VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)原理.doc

1、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)原理、特點、選型vav變風量集中空調(diào)系統(tǒng)，是相對于傳統(tǒng)的定風量集中空調(diào)系統(tǒng)較先進的一種空調(diào)方式，是通過改變送入被控房間的風量（送風溫度不變）來消除室內(nèi)的冷、熱負荷，保證房間的溫度達到設(shè)定值并保持恒定，例如，夏季當室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就提高送風量，反之減小送風量；冬季當室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就減小送風量，反之提高送風量；vav變風量集中空調(diào)系統(tǒng)是全空氣系統(tǒng)的一種類別，60年代起源于美國，自80年開始在歐美、日本等國得到迅速發(fā)展，最重要的原因是變風量空調(diào)系統(tǒng)巨大的節(jié)能優(yōu)勢。經(jīng)過十幾年的普及和發(fā)展，目前變風量空調(diào)系統(tǒng)己占據(jù)了歐、美、日集中空調(diào)系統(tǒng)約30%的市場份額，并在世界上越來越

2、多的國家得到應(yīng)用。進入90年代以來，采用vav變風量空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的多層建筑與高層建筑已達到95%，已被越來越多的中高端樓宇采用，并成為現(xiàn)代化智能化大樓的一部分，這種空調(diào)方式可以顯著的降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗和改善空調(diào)系統(tǒng)的性能，提高空調(diào)系統(tǒng)的舒適度。一、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)組成：變風量空調(diào)系統(tǒng)有各種類型，他們均由四個基本部分構(gòu)成：變風量末端裝置（變風量空調(diào)箱、房間溫控器）、空氣處理及輸送設(shè)備、風管系統(tǒng)（新風/排風/送風/回風管道）及自動控制系統(tǒng)。變風量空調(diào)系統(tǒng)基本構(gòu)成圖二、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)原理：在空調(diào)系統(tǒng)中冷機風機、水泵是主要的耗電設(shè)備，要想降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，只能從這些設(shè)備中去考慮，而從根本上

3、來說，空調(diào)系統(tǒng)的總能耗的多少最終是由室內(nèi)達到的溫濕度環(huán)境決定的，即空調(diào)系統(tǒng)的能耗維持著建筑物內(nèi)溫濕度與室外溫濕度的差，要想降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，必須首先從根本上，即合理的室內(nèi)溫濕度環(huán)境上進行分析研究，顯然最理想的模式就是任何情況下所需求的等于所供給的，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的基本原理正是通過改變送入各房間的風量（改變風量調(diào)節(jié)溫度）來滿足室內(nèi)人員對房間不同溫濕度的要求，確保室內(nèi)溫度保持在設(shè)計范圍內(nèi)，從而使得空氣處理機組在低負荷時的送風量下降，空氣處理機組的送風機轉(zhuǎn)速也隨之而降低，并自動適應(yīng)室外環(huán)境對建筑物內(nèi)溫濕度的影響，真正達到所需即所供，據(jù)國外多年成熟工程案例測算，總能耗相比fc+新風空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)約

4、30%40%，節(jié)能效果非常顯著。三、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點（詳見vav系統(tǒng)與fc+新風系統(tǒng)技術(shù)分析表）變風量空調(diào)系統(tǒng)區(qū)別于其它空調(diào)形式的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1、節(jié)能 由于空調(diào)系統(tǒng)在全年大部分時間里是在部分負荷下運行，而變風量空調(diào)系統(tǒng) 是通過改變送風量來調(diào)節(jié)室溫的，因此可以大幅度減少送風風機的動力耗能。據(jù)模擬測算，當風量減少到80%時，風機耗能將減少到51%；當風量減少到50%時，風機耗能將減少到15%。全年空調(diào)負荷率為60%時，變風量空調(diào)系統(tǒng)（變靜壓控制）可節(jié)約風機動力耗能78%。2、新風作冷源 因為變風量空調(diào)系統(tǒng)是全空氣系統(tǒng)，在過渡季節(jié)可大量采用新風作為天然冷源，相對于風機盤管系

5、統(tǒng)，能大幅度減少制冷機的能耗，亦可改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。3、無冷凝水煩惱 變風量空調(diào)系統(tǒng)是全空氣系統(tǒng)，冷水管路不經(jīng)過吊頂空間，避免了風機盤管系統(tǒng)中令人煩惱的冷凝水滴漏和污染吊頂問題。4、系統(tǒng)靈活性好 現(xiàn)代建筑工程中常需進行二次裝修，若采用帶vav空調(diào)箱裝置的變風量空調(diào)系統(tǒng)，其送風管與風口以軟管連接，送風口的位置可以根據(jù)房間分隔的變化而任意改變，也可根據(jù)需要適當增加風口，而在采用定風量系統(tǒng)或風機盤管系統(tǒng)的建筑工程中，任何小的局部改造都顯得很困難。5、系統(tǒng)噪聲低 風機盤管系統(tǒng)存在現(xiàn)場噪聲，而變風量空調(diào)系統(tǒng)噪聲主要集中在機房用戶端噪聲較小。6、不會發(fā)生過冷或過熱 帶vav空調(diào)箱的變風量空調(diào)系統(tǒng)與一般定風

6、量系統(tǒng)相比，能更有效地調(diào)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(chǎn)生過冷或過熱現(xiàn)象。7、可實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，提高樓宇智能化程度 采用ddc數(shù)字控制的變風量空調(diào)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)運行，接入到樓宇自控系統(tǒng)中，從而提高樓宇智能化程度。8、變風量空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修工作量小，使用壽命長。四、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)控制方式1、定靜壓控制 工作原理：保證系統(tǒng)風道內(nèi)某一點（或幾點平均）靜壓一定的前提下，室內(nèi)所需風量由vavbox風閥調(diào)節(jié)；系統(tǒng)送風量由風道內(nèi)靜壓與該點所設(shè)定值的差值控制變頻器工作調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速確定。同時可以改變送風溫度來滿足室內(nèi)舒適性要求。2、變靜壓控制 工作原理：在保證vav

7、box風閥盡可能的處于全開位置（85-100%），系統(tǒng)送風量由風道內(nèi)所需靜壓來控制變頻器工作，調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速確定。同時可以改變送風溫度來滿足室內(nèi)舒適性要求。3、總風量控制 工作原理：通過改變送風量調(diào)整室內(nèi)溫度，并使送風與回風的差值保持恒定，以滿足構(gòu)筑物排風的需求。五、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方式：1、利用新風制冷，不開（或少開）制冷機組：由于變風量空調(diào)特性是可以實現(xiàn)全新風運行，空調(diào)可利用較低溫度的室外新風直接送風供冷，而無須開啟制冷機組及輔助設(shè)備。2、利用變風量節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的送風量是按夏季室內(nèi)的最大余熱量設(shè)計的，一般人體及照明余熱量占45%，新風及圍護結(jié)構(gòu)余熱量占55%，后者是隨室外氣象條件而變

8、化的。實際上全年出現(xiàn)最大負荷量的時間是很短的。當室內(nèi)負荷變化時，如果采用定風量運行，一方面浪費風機電耗，另一方面會出現(xiàn)許多季節(jié)需要再熱，造成冷熱量抵消。采用變風量運行，就是風機采用變頻調(diào)速控制，根據(jù)房間熱負荷變化，改變風機轉(zhuǎn)速和風量。當風量減少到80%，功率消耗卻減少了一半（51.2%）。3、采用二級泵變水量(變頻調(diào)節(jié))方式節(jié)能:在中央空調(diào)系統(tǒng)中冷水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設(shè)計負荷選定的,且留有余量,而運行情況是一年四季長期在固定的最大水流量下工作,由于季節(jié)、晝夜和用戶負荷的變化，實際空調(diào)負荷在絕大部分時間內(nèi)遠比設(shè)計負荷低，即在小溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失，

9、浪費了水泵運行的輸送能量，一般空調(diào)水泵電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的2030%，故節(jié)約低負荷時水系統(tǒng)的輸送能量，具有很重要的意義。因而，隨負荷而改變水量的變流量空調(diào)水系統(tǒng)顯示了其巨大的優(yōu)越性，而得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速可以方便地調(diào)節(jié)水的流量，其節(jié)能率通常都在40%以上。六、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)存在的問題1、造價較高，初期投資大：相對于常規(guī)fcu等系統(tǒng)，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)進入中國市場的時間較短。特別是進入中國市場初期，由于國內(nèi)沒有相應(yīng)的產(chǎn)品，vav box，控制器，專用溫控器等都需要采用國外進口產(chǎn)品，系統(tǒng)造價居高不下，制約了vav變風量空調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用。近年來，隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)

10、的發(fā)展和國內(nèi)的技術(shù)進步，越來越多的外國品牌vav變風量空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備廠家在國內(nèi)相繼建立生產(chǎn)基地，國內(nèi)公司也吸收和消化了vav變風量空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)，能生產(chǎn)出有競爭力的相關(guān)產(chǎn)品。vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的造價大幅下降。而隨著我國經(jīng)濟實力的穩(wěn)步發(fā)展，市場對vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的造價接受能力也越來越強，高價格成為vav變風量空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的制約因素已經(jīng)相對較弱。2、層高和機房需求大vav系統(tǒng)需要提供專用的機房，而且由于風管的體積較大，vav系統(tǒng)要犧牲一定的層高3、實際使用效果與設(shè)計效果存在差異從目前很多vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的實際運行情況來看，系統(tǒng)運行情況很不好，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計，工程實施

11、，系統(tǒng)調(diào)試，售后維護等一系列工作中存在諸多的技術(shù)和非技術(shù)問題，造成了很多vav變風量空調(diào)系統(tǒng)項目實際使用效果不好，無法達到設(shè)計效果。原因是從市場準入制度到招投標的規(guī)則制定以及項目運作模式，諸多環(huán)節(jié)都不能適應(yīng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展的需求，甚至是阻礙了相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。在現(xiàn)有的體制下，設(shè)計院、機電安裝公司、弱電系統(tǒng)集成商、產(chǎn)品生產(chǎn)商都不具備對項目最終整體質(zhì)量負責的能力，那么從粗放的發(fā)展模式向精細化專業(yè)化發(fā)展模式的實現(xiàn)是該技術(shù)發(fā)展的必然。在這個過程中，核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)（特別是軟件），系統(tǒng)整體解決方案集成技術(shù)的項目管理模式，以及項目壽命周期內(nèi)的價值運行分析和實現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)二個核心目標：舒適性、節(jié)能性。va

12、v變風量空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)該不例外，傳統(tǒng)的安裝公司和弱電集成商都不具備這樣的能力。弱電系統(tǒng)集成商的特點是代理制和分包制，將智能化各子系統(tǒng)分包給各專業(yè)單位，做一些簡單的項目管理和技術(shù)協(xié)調(diào)工作，基本沒有技術(shù)實力和專業(yè)人才實現(xiàn)復雜的空調(diào)系統(tǒng)，更談不上實現(xiàn)vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的特殊功能。機電安裝公司的主要能力在項目管理和安裝，對vav變風量空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)缺乏專業(yè)性，在深化設(shè)計、控制策略及軟件編制、系統(tǒng)調(diào)試、運行維護等方面缺乏相關(guān)人才和經(jīng)驗。4、安裝調(diào)試，系統(tǒng)控制復雜，影響使用：智能控制復雜。目前，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的控制方式基本上采用多個回路的pid控制。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，pid控制效果良好。

13、但是，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)是一個干擾大的、高度非線性的、不確定性系統(tǒng)，這是由于：（1）外界氣候和空調(diào)區(qū)域里的人員活動的變化很大，對系統(tǒng)形成得過且過大的干擾；（2）空氣調(diào)節(jié)過程是高度非線性的；各執(zhí)行器的運行特性也是非線性的；（3）各個控制回路之間耦合強烈，完全解耦是不可能的；（4）隨著時間的推移，設(shè)備會老化和更換，從而造成系統(tǒng)參數(shù)的變化；（5）在許多系統(tǒng)里，系統(tǒng)的數(shù)字模型很難建立；（6）系統(tǒng)功能不能獨立存在，專業(yè)化程度高。（7）產(chǎn)品的標準化并不能代表就能實現(xiàn)標準化的系統(tǒng)運行功能，專業(yè)化生產(chǎn)不能實現(xiàn)專業(yè)化的功能，換句話說，vav變風量空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)硬件產(chǎn)品的標準化如何高，產(chǎn)品本身功能好并不能代表就一

14、定能建成一個完善的系統(tǒng)。（8）如何實現(xiàn)vav變風量空調(diào)系統(tǒng)及其自控系統(tǒng)的運行策略也是因空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及外部環(huán)境的有一定區(qū)別，軟件在一定程度上標準化生產(chǎn)可以，但完全標準化，基本不合適現(xiàn)有的應(yīng)用環(huán)境。現(xiàn)在vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的很多系統(tǒng)設(shè)計和控制思路都是將國外的一套照搬國內(nèi)市場，這樣的做法注定不會成功。不同國家的地理位置、環(huán)境要求、以及人們的生活習慣等都是不同的，發(fā)達國家的新需求很少的情況下，其樓控技術(shù)的發(fā)展基本停滯。再加上信息控制技術(shù)的發(fā)展，建筑技術(shù)和空調(diào)工藝新技術(shù)快速發(fā)展，落后的產(chǎn)品與不斷發(fā)展的新空調(diào)系統(tǒng)需求矛盾突出。要完成系統(tǒng)優(yōu)化和復雜控制策略基本不可能。七、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍1、負

15、荷變化較大的建筑物由于變風量可以減少送風機和供暖的能量（因為可利用燈光及人員等熱量），故負荷變化較大的建筑物可以采用變風量系統(tǒng)若建筑物的玻璃窗面積比例小，外墻傳熱系數(shù)小，室外氣候?qū)κ覂?nèi)影響較小，則不適合采用變風量系統(tǒng)，因為部分負荷時節(jié)能量較小2、多區(qū)域控制的建筑物多區(qū)域控制的建筑物適合采用變風量系統(tǒng)，因此變風量系統(tǒng)在設(shè)備安裝上比較靈活，故用于多區(qū)域時，比一般傳統(tǒng)的系統(tǒng)更為經(jīng)濟，這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)為：多區(qū)系統(tǒng)，雙管系統(tǒng)和單區(qū)屋頂空調(diào)器等3、公用回風通道的建筑物具有公用回風通道的建筑物可以成功的采用變風量系統(tǒng)，公用回風通道可以獲得滿意的效果，因為如采用多回風通道時可能產(chǎn)生系統(tǒng)靜壓過低或過高的情形一般來

16、說，辦公大樓和學校均可采用公用回風通道，然而，也有一些建筑物不適合采用，如醫(yī)院中的隔離病房，實驗室和廚房等，因為采用公用回風通道會互相污染空氣八、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)在夏熱冬暖地區(qū)（南方地區(qū)）實現(xiàn)的可行性一些企業(yè)（尤其在南方地區(qū)）也認識到了vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢，但擔心區(qū)域條件是否具備通過該系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能的可能。vav變風量空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，很大程度上體現(xiàn)在過渡季節(jié)的空調(diào)運行電費的大幅降低，其主要原因如前所述是直接利用室外新風作為系統(tǒng)冷源，所以若要在四季分明的北方地區(qū)實施是符合前述的先決條件的。在這里進一步做的是根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)的氣候特點，分析該地區(qū)室外自然能利用的氣候環(huán)境條件可行

17、性。基本上可以直接利用室外空氣，而不需要開啟空調(diào)冷源系統(tǒng)來消除室內(nèi)余熱濕的時間（約占到全年總時間的1/3 左右），具有利用的必要性和可行性。九、如何設(shè)計和選用空調(diào)系統(tǒng)：是否適合應(yīng)用vav變風量空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)項目所處地區(qū)氣候性質(zhì)、項目特點和定位要求，由建設(shè)單位會同設(shè)計單位和專業(yè)空調(diào)廠家共同從投資方面和綜合成本方面同時考慮，特別是空調(diào)系統(tǒng)的使用周期一般較長，項目建成后，裝修設(shè)計和內(nèi)部分隔一般在幾年內(nèi)就要進行調(diào)整，而空調(diào)系統(tǒng)改造的工作量遠遠大于裝修，費用也遠遠高于裝修。vav 變風量空調(diào)系統(tǒng)的初期投資雖然較大，但具有調(diào)整空間分隔簡便靈活的特點，改造時可大大減少改造成本，在選定系統(tǒng)時需要綜合考慮；十、

18、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)成功實施的措施1、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時需合理確定變風量比：為了盡量減少外區(qū)的末端裝置對空調(diào)送風再加熱而與一次冷風造成的冷熱抵消，往往將冬季一次風量最小值設(shè)定得過小，從而造成房間缺少新風，室內(nèi)人員感到憋悶。故在這些特定房間內(nèi)，應(yīng)適當提高末端最小風量與最大風量之比（變風量比），以提高足夠的新風所需。如在一些內(nèi)外區(qū)連通的空間場合，由于內(nèi)外區(qū)的空氣可以自由流通，則可適當降低變風量比，減少一次風的冷熱抵消量，以達到節(jié)能效果。2、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時負荷計算：vav系統(tǒng)負荷計算需要注意建筑內(nèi)區(qū)和外區(qū)的系統(tǒng)分別計算，嚴格進行每個房間的逐時負荷計算（包括人員、燈光、內(nèi)外墻得熱、

19、窗口得熱等），才能為設(shè)備選型和系統(tǒng)劃分提供準確的數(shù)據(jù)。3、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時的合理分區(qū)：設(shè)計時合理的進行內(nèi)外分區(qū)是實現(xiàn)溫度均勻分布的關(guān)鍵，在空調(diào)分區(qū)系統(tǒng)中采用適當?shù)目照{(diào)方式給內(nèi)、外區(qū)供冷供熱,是減小能耗、節(jié)約能源的重要措施。4、vav變風量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時建筑專業(yè)的配合：由于空調(diào)系統(tǒng)需要建筑專業(yè)的密切配合，而vav變風量空調(diào)系統(tǒng)實施的實際項目少，往往會出現(xiàn)建筑設(shè)計專業(yè)按以往經(jīng)驗留出的空調(diào)風柜房、百葉窗、天花板內(nèi)空間等不夠用的情況。因為vav變風量空調(diào)系統(tǒng)需要利用過渡季節(jié)的新風量非常大，所以新風機的尺寸、新風百葉的尺寸以及新風管大小等都比常規(guī)系統(tǒng)大了許多，就需要更大的新風機房、更多的粱底開百葉位置以及更大的天花板內(nèi)空間。故在初步設(shè)計階段，建筑設(shè)備專業(yè)一定要及時地提供相關(guān)數(shù)據(jù)給建筑設(shè)計專業(yè)，以便在空間規(guī)劃時就預留出足夠的位置，免得到施工圖設(shè)計時修改煩瑣甚至施工時才發(fā)現(xiàn)無法安裝。5、系統(tǒng)集成：如何才能將vav變風量空調(diào)系統(tǒng)很好的實施，就必須將vav變風量空調(diào)系統(tǒng)按系統(tǒng)集成的要求從深化設(shè)計、施工管理、核心產(chǎn)品選型供貨、系統(tǒng)調(diào)試、運行進行系統(tǒng)集成，同時將制冷、暖通、自控、軟件、安裝的專業(yè)技術(shù)進行集成，是做好vav變風量空調(diào)系