變風量系統:系統概述,變風量系統的控制,優缺點,設計問題,噪聲問題,氣流組織,適用

變風量系統是送風狀態不變，用改變風量的辦法來適應負荷變化。風量的變化可通過專用的變風量末端裝置來實現，末端裝置可分為節流型、旁通型和誘導型。與之相對應的是定風量系統。

基本介紹

中文名：變風量系統
外文名：Variable Air Volume System, VAV
誕生時間：20世紀60年代
誕生地點：美國

系統概述,變風量系統的控制,優缺點,設計問題,噪聲問題,氣流組織,適用性,

系統概述

變風量系統（Variable Air Volume System, VAV系統）於20世紀60年代誕生在美國，根據室內負荷變化或室內要求參數的變化，保持恆定送風溫度，自動調節空調系統送風量，從而使室內參數達到要求的全空氣空調系統。VAV系統追求以較少的能耗來滿足室內空氣環境的要求。VAV系統出現後並沒有得到迅速推廣，當時美國占主導地位的仍是定風量（CAV，Constant Air Volume）系統加末端再加熱和雙風道系統。西方70年代爆發的石油危機促使VAV系統在美國得到廣泛套用，並在其後20年中不斷發展，已經成為美國空調系統的主流，並在其他國家也得到套用。

變風量系統的控制

圖10-13為一典型的VAV變風量系統。與常規的全空氣系統相比，VAV系統最主要的特點就是每個房間的送風入口處裝一個VAV末端裝置，該末端裝置實際上是一個風閥。調整此風閥以增大/減少送入房間的風量，從而實現對各個房間溫度的單獨調節。當一套全空氣空調系統所帶各房間的負荷變化情況彼此不同，或各房間要求的設定值彼此不同時，VAV是一種解決問題的有效方式。每個VAV末端裝置需要一套控制器。最簡單的控制方式是根據房間溫度實測值與設定值之差．直接調整末端裝置中的風閥。這樣當某個房間溫度達到要求值時，由於其他房間風量的變化或總的送風機風量有所變化導致連線末端裝置的風道處的空氣壓力有變化，從而使這個房間的風量變化。由於房問熱慣性較大，在此瞬間房間溫度並不變化。待房間溫度發生足夠大的變化後，再對風閥進行調整，又會反過來影響其他房間的風量，並引起溫度變化，這樣各房問風閥不斷調節，風量和溫度不斷變化，會導致系統不穩定。

一種改進的方法是採用“壓力無關”末端裝置。此方法在末端上裝有風量測量裝置，房間溫度的變化不再直接改變風閥開度，而是去修正風量設定值。風閥則根據實測的風量與風量設定值進行調整。這樣，當某房間風量由於風道內壓力變化而變化時，末端控制裝置會直接調整風閥，以維持原來的風量使房間溫度不會由此而波動。簡單的末端控制器和“壓力無關”方式的末端控制器都可以由常規模擬電路構成或以計算機為核心構成。以計算機為核心的DDC控制器可以是獨立的，也可以通過通信網相互連線，與空氣處理設備的控制器協調工作。

優缺點

VAV系統有如下優點：

1.由於VAV系統通過調節送入房間的風量來適應負荷的變化，同時在確定系統總風量時還可以考慮一定的同時使用情況，所以能夠節約風機運行能耗和減少風機裝機容量。有關文獻介紹，VAV系統與CAV系統相比大約可以節約風機耗能30%-70%，對不同的建築物同時使用係數可取0.8左右。

2.由於VAV系統的末端可以根據室內溫度與設定值的偏差來調節送風量，所以與CAV系統相比具有一定的獨立調控性能。部分負荷的時候可以有效地降低再熱量，甚至可能完全不需要末端再熱。

3. 系統的靈活性較好，易於改、擴建，尤其適用於格局多變的建築，例如出租寫字樓等。當室內參數改變或重新隔斷時，可能只需要更換支管和末端裝置，移動風口位置，甚至僅僅重新設定一下室內溫控器。

4. VAV系統屬於全空氣系統，它具有全空氣系統的一些優點，例如過渡季和冬季可以利用新風消除室內冷負荷，能夠對負荷變化迅速回響，室內也沒有風機盤管凝水問題和黴菌滋生問題。

雖然VAV系統有很多優點，但是伴隨著VAV系統的誕生，大部分系統或多或少地也暴露出如下問題。從用戶的角度看，主要有：

1、缺少新風，室內人員感到憋悶；

2、房間內正壓或負壓過大導致室外空氣大量滲入，房門開啟困難；

3、室內噪聲偏大。

從運行管理方面看，主要有：

1、系統運行不穩定，尤其是帶“經濟循環（Economizer Cycle）”的系統；

2、節能效果不明顯。

此外，VAV系統還存在一些固有的缺點：

1、系統的初投資比較大；

2、對於室內濕負荷變化較大的場合，如果採用室溫控制而又沒有末端再熱裝置，往往很難保證室內濕度要求。

3、對一個系統來說，問題並不一定時時刻刻都存在，可能在某個工況發生，在另一個工況又消失了。

從表面上看，似乎VAV系統只不過比CAV系統多了一些末端裝置和風量調節功能。可是，就因為VAV系統風量的變化和增加的末端設備，使得VAV系統從方案設計到設備選擇、施工圖設計，直到施工和調試都具有不同於定風量系統的特殊性。VAV系統存在的這些問題和缺陷，其原因是多方面的。有的可能需要一定的技術支持才能解決；而有的可能通過空調系統設計人員的努力就可以避免。

設計問題

變風量調節系統在設計方面的若干問題

1、負荷、風量問題：冬、夏系統最大風量是根據系統最大冷負荷或最大熱負荷計算的。而最大冷熱負荷不是各區最大負荷的總和，應考慮系統的同時負荷率，因空調設備提供的冷量能自動的隨負荷變化而在建築物內部調劑。系統最小風量可按最大風量的40%-50%計算，該最小風量必須滿足氣流分布方面的最低要求，同時必須大於衛生要求的新風量。

2、氣流分布問題：由於風口變風量，會影響到室內氣流分布的均勻性和穩定性，從而能影響人的舒適感。宜採用擴散性能好的風口（噴射型風口擴散性能較差），因為前者當風量減少時，仍具有誘導室內空氣的性能，二噴射型風口的射流則會改變射程而直接下降到工作區。此外，配置多個風口比用少量風口的效果為好。利用貼附平頂作用的條縫風口則被認為是一種最好的變風量送風口。採用普通風口時，一般可按80%左右的最大送風量作為選定風口風量的依據。還應指出：由於熱風的浮升作用，當變風量系統風量變小時，將使氣流分布惡化，這是應該注意的。

3、變風量系統的風機控制：使用節流型變風量風口後，系統的管道特性線將產生變化，風機的工作點也將移動，管內靜壓增加，這樣雖則風量是減少了，然而由於風壓增大使動力沒有得到很大節約，特別是在過量的節流後會引起噪聲的增加，甚至風機可能進入不穩定區工作。此外，如果管內壓力超過了末端裝置的容許靜壓，則調節失靈。再者，當管內靜壓的變化過高還將引起大量的漏風。為了防止這一系列的缺點，必須在風管內設靜壓控制器，根據風管內靜壓的變化來控制送風機的總風量，比較經濟合理的措施是調節風機的轉速或風機的進口導葉裝置或調節風機出口風閥，才能從實際上達到節約動力的效果。對於未採用專門設計製造的節流型風口的空調系統，為了節約動力消耗而採用變風量運行時，同樣也應從調節風機本身的風量著手。

噪聲問題

在VAV系統中，比較大的噪聲源除了送、回（排）風機外，還有VAV末端裝置。壓力無關型的VAV末端都帶有風速測量感測器，這些感測器一般要求風速高於一定數值才能保證測量準確，所以流過末端入口的風速都比較高，這是末端裝置產生較高噪聲的一個原因。一般的節流型末端是靠調節閥片開度來改變風量的，所以，當閥片關小的時候，流經閥片的風速也增加了，所以，閥門調節也是一個產生噪聲的根源。

末端裝置產生的噪聲通過送風和外殼傳入室內，前者稱為送風噪聲（Discharge Noise)，後者稱為輻射噪聲（Radiated Noise）。在末端裝置的產品樣本中，都列有詳細的噪聲數據供設計者參考。一般，末端裝置產生的噪聲隨型號增大而增加，隨著後壓差的增加而增加。由於VAV系統的運行工況是變化的，勢必室內的聲壓級要隨之變化。一般來說，人耳對穩定聲壓級的噪聲環境有一定的適應能力，長時間後，人的感覺就不很明顯了。但是，當聲壓級的變化達到5dB，人的耳朵就能較清楚地感覺到。這就是為什麼在有的VAV系統中，室內人員有時候能聽到噪聲，而有時候又感覺不到。

氣流組織

一般的空調系統的送風口都是定截面的，導葉角度也很少改變，所以當風量減少時，勢必影響室內氣流組織。

國外通常採用空氣分布特性指標ADPI來評價房間的氣流組織性能。該指標綜合考慮了空氣溫度、氣流速度和人的舒適度三方面的因素。如果ADPI=100%，表示全室人員都感到舒適；ADPI達到80%，即可認為是滿意的氣流組織效果。有關的氣流組織試驗結果表明：在變風量送風的情況下，條縫散流器和燈具散流器在較大的風量變化範圍內，ADPI均可保持在80%以上，說明這兩種送風口的性能較為理想。

所以，在VAV系統中一般不使用普通的方形或圓形散流器，而用是條縫散流器，側送風口更是極少採用。

適用性

1）運行經濟，由於風量隨負荷的減小而降低，所以冷量、風機功率接近建築物空調負荷的實際需要。在過渡季節也可以儘量利用室外新風冷量。

2）各個房間的室內溫度可以個別調節，每個房間的風量調節直接受裝在室內的恆溫器控制。

3）具有一般低速集中空調系統的優點。例如可以進行較好的空氣過濾、消聲等，並有利於集中管理。

4）不像其他系統那樣，始終能保證室內換氣次數、氣流分布和新風量，當風量過低而影響氣流分布時，則只能以末端再熱來代替進一步降低風量。

變風量系統