變風量空調系統(tǒng)及控制課件

1、 4.8、變風量空調系統(tǒng)變風量空調系統(tǒng)（VAV系統(tǒng)：Variable Air Volume system)4.8.1、概述定風量空調系統(tǒng)（CAV系統(tǒng)：Constant Variable Air Volume system ）VAV系統(tǒng)誕生在美國與CAV系統(tǒng)比，可節(jié)能3070%優(yōu)點：靈活性好、易于改擴建、尤其適用于格局多變的建筑 典型的VAV系統(tǒng) 變風量空調系統(tǒng)室內參數改變或重新隔斷，只需更換支管、末端裝置、移動風口位置調節(jié)過程：采用一次回風或多變量集中空調系統(tǒng)，每個房間設一個或多個邊風量送風口，一個回風口。房間溫度控制器控制末端裝置送風量，根據各送風口的送風量調節(jié)風機轉速，實現(xiàn)節(jié)能運行。4.8

2、.2、變風量空調系統(tǒng)基本原理原理空調系統(tǒng)能量平衡方程式G_送風量Q_負荷VAV系統(tǒng)由共用或分立的送風系統(tǒng)、風溫控制器及輔助加熱系統(tǒng)組成。變風量調節(jié)通過改變送風量達到控制房間溫度的一種控制策略。室內溫度送風溫度變風量系統(tǒng)是通過變風量末端調節(jié)末端風量來保證房間溫度，同時變頻調節(jié)送、回風機來維持系統(tǒng)的有效、穩(wěn)定運行，并動態(tài)調整新風量保證室內空氣品質及有效利用新風能源的一種高效的全空氣系統(tǒng)。 所謂定靜壓控制，是在送風系統(tǒng)管網的適當位置（常在離風機2/3處）設置靜壓傳感器，在保持該點靜壓一定值的前提下，通過調節(jié)風機受電頻率來改變空調系統(tǒng)的送風量。 節(jié)流型變風量末端主要是指利用風閥的節(jié)流作用來改變通過該末

3、端的送風量以適應該區(qū)域室內負荷變化來維持區(qū)域內空調參數恒定的末端形式。節(jié)流型變風量空調箱包括單風道變風量末端和雙風道變風量末端兩種。 單風道變風量末端 變風量空調箱， 分為箱體與控制兩部分 標準型變風量箱主要用于中低壓單風道系統(tǒng)，可采取多種控制方式，配有熱水加熱盤管或電加熱盤管、送風管道消聲器、多出口靜壓箱 單風管再加熱VAV系統(tǒng) 4.8.3、 一個VAV空調機組的DDC控制壓差變送器風管溫度傳感器風管濕度傳感器電動調節(jié)閥加濕電動調節(jié)閥變風量空調系統(tǒng)4、單風管送回風聯(lián)動的VAV系統(tǒng) 可通過空調區(qū)分支風管上的VAV box與回風管上的VAV box聯(lián)動控制調節(jié)風送量、回風量之差來實現(xiàn)控制空調區(qū)的

4、靜壓。5、單風管旁通式VAV系統(tǒng)工作：室內負荷變化新風減小多余風量從旁通管口排出，與室內回風返回空調機組。（簡、恒溫）6、 VAV系統(tǒng)變風量末端裝置與控制末端裝置分類：按照改變風量的方式，有節(jié)流型和旁通型。前者采用節(jié)流機構（如風閥）調節(jié)風量；后者則是通過調節(jié)風閥把多余的風量旁通到回風道。按照是否補償壓力變化，有壓力有關型和壓力無關型。前者由溫控器直接控制風閥；后者除了溫控器外，還有一個風量傳感器和一個風量控制器，溫控器為主控器，風量控制器為副控器，構成串級控制環(huán)路。當末端入口壓力變化時，通過末端的風量會發(fā)生變化，壓力無關型末端可以較快地補償這種壓力變化維持原有的風量；而壓力有關型末端則要等到風

5、量變化改變了室內溫度才動作，時間滯后一些。 VAV系統(tǒng)變風量末端裝置與控制末端裝置特殊調節(jié)風量的送風裝置（1）普通型VAV末端裝置組成：濕度傳感器+電動調節(jié)風門+風速傳感器+控制器使用調節(jié)風門控制室內溫度（2）再熱型VAV末端裝置在普通型VAV末端裝置上增加了再熱（冷）裝置。（3）風機型VAV末端裝置在末端裝置中增加了加壓風機 4.8.4、VAV空調系統(tǒng)特點節(jié)能效果好可實現(xiàn)各局部區(qū)域的靈活控制（可減少制冷和供熱負荷1530左右）室內空氣分布均勻，送風溫度可降低。通過自控，按實際需求運行，降低電耗。濕度控制能力略差，但足以.。增加了系統(tǒng)靜壓、最大/小風量、室外新風量的控制環(huán)節(jié)，成本提高。4.8.

6、3、 VAV變風量系統(tǒng)原理圖變風量空調機組VAV系統(tǒng)的末端控制電動調節(jié)閥控制信號環(huán)境溫度和設定參數信號微壓差風流量信號至變風量空調機組DDC控制器 變風量空調系統(tǒng)監(jiān)控點配置 空調機組立體結構 制冷機組立體結構 新風機組實物性能優(yōu)良的VAV系統(tǒng)具有的特征1、VAV系統(tǒng)是多區(qū)空調的一種代價較高的控制方式。其制冷和加熱系統(tǒng)同步性和靈活性都比較高。2、典型的VAV系統(tǒng)最大的優(yōu)點是可從燈光、人員、陽光和設備的轉換中獲取能量，?？纱蟠蠊?jié)省風機、冷凍機、加熱器、輔助設備及管道設備購買的開銷。節(jié)能效益比增加VAV 末端設備，風機控制器等所需費用要大的多。3、典型的VAV系統(tǒng)實際上是個自我平衡系統(tǒng)。網絡越復雜，

7、靜壓和風量控制的要求就越高。性能優(yōu)良的VAV系統(tǒng)具有的特征4、VAV系統(tǒng)可靈活地重新劃分區(qū)域或增加新的負荷，只要這個整個系統(tǒng)可承受所增加的負荷且該負荷不超過最初設計的峰值。VAV末端裝置應考慮到風口尺寸，使用風管末端連接口(從大樓周邊的通風口引出或從某些獨立風機系統(tǒng)引出)，方便不同接口的需要，同時也消除了管道末端的功能限制。性能優(yōu)良的VAV系統(tǒng)具有的特征5、節(jié)能途徑：(不適用于旁路系統(tǒng))（1）、根據風機驅動形式和能耗下降合理選取風機電機功率，使風機長期運行于低風量狀態(tài)下，減少風機的功耗。 （2）、在VAV系統(tǒng)調節(jié)過程中，加熱器和水泵能耗下降。（3）、從“自然冷卻”方式中獲益。 1）、在最小新風

8、量時，送風流量小，混風溫度較低。2）、由于某些低負荷區(qū)域維持在最小風量，送風管道內的低流量送風因環(huán)境溫度而上升，這樣可減少再加熱使用的能量。由于通過的風量較少，過濾器的壽命將顯著的延長。（4) 對不使用的區(qū)域，可停止該區(qū)域的制冷與通風。 性能優(yōu)良的VAV系統(tǒng)具有的特征6. 在滿負荷情況下，VAV系統(tǒng)有較大的噪聲，在非峰值時噪聲較小。7. 同時制冷、加熱，無季節(jié)轉換。 8. 中央空調設備不需分區(qū)控制。是否采用變風量（VAV） VAV系統(tǒng)適合多房間且負荷有一定變化的建筑。對于負荷變化較小的建筑物采用VAV系統(tǒng)的意義不大。VAV系統(tǒng)容易產生噪聲問題，那么對于影劇院和電臺錄音棚這類聲學效果要求較高的場

9、合，可能最好不要采用VAV系統(tǒng)。設計人員在方案設計中要綜合各方面因素（建筑物用途、建筑格局、室內負荷變化特點、工程造價、系統(tǒng)運行維護以及業(yè)主對將來改擴建的考慮等等），進行技術經濟比較決定是否采用VAV系統(tǒng)。 VAV系統(tǒng)變風量末端裝置與控制VAV系統(tǒng)的運行中，通過特殊的送風裝置來調節(jié)風量，這類送風裝置叫末端裝置。末端裝置一般有以下幾種類型：）普通型末端裝置普通型末端裝置主要由溫度傳感器、濕度傳感器、電動風門，風速傳感器、控制器等部件構成，通過調節(jié)風門來控制空調房間的溫度。溫度傳感器測出的溫度信號送給經過與設定值進行比較，取出偏差送給控制器經過算法處理后輸出控制調節(jié)電動風門的開啟度來調節(jié)空調區(qū)溫度

10、。下圖給出一種普通型末端裝置外觀結構圖。 一種普通型末端裝置外觀結構 再熱型末端裝置在普通型末端裝置上的基礎上增加了再熱（冷）裝置，就構成再熱型末端裝置。在風量統(tǒng)計的范圍內，通過調節(jié)風門控制空調區(qū)溫度，在風量調節(jié)到最大極限值時，但溫度仍達不到設定值時，通過將加熱器開啟，控制風量調節(jié)空調房間溫度來達到設定值。風機型末端裝置在末端裝置中增加了加壓風機構成的系統(tǒng)叫風機型末端裝置。根據加壓風機和變風量閥的排列方式可分為串聯(lián)風機型和并聯(lián)風機型。串聯(lián)風機型指風機和變風量閥串聯(lián)內置，一次風通過變風量閥，又通過風機加壓；并聯(lián)風機型是風機和變風量閥并聯(lián)內置，一次只通過變風量閥，而不需要通過風機加壓。這種末端裝置

11、工作時，室內溫度分布和氣流條件變好，但設備成本和運行成本提高，可靠性有所下降。VAV系統(tǒng)的分類VAV系統(tǒng)的種類很多，但可歸納為三種基本類型：（1）完全意義上的VAV系統(tǒng)，其末端裝置與風機的調節(jié)是同步的。 （2）旁通類型的VAV系統(tǒng)，其旁通風管末端是與定風量風機相連的。 （3）. 變速電機類VAV系統(tǒng)，通過改變風機運行曲線(如多極電機、繞線轉子電機、變頻調速電機等)的方法來調節(jié)送風量。 第一、二種類型的VAV系統(tǒng)，多為小型VAV系統(tǒng)，其制冷量在10冷噸至 60冷噸范圍之間?？照{系統(tǒng)特點空調系統(tǒng)有以下主要一些特點（）節(jié)能效果好變風量系統(tǒng)的末端裝置可隨著被調控區(qū)域的實際負荷需求來改變送風量。（）可實

12、現(xiàn)各局部區(qū)域的靈活控制與系統(tǒng)相比，系統(tǒng)能更有效地調節(jié)局部區(qū)域的溫度，實現(xiàn)溫度的獨立控制，避免在局部區(qū)域產生過冷或過熱，由此可減少制冷和供熱負荷左右。（3）、末端裝置的送風散流器誘導率比較高，室內空氣分布均勻，送風溫度可降低，風管尺寸可減小，末端裝置的數量可減少。（4）、通過自動控制使空調和制冷設備按實際負荷需求運行，降低了電耗。（5）、變風量系統(tǒng)實際上可以不作系統(tǒng)風量平衡調試，就可以得到滿意的平衡效果，末端裝置上的風量調節(jié)可以手動設定在一個確定的空氣量上，系統(tǒng)風量平衡只要調節(jié)新風、回風和排風閥就可以了。（6）、和定風量再熱系統(tǒng)相比，系統(tǒng)對室內相對濕度的控制質量要查一些，但對于一般民用建筑， 對

13、濕度的控制完全能滿足要求。（7）、系統(tǒng)中增加了系統(tǒng)靜壓、室內最大風量和室內最小鳳量、室外新風量等控制環(huán)節(jié)，設備成本會提高。目前，VAV空調系統(tǒng)的設備費用：280300元/平米，VAVBox的一個點約0.50.6萬，一個DDC控制VAVBox。設計良好的典型VAV系統(tǒng)應具備特征1）、與周邊加熱系統(tǒng)結合在一起VAV系統(tǒng)是多區(qū)空調的一種代價較高的控制方式。其制冷和加熱系統(tǒng)同步性和靈活性都比較高。2）、典型的VAV系統(tǒng)最大的優(yōu)點是可從燈光、人員、陽光和設備的轉換中獲取能量，可達到峰值負載總和的30。這樣，可大大節(jié)省風機、冷凍機、加熱器、輔助設備及管道安排的開銷。從這些地方節(jié)省下的費用比增加VAV 末端

14、設備，風機控制器等所需的開銷多得多。3）、典型的VAV系統(tǒng)實際上是個自我平衡系統(tǒng)，只有在靜壓控制和風量調整不充分時，該特點才不明顯。網絡越復雜，靜壓和風量控制的要求就越高。當滿負荷送風量遠遠大于實際負載的需要時也難以實現(xiàn)自平衡的特點。在定風量系統(tǒng)和再加熱系統(tǒng)中附加制冷和加熱所造成的風機耗能也值得注意。 4）、VAV系統(tǒng)可以較少的代價自由重新劃分區(qū)域或增加新的負荷，只要這個整個系統(tǒng)可承受所增加的負荷且該負荷不超過最初設計的峰值。但這個特點不適用于旁路系統(tǒng)。5）、從以下途徑節(jié)約費用：(不適用于旁路系統(tǒng))a）、根據風機驅動形式和能耗下降合理選取風機電機功率，使風機長期運行于低風量狀態(tài)下，減少風機的功

15、耗。 b）、在VAV系統(tǒng)調節(jié)過程中，加熱器和水泵能耗下降。c）、從“自然冷卻”方式中獲益。 在最小新風量時，送風流量小，混風溫度較低。由于某些低負荷區(qū)域維持在最小風量，送風管道內的低流量送風因環(huán)境溫度而上升，這樣可減少再加熱使用的能量。由于通過的風量較少，過濾器的壽命將顯著的延長。6) 對不使用的區(qū)域，可停止該區(qū)域的制冷與通風。 7） .減少低于設計空氣流量的運轉時間已成為發(fā)展趨向。盡管會給設計方案帶來難度。室內的風速要求小于34.5米分，而變風量末端在調節(jié)時產生的風速變化會使人感到不舒服，這在大風量送風口尤為明顯。解決的方法是加大吊頂風口的尺寸，一般將送風口的額定流量加大到1500米3/小時

16、以上。8）. 如果對風機與VAV裝置的靜壓控制器，經過仔細的選擇，那么只有在滿負荷情況下，VAV系統(tǒng)才有較大的噪聲，在非峰值時噪聲還是很小的。9）. 同時制冷、加熱，無季節(jié)轉換。 10）. 中央空調設備不需分區(qū)控制。11）. 內外聯(lián)合式VAV，附以再加熱末端的系統(tǒng)的初投資時小于內外區(qū)分立、周邊輻射的系統(tǒng)。在能耗及使用費用上前者大于后者。(#).VAV系統(tǒng)設計注意點1）、要獲得高風速低流量，推薦使用高拖帶力送風末端，相反，低拖帶力系統(tǒng)(如吊頂通風裝置)應用與此就會有問題。 2）、在最小和最高風量情況下，出風口動作應同樣自如。3）、對室內空氣擾動小。4）、由于附壁效應的存在，供風會在墻頂附近聚集而

17、降低送風效率，故墻面應保持平整， 除非所有的墻面凹凸都遠離送風口。5）、熒光燈的凹形反光槽會顯著影響設計風速，兩者須隔開一定距離。 6）、VAV氣流分布系統(tǒng)的是極其重要的，其遠比定風量系統(tǒng)來得復雜，其中有許多因素需要考慮、驗證、再驗證。 以下討論的是一些對最小風量影響非常關鍵的因素：通風的需要、b)濕度、c)供風口的適當流量、d)VAV末端工作情況、e)噪聲等級、9管道總壓力的增加、g)風機上壓力的變化、h)風機運行及穩(wěn)定狀況?；鞠到y(tǒng)設計概要 在制定大樓外觀及結構的設計標準之前，先決定中央空調系統(tǒng)在運行狀態(tài)下需要及所用到的設備。劃分需要進行溫度控制的區(qū)域。 計算整幢大廈的冷、熱負荷及各個區(qū)域

18、的極值情況。估算出同步峰值負荷情況，并在可行的條件下，得出分配系統(tǒng)。計算不同區(qū)域及獨立空間所需的風量。選擇最為匹配的VAV和定風量系統(tǒng)及所使用的中央設備。劃分不同系統(tǒng)的區(qū)域。決定風管系統(tǒng)走向與尺寸。選擇出風口及末端設備的位置與尺寸。對每一系統(tǒng)計算在最大與最小風量下的管道阻力。 計算差異因素(如需要)。挑選風機，檢測其在最大(小)風量的運行情況。挑選中央制冷(暖)站設備。規(guī)劃水管系統(tǒng)。選擇主要的中央制冷熱設備的規(guī)格(鍋爐、水泵、冷凍機等)。計算系統(tǒng)熱損失與增益。選擇輔助設備。設計控制系統(tǒng)與設備。在變風量系統(tǒng)中，對負荷的正確估計是很重要的。若不能準確計算室內凈負荷，VAV系統(tǒng)風量提供過剩，造成在滿

19、負荷時仍需一定地節(jié)流控制或在局部負荷時，已超過節(jié)流范圍。 此外，選擇風機、管道、末端及控制閥門也應避免尺寸過大。(4)、節(jié)能考慮與其它空調系統(tǒng)相比，真正的VAV系統(tǒng)具有在最低能耗下靈活實現(xiàn)加熱制冷的潛力。要實現(xiàn)這個潛力，必須注意以下設計特點：1）、不使用任何增加功耗的加熱類型，如大多數雙風管定風量和所有的再加熱系統(tǒng)。當1015的混合風經過空調的附加的能源再加熱至24及更高的溫度(除了使用最小新風熱能)，單風機雙風管系統(tǒng)是非常耗能的，同樣在混合區(qū)制冷效應也被抵消。 2）、真正的VAV的風量應該是隨著各區(qū)風量減少而同步減少的。它間接減低系統(tǒng)制冷功耗，同時節(jié)省了風機年均耗能。3）、對包括諸多內區(qū)空調

20、的VAV設計，只需根據同時負荷率(瞬間的最大負荷)而不是按各個區(qū)域峰值負荷的總和來選擇風機容量。這可大大節(jié)省風機運行功耗。4）、有時可以采用兩種類型的VAV系統(tǒng)來最大效率地降低能耗。一個是利用獨立的外區(qū)與內區(qū)風機實現(xiàn)全空氣加熱制冷系統(tǒng)，另一個是常見的輔助加熱系統(tǒng)對內、外區(qū)提供相同風溫，a)帶獨立風機的周邊空調系統(tǒng)可采用自循環(huán)控制方式(無新風)，在加熱季節(jié)可充分回收利用室內的燈光熱量，當內部使用熱泵作為熱回收源，所有的內區(qū)熱量都可提供給周邊系統(tǒng)。b)變風量單冷或混合(冷熱)系統(tǒng)都只是在局部冷負荷時減少系統(tǒng)風量，而不是在滿負荷的情況下。如用普通溫度向內、外區(qū)送風，周邊輻射系統(tǒng)?？墒褂媒佑|面積大、溫

21、度較低的對流器，通過熱泵回收內部熱能用于周邊區(qū)域。對于這種熱泵的設計，應與無需冷凍機產熱系統(tǒng)且不會因無經濟循環(huán)造成冷凍機產熱的浪費新風經濟制冷循環(huán)比較其經濟性。而這種經濟性的比較還應考慮到每年因風門泄漏而額外耗能的費用。（1）、變風量空調壓力無關型末端樓宇控制系統(tǒng)監(jiān)控圖BACtalk樓控系統(tǒng)設計工程例變風量空調壓力無關型末端控制系統(tǒng)變風量末端的控制方式按照是否補償壓力變化,分為壓力有關型和壓力無關型。壓力有關型變風量末端是由房間內的溫控器直接控制末端裝置中的風閥,這種末端裝置結構簡單,價格便宜。但控制作用是在風量變化改變了室內溫度時才啟動,在時間上要滯后一些,在風管內壓力變化較大時,會產生較大的溫度波動。壓力無關型變風量末端的結構與壓力相關型相差不大，只是在末端裝置中裝有風量傳感器 ,但是控制方式卻完全不同，風量控制器將溫度控制器送來的信號與風量傳感器檢測到的信號進行比較、運算，然后得到控制信號送往控制風閥，改變其開度。顯然，這是一個典型的串級控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制原理框圖如圖12.57 所示。其中風量控制是副環(huán)，溫度控制是主環(huán)。整個