, 同步变频变速控制;同时, 根据室内外压差传感器测量值, 调整回风机频率, 当室内外压差大于10Pa时提高回风机频率, 当室内外压差小于5Pa时降低回风机频率。
双风机空调机组结构图
4 VAV变风量新风系统控制的基本原则
在空调季尽量减小新风处理负荷, 措施是保持最小新风量运行, 并通过转轮回收装置进行全热回收。
在过渡季保持最大新风量运行, 尽量利用天然冷源给室内供冷。
在空调季中, 以最小新风比运行时, 因负荷减小, 如果由于总送风量减少导致新风量偏低、CO2浓度超标, 需调整新、排风比例, 提高新风比, 保证新风量。
下面以深圳市的一个建筑项目为例, 通过气象情况分析VAV变风量系统在过渡季的全新风运行状况及控制策略。 (分析采用的逐时气象参数为深圳市标准典型气象年参数, 其数据来源为中国气象局与清华大学联合开发的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。图2、图3为深圳市室外全年逐时干球温度、含湿量曲线图, 图4为根据逐时干球温度、含湿量计算出的逐时室外空气焓值曲线。)
深圳市室外空气逐时干球温度曲线图
深圳市室外空气逐时含湿量曲线图
深圳市室外空气逐时焓值曲线图
由气象数据可知, 深圳市过渡季室外空气最低温度为5℃左右, 焓值低达20kJ/kg.干, 新风运行有三种情况:
(1) 新风焓值较室内焓值低很多, 部分新风运行 (新风机、送风机均变频) , 新风即可完全消除室内负荷, 不开启冷冻机制冷, 无回风。
(2) 新风焓值较室内焓值低, 最大新风运行, 新风可完全消除室内负荷, 不开启冷冻机制冷, 无回风;
(3) 新风焓值较室内焓值低, 最大新风运行也不能完全消除室内负荷, 开启冷冻机辅助制冷, 无回风。
需要指出的是, 新风焓值较室内焓值低时, 全新风运行能节省部分制冷量, 但是新风机耗电却增加, 因此需要确定一个合理的启动全新风的新风焓值, 使得节省的冷机电耗大于风机电耗。如果设定的新风焓值过低, 全新风运行的时间过短, 不能充分利用新风冷量;反之, 设定焓值过高, 节省的冷机电耗不能抵消风机电耗, 反而费能。因此, 由最小新风切换到最大新风的控制策略的关键是确定室内设定焓值。对本项目全新风风机的配备进行初步计算, 当回风焓值大于新风焓值5kJ/kg.干时, 即可启用全新风运行。表1给出了不同室内设定焓值对应的全新风运行时间情况 (计算时已经将国家法定节假日从建筑使用时间中去除, 上班时每天使用时间为7时至20时) 。
此项目具体的全年新风系统控制策略如下:
(1) 空调季节, 当回风温度低于室外新风温度4℃且回风焓值低于新风焓值4k J/kg.干时, 启动转轮热回收装置, 进入排风热回收工况;当回风温度低于室外新风温度不足4℃的情况持续一段时间后, 停止运行转轮热回收装置, 转入旁通新风工况。
(2) 空调季节, 新风机、排风机维持最小新风比运行。当回风的CO2浓度高于设定值时, 提高新、排风定风量阀风量 (CAV) 设定值, 增加新风量;当回风CO2浓度低于设定值下限时, 减小新、排风定风量阀 (CAV) 风量设定值, 减小新风量。
(3) 当室外空气焓值低于启动全新风的设定焓值 (室内设计焓值减5kJ/kg.干) 时, 进入全新风工况, 开启空调机过渡季新风阀, 关闭回风阀, 连锁开启全部总新风机、总排风机。
当全新风不能完全消除室内余热时, 根据室内温度控制空调机水阀开度;当全新风可完全消除室内余热时, 关闭空调机水阀。
当新风温度过低时, 根据室内温度值调节新风阀、回风阀, 减少新风量, 增加回风量, 新风机、送风机变频运行。
(4) 在全新风工况运行时, 若室外空气焓值高于启动全新风的设定焓值, 则停止全新风运行, 转入最小新风量运行, 进入空调季节工况。
对全新风、最小新风工况的转换不宜过于频繁, 每天不应超过一次, 系统切换策略需保证系统的稳定性。
5 对于VAV变风量系统中风量测量单元种类的建议
如果变风量系统采用定静压控制, 静压传感器的安装位置 (通常选在送风管路离风机2/3距离处) 及其精度将直接影响系统的控制精度。
静压传感器经常因受到空气脏堵或安装偏差的影响, 出现静压不准确的现象, 而与此相比, 风量测量单元装置FMS (Air Flow Measuring Station) 则较为理想。FMS的精度远高于静压传感器, 并且直接输出风量信号, 消除了空调机组DDC在风量计算环节的误差, 可大大提高变风量控制的精度。
FMS设备可以按照相应位置的送风管路对其规格尺寸的要求进行匹配生产和安装。其原理是通过在风管中安装平均风速传感器和静压传感器, 精准地算出相应的风量和静压, 并且采取空气过滤措施, 保障传感器的使用寿命和精度。
6 变风量系统控制策略的选择和比较
目前, 变风量系统风机常用的控制方法有定静压、变静压和总风量三种, 以下对几种方法进行介绍和对比。
6.1 定静压控制方法
定静压控制方法即在风道上合适位置选定一个测点, 测量该点静压, 调节风机转速保证该点静压不变。该方法一直存在着一个难于解决的问题:静压测点的位置以及静压值的设定。可通过完善系统风道设计, 尽量使主风道上静压一致, 从而使静压测点的位置和静压值的设定变得相对简单。具体做法通常是选择主风道距风机出口2/3处 (经验值) 的静压为控制点, 静压设定值取设计状况下的压力值并保持不变 (这是为了保证每个末端在任何情况下都能调到最大设计风量) 。这种控制方法最为简单实用, 基本能满足变风量系统的控制要求。但是, 设计系统和实际系统总是存在着一定的差异, 实际运行效果很难真正做到同设计目标完全一致。此外, 当整个系统都处于部分负荷工况时, 高静压设定值会给风机增添不必要的能耗, 而且末端的风阀开度过小会导致噪声较大。
6.2 变静压控制方法
变静压控制方法即根据末端装置VAV箱的风阀开度随时调整静压设定值, 使系统中至少有一个末端装置风阀的开度接近全开。
以往的算法采用固定步长搜索法调整设定值, 也就是说, 如果风阀开度没有达到设定值, 就在压力设定值上增减一个固定数值 (步长) , 直到风阀开度达到令人满意的程度为止。然而步长大小很难确定, 选择太大易产生振荡, 选择过小又会导致调节过程太长。
为此, 可允许一定量 (Nmax) 的末端风阀全开, 使第Nmax+1个末端风阀的开度接近全开。当第Nmax+1个末端风阀的开度超过某一上限设定值时, PID控制器根据偏差输出提高静压的命令。相反的, 当其小于某一下限设定值时, PID控制器输出降低静压的命令。
该算法的优点是采用PID算法“搜索”合适的静压设定值, 比固定步长法响应速度快, 精度高。不过, 算法中的Nmax很难确定, 而且当第Nmax+1个末端风阀的开度接近全开时, 前Nmax个末端的资用压力可能已经不足了。因此, 将其改造为如下算法:
◆设定末端风阀最大开度Lmax.set;
◆协调及采集各末端风阀开度值;
◆从中选取开度最大的末端, 以它的开度值Lmax与Lmax.set的差作偏差, 采用PID算法计算送风压力设定值。
经过修改之后, 最终送风压力往往仅为初始设定值的一半左右, 所以可以大大降低风机功耗。这种方法不仅能够最大限度地降低风机能耗, 而且不必考虑传感器的安放位置。但是, 变静压控制方法需要末端装置VAV箱阀位信号输出;此外, 由于变静压控制方法存在强耦合性和非线性, 变风量系统的调试对系统的成败具有很大的影响, 而调试工作复杂、繁重, 具有调试能力的公司并不多。
6.3 总风量控制方法
总风量控制方法比静压控制简单得多。它可以避免使用压力测量装置, 减少风机的闭环控制环节;此外, 它也不需要变静压控制方法所需的末端阀位信号。
总风量控制点是直接根据设定风量计算出的风机转速, 具有某种程度上的前馈控制含义, 而不同于静压控制的反馈控制。但设定风量并不是一个当房间负荷变化后立刻设定到未来能满足该负荷的风量 (即稳定风量) , 而是一个由房间温度偏差积分出的逐渐稳定下来的中间控制量, 因此在总风量控制方式下, 风机转速也不是在房间负荷变化后立刻调节到稳定转速就不动了。从实质上来讲, 总风量控制方法可以说是一种直接以房间温度偏差为依据, 由PID控制器来控制转速的风机控制方法。
总风量控制在控制性能上具有快速、稳定的特点, 不像压力控制那样, 总是会使系统出现一些高频小幅振荡。其主要原因是总风量控制方法取消了压力控制环节, 而传统控制方式由于存在压力测量压差, 导致风机做出一些无谓的微小调节, 使系统总是不可避免地出现小幅波动现象。而且实际系统中压力测量误差更大, 控制算法往往要对其进行简单的滤波处理, 再用来控制风机, 否则系统稳定不下来。正是由于总风量控制的这个优点, 使得控制系统不仅减少了初投资, 而且还可以在初调试时大大减少工作量, 并提高控制系统的可靠性。
变风量空调技术应用分析 篇4
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。
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。
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1500k W离心机, 一台为750k W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。
空调变风量系统节能技术分析 篇5
1 变风量系统的概述
多区域的建筑物之内是变风量系统的主要引用范围, 有较大的负荷存在于建筑物当中, 有较高的精度要求存在于对温度的控制上, 有效的控制了公共场合当中出现的噪音, 提高了舒适性, 节能和舒适是变风量系统在空调中应用的主要优点。办公的大楼、图书馆和政府的大楼等是变风量系统应用比较多的场所, 风量的调节装置存在于VAV的末端, 在对系统化的风量进行调节的时候, 可以利用AHU来进行实现。区域内的室内温度由VAV末端的温度控制器来进行测量, 对进入室内风量大小的调节可以根据所设置的温度和测量的温度来进行, 进而对室内的温度进行有效的控制, 在对进入建筑物内的风量进行调节的时候, 送风机的变频器依据变静压的逻辑或定静压来进行, 根据具体的需要对风量进行提供, 使变风量的目的得以实现。
2 该系统在空调中的主要应用
在具体运用变风量系统的时候, 要依据建筑物每个空间的范围中的空调负荷的多少, 对进入区域内的系统的总风量和区域内的风量进行及时的调整。所以在应用的过程中非常重要的方面就是末端的变风量和系统的空气处理机, 可以说对风量系统的控制是决定变风量系统成败的关键所在。
3 系统的主要节能技术分析
压力相关型和压力的无关型是传统的变风量末端系统采用的主要类型。在科学技术不断发展的大背景下, 现在的主流控制方式以压力无关型的控制系统为主流了, 这样的控制方式, 当风量进入到室内之后只和屋内的负荷多少存在关系, 依据室内的具体温度对风量的大小进行控制, 在对风门开度进行调节的时候, 根据具体设定值的大小和传感器采样的结果来进行, 风阀的最小流量和最大流量是可以进行变换的, 风管的压力与送风量之间是不存在关系的, 这样在具体应用的时候, 就大大的节约了很多能源, 使不必要浪费的情况大大的降低了。
在对这种控制的策略进行应用的时候, 独立的多回路PID系统是现阶段最为常用也是最为节能的一种方式, 通常的情况下在进行控制的时候, 三回路PID是主要的选择, 用PID控制房间当中温度:在对VAV末端的进风量的设定值的大小进行调整的时候, 可以利用VAV末端依据室内温度控制器和设定的点来进行。对能源进行有效的节省, 同时还能够对室内的温度进行有效的控制, 导叶具体开度的PID:在对风导叶的开度进行计算的时候, VAV末端传感器可以依据风量设定值的大小和和出口处的静压来进行;控制送风频率的PID:在对风机的转速进行调整的时候, AHU可以依据送风管的压力差来进行控制与调整。尽管非常的简单对于独立的PID体统控制策略来讲, 实现起来也十分的容易, 在不大的变量存在于系统模型参数当中的时候, 会有较好的控制效果存在于PID的控制当中。然而, 这样的空调系统是一个高度非线性的、确定性模糊、较大干扰的系统, 主要是由于有较大的变化存在于空调区域的人员活动和外界气候的变化当中, 很大的干扰因此就会带给系统, 高度非线性是空调调节过程中的特点, 然而非线性还存在于各个执行器的运行当中, 有较强的耦合存在于各个控制的回路当中, 因此不可能进行完全的解耦, 在时间的不断发展的时候, 设备的更换与老化的现象就会不断的出现, 在很多的系统里面, 因此很难建立起系统的数字模型。所以在对一般的PID算法进行应用的时候, 很大的误差就会存在于其中, 然而在这样的问题面前, TRAV系统被提了出来, 在实践中得到了很好的应用。这也是一种有效的系统, 在节能与创造舒适环境的时候, 是利用调节风量的办法来进行实现的, 但VAV中的静压调节不是该系统所采用的, 在对送风机进行控制的时候, 直接由末端的装置来进行实现, 这项系统的应用很好的解决了上述所出现的问题, 对于节能方面带来了巨大的效应。
4 最小静压控制风量系统在变风量系统中的技术应用
针对VAV系统来讲, 对室内温度精度控制的好与坏是对VAV系统的好与坏进行衡量是主要标准, 因此, 这方面与舒适性和空调末端系统的节能情况有很大的联系, 因为AHU末端的迭代和风机对传统的独立的3PID的控制方式来讲, 控制较差的问题或无法收敛的情况会出现在其中, 然而系统的关联可以利用最小静压法来进行, 对控制的精度进行保证。因此可以发现, 更高的精度会存在于最小静压控制当中。
在经过具体的研究了AHU和与其互相对应的VAV末端可以表明, 在对最小静压的控制方法进行使用的时候, 即使不断变动的AVA末端负载存在于被控制的区内的时候, 对系统所处的风量上几乎是可能保证稳定不发生变化的。
在测量与分析AHU送风系统的出风静压的时候, 利用对最小静压系统上的掌控, 基本不会发生变化的情况就会存在于AHU系统的静压当中。
5 结语
随着社会经济的不断发展与进步, 人们的生活水平也开始大幅度的提升, 对于自己的生活环境、工作环境当中提出了更好的要求。因此, 空调在人们的周围已经逐渐的成为了一项必不可少的设备, 不断的满足着人们的需求, 但是在空调运转的时候, 虽然为我们带来了很大的利益, 但是对于能源的消耗上也是不可避免的, 在这样的背景下, 如何才能使空调使用的过程中既能发挥出它最大的功能, 又能够满足节能的要求, 因此在这样的背景下, 空调变风量系统节能技术的出现很好的解决这方面的问题。对此, 为了将该技术进行更加透彻的研究, 文章通过以上的内容进行了探析, 为有关的技术人员提供一定的帮助。
参考文献
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[2]叶大法, 杨国荣.变风量空调系统设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007 (06) .
变风量空调系统工程调试实例 篇6
本文主要对我们近年来完成的几项大型VAV系统工程的调试进行了总结,希望与同行共同探讨,以共同提高智能化行业VAV系统工程的调试水平。
变风量空调系统(Variable Air Volume,简称VAV系统)与传统的定风量空调系统相比,它的“变”体现了两层含义:空调系统的总风量可变;空调区域内末端装置的一次风送风量可变。系统通过空调机组风机变频以及在空调区域末端装置加装调节阀实现了变风量,根据使用者的需求按需提供风量,从而使空调系统效率极大提高,耗能减少,是一种值得大力推广的空调系统。
相对于传统的风机盘管FCU系统,VAV系统属于全空气系统,可以实现全新风运行,使空气质量得到保证。同时它易于改造的特点也使得系统运行成本极大减少,虽然初始投资较高,但从建筑寿命全周期来看,系统的性价比较高。
随着压力无关型末端装置的出现和风机变频技术的成熟,特别是上世纪90年代后BA系统在空调领域的应用和普及,更使变风量空调技术日趋完善。目前国内新建建筑已大规模使用了VAV系统,但由于VAV系统的工程调试相较于一般空调系统显得非常复杂,所以能够成功完成VAV系统的调试成为衡量一家公司技术实力的重要依据。根据我司多年来实施VAV系统的工程经验,下文将分享我们在VAV系统调试领域的经验心得。
2 VAV系统调试
一个成功的VAV系统项目需要土建、暖通、机电、智能化、装修等多家单位的协同配合。系统设计合理、设备选型准确、工程技术要求清晰、工程实施方案合理,最重要的是它的运行维护专业及时,这些都是VAV系统能够成功运行及达到设计目标的基础,而调试则是联系各种因素的纽带,VAV系统调试需要多家单位的通力合作,使调试过程中的信息反馈能够得到及时的处理。
2.1 VAV系统调试流程
VAV系统的调试有别于传统空调系统,它不是在设备安装后开始,而是在设备在工厂时就开始了,VAV系统的调试贯穿了它从工厂到交付用户的全过程。
通常情况下,VAV系统的调试流程如图1所示。
其中VAV末端风量标定、风平衡调试、系统联动调试对VAV系统的运行起到最直接的作用,本文将从这三个方面重点阐述。
2.2 VAV末端风量标定
VAV末端装置由箱体等机械部分与控制器等电气部分组成。机械部分包括箱体、风阀、风速传感器以及其他附属器件。电气部分包括室温传感器、控制器、模数转换器、执行器等,一般由楼宇自动化公司提供。VAV末端的整体性能不但依赖各部件的质量,更依赖它们之间的组合效果。在早期某些工程建设时,将VAV末端装置与控制系统分开招标,分别订货,箱体与控制系统在现场组装、现场风量标定,装置测定风量与实际风量误差很大,难以达到设计效果。因此,在这之后的VAV系统工程建设时,基本上将VAV末端装置的箱体与自控设备作为一个包进行招标。自控设备供应商将控制器提供给末端装置供应商,在末端装置生产厂内将控制装置安装在末端装置箱体上,并在试验台上进行整定测试,整定测试中最主要的步骤就是风量标定。
VAV末端装置整定测试不但包括一次风风量与风速传感器输出变量之间的关系(即风量标定),还应包括装置箱体漏风量测试、装置的压力无关性能测试、控制精度测试等。本文主要对风量标定进行论述。
通常情况下,VAV末端风量标定的流程如图2所示。
通常情况下,VAV控制器厂商会提供标准程序以及标定软件,具体使用方法可参考厂商提供的技术资料。
(1)设置末端参数
根据VAV末端规格设置风阀面积、最大/最小风量。
(2)风速传感器校准
校准的目的是对风速传感器精度进行标定,同时测定VAV末端装置风速传感器压差变化带来的传感器读数变化规律。
确保测试平台无风,传感器校零位。
逐步调节送风机频率,同时记录送风机频率、喷嘴(或孔板)的压差值以及传感器的读数。利用有精度要求的喷嘴或孔板流量测量装置的测试数据对应的风速传感器读数,对风速传感器的流量特性进行标定,求得修正系数。
(3) K值法标定风量
K值表示风量特征系数,通常情况下用在使用毕托管式风速传感器的VAV末端风量标定中,控制器会要求输入K值从而换算出风量,叶轮式风速传感器可直接测量到风速,无需换算。标定软件中一般可直接进行K值计算,通过平台给定风量,再将实测值输入软件即可。
(4)风量压力无关性测试
测试目的是在风管压力变化的情况下,测定压力无关控制器对风量的控制性能。
调节送风机频率,使末端装置的入口静压值在等于最小入口静压值+187Pa时达到额定风量。调节末端装置入口静压值到最大允许静压,测得与此静压值对应的风量。然后,调节末端装置入口静压值到最小入口静压,测得该静压值与对应的风量,计算偏差。
调整送风机转速,使风量达到50%设计风量,并重复以上步骤。
绘制VAV末端装置控制器压力无关控制性能曲线。
(5)标定数据报告
通常情况下,标定软件具有输出标定数据的功能,如无此功能,则应进行人工记录保存。此报告会与VAV末端装置一并提供给自控系统实施单位。
2.3 VAV系统风量平衡调试
在VAV末端装置安装到位后,会进行风量平衡调试,调试的目的是使同一系统内的VAV末端全部达到设计风量要求,不会出现风量过大或过小的现象。
风量平衡调试人员通常应包括自控系统施工人员以及暖通系统施工人员。
在调试前应确保以下的安装和调试任务已完成:
(1)空调系统风水电设备安装调试完毕,具备试运行条件;
(2)完成变频风机的安装与调试;
(3)完成风管的安装与调试并符合验收规范;
(4)风系统要求清洁并安装过滤器,以免影响风速传感器等设备的运行;
(5)将风系统中的手动风阀全部开到最大位置;
(6)确认VAV控制器已进行风量标定;
(7) VAV末端按规范安装;
(8) VAV控制器按规范接线并经过通信与电气测试。
通常情况下,_VAV系统风量平衡调试的流程如图3所示。
(1) VAV控制器设置
通过厂商提供的调试软件对VAV控制器进行必要的设置,确保全部VAV控制器已在线并正常工作。将所有VAV末端风阀强制开启至最大位置。
(2)风管系统静压调试
安全启动变频风机,为防止极端情况发生,通常在主风管设置静压极限值监测点,以免发生危险。
逐级提高风机转速,通过调整风管中的手动阀门使所有VAV末端的入口静压符合要求,通常在125～375Pa。
(3) VAV末端风量平衡
测量VAV末端一次风量,推荐使用集风罩,与通过软件测量的风量值比较,并调整误差。通过调整风管中的手动阀门使所有VAV末端风量满足设计要求。
对于极端情况,如变频风机已达到最大转速,但仍不能使风量达到平衡,则需调整风机传动比,进一步提高风速。
(4)记录数据
通过调试软件生成数据报告或人工录入调试数据。
2.4 VAV系统联动调试
在经过单体调试与风平衡调试后,接下来就要进行VAV系统的联动调试。
VAV系统的联动调试主要是通过在线获取到VAV末端的参数后,经过逻辑运算得到空调机组的控制值,控制空调机组送风温度以及送风量,从而达到变风量系统设计的初衷。空调系统的风量控制是VAV系统最主要的控制内容之一。对于VAV系统,常见的风量控制方法主要有:定静压法、变定静压法、总风量法和变静压法。这几种控制方法的对比见表1
变风量空调系统应用问题分析 篇7
1 项目简介
中国银联大厦为上海浦东行政中心的一幢高档行政办公楼。地上11层、地下1层、建筑面积约25000m2, 幕墙结构。变风量末端设备总数量为321台, 标准层空调面积约为1500m2, 每层有2个空调机, 分别负责东西两个部分的供风。由于建筑的进深比较大, 所以有比较明显的内外区。内区采用单风道型变风量箱, 外区采用带盘管再热的并联型风机动力型变风量箱。系统夏季的送风温度为13℃, 冬季的送风温度为18℃。该项目变风量系统采用定静压控制方式。
2 问题分析
变风量空调系统在2007年4月投入使用, 运行已有两年。在实际应用中, 暴露了一些问题, 主要集中在末端风量不足、区域冷热不均、噪音这三个方面。
(1) 末端风量不足
银联大厦变风量空调系统回风系统为顶棚回风, 回风通过房间回风口回到吊顶, 通过吊顶汇集到走廊, 再由走廊由空调机房小室回风。整个大厦在11层设一台排风风机, 利用土建井道及各楼层唯一的排风口, 维持大厦楼层内必要的风平衡, 没有室内正压设计, 排风机风量略低于各层新风机风量总和。空调系统设计存在一定的缺陷, 再加上安装有些不规范的地方, 造成在调试变风量空调风管系统风平衡时, 遇到较大的困难, 单机测试结果也不尽如人意。
以标准层为例, 办公面积约1500m2、东西两侧各一台风量25000m3/h机外余压500Pa的空调机, 楼层分布40台VAV末端装置, 楼层理论设计总需求风量约40000m3/h。测试期间, 对标准层在空调机风机工频运行的情况下, 东西两侧测试VAV末端设备实际风量, 与设计风量比较, 部分末端设备风量不足, 具体数据如表1所示。
楼层VAV末端设备总计40台, 近10台末端设备运行过程中实际风量达不到设计要求, 这些机组基本上都位于风管系统的最不利管段, 究其原因为风管系统的安装没有按照原设计图纸施工。通过检查, 风管安装质量差, 漏风是一个方面, 风管制作不规范、风管阻力特性和设计的风管阻力特性有很大差别、楼层空调机房无机械回风系统, 也是造成风机特性下降的一个主要因素。
要改善目前存在的问题, 对风管系统地检查 (包括回风系统) 、整改还是相当必要的。为此, 在目前正常办公的情况下, 小范围的调整、局部风管的改造及补漏工作, 大面积的展开。对于风管制作、安装不合理的, 进行重新调整。如图1A所示就是一个例子。
这种VAV末端设备一次风管与风管接口不合理的现象比较普遍。此种做法是比较忌讳的, 造成气流组织混乱, 局部阻力增大, 直接后果是风量不足、噪声大。故此, 对有上述做法的接口调整改为图1B方接圆的渐变式风管接口。
随着空调风管系统的补漏, 风量不足的末端设备风量增加了5%～10%;风管系统连接管件的改进, 风量增加了3%～5%。而回风系统检查工作方面, 因办公区域无回风风管, 重点工作放在回风系统上的过滤网上, 包括房间回风口过滤网、自带过滤网式的过桥风管、空调箱回风初、中效过滤网都进行必要的清洗, 最大限度的维持空调机机房的回风量。
在整改前, 空调机长时间是在较高的频率下运行 (45～50Hz) , 风机几乎是在定风量的运行, 因此变风量空调系统的节能优势也就无法真正实现。
(2) 区域冷热不均
暖通设计人员会根据建筑的结构特性对建筑本体层面进行合理的内、外区空调区域划分, 比较好的划分方式为内区一台空调机 (常年送冷风工况) , 外区一台空调机 (冷热工况) , 但是银联大厦建筑结构形状特殊, 如图2所示, 建筑外形为橄榄型, 弧形面为正南正北。
原设计单位空调系统设计仅对楼层空调区域按照东西各一半, 变风量末端装置内、外区不同机型的方式划分。银联大厦二次装修施工期间, 现设计单位保留变风量空调系统原有设计思路, 仅对部分装修隔断方面的空调需求作些增减调整。这种分区划分, 每个系统里都有内外区并且楼层南、北办公室在设定温度一样的基础上, 房间区域温度存在一定差异。 (具体数据见表2)
由表内数据可见, 在严冬期间, 南、北办公环境温度差异较大。空调系统运行初期时, 南北房间温度差异在0.5～1℃之间, 随着太阳光照时间的加强, 至中午时分, 南北房间温差最大达3℃, 解决方法是人为将南区的设定温度比北区设低1℃。
银联大厦冬季供热设备为风冷热泵机组, 热水出水温度在极端环境下, 水温不超过40℃, 对于风机并联型空调末端装置, 热水盘管功能为辅助加热, 其理想温度在60℃, 显然辅助加热的效果较差, 造成外区再热热量不够, 外区的区域温度在室外极端环境下始终达不到设定值, 必须以调高最小风量, 并且提高送风温度的方法来进行弥补, 送风温度从原设计的18℃上升至23～25℃才能基本达到20℃的房间温度。
如何避免这种南北区域冷热不均问题, 人为进行必要的预冷、预热工作相当必要。为此, 对中央空调系统每天的开机运行时间的掌握和房间温度的控制, 摸索了一些规律。原则上要求在办公上班之前, 基本达到控制在房间温度设定值上位或下位, 这主要是根据不同季节及不同办公区域空调温度需求而定。而一旦上班之前的预冷或预热工作没做好, 需临时调整, 则必须结合该变风量空调系统内南、北独立办公区域的温度实际情况而调整。譬如, 冬季阶段北区独立房间报冷, 而该房间内变风量末端装置的风机及热水阀均已经工作, 且经过确认状态正常。此时, 唯一能做的工作就是人工控制。做法是:提高空调机送风温度, 但设定值控制在南区独立房间需求温度之内, 若效果不明显, 再适当抬高空调机送风温度, 但必须控制好南区独立办公区的变风量末端装置。按照变风量末端装置的工作原理, 房间温度大于设定值, 在条件满足的情况下, VAV末端设备运行模式将转化为制冷, 一次送风量维持最大, 而此时的一次风的温度大于房间内温度, 就无法实现降温制冷的目的。这样南区的房间温度就会持续上升, 产生过热现象, 这时必须将送风温度降下来。在冬季送风温度调整的过程中, 需要人时刻关注南北 (或者说内、外区) 的温度变化, 以求送风温度达到一个比较折中的值。
由图3可见, 从工作原理上, 也正验证了在必要情况下, 人为控制是可行的。但在冬季采用提高空调机送风温度, 必须做好相关联的其它VAV末端设备的调整工作, 防止顾此失彼现象的发生。
(3) 噪音问题
根据教参《空气调节》对建筑空调上关于空气平均流速的推荐, 夏季取0.2～0.5m/s, 冬季取0.15～0.3m/s。结合变风量空调系统设计的理念, 风口风速的控制, 以条形风口风速小于2 m/s为宜。对银联大厦部分VAV末端设备下游的风口风速的测定与噪声的比对, 实际情况见表3。
由表3数据可见, 风口风速控制的大小因地制宜, 国标办公环境的噪声要求, 需控制45分贝以下, 如何根据实际情况, 调整好变风量末端设备, 是相当重要的。而对于银联大厦变风量空调系统噪声大的问题, 如何在有效的范围内调整好末端设备, 降低办公噪声, 是工程实施的重中之重。
为此, 对开放式办公区域, 在不破坏吊顶美观的情况下, 增加了散流器。从原设计TU-10单风道末端装置1400m3/h, 分配165*165方形散流器4个增加到8个。在独立办公区域, 由于房间空间有限, 无法实现增加风口, 故从使用舒适角度考虑, 改变风口流速方向, 以及风管内部贴消音材料等方法, 来弥补原有的缺陷。对于个别独立办公区域, 通过运行后的负荷实践及业主报修需求, 对冬季期间噪声明显的变风量末端设备, 降低风机转速或强行停运风机的方法 (该方法不能用于串联风机动力型机组) , 降低办公噪声。
多季度调试大多变风量空调系统都很强调竣工系统调试, 竣工系统调试的目的是使送入房间的风在风量和温湿度方面都能满足系统设计的要求, 这对整个系统的正常运行有非常重要的作用。但是系统的设计参数是在已知系统的各项理论参数的基础上进行计算的, 其数值和实际的气候条件、维护结构, 主机特性、风管阻力特性等等不一定相符, 当实际的参数发生变化时, 设计的参数是不能达到实际的需求的, 这就需要进行修正, 一般的变风量系统需要做冬夏季两季调试, 也有做三季、四季调试的。目的是在不断的实际运行的过程中, 将设备的能力逐步向符合实际需求改进。从而更能体现变风量空调系统的节能性、舒适性。
说明:以上风口均为条缝型风口
3结束语
(1) 笔者认为, 空调机机外余压比较重要, 必须确保最不利点VAV末端设备出风口至少50Pa的出口余压。尽可能设计风管式机械回风系统, 避免回风不畅。
(2) 变风量空调系统在初期运行维护时要做好各项参数的记录, 对发现的问题要及时反馈, 做好控制系统的调整, 这样才可以达到设计的空调效果, 才能体现智能控制的特点。
(3) 变风量空调系统投入运行后的多季度调试工作, 笔者认为相当重要。常规角度工程移交使用算工程项目完成, 但是, 前期的调试工作毕竟是建立在理论设计的情况下, 缺少现场实际应用的验证。故此, 交付使用后的跨年度调试工作, 结合实际应用的调试工作, 必然有相当大的实用意义。
摘要：对中国银联大厦变风量空调系统实际应用过程中出现的一些问题, 从系统设计、安装、调试、操作和维护等方面分析导致产生这些问题的原因, 同时, 对变风量空调系统在不同项目中设计与应用提出一些建议。
关键词：变风量空调系统,改造项目问题分析,多季度调试
参考文献
[1]空气调节 (第二版) , 中国建筑工业出版社
[2]袁锋, 胡益雄.VAV空调系统应用问题探讨, 《节能技术》2001年06期
变风量空调及其控制系统的研究 篇8
VAV空调系统的控制机理并不是很复杂, 末端送风装置是实现变风量功能的关键, 而选择何种控制系统并与末端送风装置进行有机结合是整个VAV空调系统最重要的环节之一。VAV空调系统并非是简单地在定风量系统上加装可调变速风机及末端装置, 它还包括由多个控制回路所组成的控制系统, 要保证VAV空调系统运行随着空调负荷变化而进行相应改变就必须依靠自动控制系统。变风量控制系统的主要作用是:自动调节系统送风量以适应房间空调负荷变化;通过相对独立的控制单元分别实现对不同房间、不同功能区域的不同温度参数要求;能够根据负荷变化自动调节送风主机的运行频率以降低空调系统运行能耗, 实现节能目的。
目前在过程控制领域中应用最为广泛的控制器是常规PID (比例, 积分, 微分) 控制器, 简单、稳定性好、可靠性高等特点使其对于线性定常的控制是非常有效的, 一般都能够得到比较满意的控制效果, 至今在全世界的过程控制中有84%的控制器仍是PID控制器, VAV系统末端装置也大多采用PID控制器。
PID控制以其巧妙的构思和良好的控制效果一度成为应用最广泛, 实现最简单的控制策略。PID控制理论内涵给人们留下了较大的研究空间, 关于PID参数自整定的方法也相继问世, 但随着控制理论及应用范围的不断发展, 控制对象也日趋复杂, 有些系统的过程模型难以建立, 并且具有高度的非线性、时变性;比如VAV变风量空调系统的时变控制, 因此传统的PID控制策略就显露了它的不足。虽然研究人员试图通过简化控制算法或采取优化集合控制等来解决这一不足, 但效果并不很理想。
基于PID控制所存在的问题, 相关研究人员根据变风量空调系统的特点结合控制技术在不断改进PID控制算法的基础上积极寻找其它更为高级的控制方式, 通过实践, 逐步将最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络控制等智能化控制手段应用于VAV空调系统的控制实践。
随着控制技术、空调技术的发展以及将二者相结合运用于建筑系统的发展趋势来看, VAV空调系统控制技术从最初的定静压控制到变静压控制再到后来直接数字控制、总风量控制再到智能化控制已经取得了很大的发展, 其中清华大学有关学者提出的总风量控制法具有一定影响, 该方法不采用静压送风量, 而是根据压力无关型VAV空调系统末端装置的设定风量来确定系统送风总量并据此计算出送风风机的转速, 从而对送风量进行控制。他们通过对总风量控制法与定静压控制法、变静压控制法的节能效果比较, 认为虽然总风量控制法的节能效果不如变静压控制法, 但因其没有压力控制环节, 所以运行稳定性很好。另外, 还有学者通过分析变VAV空调系统的局部控制, 利用其送风末端装置风阀的开度作为各空调区域相关负荷的指示信号, 提出送风静压优化控制方法。
2 变风量空调 (VAV) 控制系统模型
VAV空调系统主要应用于大中型建筑物, 它是全空气空调系统与控制技术相结合并不断发展的产物。与常规的全空气空调系统相比, VAV空调系统最主要的特点就是在每个空调房间的送风管处设置一个VAV空调系统末端装置 (VAV Box) , 该末端装置的主要功能部件是一个风量调节阀门或末端调速风机。
在总风量控制下的VAV系统中, 当室内温控器实时监测到实际温度超出设定温度时, 通过A/D转换将温差信号由各分支馈线传输给末端装置控制器, 并同时将信号传输给VAV系统主控制器。通过对信号的比较处理, 改变送风主机运行频率, 改变送风量。而末端装置通过调整阀门开度或风机转速来控制进入房间的送风量, 进而实现对各个房间的温度控制。末端装置的风量调节是通过其自身的控制系统来实现的, 最简单的控制方式就是根据比较房间内实际温度值与设定温度值之间的差值来调节末端装置的风阀开度。但这种控制也存在一些问题:当某个房间达到设定温度而相应末端装置风阀开度保持稳定时, 由于其它房间末端装置响应相应空调状况而做出调整时就会影响整个VAV空调系统送风压力, 进而改变已调整稳定的房间末端装置, 而空调负荷的热惰性又致使末端装置不会立刻进行调整性动作, 等房间空调负荷变得较大并出现温度波动时, 末端装置才采取动作, 而动作的结果又反过来影响其它房间末端装置的控制效果。这样一种以动态响应为主连续参量、多环节的控制方式来保证环境温度与设定温度相一致是很困难的, 其中任何一个环节问题都会导致运行出现故障或是令系统功能大打折扣。比如, 在送风管道上选择检测点的位置如何, 能否准确代表系统送风状况, 是否失真, 再比如送风管道异常漏风时, 还有, 假如信号抗电磁干扰能力差等都会导致系统送风紊乱, 送风主机运行频率异常, 原有送风平衡被破坏, 甚至无法进行系统运行调整等等问题。
3 结语
变风量末端装置是VAV空调系统直接作用于被控环境的设备, 通过末端装置的即时响应来调节环境的温、湿度, 同时又是通过末端装置将预调整状态前馈给VAV系统控制器对系统送风主机, 进而改变送风量响应末端装置的即时变化。所以末端装置是VAV空调系统最为关键的设备, 其控制环节也是VAV控制系统的重要组成部分。本文对于变风量空调 (VAV) 及其控制系统相关研究, 有利于提高变风量空调控制水平。
摘要：变风量空调系统的运行是随着空调负荷的改变而进行变化的, 如何更快、更紧密地与负荷变化保持随动变化是该系统节能高效运行的关键。本文通过对于变风量空调 (VAV) 及其控制系统各方面的探讨, 指出变频调速与变静压控制的结合能有效提高变风量空调的节能水平。
关键词：变风量空调,末端控制装置,控制模型
参考文献
[1]姜士凯, 吴成东, 张丽丹.变风量空调自动控制系统设计[J].低压电器, 2008, 12.