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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 proceor;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
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。
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