VAV变风量空调系统介绍(410).doc

VAV变风量空调系统介绍(4.10)VAV变风量空调系统介绍 VAV变风量集中空调系统，是相对于传统的定风量集中空调系统较先进的一种空调方式，是通过改变送入被控房间的风量（送风温度不变）来消除室内的冷、热负荷，保证房间的温度达到设定值并保持恒定，例如，夏季当室内温度高于设定值时就提高送风量，反之减小送风量；冬季当室内温度高于设定值时就减小送风量，反之提高送风量；VAV变风量集中空调系统是全空气系统的一种类别，60年代起源于美国，自80年开始在欧美、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己占据了欧、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。进入90年代以来，采用VAV变风量空调系统技术的多层建筑与高层建筑已达到95%，已被越来越多的中高端楼宇采用，并成为现代化智能化大楼的一部分，这种空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空调系统的舒适度。一、VAV变风量空调系统组成：变风量空调系统有各种类型，他们均由四个基本部分构成：变风量末端装置（变风量空调箱、房间温控器）、空气处理及输送设备、风管系统（新风/排风/送风/回风管道）及自动控制系统。 变风量空调系统基本构成图 二、VAV变风量空调系统原理：在空调系统中冷机风机、水泵是主要的耗电设备，要想降低空调系统的能耗，只能从这些设备中去考虑，而从根本上来说，空调系统的总能耗的多少最终是由室内达到的温湿度环境决定的，即空调系统的能耗维持着建筑物内温湿度与室外温湿度的差，要想降低空调系统能耗，必须首先从根本上，即合理的室内温湿度环境上进行分析研究，显 1然最理想的模式就是任何情况下所需求的等于所供给的，VAV变风量空调系统的基本原理正是通过改变送入各房间的风量（改变风量调节温度）来满足室 是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算，当风量减少到80%时，风机耗能将减少到51%；当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统（变静压控制）可节约风机动力耗能78%。2、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，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量。3、无冷凝水烦恼变风量空调系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，避免了风机盘管系统中令人烦恼的冷凝水滴漏和污染吊顶问题。4、系统灵活性好现代建筑工程中常需进行二次装修，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，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、不会发生过冷或过热带VAV空调箱的变风量空调系统与一般定风量系统相比，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。7、可实现远程集中监控，提高楼宇智能化程度采用DDC数字控制的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到楼宇自控系统中，从而提高楼宇智能化程度。28、变风量空调系统结构简单，维修工作量小，使用寿命长。四、VAV变风量空调系统控制方式1、定静压控制工作原理：保证系统风道内某一点（或几点平均）静压一定的前提下，室内所需风量由VAVBOX风阀调节；系统送风量由风道内静压与该点所设定值的差值控制变频器工作调节风机转速确定。同时可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。2、变静压控制工作原理：在保证VAVBOX风阀尽可能的处于全开位置（85-100%），系统送风量由风道内所需静压来控制变频器工作，调节风机转速确定。同时可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。3、总风量控制工作原理：通过改变送风量调整室内温度，并使送风与回风的差值保持恒定，以满足构筑物排风的需求。五、VAV变风量空调系统节能方式：1、利用新风制冷，不开（或少开）制冷机组：由于变风量空调特性是可以实现全新风运行，空调可利用较低温度的室外新风直接送风供冷，而无须开启制冷机组及辅助设备。2、利用变风量节能空调系统的送风量是按夏季室内的最大余热量设计的，一般人体及照明余热量占45%，新风及围护结构余热量占55%，后者是随室外气象条件而变化的。实际上全年出现最大负荷量的时间是很短的。当室内负荷变化时，如果采用定风量运行，一方面浪费风机电耗，另一方面会出现许多季节需要再热，造成冷热量抵消。采用变风量运行，就是风机采用变频调速控制，根据房间热负荷变化，改变风机转速和风量。当风量减少到80%，功率消耗却减少了一半（51.2%）。3、采用二级泵变水量(变频调节)方式节能:在中央空调系统中冷水泵和冷却水泵的容量是按照建筑物最大设计负荷选定的,且留有余量,而运行情况是一年四季长期在固定的最大水流量下工作,由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调负荷在绝大部分时间内远比设计负荷低，即在小温差、大流量情况下工作，从而增加了管路系统的能量损失，浪费了水泵运行的输送能量，一般空调水泵电量约占总空调系统耗电量的2030%，故节约低负荷时水系统的输送能量，具有很重要的意义。因而，随负荷而改变水量的变流量空调水系统显示了其巨大的优越性，而得到越来越广泛的应用。采用变频器调节泵的转速可以方便地调节水的流量，其节能率通常都在40%以上。3六、VAV变风量空调系统存在的问题1、造价较高，初期投资大：相对于常规FCU等系统，VAV变风量空调系统进入中国市场的时间较短。特别是进入中国市场初期，由于国内没有相应的产品，VAV BOX，控制器，专用温控器等都需要采用国外进口产品，系统造价居高不下，制约了VAV变风量空调系统在国内的应用。近年来，随着相关产业的发展和国内的技术进步，越来越多的外国品牌VAV变风量空调系统相关设备厂家在国内相继建立生产基地，国内公司也吸收和消化了VAV变风量空调系统相关设备的技术，能生产出有竞争力的相关产品。VAV变风量空调系统的造价大幅下降。而随着我国经济实力的稳步发展，市场对VAV变风量空调系统的造价接受能力也越来越强，高价格成为VAV变风量空调系统应用的制约因素已经相对较弱。2、层高和机房需求大VAV系统需要提供专用的机房，而且由于风管的体积较大，VAV系统要牺牲一定的层高3、实际使用效果与设计效果存在差异从目前很多VAV变风量空调系统的实际运行情况来看，系统运行情况很不好，VAV变风量空调系统在设计，工程实施，系统调试，售后维护等一系列工作中存在诸多的技术和非技术问题，造成了很多VAV变风量空调系统项目实际使用效果不好，无法达到设计效果。原因是从市场准入制度到招投标的规则制定以及项目运作模式，诸多环节都不能适应相关技术发展的需求，甚至是阻碍了相关技术应用的发展。在现有的体制下，设计院、机电安装公司、弱电系统集成商、产品生产商都不具备对项目最终整体质量负责的能力，那么从粗放的发展模式向精细化专业化发展模式的实现是该技术发展的必然。在这个过程中，核心技术自主知识产权（特别是软件），系统整体解决方案集成技术的项目管理模式，以及项目寿命周期内的价值运行分析和实现，实现系统二个核心目标：舒适性、节能性。VAV变风量空调系统也应该不例外，传统的安装公司和弱电集成商都不具备这样的能力。弱电系统集成商的特点是代理制和分包制，将智能化各子系统分包给各专业单位，做一些简单的项目管理和技术协调工作，基本没有技术实力和专业人才实现复杂的空调系统，更谈不上实现VAV变风量空调系统的特殊功能。机电安装公司的主要能力在项目管理和安装，对VAV变风量空调系统技术缺乏专业性，在深化设计、控制策略及软件编制、系统调试、运行维护等方面缺乏相关人才和经验。4、安装调试，系统控制复杂，影响使用：智能控制复杂。目前，VAV变风量空调系统的控制方式基本上采用多个回路的PID控制。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好。但是，VAV变风量空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定性系统，这是由于：（1）外界气候和空调 4区域里的人员活动的变化很大，对系统形成得过且过大的干扰；（2）空气调节过程是高度非线性的；各执行器的运行特性也是非线性的；（3）各个控制回路之间耦合强烈，完全解耦是不可能的；（4）随着时间的推移，设备会老化和更换，从而造成系统参数的变化；（5）在许多系统里，系统的数字模型很难建立；（6）系统功能不能独立存在，专业化程度高。（7）产品的标准化并不能代表就能实现标准化的系统运行功能，专业化生产不能实现专业化的功能，换句话说，VAV变风量空调系统相关硬件产品的标准化如何高，产品本身功能好并不能代表就一定能建成一个完善的系统。（8）如何实现VAV变风量空调系统及其自控系统的运行策略也是因空调系统设计及外部环境的有一定区别，软件在一定程度上标准化生产可以，但完全标准化，基本不合适现有的应用环境。现在VAV变风量空调系统的很多系统设计和控制思路都是将国外的一套照搬国内市场，这样的做法注定不会成功。不同国家的地理位置、环境要求、以及人们的生活习惯等都是不同的，发达国家的新需求很少的情况下，其楼控技术的发展基本停滞。再加上信息控制技术的发展，建筑技术和空调工艺新技术快速发展，落后的产品与不断发展的新空调系统需求矛盾突出。要完成系统优化和复杂控制策略基本不可能。七、VAV变风量空调系统的应用范围1、负荷变化较大的建筑物由于变风量可以减少送风机和供暖的能量（因为可利用灯光及人员等热量），故负荷变化较大的建筑物可以采用变风量系统若建筑物的玻璃窗面积比例小，外墙传热系数小，室外气候对室内影响较小，则不适合采用变风量系统，因为部分负荷时节能量较小2、多区域控制的建筑物多区域控制的建筑物适合采用变风量系统，因此变风量系统在设备安装上比较灵活，故用于多区域时，比一般传统的系统更为经济，这些传统的系统为：多区系统，双管系统和单区屋顶空调器等3、公用回风通道的建筑物具有公用回风通道的建筑物可以成功的采用变风量系统，公用回风通道可以获得满意的效果，因为如采用多回风通道时可能产生系统静压过低或过高的情形一般来说，办公大楼和学校均可采用公用回风通道，然而，也有一些建筑物不适合采用，如医院中的隔离病房，实验室和厨房等，因为采用公用回风通道会互相污染空气八、VAV变风量空调系统在夏热冬暖地区（南方地区）实现的可行性一些企业（尤其在南方地区）也认识到了VAV变风量空调系统的节能优势，但担心区域条件是否具备通过该系统实现节能的可能。VAV变风量空调系统的节能效果，很大程度上体现在过渡季节的空调运行电费的大幅降低，其主要原因如前所述是直接利用室外新风作为系统冷源，所以若要在四季分明的北方地区实施是符合前述的先决条件的。 5在这里进一步做的是根据夏热冬暖地区南区的气候特点，分析该地区室外自然能利用的气候环境条件可行性。基本上可以直接利用室外空气，而不需要开启空调冷源系统来消除室6集成是从深化设计、施工管理、核心产品选型供货、系统调试、运行的集成，更是制冷、暖通、自控、软件、安装的专业技术集成，做好VAV变风量空调系统的关键要素。6、VAV空调系统系统集成商的选择：VAV空调系统系统本身就是一个各部分相互关联，互相影响的有机整体，成败的关键不仅仅是设备本身，关键是看是否有一家有实力的集成商对空调系统整体解决方案负责。系统集成商作为该项目的总负责人，其公司专业人才结构合理（暖通、给排水、自控、计算机、机电及弱电安装等专业人才结构）、而且在VAV变风量空调系统的深化设计、项目管理、施工经验、系统调试经验以及运行服务等方面具有很强的能力。这样实施有利于业主对项目成功实施的管理和对项目的整体掌控，更有利于将来运营维护的管理，有利于项目责任的划分与追究，避免推诿扯皮现象。唯有如此才能实现该空调系统最终控制目标：“舒适和节能”。7、VAV变风量空调系统控制器的选择也是保证项目成功的关键因素：市场上有两种形式：DDC与PLC。DDC在实际应用中存在开放性、维护性、可靠性较差、通讯速度慢等问题，组成超万点大规模的网络更加不适合。PLC控制器是工业级的，安全、可靠、成熟、开放，编程、修改、维护等方面都比较方便，软件方面可以拥有自主知识产权，有利于项目的成功实施。特别是在系统控制点数超多的超大型集成系统，采用PLC控制系统和工业以太网、高速现场总线通讯是切实可行的方式。8、空调冷源与空调末端的控制是一个统一系统，两者之间存在非常密切的联系，冷源、管网、VAV变风量空调系统末端的运行相互关联，温度、流量、压差、水力平衡控制相对复杂而且会相互影响，在运行时是一个有机的整体。要通过自控系统的统一控制才能使系统的运行达到最优效果。十一、目前使用VAV变风量空调系统项目使用情况调查表：7 VAV空调系统与FC+新风系统性能比较表 8二零一二年四月六日9