变风量空调系统设计

变风量空调系统设计1． 变风量系统的概念

按处置空调负荷所采纳的输送介质分类，变风量(VAV System)空调系统是属于全空气式的一种空调方式，即全空气系统的一种。该系统是通过变风量箱调剂送入房间的风量或新回风混合比，并相应调剂空调机(AHU)的风量或新回风混合比来操纵某一空调区域温度的一种空调系统。在那个地址，有以下几个方面值得注意:

① 系统必需是利用变风量箱来分派流量的。也确实是说，系统中必需有变风量箱利用。

② 在工程实例中，有的变风量系统是维持送入房间的风量不变而改变一次风与回风的混合比例的；而有的变风量系统却是维持一次风恒定而改变一次风与回风的混合比例的。因此，用“改变风量或新回风混合比”的概念代替单纯的“改变风量”的概念，似乎更能归纳目前存在的各类各样的变风量系统的整体特点。

③ 区域温度的操纵由变风量箱(VAV box)来实现。即通过气动或电动或DDC(直接数字操纵)来操纵变风量阀的开度调剂风量，或通过调剂变风量箱中的风机转速来调剂送风量或调剂旁通风阀来实现。

④ 空调机组(AHU)的送风量应依照送风管内的静压值进行相应调剂，与变风量箱减少或增加送风量以操纵房间温度相呼应。一样地，空调机组送风机的性能曲线应相当平缓，从而使得风量的减少不至于使送风静压过快升高。依照操纵方式分，空调机组的送风量操纵又可分为定静压、变静压、总风量操纵三种大体形式。

2．变风量系统分类

一样地，能够把变风量系统按周边供热方式和变风量箱结构两方面进行分类。

2．1 依照周边供热方式的分类(内部区域单冷)

按周边供热方式，变风量系统能够分为如下几类:

① 内部区域单冷系统。即是指在空调内区采纳的变风量空调形式，一样地不带供热功能，下面几种形式均是以采纳内部区域单冷为前提的。

② 散热器周边系统。散热器设置在周边地板下，不用冷、热空气的混合来操纵空气温度，一样采纳热水或电热散热器，具有避免气流下降、运行本钱低、操纵简单等优势。但需要精准计算冷却和加热负荷，以幸免冷热同时作用。在国外一些奢华考究的设计中，采纳顶棚辐射散热器提供更舒适的空调环境。 ③ 风机盘管周边系统。风机盘管能够是四管式，也可采纳冷热切换二管式，或单供热二管制。风机盘管采纳暗吊时不占用地板面积，一样具有运行本钱低、操纵简单的优势。夏天由于吊顶内仍保留冷水管及凝水盘，对天花板仍有发生水患的可能。

④ 变风量再热周边系统。在变风量结尾装置中加再热盘管，一样采纳热水、蒸汽或电加热盘管。该系统比双风管系统初投资为低，比定风量再热系统节约能源，尽管一样不占用地板面积，但操纵程序复杂。

⑤ 变温度定风量周边系统。该系统的特点是送风量恒定，通过改变一次风与回风的混合比例来调剂房间温度。回风全数吸收灯光热量再送出，因此节能。初投资较双风管系统低，操纵也较复杂。

⑥ 双风管变风量周边系统。该系统的优势是能量效率高，当采纳两个风机时，可利用灯光发烧，在所有时刻内，由于冷却和加热的交替功能，能够取得最小的送风量。但初投资较高，操纵较复杂。

⑦ 转换变风量系统。加热和冷却均由一套风管系统通过冬夏转换承担。其缺点是温度操纵不灵活，当建筑物有假设十个区时，不能由一套系统来操纵，例如不能同时知足一个区域需要加热而另一个区域需要供冷的要求，这时就需要划分假设十个转换系统。

以上7种系统，各有优缺点。一样应综合建筑功能、初投资、地域特点、产品来源、装璜等多方面进行优选。一样地:关于周边热损失较大的情形，即单位长度外墙热损失超过450

W/ m，应考虑将加热器设置在窗台下或外墙底部，以避免气流下沉，这时能够考虑选择散热器周边系统或落地式风机盘管周边系统。

关于周边热损失中等的情形，即单位长度外墙热损失250~ 450 W/ m,能够采纳吊顶暗装式送风，送风直接吹向外墙和窗户，这时能够选择暗吊式风机盘管周边系统;也能够采纳上述④~⑦各个系统，但条缝型散流器宜设计成单向的。

关于周边热损失小的情形，即单位长度外墙热损失小于250 W/ m,能够采纳上述④一⑦各个系统，这时条缝型散流器宜布置在房间中间，且两向送风。

2. 2按变风量箱的结构分类

按调剂原理分，变风量箱能够分成四种大体类型，即节流型、风机动力型(fan Powered)、双风道型和旁通型四种。 ①节流型

节流型变风量箱是最大体的变风量箱，其它如风机动力型、双风道型、旁通型等都是在节流型的基础上转变进展起来的，所有变风量箱的“心脏”确实是一个节流阀，加上对该阀的操纵和调剂元件和必要的面板框架就组成了一个节流型变风量箱。

一样地，节流阀有三种大体类型，即百叶型、文丘里型和气囊型。百叶型的调剂原理和百叶风阀的调剂原理一样，在小风量的情形下，一样做成单叶风阀，通过调剂风阀的开度来调剂风量，如约克产品；文丘里型的调剂原理是在一个文丘里式的套管内装上一个能够沿轴线方向滑动的滑块，通过滑块的位移改变气流通过的截面积来调剂风量，如特灵产品；气囊型的调剂原理是通过静压调剂气囊的膨胀程度达到调剂风量的目的，如开利产品。

②风机动力型(Fan Powered)

风机动力型是目前在北美等地被普遍推崇的变风量箱，可能是由于它的显现和自控水平的提高，令人们改变了在60-70年代对空调变风量系统的成见。

风机动力型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。依照加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机型(Series Fan Term finals)和并联风机型(Parallel Fan Term finals)两种产品。所谓串联风机型是指风机和变风量阀串联内置，一次风既通过变风量阀，又通过风机加压；所谓并联风机型是指风机和变风量阀并联内置，一次风只通过变风量阀，而不需通过风机加压。依照美国TITUS公司提供的资料，串联风机型和并联风机型的比较见表2。除以下比较外，还有以下几方面问题必需指出:

a. 串联风机型变风量系统一样较适合用于一次风低温送风的系统，如空调水系统大温差设计(供回水温度大于50C )的系统和有冰蓄冷的系统，其优势是能够减小中结尾设备和风管的尺寸及节约风性能耗。

b. 串联风机型和并联风机型能够同时利用，关于像休息室、人厅、咖啡室等需要维持必然送风量的地址是能够考虑的。

③双风道型

一样由冷热两个变风量箱组合而成。因其初投资昂贵和操纵较复杂而较少取得利用。

④旁通型

这是利用旁通风阀来改变房间送风量的系统。由于其并非具有变风量系统的全数优势，因此在有些论文中称其为“准”变风量系统。该系统的特点是投资较低，但节能却很小，因为有人量送风直接旁通返回空调设备，并非怎么减小风性能耗，因此目前利用也不多。

以上4种系统目前设计利用较多的是风机动力型和节流型。串联风机型加上空调水系统大温差设计成为北美空调设计的特色。

2. 3变风量箱和周边供热方式的组合

变风量系统的三大要素是:①变风量箱；②周边供热方式；③自动操纵。

这三者缺一不可，彼此依存。关于具体的变风量系统而言，必然存在这三大要素的不同组合。自动操纵一样为气动、电动或DDC操纵。变风量系统的具体描述参见表3。

3．操纵系统组成

变风量空调系统的设计和操纵系统的设计是密不可分的。如：房间温度操纵、送风量操纵、送回风风量匹配操纵、新排风风量操纵和送风温度操纵5个操纵环路。直接数字操纵DDC尽管不必然采纳反馈环路操纵，可是也包括这5部份操纵内容。它们是变风量空调操纵系统的必要组成部份。固然，系统还会有预冷、预热等其他操纵。

房间温度操纵

在变风量系统中，通常依照结尾装置温控器自接操纵风阀或依照一个风量传感器和一个风量操纵器，温控器为主控器，风量操纵器为副控器，组成串级操纵环路，温控器依照温度误差设定风量操纵器设定值，风量操纵器根抓风量误差调剂结尾装置内的风阀。当结尾入口压力转变时，通过结尾的风量会发生转变，压力无关型结尾能够较快地补偿这种压力转变，维持原有的风量；而压力有关型结尾那么要等到风量转变改变了室内温度才动作，在时刻上要滞后一些。价钱上，压力无关型要比压力有关型高一些。（概念：压力无关(pressure

independent)是指阀门的执行机构由速度操纵器来操纵，而速度操纵器由房间温度操纵器设定。压力有关(pressure dependent)是指阀门的执行机构直接由房间温度操纵器操纵。）

3. 2送风量操纵

在变风量系统中，通常依照静压传感器的信号来感知系统风量的转变，并通过操纵器调剂风机送风量。静压操纵器通过调剂风机转速或入口导叶来恒定静压操纵点的静压值，以知足下游风道、结尾装置及送风口的压力损失。恒定静压的目的是保证任何一个结尾入口的设计资用压力。由于要恒定静压，送风机不能无穷制地减少风量，因此风机功耗并非与风量的3次方成正比。由于存在风道阻力损失，静压传感器越靠近管路结尾，静压设定值就越小，就越能节约风机功耗。咱们希望将静压传感器放在系统最不利的结尾入口。由于变风量系统的动态特性，事实上不容易概念一个最不利的结尾装置。任何一个都可能成为最不利。ASHRAE建议，在利用压力无关型结尾的场合，把静压传感器放在送风机到系统结尾的2/3处。

新排风风量的操纵

系统风量的调剂会致使总新风量的转变，为此，在需要维持新风量不变的场合，有必要采取恒定新风量的方法，下面列举两种:

① 将最小新风道和经济循环新风道分开，分设新风阀，并在最小新风道上安装流量传感器，以此来调剂3个风阀的开度，维持最小新风量通常，为保证测量精度，流量传感器前后要保证必然的直管段。可是，由于现场情形比较复杂，常常很难完全知足所要求的直管段如此，必然对测量和操纵成效产生专门大阻碍。听说，现场最好的测量准确度只有20%左右。

② 混风压力转变是造成新风量转变的直接缘故。因此，恒定新回风混合箱内压力就能够够保证新风量在需要最小新风量的时候，关闭经济循环新风阀，通过调剂回风阀来恒定混风压力;在过渡季的时候，由混风温度操纵器调剂经济循环风阀的开度，随着新风量的增大，混风压力减小，这时，混风压力操纵器关小混风阀直至完全关闭，整个系统采纳全新风。尽管这种方式原理简单，但事实上很难实现，因为混风箱内气流很乱，压力极不稳固，压力测点不容易选择，而且，可能容易产生新风量操纵和风机风量操纵的耦合，造成系统运行不稳固。

前面提到的两种方式都是为了恒定新风量。有人以为，新风要紧用于保证室内空气品质(IAQ)，能够采纳以室内CO2浓度来操纵新风量的方法。这种方式适用于新风品质较差的地域，如夏日空气湿热，冬季干冷。只是，CO2浓度达到要求并非能代表室内空气品质合格，室内还会存在其他易挥发性污染物。

采纳送回风机的系统，回风阀前后压差专门大，风阀很难调剂。因此有人提出用排风机取代回风机。如此，回风阀前后都是负压，且压差较前者小很多。排风机可由新、排风流量计或室内压力来操纵。

新风问题与建筑物负荷特点、系统形式及室外气象条件等很多因素有关。上述方式或假想，从操纵逻辑上可能是可行的，实际当中却未见得适用于任何系统。关于某一特定建筑，很有必要具体分析系统的夏日工况、冬季工况及过渡季经济循环工况。

3. 4送回风风量匹配操纵