空调风量

空调风量（精选8篇）

空调风量 篇1

变风量空调系统可根据室内负荷变化及室内调控参数变化的要求自动调节送入室内的风量,达到既满足人员舒适度要求,又能达到节能的目的。但变风量空调系统的调试较为复杂,调试周期长,涉及的专业和影响的因素多,对于实现其系统预定功能尤其重要。其调试通常包括测试、调整、平衡(简称“TAB”),既能检验工程的施工质量,又能检验设计和系统的技术性能,因此,调试环节的重要性不可忽视,应持有相当严谨的态度。本文主要讨论变风量空调系统中风平衡调试的问题。

1 变风量空调风系统的类型

1.1 新风量固定不变型

新风量不变,则排风量也不变;送风量根据末端VAVBOX风门开度的大小而变化,回风量=送风量-新风量,回风量必将根据送风量的变化而变化。

如上面所述的多层和高层建筑,单个AHU的新风量和排风量不变,1个单元内总的新风量和排风量也保持恒定,相应的新风机和排风机都选定频即可。通常在设计时每台AHU的新风管道上都要设置1个定风量阀,确保进入每台AHU的新风量保持不变。

1.2 新风量变化型

在过渡季节,室外新风焓值很接近于室内空气焓值,为了进一步节约能耗,将尽可能充分地利用室外新风,此时的变风量空调机组AHU在冬夏模式下,还要设计不同的工况,即平时工况、最小新风工况、过渡季工况,每种工况的新风量均不同,那么排风量也将随着变化而不同。

2 风平衡的调试方法

2.1 调试的内容

2.1.1 单元内总的风平衡

2.1.1. 1 单台风机的风量风压测试

单台风机的风量风压测试包括5台AHU中的送风机、2台空调用排风机、1台卫生间排风机,在50 Hz频率下的风量、风压要符合设计要求。

2.1.1. 2 3种工况下整个单元风平衡调试

空调风系统的3种工况分别是平时工况、最小新风工况、过渡季工况。要求在不同的工况下,每台AHU的新风、送风、回风、排风均能在自动控制的情况下达到设计风量要求,同时,整个单元也能在自动控制的情况下达到总的排风风量要求。

2.1.2 每台AHU各个送风口的风平衡

每台AHU下游有10多台,甚至20多台VAVBOX,每台VAVBOX之后有几个空调送风口,本调试要求每台AHU在50Hz频率下启动后,在VAVBOX风门全开的情况下,其所覆盖的所有送风口的风量均达到设计风量。

2.2 调试测试的方法

2.2.1 风口风量测试方法

2.2.1. 1 风速仪定点测量法

单双层百叶风口、格栅风口风量,宜用风速仪测量。根据风口面积大小,把风口划分成约200 mm×200 mm建方的小块,用风速仪在其小块中心处测量风速。对于尺寸较大的矩形风口,可分为同样大小的8~12个小方格测量;对于尺寸较小的矩形风口,一般测5个点即可;对于条缝形风口,在其宽度方向至少应有2个测点,沿条缝长度方向,长度为600 mm取3对测点,长度为1 200 mm取6对测点。

2.2.1. 2 平均风速计算

平均风速计算公式为:

式(1)中:V为平均风速;V1,V2,…,Vn为各测点风速。

2.2.1. 3 散流器送风口用风量罩测量法

散流器风量测试宜采用风口风罩法测量。在通风空调系统正常运行后,打开风口风量罩,确认其工作正常;然后将风口风量罩的罩口紧贴天花面,将风口整体完全包容;读取风口风量罩的显示数值,当数值有小范围波动时取平均值,当读数波动范围较大时不得计取数值,并应重新检查空调系统,排除干扰因素,再测试。

2.2.2 拟合曲线法

2.2.2. 1 风机的风量——频率拟合曲线

所有变频风机,均测量频率在20 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz时不同的送风量,以便BA按此风量—频率拟合曲线自动控制风机运行,实测数据举例如表1所示。

2.2.2. 2 风机风量——电动风阀开度拟合曲线

所有变频排风机,在50 Hz时开机,每隔1个楼层均测量出每层电动风阀开度在20%,40%,60%,80%,100%时不同风口的风量,拟合出电动风阀开度与对应风机风量的变化曲线,以便BA据此进行无级调节。

2.2.3 基准风口调整法

此方法被用于调整1台AHU所供应的所有末端风口风量的平衡,以某工程AHU/4DB-1为例,调试步骤如下:①在AHU送风管上相对较长的直管段上选择风量测量截面,并参照上述定点测量法确定测量点数,在相应管壁上打测量孔。②末端各VAVBOX处于断电状态,其风门手动置于全开位置,一次风阀全开。③AHU的新风阀、回风阀、送风阀均置于全开位置,变频器手动调节到50 Hz。④检查各项准备工作正常后启动AHU。⑤用风速仪测杆测量干管总送风量,并手动调整AHU变频器,使送风量与设计参数一致。⑥用风速仪初测全部末端风口的风量,计算出所有风口的实测风量与设计风量的比值百分数,选取最小比值的风口为基准风口,比如S2风口比值最小,则以S2风口为基准风口。⑦调节S3风口的风量。使用两台风速仪,同时测量S2和S3的风量,调节一次风管风量调节阀A2,使两风口的实测风量与设计风量的比值百分数近似相等。这样,这两风口风量达到平衡。⑧用同样方法调整其他风口风量。需要注意的是,一次风阀的开度可能不能同时满足其后几个末端风口风量与设计要求一致,但在排除管路堵塞、阻力过大问题后,也应该相差不大,那么一次风阀最终的开度应保证其末端各风口风量偏差均匀分布在正负15%以内即可,不要某一方向的偏差分布过多,而相反方向的偏差分布过少。⑨支干管风量调平。调节风量调节阀B1等的开度,通过计算两根支干管路上基准风口实测风量与设计风量的比值达到1,则支干管上的风量即调平衡。

2.3 调试的程序和具体要求

2.3.1 单元内总的风平衡

2.3.1. 1 单台风机的风量风压测量

AHU的送风机:要求新风、回风、送风管道上的电动阀、手动阀全部百分之百打开,AHU变频器手动置于50 Hz位置,测量风机的送风量和全压,风量的偏差不应该超过设计参数的10%,风压必须达到设计要求的参数值。其他排风机:参照上述要求测量。

2.3.1. 2 3种工况下整个单元风平衡调试

在上述条件均满足要求后,再进行本项工作。本项测试的前提条件是:本单元与相邻单元及外围隔绝,即要求相邻及外围的门窗全部关闭。用风机的风量——频率拟合曲线法测出排风机的风量与频率的对应数据,作为BA控制依据。用风机的风量——电动风阀开度拟合曲线法测出排风机的风量与频率的对应数据,作为BA控制依据。手动调整单元内3种工况下的风平衡。

3种工况时半自动控制下的风平衡:待BA与空调系统点对点测试完好,与所有排风机、电动风阀之间的控制程序模拟完好后进行。AHU手动置于设计风量状态,用BA在电脑上控制所有排风机、电动风阀分别在3种工况下动作,察看空调排风机工作台数是否与3种工况一致,察看电动风阀位置是否与上述3种工况标记一致,不一致则校正BA控制设定,最终使其一致。

3种工况自动控制运行风平衡:待BA与空调系统点对点测试完好,与AHU、VAVBOX、所有排风机、电动风阀之间的控制程序模拟完好,系统分别在冬季、夏季自动运行后,在电脑上观察在不同工况下VAVBOX、AHU、电动风阀、所有排风机的开度大小是否同步,是否协调一致,现场电动风阀的开度位置是否与工况标识一致,现场实际是否与电脑显示一致。不一致则校正BA控制设定,最终使其一致。

2.3.2 每台AHU末端各个送风口的风平衡

用基准风口调整法,使AHU末端各个送风口的风量达到平衡。

3 结束语

综上所述,空调的风平衡是空调性能能够正常使用的保障,对建筑的节能降耗效果也有着重要的意义。我们要做好调试工作,就要结合实际情况,针对要点制订合适的施工方案,采用合理、有效的技术来进行空调系统风平衡调试工作,这样才能真正保证空调系统的正常运行,同时降低建筑的能耗。本文介绍的这种调试方法在实际工程的调节中得到良好的验证,可保证调试后的变风量空调系统运行满足房间舒适度以及较好地发挥变风量空调系统的节能作用,为建立适用于变风量空调系统风量平衡的标准调试方法提供了借鉴。

参考文献

[1]王文熙.变风量空调系统调试方法及难点分析[J].房地产导刊,2015(14).

[2]高棋彬,陈业成,张燕清.浅析变风量系统总风量控制方法及修正[J].日用电器,2015(08).

[3]牛壮,邹志军,黄晨,等.变风量空调系统风量平衡调试方法浅析[J].洁净与空调技术,2014(01).

空调风量 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。

变风量空调技术应用分析 篇3

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。

空调风量 篇4

关键词：定风量阀,变风量阀,空调系统中的应用

定风量阀是一种机械式自力装置, 适用于需要定风量的通风空调系统中。定风量阀风量控制不需要外加动力, 它依靠风管内气流力来定位控制阀门开启度, 从而在整个压力差范围内将气流保持在预先设定的流量上。适用于要求风量恒定的通风空调系统中, 用来作为控制各送、回风支路系统的风量。

变风量阀是一种通过改变送风量来调节室内的温湿度或压差的空调末端装置, 采用DDC控制, 可根据温度或压差信号, 自动精确调整送风或排风风量, 并实现动态测定风量适时调整。也可实现风量范围内任意某一指定风量的恒定控制。关闭时, 可完全切断气流。

一、定风量阀在空调系统中的应用

在风机盘管加新风的空调系统中, 设计师往往会在新风支管上加设一只风量调节阀, 期望通过后期调试手段来完成风量的分配。由于风量调节阀调节既不直观, 调节精度又不理想, 况且房间新风量很小, 这样的调试几乎是无法达到设计要求。施工单位只能做到测一下总管的送风量达到设计的要求, 保证各送风支管有风感这样的地步。在这种环境下居住、办公的人常常抱忧新风量不足, 但从设计图纸上看, 新风量标准的取值并不低。我们忽略了一个非常重要问题, 如何从设计角度来保证实际效果。为了能保证各房间所送新风量能达到设计值, 我们在每支新风支管上增加一只定风量阀, 问题解决了, 系统调试也很容易。

二、变风量阀在空调系统中的应用

在全风道空调系统中, 设计师往往会设计成空调送风机全负荷运行, 通过调节电动阀开度来调节冰水水量, 进而控制盘管的离风温度 (送风温度) , 达到调节房间温度之目的。这套系统在大空间上使用还马马虎虎, 如果几个房间同时使用这套系统, 单靠送风支管上的几个风量调节阀的手动调节是无法达到设计要求的。如果我们在每支送风支管上增加一只变风量阀, 同时空调送风机采用变频控制。用各房间的温度、压差等信号, 控制送入各房间的送风量, 同时调节冰水水量、总送风量。这样的系统就能完全满足设计的要求了, 同时这套系统在节能降耗方面非常明显, 经济性性也很高。

三、定风量阀、变风量阀在空调工程中应用实例

我公司负责施工的南京伊晶能源有限公司高亮度发光二极管 (LED) 蓝宝石衬底改造项目中的切抛磨车间空调工程中就同时使用了定风量阀和变风量阀。该车间分为黄光区、湿法清洗区、刻蚀区、单面研磨、一次清洗、二次清洗及检测包装、更衣室、洁净走道等八个空调区域, 各区域的温湿度、洁净度、正压值都不尽相同, 传统的全风道空调系统及控制调节方式是无法达到使用要求的。

如何设计一套既能没足洁净车间不间断运行的需要, 又能满足各空调区域不同要求的空调系统呢?设计院设计了由两台新风空调机组、两台循环空调机组 (一备一用) 组成的一套空调系统。并在各区域的送风支管上增设定风量阀控制送风量, 在回风支管上增设了变风量阀调节回风量。再根据各区域洁净度的不同, 设置不同布置密度及过滤等级的风机过滤单元。

在这种设计理念下, 系统调试过程变得易常简单。根据设计要求, 调节各空调区域送风管上的定风量阀, 阀体上有风量读数值, 直接调至设计值, 就可以直接开机运行了。其控制原理:1) 正压值的控制:DDC根据洁净室黄光区的压力信号, 通过变频器调节新风机组送风机转速, 保证黄光区的压力在设定值, 其它房间由回风支管上的变风量阀调节来控制其正压值 (当区域内的排风量变化时可做到适时调节) 。2) 温度的控制:DDC根据洁净室黄光区的温度信号, 调节循环空调机组冷却盘管电动阀的开度, 保证房间温度的设定值, 当温度低于房间设定值时, 关闭冷却盘管电动阀, 启动电加热。3) 湿度的控制:DDC根据室外空气温度和相对湿度参数, 将整个空气处理过程分为三个区域:1) 当室外空气含湿量大于7.4g/kg干空气时, 空气处理过程为开冷却盘管进行除湿, 根据冷却后的温度调节电动二通阀的开度, 保证出风露点的恒定。2) 当室外空气含湿量小于7.4g/kg干空气且干球温度大于14.6℃时, 空气处理过程为冷却加湿, 根据出风露点温度控制表冷盘管电动阀开度, 根据出风含湿量, 控制高压喷雾加湿量。3) 当室外空气含湿量小于7.4g/kg干空气且干球温度小于14.6℃时, 空气处理过程为加热加湿, 根据出风露点温度控制加热器加热量, 根据出风含湿量, 控制高压喷雾加湿量。

变风量空调系统工程调试实例 篇5

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

变风量空调系统设计浅谈 篇6

变风量系统 (variable airvolume system) 本世纪60年代诞生在美国, 是全空气空调系统中的一种类别。其基本原理是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。在当今特别提倡节能和舒适性的条件下, 变风量空调系统正逐渐被人们接受并得到应用。特别是90年代后, 直接数字式控制 (DDC) 技术及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成熟和完善。

变风量空调系统主要有以下几个优点:

1) 区域温度可控, 所采用的比例调节方式的控制质量优于风机盘管机组的双位调节, 所采用的风量调节方法的节能性远胜于定风量系统的再热调节方法;

2) 通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化, 部分负荷时, 采用变频装置调节风机转速, 大大降低风机的能耗;

3) 保持定风量空调系统空气过滤效率高、室内空气品质好、室内相对湿度低、热舒适性好的特点;通过改变新风比还可利用室外低温新风进行自然冷却, 并可实现低温送风;

4) 系统无水管进入空调区域, 免除了盘管凝水和霉变问题。

故变风量系统比较适合多房间且负荷有一定变化的场合, 如办公、会议、展厅等;对于象大堂公共空间、影剧院等负荷变化较小的场合, 采用变风量系统的意义不大。所以, 一般在以变风量空调为主的大厦中, 大堂等公共空间还是以定风量空调系统为好。由于其场合一般都是高大空间, 如果采用变风量空调系统, 当其变风量变小时, 会改变气流组织, 影响空调系统的舒适性效果。

通过对北美国家和日本的变风量空调系统的技术分析, 可明显的发现二者在系统理念、设置规模、末端装置及控制方法等方面有很大的差别。北美国家偏重大型系统 (系统风量几十万m3/h) , 日本偏重小型系统 (系统风量1～2万m3/h) 。我国也是一个资源相对贫乏的国家, 综合考虑能耗、投资和舒适性, 中型系统 (系统风量2～4万m3/h) 比较适合我国的国情, 下面将详细介绍几个的典型空调系统:

1) 每层设置多个内、外区分设系统。一般为1～2个内区系统, 多个按朝向分的外区系统 (系统风量1～2万m3/h) 。内、外区分设系统可实现内、外区采用不同的送风温度, 还可以采用各自的新风比, 消除外区在冬、夏季的新风量偏差。

2) 每层设置多个内、外区共用系统。则可按朝向设2～4个内、外区合用的变风量系统 (系统风量1～2万m3/h) , 或者按内、外区各设置1～2个变风量系统 (系统风量2～4万m3/h) , 这也需要较大的空调机房面积。按朝向布置系统, 系统负荷的一致性较好, 负荷差异性过大而引起的新风不平衡度较小, 系统总的新风量较少, 但存在内、外区的冷、热抵消损耗;按内、外区布置系统, 可以避免过渡季节和冬季的冷、热抵消损耗, 但不同朝向之间负荷差异性较大, 为保证规范要求的人均最小新风量所需的系统新风量较大。

3) 每层设置一个内、外区共用系统 (系统风量2～4万m3/h) 。可采用外区风机盘管+内区变风量系统的方式;也可采用外区带热水再热盘管的末端装置、内区不带再热盘管的末端装置的合用变风量空调系统。前者初投资较少, 节能性也较好。后者系统较大, 且存在冷热抵消问题。一层只设1台变风量空调机组, 系统的节能性较差, 且风管断面较大, 对控制吊平顶净高不利。

具体采用何种布置方式, 应结合建筑平面布局和空调机房的大小位置做具体的计算分析。

变风量末端装置品种繁多, 形式各种各样, 但在我国民用建筑中使用最多的是单风道型和风机动力型末端装置。单风道型变风量末端装置 (VAVBOX) 结构简单、初投资较低, 但对送风口如散流器的选型及散流器的气流扩散性能要求高, 一旦选型不合适, 空调区的气流组织效果较差;风机动力型变风量末端装置 (FPB) 可使空调房间的气流组织效果较好, 但其投资费用较高、末端装置内置风机的效率较低且噪声较大。因此, 合理地确定变风量末端装置型式与正确地选型对变风量空调系统的经济合理运行可起到关键作用。

变风量空调系统的空气处理机组的热工性能参数应根据机组所负担的区域的空调冷、热负荷及湿负荷计算确定。变风量末端装置的送风量和FPB的一次风设计风量应根据该末端装置所负担区域的显热负荷计算确定。外区变风量末端装置的送风量在按夏季设计负荷选型外, 还需用冬季负荷进行校核, 以较大风量作为末端装置的设计风量。夏季末端装置一次风量计算及选型时, 部分朝向还应考虑夜间建筑蓄热等因素。具体计算和选型过程可参照有关资料和书籍进行, 也可在请变风量末端装置生产厂家的技术人员帮助下进行选型。

2 变风量空调系统的控制方法

2.1 定静压控制法

定静压控制法是变风量空调系统中最经典的风量控制方法。由于采用定静压, 当所有末端风量都低于额定风量时, 在系统的实际资用压力将低于设计资用压力, 此时, 再维持系统中的设定静压值则不利于风机的节能。而且风阀在高静压, 低开度状态下, 还会产生啸叫声。但由于定静压控制的变风量系统, 其空调器的风机调节与末端装置的控制无直接联系, 故该系统控制方法比较简单, 运行可靠, 适合于较大的变风量空调系统的场合。

2.2 变定静压控制法

变定静压控制法仍需设置静压测定点。由于静压设定值可随时根据需求重新设定, 静压设定值的大小变得不那么重要, 它仅起到初始设定作用。变定静压控制法弥补了定静压因设定值固定不变难以跟踪系统静压需求的缺陷。但由于静压传感器还存在, 静压波动和风管内湍流影响的静压测定问题依然存在, 设计人员仍然与自控公司密切配合, 妥善处理。

2.3 总风量控制法

其基本原理是建立系统设定风量与风机设定转速的函数关系, 无需静压测定, 用各变风量末端装置需求风量求和值作为系统设定总风量, 直接求得风机设定转速。这样就回避了静压检测与控制中的诸多问题。它比较适合风机选型不很恰当、风管系统设计不很合理或施工质量不太高的工程。

但是总风量法的缺点是控制相对粗糙, 尤其当各温度区的负荷及末端装置调节风阀的开度差别较大时。如个别末端装置调节风阀的开度已经达到100%, 而系统总需求风量还需减少, 此时, 就会使调节风阀全开的末端装置的风量无法满足要求。

2.4 变静压控制法

采用变静压控制法的系统总风管中不需设置静压传感器, 而是在变风量末端装置中设置阀门开度传感器, 根据变风量末端装置阀门的开启度, 由此判断和计算来调节一次风空调器内风机的转速。

变静压控制法利用DDC数据通讯的优势, 不仅可以累计个末端装置的需求风量, 确定风机初始转速, 对总风量进行初步控制, 而且可根据阀位情况对风机转速进行微调, 确保每一个变风量末端装置风量需求。当末端装置的风阀开度较小时, 还可以不时时机地降低风机转速, 实现风机节能运行, 是一种比较节能的系统风量控制方法。

但是, 由于变静压控制法依赖阀位反馈信号, 故系统调试工作量较大, 信号采集量多。因此, 比较适用于中、小型变风量空调系统。

3 设计中值得注意的噪声问题

在变风量系统中, 比较大的噪声源除了送、回 (排) 风机外, 还在变风量末端装置, 流过末端装置入口的风速都比较高。因为压力无关型的变风量末端装置都带有风速测量传感器, 这些传感器一般要求风速高于一定数值才能保证测量准确。一般的节流型末端装置是靠调节阀片开度来改变风量的, 所以, 入口调节阀片关小时, 流经阀片的风速也增加了, 所以, 入口调节阀片处是末端装置产生较高噪声的一个主要来源。另外, 如果采用带风机的末端装置, 该风机也是一个产生噪声的根源。

对于以上噪声问题, 以下几点建议值得参考:

1) 校核选用的末端装置在最小风量、最大风量时产生的噪声。因为末端的型号越大噪声也越大, 故在便于合理布置空调系统的前提下, 尽量选用小型号的末端装置。

2) 在变风量系统中采用变静压法自动控制系统, 尽量提高系统末端装置的节流调节阀的平均开度, 从而降低末端入口调节阀的节流噪声。

3) 对于带风机的末端装置, 视噪声控制要求而定, 合理选择该末端置的风机运行风量, 有可能的话, 设计考虑全部采用无风机的末端装置。

4) 在末端装置的出风管上, 合理设置所需的消声设备。

4 结语

变风量空调系统是一种先进的空调方式, 因系统的室内空气品质良好、部分负荷时节能性能优越以及空调区域控制灵活, 广泛应用于国外的各类办公、商业建筑。近几年来, 随着我国办公等建筑设计标准的提高, 变风量空调系统正在替代传统的风机盘管加新风系统, 相信在不远的未来将能得到更好的推广和应用。

参考文献

[1]电子工业部第十设计院, 空气调节设计手册 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.

[2]叶大法, 杨国荣.变风量空调系统[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

变风量空调及其控制系统的研究 篇7

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.

空调风量 篇8

变风量空调系统具有突出的节能优势,并且有舒适灵活、装机容量小的特点,但是在变风量空调系统的运行中,控制系统的品质不仅关系着系统节能效果,且影响系统的稳定性。总风量控制法直接根据末端装置的设定风量计算出要求的风机转速,具有某种程度上的前馈控制含义,而且省去了静压控制回路,提高了控制系统的稳定性。但由于末端动作频繁、通信量大、控制复杂而一直处于研究完善阶段。

本文提出一种采用总风量控制法对多区域变风量空调控制系统联动调节的控制方案。并针对一个典型两层建筑进行变风量空调系统建模和控制系统仿真,仿真结果表明系统具有较好的跟踪能力,自适应性和鲁棒性较强。

1 空调系统描述

本文研究对象为一典型两层建筑,长、宽、层高分别为42m、24m、3.5m,被控空调室长、宽、高分别为4.5m、4.5m、3.5m。夏季室外计算干球温度33.2℃;相对湿度64%;夏季室内设计温度24~26℃;相对湿度50%~60%。人员密度为8m2/人,使用系数为0.85。照明及设备负荷为65W/m2,同时使用系数为0.9。经过负荷计算可知总送风量G=50000m3/h。采用露点温度送风法求得送风温度[1]。在求得新风量后便可得混风空气状态点,即表冷器处理前空气状态,由效率系数法[2],对表冷器选型。易可求得空调系统其他参数。空调系统如图1所示。

VAV(Variable Air Volume)空调系统是通过改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的空调系统。常用的总送风量控制方法有:定静压(CPT)控制法、变静压(VPT)控制法、总风量控制法。

其中总风量控制法由清华大学戴斌文[3]通过对压力无关型变风量末端的分析得出,由末端控制环路得到各端的设定风量,所有末端设定风量之和为当前要求的总风量。它的特点是:在控制系统形式上避免使用压力测量装置,减少了一个风机的闭环控制环节,提高了控制系统的可靠性;它是直接根据设定风量计算出要求的总风量,具有某种程度上的前馈控制含义。但总风量控制法的风机和末端之间耦合度相对较大,致使末端频繁动作,造成系统的不稳定。

本文由于对末端装置采用神经网络预测控制,具有很强的抗扰动能力,实现快速调节,保证了系统的稳定性。

2 空调对象建模

2.1 表冷器模型

根据能量守恒定律,单位时间内表冷器的热量变化=空气单位时间内带入的热量-水在单位时间内带出的热量,得其热平衡方程式如下[2]

式中各参数为Mc表冷器的质量,kg;Cc冷器的比热容,kj/(kg℃);θc表冷器的温度,℃;Ga表冷器的空气流量,m3/s;ρa空气密度,kg/m3;Ca空气的定压比热容,kj/(kg℃);θa.i、θa.o表冷器的进风、出风温度,℃;Gw表冷器的冷冻水流量,m3/s;ρw冷冻水密度,kg/m3;Cw冷冻水的定压比热容,kj/(kg℃);θw.i、θw.o表冷器的进水、出水温度,℃;αa表冷器风一侧的换热系数,k W/(m2℃);Fa表冷器风一侧的换热面积,m2;Ga.f、Ga.b新风、回风流量,m3/s;θa.f、θa.b新风、回风温度,℃。

根据上述方程组可导出表冷器的动态微分方程为:

根据上述方程可建立表冷器的动态数学模型仿真图如图2所示。

2.2 房间模型

被控对象空调房间通常具有较大的热容量、多容且存在纯滞后等特征,理论上建立这样的数学模型是比较困难的。为了方便研究,作如下简化:忽略维护结构的蓄热;内部各点温度均匀一致;按集中参数来处理,不考虑室温的滞后,则根据能量守恒定律[3,4],可得动态方程为

式中,ρi、ρo、ρs——分别为室内、室外、送风空气密度(kg/m3),并近似认为ρs=ρi=1.2kg/m3;ci、co、cs——分别为室内、室外、送风空气比热(kj/kg℃),并近似认为cs=ci=1kg/℃;θi、θo、θs——分别为室内、室外、送风空气温度(℃);Gr——送风量(m3/s);V——房间体积(m3);R——外围护结构总传热热阻(℃/k W)。

若空调室长、宽、高分别为4.5m、4.5m、3.5m。热阻倒数1/R=0.065k W/℃,则房间模型仿真图如图3所示。

3 空调控制系统控制器设计

3.1 PID控制器

根据表冷器的动态方程可知其为线性系统,故选择常规的PID控制方式。PID离散位置控制算法为

式中KP、TI、TD分别为调节器的比例增益、积分时间、微分时间,T采样周期。

3.2 神经网络预测控制器

由于末端动作频繁、控制复杂的问题,房间的控制采用了神经网络预测控制方法。应用非线性神经网络模型预测系统未来性能,然后控制器计算控制输入,在指定时间内,控制输入使得系统性能最优。

模型网络采用常用于系统辨识的带有输入延迟链的双层网络结构,预测控制采用滚动式的有限时域的输出优化,预测控制的每一步,都检测实际输出并与基于预测模型的预测值相比较,以此修正模型预测的不确定性,然后进行新的优化。相应的末端房间空调控制系统结构如图4所示。

模型预测分两步。首先建立一个非线性被控对象的神经网络预测模型,然后控制器利用此系统模型预测未来系统性能。利用预测模型,可由控制输入,预报出被控系统在将来一段时间范围内的输出值。则非线性优化器将使如下二次型性能指标极小,即得到最优控制时的最优性能函数为:

式中,为未来时刻系统期望输出与预报输出的误差;为未来时刻的控制增量,j=N1,N1+1,…,N2

其中,u为控制信号,yr为期望响应,ym为神经网络响应。N2最大输出预报区间,表明了待优化的未来输出需要被跟踪的时间范围。Nu是控制长度,表示未来要纳入考虑的时间控制范围。ρ为加权因子,表示控制能量对优化指标的贡献度。

4 空调控制系统仿真

4.1 仿真模型创建

设夏季室外温度为33.2+3sin(2πt/3600)℃。其中包含了幅值为3℃,周期为3600s的正弦扰动,设总风量为多步阶跃扰动,阶跃幅值在10%左右。执行器、变送器可近似为比例环节。根据图2模型进行表冷器控制系统仿真,PID调节器选正作用方式,得到调节器参数为Kp=980,TI=7539。

末端装置选用美国开利公司生产的Moduline系列产品,设定房间噪声级别为NC35,房间效应为8d B。选取的三个空调室参数为:

1)R1:面积为4.5×4.5m2,热阻倒数1/R=0.065k W/℃,选用3台37AG末端装置;

2)R2:面积为9×6m2,热阻倒数1/R=0.207k W/℃,选用10台37AG末端装置;

3)R3:面积为15×12m2,热阻倒数1/R=0.433k W/℃,选用20台37AH末端装置。

若室内热源阶跃扰动的最大幅度不低于25%。执行器、变送器近似为比例环节,并将变送器的增益折算在控制器中。V A V末端最小阀位开度为30%。则总风量扰动算法为各房间实际风量与设计风量之差求和,即

式中,Grj为空调室Rj的实际风量;Gsrj为空调室Rj的设计风量,∆Ga为总风量的扰动。

风机的总风量为空调系统设计风量与扰动风量之和,即

其中Gsa为系统设计风量。

回风温度为各房间室内温度与房间风量权重积的和,即

其中θrj为空调室Rj的温度,Ta.b为回风温度。

房间模型网络采用带有输入延迟链的双层网络结构[9,10],隐层节点为7个。根据式(6)所求得的房间动态模型,如图3所示模型结构,生成训练样本,使用Levenberg-Marquardt算法训练网络,得到预测模型。本文设置最大训练步数设为10000,训练结果显示:网络在训练了9997次之后达到目标误差。

非线性优化器的关键是预报区间和控制加权因子的设置,分别设置为9和0.005。

分别对各房间设计相应的子控制,并封装构成多区域VAV空调系统仿真图如图5所示。

4.2 仿真结果分析

将多区域空调室之间及其与表冷器间存在的耦合均视为各个控制环节的扰动因素,故在对表冷器、空调室分别进行控制得出满意的动、静态性能的基础上,进行区域空调系统的联动调试仿真。

对各房间的辨识应得到足够多和广的学习样本,以保证得到神经网络预测模型的正确性;并用测试样本来检验预测模型的泛化能力。由预测模型和非线性优化器实现预测函数控制,从而得到期望的控制量。

若空调房间的初始值为33.2℃,各空调房间在室外温度、室内热源、送风温度的多重扰动下,VAV空调系统中各空调房间的跟踪特性如图6所示,跟踪误差分别不超过。如房间R3在2800s时,给定温度由24℃升至26℃,调节过程在500s以内,静差小于0.15℃,经过两次振荡在约3200s时趋于稳定,调节时间较短,动态偏差很小,稳定性很好。

表冷器的空气温度初值均为33.2℃,在新风温度、总送风量、回风温度的多重扰动下,VAV空调系统仿真结果如图7所示,表冷器出风温度的跟踪误差0.1℃。

由图7看出系统总风量在2800s有一个明显的下降;系统回风温度在2800s也有明显的变化,表现为原来的下降趋势迅速变缓并出现小的波动。

5 结论

本文对典型两层建筑设计了多区域变风量空调系统,应用总风量控制法进行联动控制仿真,表冷器采用常规的PID控制算法,对各空调房间使用神经网络预测控制算法。仿真结果表明该多区域变风量空调系统具有很好的控制品质,控制系统具有较强的跟踪能力,抗干扰能力较强,对时变、非线性等特性具有良好的鲁棒性和自适应性。

参考文献

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