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1、VAV变风量空调系统难点解析第一节 VAV空调系统概述变风量VAV 中央空调是指空调系统根据区域负荷变化和要求，自动调整送风量的一种空调系统。其最大优点是节能显著，素有“节能之王”的美称；同时还具有使用舒适灵活，可用新风作冷源等优点。 变风量空调系统60年代起源于美国，自80年代开始在欧美、日本等国得到迅速发展，最重要的原因是变风量空调系统巨大的节能优势。经过十几年的普及和发展，目前变风量空调系统已占据了欧、美、日集中空调系统约30的市场份额，并在世界上越来越多的国家得到应用。变风量空调系统由变风量空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量末端、房间温控器等组成，其中变风量末端是该系统最
2、重要部分。末端各区域的新风均由空气处理机组提供，为了保持室内空气清新，使用VAV的办公楼一般均禁止吸烟，也禁止随意打开窗户，以防破坏室内风平衡。由于本项目办公区域采用吊顶回风，故在内装时需考虑回风顺畅、保证空气循环，不要将空间绝对封闭，应留出回风口。 第二节 VAV空调系统的特点及优势变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要在以下几个方面：1. 节能由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可大幅度减少送风风机的动力耗能；同时在确定系统总风量时，还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。对不同的建筑物同
3、时使用系数可取0.8 左右可以节约空调系统的总装机容量10%30% 左右。有关文献介绍VAV 系统与定风量系统相比大约可以节能30%70%， 据实际测算当风量减少到80% 时，风机耗能将减少到约51% ；当风量减少到50% 时，风机耗能将减少到约15%；若全年空调负荷率只有60% 时，变风量空调系统可节约风机动力耗能75%。例如对于商场以空调机组每周运行100小时计，单位装机容量的节电量一年可达4000 度/Kw；对于写字楼以每周运行60小时计，单位装机容量的节电量也可达2300度/kW。节电效果相当可观，同时还延长了机组使用寿命。2. 舒适性高能实现各局部区域的灵活控制可以根据负荷的变化或个
4、人的要求自行设置环境温度，与一般空调系统相比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现象，并由此可以减少制冷和供热负荷15%30%。3. 新风作冷源因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季节可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，消除室内负荷，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量，并且没有风机盘管凝水问题和霉菌问题。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，例如出租写字楼等。若采用带VAV空调箱装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增加风口，当室内参
5、数改变或重新隔断时可能只需要更换支管和末端装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内温控器。而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。5. 系统噪声低风机盘管系统存在现场噪声，而变风量空调系统噪声主要集中在机房，用户端噪声较小。6. 提高管理智能化程度采用自动化控制系统的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到厂区整个自控系统中，从而提高管理智能化程度。7. 减少综合性初投资由于增加了系统静压控制以及VAV空调箱等环节，设备控制上的造价会有所提高。但由于变风量空调系统可以根据冷热负荷的分布，使送风量在建筑物内各个控制区域间平衡转移，从而使系统的设计总送
6、风量减少，因此可以减小空调系统的设备容量，系统综合性初投资不一定会增加，甚至可以降低。8. 变风量空调系统结构简单，维修工作量小，使用寿命长。第三节VAV空调系统的技术方案3.1 原设计中VAV空调系统的优缺点原设计定静压控制的优缺点由于VAV空调系统是为了实现运行节能，在CAV系统的基础上发展而来的。运行节能水平是VAV空调系统成功与否的决定因素。本项目VAV空调系统采用了定静压控制，在AHU出来的主风道70%处，设一静压点，调试时定静压值，用定压点的压力确定AHU风机转速。定静压控制法的特点是控制简单，但存在下列缺点：1） 静压波动影响：运行时，静压测定值可能产生波动，使风机转速不稳定。在
7、中小型系统中，末端装置的风发调节对于静压测定值的稳定也有很大影响。2） 静压设定值的确定：为保证末端装置的最大负荷状态，静压设定值一般不低于300Pa。但在部分负荷时，如保持300Pa以上的静压值，末端装置一次风阀的开度往往很低，风阀在高静压、低开度下运行，不仅使风机运行能耗增加，还会产生气流噪声。由上可知，如果静压值的设定可以随末端负荷水平调整，则可以解决定静压法的缺点，也可以进一步提高节能水平。因此建议采用定静压动态控制方案。3.2 VAV变风量空调系统控制策略优化VAV系统风量的控制策略是VAV系统成败的关键，传统的常用的VAV系统控制策略有三种：定静压、总风量、变静压，但应用得较多的是
8、定静压，总风量和变静压应用得相对较少，因为它们各自都存在自己本身无法解决的问题，总风量法必须基于准确无误的风量曲线，但得出精确的风量曲线是非常困难的；变静压法可以使系统运行在最节能的状态下，但由于使用了阀位反馈控制方式，风阀的动作和反应是非常慢的，因此，系统在负荷变化较大时，系统会出现较大的波动，系统需要比较长的时间才能达到稳定。因此，虽然定静压众所周知并不是最节能的控制方式，但以往人们出于对VAV系统的不了解，出于对总风量和变静压控制效果和稳定性的担忧，大多数项目最终都退而求其次，选择简单的定静压控制方式。但随着我们对VAV系统认识的深入，随着对楼宇节能要求的不断提高，我们现在迫切需要一种既
9、最节能，又能使VAV系统迅速达到平衡，而且系统稳定性必须有保障的控制方式，依赖在业1 断面动压；PV2 一 2 断面动压；PS1 一 1 断面静压；PS2 一 2 断面静压；hf1-2 一 1、2 断面间的阻力损失。若动压差（PV1一PV2）与阻力损失hf1-2相等，则两断面的静压可保持不变。定静压控制就是通过调节风机来保持风道上某一点（压力测点）或几点平均的静压恒定不变，以满足设计资用压力，克服下游风道，末端装置及送风口的阻力损失。压力测点的位置决定了系统的能耗和稳定性。测压点距风机出口越近，静压值越大，越不利于节能，但压力调节越稳定；测压点距风机出口越远，静压值越小，节能效果越明显，但压力
10、调节振荡也越明显。综合考虑节能及稳定性的要求，ASHRAE 建议在使用压力无关型末端的场合，压力测点的位置设在主风道上距风机出口的2 / 3 处。压力设定值则通常取设计状况下该点的静压值。工作原理：在系统中由于VAVBOX 根据室内负荷变化，来调整末端出口风量满足负荷要求。出风量的变化引起系统管路中静压变化，静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器，变频器根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。定静压控制方式比较简单，稳定，但节能效果不如变静压和总风量法。在实际工程中必须注意压力测点的布置及静压设定值的确定，否则就会降低节能效果及可能出现噪声增大的现象
11、。 3.2.2 传统VAV系统风量的控制策略比较变静压控制变静压的控制方法弥补了定静压控制方法能耗大、噪声高的缺点。变静压控制是在定静压控制运行的基础上，阶段性地改变风管中压力测点的静压设定值，在适应所需流量要求的同时，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机的能耗。由于变静压控制方法运行时的静压是系统允许的最小静压，因此这种方法也称为最小静压法。变静压控制方法的出现，很大程度上归功于计算机通信网络在控制系统中的广泛使用。一般来说要实现变静压控制，至少必须满足两个基本条件：末端能独立调节流量而与压力无关，即只能使用与压力无关型的末端；各末端要能向静压设定控制器合适的给出压力应升高、降低或
12、不变的信号。第一个条件由于与压力无关型末端的普遍使用，基本上不是问题。对第二个条件，因为控制系统通信功能的加强，各末端向控制器给出信号是完全可行的，但末端在什么状态下给出合理的信号，相应的解决方案是，每个末端在流量达不到设定流量时，向静压设定控制器发出警报信号，当有足够的末端数处于警报状态时，将静压设定值增加一个预定步长。同样地，当处于警报状态的末端数小于或等于某个数时，将静压设定值减小一个预定步长。判断流量是否达到要求，简单地可以通过测量流量与设定流量之差来决定。当选用的末端能够提供阀位信号时，也可以间接地通过阀位信号来判断。工作原理：系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使vAVBOX
13、处于全开状态（85 % 100 % ) ，保持系统静压降至最低。优点：（1）与定静压控制方法相比，节能效果明显，特别是在低负荷时 。（2）控制精度高，最大程度地实现节能控制。（3）变静压法在系统低负荷时,比定静压法要节能缺点：（1）增加了风阀开度控制，使控制更加复杂，调试难度加大。（2）风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要达到房间设定值有一段小幅波动过程。（3) 对VAV系统的设计，安装，调试质量要求高，否则，很容易出现系统负荷不平衡，为保证最不利点风量需求，风机频率据高不下，达不到节能效果。 3.2.3 传统VAV系统风量的控制策略比较总风量控制变风量空调系统
14、要求各个房间能单独调节送风量，要求调节风机转速以调节总风量，因而须配置两个闭合控制环路，根据室内温度偏差调节风阀，以及根据风道内静压偏差来调节风机转速。但是由于控制环路选取不合理，定静压控制容易出现振荡。而变静压控制尽管在节能上具有明显的优势，但由于测量不准、控制不稳等，压力控制本身具有缺陷，使变静压控制得不到广泛使用。为此，提出总风量控制方法，力图摆脱上述缺点。通过对末端装置环路的分析，发现各个末端的设定风量Gset，反映了该末端所带房间目前要求的送风量，那么所有的末端设定风量之和则明显是系统当前要求的总风量，并且体现了系统希望达到的流量状态。根据风机相似律，在空调系统阻力系数下发生变化时，
15、总风量和风机转速是一个正比的关系： 根据这一正比关系，那么在运行过程中有一要求的运行风量，自然可以对应一要求的风机转速。如果说所有末端区域要求的风量都是按同一比例变化的，显然这一关系式就可以控制了。但事实上在运行时几乎是不可能出现这种情况的。考虑到各末端风量要求的不均衡性，适当地增加一个安全系数就可以实现风机的变频控制。优点：（1）直接根据需求风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前反馈控制，对房间负荷变化反应迅速。（2）总风量法在系统低负荷时,比定静压法要节能。（3）由于控制手段不采用压力控制，因此控制系统较稳定。缺点：对现场系统平衡测试的要求高，需要现场系统平衡过程中测量出准确的风量曲
16、线，否则，不能达到预期的节能效果，甚至出现失控现象。综上所述，在VAV 系统中，空气流量的变化会影响到系统中各点的静压。因此，为了保证正常运行，系统的控制必须做到：保持一定的风管静压，以使末端装置能正常工作；使空调区域中保持一定的微正压以避免室外空气的渗入；除了经济运行工况应给空调区域提供最小的新风量。3.2.2 VAV系统控制策略优化定静压动态控制方案根据三种控制方式各自的特点，充分发挥三种控制方式的优点，同时又相互弥补各自的缺点，经过多个项目的实践获得宝贵的经验总结出来独特的控制方式定静压动态控制方案：“总风量变静压（阀位调整）定静压方式”原理图如下： 第一步:利用总风量法前馈控制的优点,
17、 使系统迅速达到平衡（从原点点到达A点）.通过累加VAV总的需求风量, 根据风量对应频率的风机曲线迅速计算出风机此时需要运行的频率, 并控制风机迅速达到, 风机调节速度比VAV风阀调节要快得多，避免了VAV风阀调节引起的系统波动。第二步:利用变静压法精确控制的优点, 微调风机频率，进一步使系统运行在最节能的状态. （从A点到达B点）由于总风量法的风量曲线难免存在误差, 我们很难直接把系统控制到最节能的状态, 此时我们通过变静压法(即阀位控制), 检测VAV最大的风阀开度,并微调风机频率,使系统中最大的VAV开度达到80%90%之间, 此时,表明系统既运行在最节能的状态,又可以满足所有VAV的风
18、量需求.第三步:利用定静压法保证系统运行的安全性（从B点到达C点）.由于总风量法和变静压法引入了VAV需求风量和VAV风阀开度等变量,控制环节比定静压法更为复杂,很容易在系统通信或某些VAV发生故障的时候, 系统发生失控, 此时,我们引入定静压法,限制系统的最大静压不会超过设定的静压值,从而防止系统出现失控。当系统出现静压异常，压力过大时，系统会即时发出报警，提醒系统管理人员进行及时维护。3.4 施耐德控制网络Lonworks网络技术优势当今世界上使用最广泛的控制网络协议之一就是LonWorks控制网络协议，自从80年代后期，这一平台技术推出以来，到目前为止，已有约5千万种设备安装在世界各地。
19、这些产品广泛地应用在智能楼宇、工业控制、家庭智能化和交通等领域。LonWorks技术的核心是LonTalk协议，该协议现在已成为很多组织的标准，包括ANSI/EIA/CEA-709.1-A-1999 (最新的版本是：ANSI/EIA/CEA-709.1- B-2002)，ANSI/CEA/EIA 852 ,CEN TC 247,IEEE 1473L等。由于Lonworks 是一种开放互了的网络，具有灵活性，开放性，可扩充性，使之成为楼控和工控的管理平台。采用LonWorks网络使得从封闭的依赖于单个厂商的控制系统到完全可以互操作的智能楼宇自动化系统的转变成为现实。作为智能楼宇自动化产品的开发者
20、，或系统集成者，可以以LonWorks技术为依托，开发LonWorks兼容的通用智能控制节点，各种专用节点，以及各种智能传感器、执行器；也可以从LonWorks兼容的不同OEM厂商的硬件和软件中按照应用的要求配置，灵活选用，完全没有必要依赖于单一的货源。LonWorks网络最大的优点是其完全的开放性，其主要表现在以下方面：（1）LonWorks所用的通讯协议LONTALK提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务。（2）LonWorks支持多种通信媒质和任意自由拓扑网络结构。（3）LonWorks支持的通信媒质有双绞线、同轴线缆、光纤和无线微波等。（4）LonWorks组网拓扑结构可以是任
21、意形式，可以是星型、树枝型、网状型等，实现真正的点对点通讯。 第四节 施工难点及解决方案 VAV空调系统系统的控制是空调系统的运行的最终体现。将空调系统运行调试后能够做到较好的控制，通过通讯电缆把各种变风量箱和空调机组的控制器连接起来，并用串行通讯接口与计算机（PC）联接，实行计算机监控。计算机通过通讯电缆逐个访问控制器，读取实时数据并显示在屏幕上或打印。计算机发出的命令也通过通讯电缆发送到控制器。通过计算机编程，可定时启动和关闭系统，并对系统的运行状态自动进行优化。实现智能化管理。如何实现本工程VAV空调系统的控制是工程实施过程中的难点。对于VAV空调系统及BA系统来说，自控是空调系统安全、
22、可靠、经济运行的保障。自控专业人员对空调系统运行原理、空调设计思路和控制策略的完全了解是系统控制安全、可靠、经济运行的实现的重要基础。我司具有专门的控制人员从事VAV空调系统及BA系统的方案设计、编程和调试，积累了丰富的专业知识和编程调试的成功经验。根据工程的技术特点及设计参数要求，选择合适恰当的设备及控制配置，能对VAV系统起到事半功倍的效果。VAV系统不论在变风量末端设备还是自控控制系统，均能满足设计要求，并能达到较好的节能效果才能说是一个较好的系统。选型设备需按照ARI或同等国际标准做出测试，并得到ARI认证或同等国际标准认证。同时要保证VAV控制系统能够行之有效的控制并输入、输出各种参
23、数数据。 4.1 末端设备安装要点变风量末端设备的安装要求水平，为了减少末端设备振动产生附加噪声，末端箱体和吊架之间设有橡胶减震隔垫。由于变风量末端重心不在中间，特别是配有热盘管的末端，盘管端较重，设备吊装时在吊件上下均备螺母， 并进行调节保证末端设备的水平度。在变风量末端的安装选位时应符合如下要求：n 末端箱体距其他管线要求有510cm距离，以防止设备受力偏斜。n 末端设备接线箱要进行接线、调试及检修，所以接线箱距其它管线及墙体要有充足的距离，保证接线箱开启方便。n 与末端设备进、出口相连的风管要求有3倍管径长度直管段，以便建立稳定的气流，从而使流量测定足够准确。n 因末端设备采用了内保温，
24、所以一、二次风管保温与末端设备箱体接口处要处理严密，防止因冷桥现象产生冷凝水。n 末端设备由于风量传感器、压力信号传感器等外露线路较多，搬运安装时要注意保护，不能用进出口风管、热盘管、控制箱、风阀轴的外伸端作为受力点。n 此外，末端设备需留检修口调试检修，所以设备定位时既要考虑检修口的设置方便，又不要影响装修的效果。4.2 风管的密封性在VAV系统中，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节VAV末端装置中的风阀开度，减少送入该房间的风量。由于系统阻力增加，送风静压会升高。当超过设定值时，静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转速，减少系统的总送风量。因此VAV系统对风管密封性有更高的
25、要求。风管漏风主要存在于风管咬口、法兰间、和法兰翻边处，对这些地方如不采取密封措施的话漏风量相当严重。控制方法：n 针对VAV系统中容易出现的这种问题，我公司采用无角钢法兰加工工艺进行风管加工，减少了风管连接接口数量，可有效减少漏风量。n 在风管连接时候，风管之间采用8501防火密封胶条，法兰外侧采用法兰夹子固定，可有效的改变原来传统的角钢法兰连接方式中出现的漏风问题。n 进行严格的过程中控制，对加工风管、安装风管过程进行严格质量把关，对每一道施工工序的质量问题进行控制，确保风管安装质量。4.3 噪声问题在VAV系统中，比较大的噪声源除了送、回（排）风机外，还有VAV末端装置。压力无关型的VA
26、V末端都带有风速测量传感器，这些传感器一般要求风速高于一定数值才能保证测量准确，所以流过末端入口的风速都比较高，这是末端装置产生较高噪声的一个原因。一般的节流型末端是靠调节阀片开度来改变风量的，所以，当阀片关小的时候，流经阀片的风速也增加了，所以，VAV系统施工过程中噪音是需要特别注意的。控制方法：末端设备安装时要严格按照施工工艺及规范进行，设备安装完毕后及时进行复检，确保设备安装的水平度及垂直度。另外在空调设计选型时候要选用适合要求的末端设备。避免出现“大马拉小车”现象，产生运行噪音。4.4 VAV末端电器接线在以往VAV空调工程施工调试过程中常有发现VAVbox箱后的回风口，不仅不进风反而
27、向外出风现象，经过检查发现是由于在施工过程中有的风机接线接反现象造成风机反转。控制方法：n 末端设备配电要严格按照配电施工技术要求进行，对已接线完毕的设备及时进行通电试运转，对反接的设备给予及时整改。n 配电施工人员严格持证上岗，并施工前进行技术培训，同时增加施工过程中的检查力度。对施工质量进行有效监控。 4.5 VAV空调风管道施工安装优化由于本项目VAV空调系统对风管道静压要求较高，为了VAV空调末端系统能够调试较好的效果。由变风量空调机组出来的空调风主干管与VAV-box支管连接时，经校核计算后，优化设计主管与支管间的角度，确保进入支管管道风量的要求。从变风量空调机组引出风管主管道越往远
28、端，支管与主管道的角度越大，从而保证变风量末端静压的要求。以下为优化设计后的施工安装样图。 4.6 VAV箱安装技术安装时注意其安装位置及空间，须留有足够的空间和检修位置。VAV箱需单独设置支架，其重量不由风管支架承受；通过支架安装固定后，应保证机组不晃动，且处于水平状态。风箱风管管径不得小于VAV箱的引入管径，否则会使管内风速加大，末端噪声变大，同时可能产生风量不足等现象。 方形风管与VAV连接部件未“天圆地方”部件，VAV入口必须有5倍直管圆风管。4.7 VAV箱连接软管VAV箱与风口静压箱连接采用玻璃棉纤维复合铝箔软风管。软管安装时，要有独立的、适当的承托，连接风管和风口要使用规范的、具
29、有一定宽度的扎带绑扎，不允许使用钢丝、铁丝绑扎。软风管与风口的连接方式见下图：软管安装时，如遇到高低障碍物或拐弯处的角度太小时，则需增加支架等保护措施，以保证输送风流的畅通。VAV箱出口连接的软管管道弯曲半径不能太小以免阻力太大，影响出口风量。 软管弯曲不宜过多，应保持平直，以免送风阻力太大，风量达不到设计要求；软管不宜太长。软管安装时可以转弯但是不得超过90度，不允许反向转弯，不允许因弯曲所产生的表面张力。第五节 风平衡对VAV系统的重要性所有对VAV系统的控制基础就是风平衡。风量不平衡，每个VAV末端就没有足够的风量对室内温度和空气品质进行调节；风量不平衡，就会产生夏暖冬凉的尴尬场景；风量
30、不平衡，整个VAV系统将陷入瘫痪，形同虚设。5.1 系统风量高速平衡后，应达到下列要求：A. 风口的风量、新风量、排风量、回风量的实测值与设计风量的允许值偏差不大于10%。B. 新风量与回风量之和应近似等于总的送风量，或各送风量之和。C. 总的送风量应略大于回风量与排风量之和。D. 系统风量测定包括风量及风压测定，系统总风压以测量风机前后的全压差为准；系统总风量以风机的总风量或总风管的风量为准。5.2 通风空调系统的风量测定与调整为了实现风平衡，我们就要对系统风量进行测定和调整：A. 为了系统风量的测定和调整的顺序为：第一步，按设计要求调整高速送风和回风各干、支风管，各送（回）风口的风量；第二
31、步，按设计要求调整空调器内的风量；第三步，在系统风量经调整达到平衡之后，进一步调整通风机的风量，使之满足空调系统的要求；第四步，经调整后在各部分调节阀不变动的情况下，重新测定各处的风量作为最后的实测风量。B. 实际情况，绘制系统单线透视图应标明风管尺寸，测点截面位置，送（回）风口的位置，同时标明设计风量、风速、截面面积及风口外框面积。C. 开风机之前，将风道和风口本身的调节阀门，放在全开位置，三通调节阀门放在中间位置，空气处理室内中的各种调节阀门也应放在实际运行位置。D. 开启风机进行风量测定与调整，先粗测总风量是否满足设计风量要求，做到心中有数，有利于下步调试工作。E. 系统风量测定与调整，干管和支管的风量的测定见“风压、风速和风量的测定”。对于送（回）风系统调整采用“流量等比分配法”或“基准确无误风口调整法”等，从系统的最远最不利的环路开始，逐步调向通风机。在调试过程中，经常会碰到风口的形状、规格、风量相同的侧送风口，可以把尼龙丝或薄纸条分别适风口的同一位置上，观察送风时尼龙丝或薄纸条被吹起的倾斜角度是否相同，以判断各闭送风口风量是否均匀。如果有明显的不均匀，再用仪器进行调整，可减少测定的工作量，从而加速调试速度。
