空调系统的VAV末端介绍

空调系统的VAV末端彭士梅提要概要介绍了空调系统VAV末端的工作原理、产品特点、基本组合、部件结构、选型及设备使用方法，预测了VAV末端在国内的发展前景。关键词VAV末端产品特点选型使用VAVterminalsinairconditioningsystemsByPengShimeiAbstractPresentstheworkprinciple,characteristics,basiccombination,structureofparts,selectionprocedureandoperationmethodofVAVterminalsinairconditioningsystems,andforecaststheirdevelopment.KeywordsVAVterminal,productfeature,specification,applicationVAV末端的工作原理(1)向房间送冷风时，送入室内的冷量按下式确定：(1)Q二C。p。L(t-t)ns式中C——空气的比热容，kJ/(kgJC)；p——空气密度，kg/m3；L 送风量，m3/s；t——室内温度，°C；tn——送风温度，°C；sQ——吸收(或放入)室内的热量，kW。如果把送风温度设为常数，改变送风量L,也可得到不同的Q值,以维持室温不变。最基本的变风量系统的工作原理图见图1。图1图1变风量系统原理图空调系统的VAV末端按变风量的工作原理设计。当空调送风通过VAV末端时，借助于房间温控器，控制末端进风口多叶调节风阀的开闭，以不改变送风温度，而改变送风量的方法，来适应空调负荷的变化。送风量随着空调负荷的减少而相应减少，这样可减少风机和制冷机的动力负荷。当系统送风量达到最小设定值，而仍需要下调室内空气参数时，可直接通过加热器再热，或启动一台辅助风机，吸取吊顶中的回风，送入末端机组内，与冷气流混合后一起通过加热器再热后送入房间，达到维持室内空气参数的目的。VAV末端的产品特点2.1省能运行VAV末端借助于进口调节阀、并联风机、热水盘管、电热盘管、风速测量装置、房间恒温器、气动或电动控制元件，能使空调系统达到省能运行。部分负荷时，能避免在定风量系统中，再热器的冷热负荷抵消而造成的双重能量消耗。如考虑到系统设备的同时使用系数，能使VAV末端系统总风量减小，节省大量风机水泵的电能。2.2组合灵活VAV末端结构紧凑，机组组合灵活。按设备的使用功能分，机组有单风道、双风道、热水再热、电热再热、并联风机驱动等不同的末端组合。按空调需要，机组还可配备静压箱和消声器。按设备的控制功能分，机组有气动、电动（模拟/数字）、压力相关型和压力无关型等不同组合。2.3静音设计箱体设计成内壁贴有带保温的消声材料的消声器。箱内通常不设风机，并联风机动力小，噪声低。末端的送风动力主要来自于系统的可变风量主风机，这样，能使机组静音运转。在部分负荷时，VAV末端的噪声通常比同风量的风机盘管加新风系统低，特别适用于图书馆、演播室、影剧院等场合。2.4控制先进机组进气口设有电子风速传感器，可以根据房间的温度要求，通过压力无关型气动/电动（模拟/数字）控制器调节送风量，温度控制品质好。2.5安装方便与同风量的风柜相比,AV末端机组结构紧凑,机组高度小于500mm,有效地增加了机组的安装空间，减小了层高对机组安装的影响。由于冷冻/冷凝水管不进入天花板上部,没有风机盘管的凝水盘,不存在冷凝滴水污损天花板现象。设置在机组侧面或底部的维修孔,使机组的安装、维护和保养更为方便,有效地减少机组的安装和维修成本。VAV末端的基本组合单风道变风量末端这是最简单的变风量末端,仅有一条送风道通过末端设备和送风口向室内送风。根据空调负荷的变化,末端的送风量随着空调负荷的减少而相应减少,这样可实现对室温,室内最大、最小风量的有效控制,减少风机和制冷机的动力负荷。这种组合只能对各房间同时加热或冷却,无法实现在同一时期内,对有的房间加热,有的房间冷却。当显热负荷减少时,室内相对湿度也不易控制。因此,仅适用于室内负荷比较稳定,室内相对湿度无严格要求的场合。双风道变风量末端机组具有冷热两个风道。当房间的送风量随着冷负荷的减少而达到最小风量时,开启热风阀,向房间补充热量,使系统的负荷得到有效的调节。这种组合,对房间的负荷适应性强,能满足有的房间加热,有的房间冷却的要求。由于负荷得到补偿,最小风量得到控制,室内的相对湿度可保持在较好的水平上。但系统需增加一条风道,设备费和运行费将有所提高。热水再热单风道变风量末端在单风道变风量末端机组上,串联一热水再热盘管即成。当系统风量达到最小设定值,而仍需要下调室内的空气参数时,一次风可通过热水加热器再热,送入房间,达到维持室内空气参数的目的。这种末端对房间的调节,基本与双管末端类似。但系统需敷设热水管,设备费和运行费也有所提高。电热再热单风道变风量末端由单风道变风量末端串联一电热盘管组合而成。其加热工作原理与串联热水盘管相同。并联风机驱动的单风道变风量末端由单风道变风量末端并联一离心风机组合而成。当系统送风量达到最小设定值，而仍需要下调室内的空气参数时，启动一并联风机，吸取吊顶中的回风，送入机组内，与冷气流混合后送入房间。一次风与回风的混合，可有效地节省能量，并使系统具有较好的气流分布。并联风机驱动热水再热的单风道变风量末端在并联风机驱动的单风道变风量末端上，串联一热水再热盘管组合而成。当系统送风量达到最小设定值，而仍需要下调室内的空气参数时启动一并联风机，吸取吊顶中的回风，送入机组内，与冷气流混合后通过加热器再热，送入房间。并联风机驱动电热再热的单风道变风量末端在并联风机驱动的单风道变风量末端上，串联一电热盘管组合而成其工作原理与3.6节同。VAV末端的部件结构4.1箱体箱体采用薄形设计，由镀锌板外壳制成，内衬厚度为25〜50mm、密度为40kg/m3的玻璃纤维或岩棉等保温材料，表面贴有穿孔铝箔，用保温钉固定在面板的内表面上，具有防火、隔热、隔声和防腐的能力。机壳内的最大风速可达到20m/s。一次风高压侧风管采用圆管或椭圆管，低压侧风管采用滑动法兰连接。机组下侧或两侧，设有通道门，在不影响机组管道连接的情况下，能方便地对风机和电机进行维护保养。调节风门由4〜6片对开式叶片组成的节流式调节风门，具有良好的密封和气流设计。当进口压力为750Pa时，风门的最大泄漏量为额定风量的2%。在风门叶片伸出轴上设有无需保养的长寿命尼龙自润滑轴承，与执行器连接后，风门能按房间的温度要求，通过温控器控制进气口的一次风量。一次风的风量采用压力无关型控制器，控制器可在工厂设定。控制区间为100%〜10%，控制误差为±5%〜±10%，控制精度主要依赖于控制器的型式。风速传感器在机组进口调节风门前，设平均风速传感器，提供正比于流量的压差信号。通过压差信号，利用图表可直接读得机组一次风的风量，并实现对风门的控制。最小的一次风压差信号为25Pa。在典型的一次风流量区间，由平均风速传感器测得的压差，在校正图中的误差为±3%。4.4热水盘管热水盘管具有镀锌钢板机壳，铜管套铝片结构，机械涨管。铜管内径为9.5〜12.7mm,铝片片距为1.80〜2.54mm,排数为1〜4排，每排设一回路，其热量区间为2〜18kW。热水盘管设有放水和放气孔，并有左右方向之分。盘管的泄漏压力为180Pa。需要时还可设置电动控制阀，调节水量。电热盘管电热盘管设置在由镀锌钢板组成框架的卧式机组内，安装在VAV末端机组的出口。通常按加热量、电气特性和控制级数进行设计。由80/20镍铬丝制成的电热管放在充满二氧化镁的不锈钢管内，由固定的陶瓷轴套支撑。并联风机并联风机具有前向多翼离心叶轮，双吸结构，镀锌板外壳，电机直接驱动。通常安装在VAV末端机组的出口，有吸入和压出两种不同的安装形式。为了防止停机时的回流，在风机的出口处设有回流风门。风机电机是一种节能型的单相电容电机，带有自动复位的过载热保护，适于调速器(SCR)的调速运行，提供风机风量的无级调速。风机的设计风量可由速度控制器在现场设定。风机电机能与系统匹配，保证在最小电压时稳定运转。电机风扇部件维修时可直接从机组侧面拆下，而不需将风扇与电机分离。电机安装在进口环上，进口环具有扭曲的机架，机架上设有带含油轴承的橡胶轴套。控制器机组具有压力无关型气动、电子和通讯控制。在1.5kPa进口压力下，风量调节的精度为机组额定流量的±5%。无论在工厂或现场，控制器均能按照房间恒温器的要求，在最大和最小(进口管道流速＞1.8m/s时)设定点之间调节。通常把带有恒温器的电子控制机组定为标准机组。在卧式机组的进口截面设线性流量探针。当在现场按提供的流量压力图表检验流量时，传感器将提供放大3倍于动压的压差信号，在管道流速为1.8〜13m/s区间内，其精度可达±10%。VAV末端选型程序根据所提供的控制区大小，冷/热负荷，送风温度和房间的设计温度等参数，按下述程序选择VAV末端。确定房间的送风量根据房间的冷/热负荷、设定温度和所要求的送风温度，计算房间的送风量。应注意，不同的冷热负荷具有不同的送风量。5.2确定机组型号选择机组型号，使其风量大于等于房间所需的送风量。其中应使一次风的风量满足冷负荷的要求，并联风机的风量应满足热负荷的要求。如系统没有并联风机，机组按冷工况的送风量送风，可按如下方法计算再热盘管（电热或热水）所需加热量。按冷工况的送风量和要求的热负荷计算空气的温升。按房间的设定温度计算盘管的出风温度。按房间的送风温度计算机组所需加热量。确定再热盘管（电热或热水）确定电热盘管把所需的热负荷换算成kW数。按电热盘管资料，选定其负荷大于等于所换算的kW数，并确定电热盘管所需的电压、相数和级数。应注意，电热盘管每kW需要的最小风量为170m3/h。确定热水盘管按不同的进水和进风温度，对热负荷进行修正。按修正后的热量值，选择在额定风量下盘管的排数、水量和静压降，并使盘管的热量大于等于修正值。热水盘管也有一个最小风量值，可按机组最大风量的20%选取。估算机外静压按下游侧管网的不同情况，估算组成末端的低速空气分布系统所需的机外静压值。其中包括电热盘管、热水盘管、消声器、扩散器和管网等下游部件的阻力损耗值。并联风机必须满足在额定机外静压下的设计风量值。风量可用下述方法进行调整。5.4.1借助速度控制器（SCR）调节风机的转速。调节一次风风量控制器，调节风机的风量。确定进口静压机组一次风进口静压，为一次风管网所需静压与一次风风门所需最小静压之和。机组的设计必须满足额定风量下的进口静压要求。机组的最大进口静压通常设定为500〜750Pa。VAV末端使用方法6.1风量区间VAV末端的风量通常VAV末端的风量小于等于6800m3/h，由设置在机组进口的线性平均流速传感器，借助于压力无关型控制器，按控制信号调节。风量区间由控制器的灵敏度、进口管条件和所选机组的大小限定。为防止不稳定的控制，进口管道的最小流速应大于1.8m/s，如果小于此值，压力信号将小于2.5Pa，大多数控制系统将不能进行可靠的分辨。为减小管道的压力阻损和机组的噪声，送风管道的流速应小于12.8m/s。机组进口的最大流速可达到15.3m/s,这时送风管道的压损将明显增加，机组的噪声也加大。并联风机的风量并联风机的风量，通常由速度控制器(SCR)设定。最大的风量，由风机、电机和下游侧的压力决定。最小的风量由SCR在工厂设定。风量过低，会使电机转速过低，导致电机过热和轴承过度磨损。系统的总风量系统总风量的控制，是通过调节风机的转速或风机进口导叶，保证风道上的某一点的静压恒定来实现的。系统最大风量的设定，取决于房间朝向、建筑规模、房间性质和使用情况，由设计者作充分调查后决定。考虑到各末端负荷控制的不同时性，系统主风机的标准运转点，通常处在最大负荷的60%〜80%。风量过大会使系统静压设定值偏高，影响系统的节能和噪声。系统最小风量的设定，应满足控制室内的相对湿度、最小新风和气流组织的要求。有时也可按房间最大风量的30%〜40%来选取。因为风量越小，风量减少的节能效果越不显著，相反，易引起风机运行的不稳定。6.2噪声机组噪声主要由管道入口段、管道和静压引起，而流速也是产生噪声的一个因素。减小送入机组分支风管的压力，会使机组噪声显著减小。在某种情况下，当风机的噪声成为主要矛盾时，减小风机的风量，使其在低于100%风量下运行，能得到较低的声压级。6.2.1出口噪声/辐射噪声在机组的下游设置管道，对降低机组出口噪声是非常有效的。如果在末端机组与房间扩散器之间的管道不设消声衬里，整个系统可能噪声很大。通常，减小进口压降是有益的，但有时减小进口压降会增加噪声，噪声会通过管道传入房间。由机组的金属板和诱导口发出的噪声，通过吊顶元件如灯具和回风口等，传入房间。在单管系统中，辐射噪声通常不成问题。但设置的挠性管会产生附加的辐射噪声，从空间传入压力通风房间，增加了辐射噪声强度。因此，如有可能，风机末端应设置在远离回风口和噪声敏感的空间。VAV末端的送风管，如能分成多支，便可有效地降低噪声。划分的每个支风管可降低A声级噪声3dB。但必须注意，分支管的风量不可直接送到同一个房间。为减少噪声在空中相互迭加，多分支风管的出口和T形管的位置，应至少远离风机末端1.8m。扩散器/挠性管与扩散器连接的挠性管，通常能降低出口噪声级，即使在挠性管断裂时也不例外。但在机组入口处设置挠性管，机组的噪声级将会提高。如果扩散器与末端具有相同的声级，出口噪声应是两者的合成。在一般情况下，两个相同的声功率级的迭加，噪声级应增加3dB。但在许多情况下，扩散器发出的噪声频率比末端高，两者的合成不会引起房间NC级的提高。电热盘管/热水盘管电热盘管和热水盘管对机组的声功率级，无论是出口噪声还是辐射噪声，都有一定的影响。把盘管设置在机组出口，通常存有压降，如果包括盘管在内的下游侧压降很小（小于76Pa），计算机组出口噪声时，仍可用原来的进口管道静压查声级表。但如果在机组出口存有较大的压降，且这一压降小于管道进口静压时，应将机组进口管道静压减去机组出口压降，用其差值查声级表。所计算的噪声值将有所降低。盘管对辐射噪声的影响，通常不作考虑。系统压力管道压力控制是保证低噪声，较精确的流量调节和节能的最有效方法。使用不同的风机调节技术，能保证一次风系统最佳的效率和运行。为了防止压力无关型控制器和风机系统之间的系统振荡，风机调节系统的响应时间应可调整。要重视系统静压设定值的计算。如果设定值偏高，会使末端阀门处于一个开度较小的位置，导致末端噪声明显增大，影响系统节能。传感器的设定位置是非常关键的。需考虑在满负荷和部分负荷时，风机的节能、系统的稳定性和每台VAV末端前有足够的静压。如果传感器设置在紧靠主风机的下游，主风机出口的静压将基本保持定值，不随风量改变。但如把传感器设在保持一固定静压的下游某一点，主风机的静压将随着风量的减少而明显降低。设计风量下，传感器静压控制点最好设置在离主风机出口2/3处，或距系统末端1/3处的送风管段上，在多区系统中，传感器应设置在各区中VAV末端前的最小静压处。这对提高VAV末端的运行性能，减少喘振是十分有利的。最小压力需求对并联风机机组和单管道机组是相似的。如果风机和一次风同时使用，最小压力需求将增加，其值正比于出口管道的风机诱导压。并联风机的运行将会影响进口压，应把风机的压力与下游侧压力相加。当并联风机运行时，机组最少应有50Pa的压力。6.4加热选择VAV末端有许多加热方式，其中最主要的是电加热和热水加热。选