变风量空调系统及控制课件

1、 4.8、变风量空调系统变风量空调系统（VAV系统：Variable Air Volume system)4.8.1、概述定风量空调系统（CAV系统：Constant Variable Air Volume system ）VAV系统诞生在美国与CAV系统比，可节能3070%优点：灵活性好、易于改扩建、尤其适用于格局多变的建筑 典型的VAV系统 变风量空调系统室内参数改变或重新隔断，只需更换支管、末端装置、移动风口位置调节过程：采用一次回风或多变量集中空调系统，每个房间设一个或多个边风量送风口，一个回风口。房间温度控制器控制末端装置送风量，根据各送风口的送风量调节风机转速，实现节能运行。4.8

2、.2、变风量空调系统基本原理原理空调系统能量平衡方程式G_送风量Q_负荷VAV系统由共用或分立的送风系统、风温控制器及辅助加热系统组成。变风量调节通过改变送风量达到控制房间温度的一种控制策略。室内温度送风温度变风量系统是通过变风量末端调节末端风量来保证房间温度，同时变频调节送、回风机来维持系统的有效、稳定运行，并动态调整新风量保证室内空气品质及有效利用新风能源的一种高效的全空气系统。 所谓定静压控制，是在送风系统管网的适当位置（常在离风机2/3处）设置静压传感器，在保持该点静压一定值的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。 节流型变风量末端主要是指利用风阀的节流作用来改变通过该末

3、端的送风量以适应该区域室内负荷变化来维持区域内空调参数恒定的末端形式。节流型变风量空调箱包括单风道变风量末端和双风道变风量末端两种。 单风道变风量末端 变风量空调箱， 分为箱体与控制两部分 标准型变风量箱主要用于中低压单风道系统，可采取多种控制方式，配有热水加热盘管或电加热盘管、送风管道消声器、多出口静压箱 单风管再加热VAV系统 4.8.3、 一个VAV空调机组的DDC控制压差变送器风管温度传感器风管湿度传感器电动调节阀加湿电动调节阀变风量空调系统4、单风管送回风联动的VAV系统 可通过空调区分支风管上的VAV box与回风管上的VAV box联动控制调节风送量、回风量之差来实现控制空调区的

4、静压。5、单风管旁通式VAV系统工作：室内负荷变化新风减小多余风量从旁通管口排出，与室内回风返回空调机组。（简、恒温）6、 VAV系统变风量末端装置与控制末端装置分类：按照改变风量的方式，有节流型和旁通型。前者采用节流机构（如风阀）调节风量；后者则是通过调节风阀把多余的风量旁通到回风道。按照是否补偿压力变化，有压力有关型和压力无关型。前者由温控器直接控制风阀；后者除了温控器外，还有一个风量传感器和一个风量控制器，温控器为主控器，风量控制器为副控器，构成串级控制环路。当末端入口压力变化时，通过末端的风量会发生变化，压力无关型末端可以较快地补偿这种压力变化维持原有的风量；而压力有关型末端则要等到风

5、量变化改变了室内温度才动作，时间滞后一些。 VAV系统变风量末端装置与控制末端装置特殊调节风量的送风装置（1）普通型VAV末端装置组成：湿度传感器+电动调节风门+风速传感器+控制器使用调节风门控制室内温度（2）再热型VAV末端装置在普通型VAV末端装置上增加了再热（冷）装置。（3）风机型VAV末端装置在末端装置中增加了加压风机 4.8.4、VAV空调系统特点节能效果好可实现各局部区域的灵活控制（可减少制冷和供热负荷1530左右）室内空气分布均匀，送风温度可降低。通过自控，按实际需求运行，降低电耗。湿度控制能力略差，但足以.。增加了系统静压、最大/小风量、室外新风量的控制环节，成本提高。4.8.

6、3、 VAV变风量系统原理图变风量空调机组VAV系统的末端控制电动调节阀控制信号环境温度和设定参数信号微压差风流量信号至变风量空调机组DDC控制器 变风量空调系统监控点配置 空调机组立体结构 制冷机组立体结构 新风机组实物性能优良的VAV系统具有的特征1、VAV系统是多区空调的一种代价较高的控制方式。其制冷和加热系统同步性和灵活性都比较高。2、典型的VAV系统最大的优点是可从灯光、人员、阳光和设备的转换中获取能量，。可大大节省风机、冷冻机、加热器、辅助设备及管道设备购买的开销。节能效益比增加VAV 末端设备，风机控制器等所需费用要大的多。3、典型的VAV系统实际上是个自我平衡系统。网络越复杂，

7、静压和风量控制的要求就越高。性能优良的VAV系统具有的特征4、VAV系统可灵活地重新划分区域或增加新的负荷，只要这个整个系统可承受所增加的负荷且该负荷不超过最初设计的峰值。VAV末端装置应考虑到风口尺寸，使用风管末端连接口(从大楼周边的通风口引出或从某些独立风机系统引出)，方便不同接口的需要，同时也消除了管道末端的功能限制。性能优良的VAV系统具有的特征5、节能途径：(不适用于旁路系统)（1）、根据风机驱动形式和能耗下降合理选取风机电机功率，使风机长期运行于低风量状态下，减少风机的功耗。 （2）、在VAV系统调节过程中，加热器和水泵能耗下降。（3）、从“自然冷却”方式中获益。 1）、在最小新风

8、量时，送风流量小，混风温度较低。2）、由于某些低负荷区域维持在最小风量，送风管道内的低流量送风因环境温度而上升，这样可减少再加热使用的能量。由于通过的风量较少，过滤器的寿命将显著的延长。（4) 对不使用的区域，可停止该区域的制冷与通风。 性能优良的VAV系统具有的特征6. 在满负荷情况下，VAV系统有较大的噪声，在非峰值时噪声较小。7. 同时制冷、加热，无季节转换。 8. 中央空调设备不需分区控制。是否采用变风量（VAV） VAV系统适合多房间且负荷有一定变化的建筑。对于负荷变化较小的建筑物采用VAV系统的意义不大。VAV系统容易产生噪声问题，那么对于影剧院和电台录音棚这类声学效果要求较高的场

9、合，可能最好不要采用VAV系统。设计人员在方案设计中要综合各方面因素（建筑物用途、建筑格局、室内负荷变化特点、工程造价、系统运行维护以及业主对将来改扩建的考虑等等），进行技术经济比较决定是否采用VAV系统。 VAV系统变风量末端装置与控制VAV系统的运行中，通过特殊的送风装置来调节风量，这类送风装置叫末端装置。末端装置一般有以下几种类型：）普通型末端装置普通型末端装置主要由温度传感器、湿度传感器、电动风门，风速传感器、控制器等部件构成，通过调节风门来控制空调房间的温度。温度传感器测出的温度信号送给经过与设定值进行比较，取出偏差送给控制器经过算法处理后输出控制调节电动风门的开启度来调节空调区温度

10、。下图给出一种普通型末端装置外观结构图。 一种普通型末端装置外观结构 再热型末端装置在普通型末端装置上的基础上增加了再热（冷）装置，就构成再热型末端装置。在风量统计的范围内，通过调节风门控制空调区温度，在风量调节到最大极限值时，但温度仍达不到设定值时，通过将加热器开启，控制风量调节空调房间温度来达到设定值。风机型末端装置在末端装置中增加了加压风机构成的系统叫风机型末端装置。根据加压风机和变风量阀的排列方式可分为串联风机型和并联风机型。串联风机型指风机和变风量阀串联内置，一次风通过变风量阀，又通过风机加压；并联风机型是风机和变风量阀并联内置，一次只通过变风量阀，而不需要通过风机加压。这种末端装置

11、工作时，室内温度分布和气流条件变好，但设备成本和运行成本提高，可靠性有所下降。VAV系统的分类VAV系统的种类很多，但可归纳为三种基本类型：（1）完全意义上的VAV系统，其末端装置与风机的调节是同步的。 （2）旁通类型的VAV系统，其旁通风管末端是与定风量风机相连的。 （3）. 变速电机类VAV系统，通过改变风机运行曲线(如多极电机、绕线转子电机、变频调速电机等)的方法来调节送风量。 第一、二种类型的VAV系统，多为小型VAV系统，其制冷量在10冷吨至 60冷吨范围之间。空调系统特点空调系统有以下主要一些特点（）节能效果好变风量系统的末端装置可随着被调控区域的实际负荷需求来改变送风量。（）可实

12、现各局部区域的灵活控制与系统相比，系统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，由此可减少制冷和供热负荷左右。（3）、末端装置的送风散流器诱导率比较高，室内空气分布均匀，送风温度可降低，风管尺寸可减小，末端装置的数量可减少。（4）、通过自动控制使空调和制冷设备按实际负荷需求运行，降低了电耗。（5）、变风量系统实际上可以不作系统风量平衡调试，就可以得到满意的平衡效果，末端装置上的风量调节可以手动设定在一个确定的空气量上，系统风量平衡只要调节新风、回风和排风阀就可以了。（6）、和定风量再热系统相比，系统对室内相对湿度的控制质量要查一些，但对于一般民用建筑， 对

13、湿度的控制完全能满足要求。（7）、系统中增加了系统静压、室内最大风量和室内最小凤量、室外新风量等控制环节，设备成本会提高。目前，VAV空调系统的设备费用：280300元/平米，VAVBox的一个点约0.50.6万，一个DDC控制VAVBox。设计良好的典型VAV系统应具备特征1）、与周边加热系统结合在一起VAV系统是多区空调的一种代价较高的控制方式。其制冷和加热系统同步性和灵活性都比较高。2）、典型的VAV系统最大的优点是可从灯光、人员、阳光和设备的转换中获取能量，可达到峰值负载总和的30。这样，可大大节省风机、冷冻机、加热器、辅助设备及管道安排的开销。从这些地方节省下的费用比增加VAV 末端

14、设备，风机控制器等所需的开销多得多。3）、典型的VAV系统实际上是个自我平衡系统，只有在静压控制和风量调整不充分时，该特点才不明显。网络越复杂，静压和风量控制的要求就越高。当满负荷送风量远远大于实际负载的需要时也难以实现自平衡的特点。在定风量系统和再加热系统中附加制冷和加热所造成的风机耗能也值得注意。 4）、VAV系统可以较少的代价自由重新划分区域或增加新的负荷，只要这个整个系统可承受所增加的负荷且该负荷不超过最初设计的峰值。但这个特点不适用于旁路系统。5）、从以下途径节约费用：(不适用于旁路系统)a）、根据风机驱动形式和能耗下降合理选取风机电机功率，使风机长期运行于低风量状态下，减少风机的功

15、耗。 b）、在VAV系统调节过程中，加热器和水泵能耗下降。c）、从“自然冷却”方式中获益。 在最小新风量时，送风流量小，混风温度较低。由于某些低负荷区域维持在最小风量，送风管道内的低流量送风因环境温度而上升，这样可减少再加热使用的能量。由于通过的风量较少，过滤器的寿命将显著的延长。6) 对不使用的区域，可停止该区域的制冷与通风。 7） .减少低于设计空气流量的运转时间已成为发展趋向。尽管会给设计方案带来难度。室内的风速要求小于34.5米分，而变风量末端在调节时产生的风速变化会使人感到不舒服，这在大风量送风口尤为明显。解决的方法是加大吊顶风口的尺寸，一般将送风口的额定流量加大到1500米3/小时

16、以上。8）. 如果对风机与VAV装置的静压控制器，经过仔细的选择，那么只有在满负荷情况下，VAV系统才有较大的噪声，在非峰值时噪声还是很小的。9）. 同时制冷、加热，无季节转换。 10）. 中央空调设备不需分区控制。11）. 内外联合式VAV，附以再加热末端的系统的初投资时小于内外区分立、周边辐射的系统。在能耗及使用费用上前者大于后者。(#).VAV系统设计注意点1）、要获得高风速低流量，推荐使用高拖带力送风末端，相反，低拖带力系统(如吊顶通风装置)应用与此就会有问题。 2）、在最小和最高风量情况下，出风口动作应同样自如。3）、对室内空气扰动小。4）、由于附壁效应的存在，供风会在墙顶附近聚集而

17、降低送风效率，故墙面应保持平整， 除非所有的墙面凹凸都远离送风口。5）、荧光灯的凹形反光槽会显著影响设计风速，两者须隔开一定距离。 6）、VAV气流分布系统的是极其重要的，其远比定风量系统来得复杂，其中有许多因素需要考虑、验证、再验证。 以下讨论的是一些对最小风量影响非常关键的因素：通风的需要、b)湿度、c)供风口的适当流量、d)VAV末端工作情况、e)噪声等级、9管道总压力的增加、g)风机上压力的变化、h)风机运行及稳定状况。基本系统设计概要 在制定大楼外观及结构的设计标准之前，先决定中央空调系统在运行状态下需要及所用到的设备。划分需要进行温度控制的区域。 计算整幢大厦的冷、热负荷及各个区域

18、的极值情况。估算出同步峰值负荷情况，并在可行的条件下，得出分配系统。计算不同区域及独立空间所需的风量。选择最为匹配的VAV和定风量系统及所使用的中央设备。划分不同系统的区域。决定风管系统走向与尺寸。选择出风口及末端设备的位置与尺寸。对每一系统计算在最大与最小风量下的管道阻力。 计算差异因素(如需要)。挑选风机，检测其在最大(小)风量的运行情况。挑选中央制冷(暖)站设备。规划水管系统。选择主要的中央制冷热设备的规格(锅炉、水泵、冷冻机等)。计算系统热损失与增益。选择辅助设备。设计控制系统与设备。在变风量系统中，对负荷的正确估计是很重要的。若不能准确计算室内净负荷，VAV系统风量提供过剩，造成在满

19、负荷时仍需一定地节流控制或在局部负荷时，已超过节流范围。 此外，选择风机、管道、末端及控制阀门也应避免尺寸过大。(4)、节能考虑与其它空调系统相比，真正的VAV系统具有在最低能耗下灵活实现加热制冷的潜力。要实现这个潜力，必须注意以下设计特点：1）、不使用任何增加功耗的加热类型，如大多数双风管定风量和所有的再加热系统。当1015的混合风经过空调的附加的能源再加热至24及更高的温度(除了使用最小新风热能)，单风机双风管系统是非常耗能的，同样在混合区制冷效应也被抵消。 2）、真正的VAV的风量应该是随着各区风量减少而同步减少的。它间接减低系统制冷功耗，同时节省了风机年均耗能。3）、对包括诸多内区空调

20、的VAV设计，只需根据同时负荷率(瞬间的最大负荷)而不是按各个区域峰值负荷的总和来选择风机容量。这可大大节省风机运行功耗。4）、有时可以采用两种类型的VAV系统来最大效率地降低能耗。一个是利用独立的外区与内区风机实现全空气加热制冷系统，另一个是常见的辅助加热系统对内、外区提供相同风温，a)带独立风机的周边空调系统可采用自循环控制方式(无新风)，在加热季节可充分回收利用室内的灯光热量，当内部使用热泵作为热回收源，所有的内区热量都可提供给周边系统。b)变风量单冷或混合(冷热)系统都只是在局部冷负荷时减少系统风量，而不是在满负荷的情况下。如用普通温度向内、外区送风，周边辐射系统。可使用接触面积大、温

21、度较低的对流器，通过热泵回收内部热能用于周边区域。对于这种热泵的设计，应与无需冷冻机产热系统且不会因无经济循环造成冷冻机产热的浪费新风经济制冷循环比较其经济性。而这种经济性的比较还应考虑到每年因风门泄漏而额外耗能的费用。（1）、变风量空调压力无关型末端楼宇控制系统监控图BACtalk楼控系统设计工程例变风量空调压力无关型末端控制系统变风量末端的控制方式按照是否补偿压力变化,分为压力有关型和压力无关型。压力有关型变风量末端是由房间内的温控器直接控制末端装置中的风阀,这种末端装置结构简单,价格便宜。但控制作用是在风量变化改变了室内温度时才启动,在时间上要滞后一些,在风管内压力变化较大时,会产生较大的温度波动。压力无关型变风量末端的结构与压力相关型相差不大，只是在末端装置中装有风量传感器 ,但是控制方式却完全不同，风量控制器将温度控制器送来的信号与风量传感器检测到的信号进行比较、运算，然后得到控制信号送往控制风阀，改变其开度。显然，这是一个典型的串级控制系统，闭环控制原理框图如图12.57 所示。其中风量控制是副环，温度控制是主环。整个