VAV变风量空调系统

VAV变风量空调系统（理论和实践）,2013年8月主讲人：姚荣,目录,一、变风量空调系统简介二、变风量空调系统的发展及现状三、现代化楼宇的空调方式四、变风量空调系统的应用场合五、典型的变风量空调系统六、变风量末端装置的类型与应用七、变风量空调系统的控制,一、VAV空调系统简介,VAV空调就是变风量空调系统的意思变风量（VariableAirVolume）空调系统是根据室内空调负荷的变化或室内参数要求的改变，通过自动改变送风量（也可在达到最小送风量时调节送风温度）来控制某一空调区域温度和保证室内空气压力的空调系统。VAV变风量空调系统是一项已被认可的技术，它正在被应用于中国市场。VAV的优点在于节能与灵活性；缺点在于初期投资大及控制技术复杂。,二、变风量空调系统的发展及现状,2.1美国VAV历史始创于1960年代小成就比定风量、双风道、多区域更具竞争力系统更易于设计与运行1973年的石油禁运改变了一切（在本行业中）VAV作为节能策略得以迅速发展,二、变风量空调系统的发展及现状,2.1美国VAV历史VAV发展早期的挑战变速设备当时的变速设备只有DC的在商业楼宇中应用并不普遍，它被用于工业机械变速设备（传动/可变滑轮)应用更广泛初投资成本高，维护成本也很高在风机轴上装有不同斜度的扇叶控制问题(滞后现象),维护成本高,二、变风量空调系统的发展及现状,2.1美国VAV历史VAV早期所面临的挑战末端设备粗陋的声学设计环境中的通风噪音粗陋的机械设计可靠性低的联接件、又粘又漏的风阀，短命的轴承等等。粗陋的控制设计与”风道压力有关”系统(试图节省流量传感器的费用）动作迟缓且有时性能不稳定热线传感器(尽量在流量传感器上省钱）很容易脏，因此而给出错误的读数,二、变风量空调系统的发展及现状,2.1美国VAV历史VAV早期所面临的挑战散流器为定风量应用而设计在低风量时,散流器下人员活动空间易出现冷风射流分离现象低风量情况下室内空气混合不好，使气流的停滞现象严重,二、变风量空调系统的发展及现状,2.1美国VAV历史为什么现在VAV成为标准设计方式?变速设备现在变频调速器物有所值末端设备良好的声学设计良好的机械设计良好的控制设计(正确的流量测量)改善了散流器的设计对于还不能对冷空气进行扩散情况，有时需要风机的协助IAQ目前是美国的一份出版物,二、变风量空调系统的发展及现状,2.2VAV在中国始于90年代中期，90年代末竣工使用。体现北美日本不同的技术特点。北美：大温差、低温送风、单AHU、FPB末端；日本：常温差、常温送风、多AHU、单风道末端；工程投资大，硬件设备达到世界先进水平，但软件调试、管理维护还有不少差距。,二、变风量空调系统的发展及现状,2.2VAV在中国主要用于高级办公楼，占同期建成的办公楼的6%。投资主体主要是银行、证券公司、政府、国有大公司、外资企业境外设计、境外总承包占17%，如：上海金贸大厦、等。设计施工情况：境外初步设计、国内施工图设计，国内总承包占66%，如中国银行总行，中信泰富，恒隆广场等。,二、变风量空调系统的发展及现状,2.2VAV在中国国内设计、国内总承包占17%如上海世贸商城、中国人寿大厦等。体型以高层建筑为主，规模在3-30万平方米。使用场合：除宾馆客房外，变风量空调系统已用于办公、商场、展示、娱乐等各种场所。冷源以离心式冷水机组为主，北美设计常用低温水、大温差，供水5.6，回水11.2-15.6。t约6-10变风量空调关键设备：变风量末端变频器、变风量空调控制器，主要以进口国际知名品牌为主。,三、现代化楼宇的空调方式,3.1现代化楼宇的特征和要求空调系统随空调负荷特性而分内外区。全封闭固定窗构造，无法开窗通风，要求全年空调运行，并保证足够的新风量。要求房间分割灵活，并能区域温度控制和个别启停。保持合适的室内温湿度2025/3050。保持适当的空气洁净度，无异味，无霉菌。防止凝结水水害，全面防排烟设计。空调系统能耗大，要充分考虑节能。全面实现空调自控和BA系统监控。,三、现代化楼宇的空调方式,3.2现代化楼宇常用空调方式比较:风机盘管加新风系统：我国楼宇空调的主要方式。全空气定风量系统：少部分楼宇空调采用这种方式。全空气变风量系统：少数现代化智能型楼宇采用这种方式。,三、现代化楼宇的空调方式,3.3空调系统的基本工作原理Q=1.2*G*（I室内I出风）定风量系统:风量G不变，调节送风温度(焓差),来满足系统负荷需要.如果系统负荷全部由空调机组送风来承担,则为全空气定风量空调系统。如果新风机组只是承担卫生要求所必须的最小新风量负荷，系统负荷主要由各末端风机盘管承担，则为新风机组加风机盘管系统。变风量系统:送风温度(焓差)不变(可重新设定)，调节各末端装置及系统总风量来满足各区域及系统负荷需要。,三、现代化楼宇的空调方式,3.4空调方式的比较,四、变风量空调系统的应用场合,以高层建筑为主，应用于空调负荷变化大的地方,如：高档写字楼商业建筑展厅医院学校宾馆、酒店除客房外负荷变化和人流变化均较大，而开间又较大的场所，如康乐中心、旋转餐厅、多功能厅等,五、典型变风量空调系统,系统组成：a.变风量末端装置b.风道系统c.变风量空调箱(回风机、排风机)及调速装置d.自动控制系统,五、典型的变风量空调系统,（1）单风道式变风量空调系统(冷暖分列方式)（图-2）特点：a.单风道式变风量末端装置(SingleDuctTerminal)；b.内外区系统分开;c.外区可以是变风量系统、冷暖工况交替运行,也可以是风机盘管、加热器等，仅用于供暖；d.内区常年供冷。e.对不分内外区的场合，冷暖交替。优点:a.无冷热混合损失;b.无风机,噪声低维修简单;缺点:a.系统多;b.占用其它空间(窗台);,五、典型的变风量空调系统,（2）风机动力式变风量空调方式(冷暖合一方式）,特点a.带风机的未端装置(FanPowerBox);b.供冷、供暖系统合二为一;c.外区末端带有热水或电加热末端装置,供暖时一次风量减到最小;d.内区末端无加热装置，常年供冷;优点:a.冷暖系统合一，节约空间;b.可低温送风;缺点:a.有冷暖混合损失；b.噪声较大；d.维修量大；,五、典型的变风量空调系统,(3)新/排风变风量空调系统：(图3)特点：a.可用于办公标准层新排风系统;b.各层设有新风(排风)定风量末端;c.各层新排风末端可开关及风量再设定；d.按末端开启情况系统跟着变风量。,国内常见变风量系统类型及选择,五、典型的变风量空调系统,六、变风量末端的类型与应用,6.1变风量末端类型:(美国空调冷冻学会标准ARI880),六、变风量末端的类型与应用,（1）单风道变(定)风量末端,六、变风量末端的类型与应用,(2)串联式风机动力箱,六、变风量末端的类型与应用,(3)并联式风机动力箱,六、变风量末端的类型与应用,6.2变风量末端的应用常用末端选择和加热方式;,七、变风量空调系统控制,7.1控制系统组成,变频控制,送风管温度传感器,水阀驱动器,静压传感器,风阀驱动器,压差传感器,T,室内温度传感器,VAV末端控制器,七、变风量空调系统控制,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制定静压法（图11b）变频调节风机转速，维持风道内静压稳定。,七、变风量空调系统控制,变频器控制,DDC控制器,设定点及其它调整参数,7.2系统送风量控制-定静压控制,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制压力控制回路的意义在于保持风管中最佳的静压控制回路测定静压并将之与设定点相比较控制器将输出信号发送给变频器，影响风机速度及风管中的静压,七、变风量空调系统控制,低信号选择,DDC控制运算,发往变频器的信号,风机速度得以控制,读取风管静压,7.2系统送风量控制-定静压控制,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制正确选择设定点对系统的性能非常重要不能预先计算出最佳设定点它必须在现场进行判断,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制正确选择设定点对系统的性能非常重要如果设定点太低，某些VAV箱就不能获得足够的空气以保证舒适度某些VAV箱的风门开度到了100%，但实际流量还是比所需流量要小这些VAV箱“欠风（风量不足）”，且VAV箱不能达到房间温度的设定点,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制正确选择设定点对系统的性能非常重要如果设定点过高，风机的能源就被浪费掉了静压的设定点越高，风机就越难于保持设定点,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制正确选择设定点对系统的性能非常重要如果设定点太高，系统的噪音就会增大静压设定点高，所有的VAV箱调节风阀只需打开一点就能达到所需流量气流从小开口流动就会产生许多噪音,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制正确选择设定点对系统的性能非常重要如果设定点太高，VAV箱的控制就会不稳定静压设定点高，就降低了调节风阀的风阀范围(对调节风阀的位置进行少量的调节，就会对风流量起到大的影响)流量控制回路对参数非常敏感，而且可能出现振荡,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制静压传感器放在何处?如果使用固定设定值，静压传感器应处于风管系统中静压最低的地方。,它一般位于最长的风管总长2/3以下的位置,每个主风管均需要单独设置传感器,七、变风量空调系统控制,7.2系统送风量控制-定静压控制将静压传感器放在哪儿?如果用动态设定值，静压传感器在各处均可放置动态地设定静压设定值可以降低安装成本，以及减少所需静压传感器的数量,七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制重设静压之节能策略:1.每五分钟，核对所有VAV末端调节风阀的位置如果绝大多数调节风阀的开度大于90%,静压设定点就需要增加50个帕斯卡如果绝大多数调节风阀的开度小于70%,静压设定点就需要减少50个帕斯卡,七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制变风量空调系统分成三个状态:低负荷AHU在这个阶段负荷较低(如晚上)正常负荷AHU在典型状态高负荷AHU在这个阶段负荷较高(如下午),七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制,七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制,七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制低负荷AHU再设送风温度设定值,七、变风量空调系统控制,正常负荷AHU动态再设静压设定值算法,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制,七、变风量空调系统控制,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制高负荷AHU再设VAVBox温度,七、变风量空调系统控制,高负荷AHU在高负荷状态,风速设定在100%.每5分钟(可调),重新计算实际静压(SPACTUAL)和静压设定值(SPMAX)的比值.重置是来调节每个VAVbox的温度设定值.,7.3系统送风量控制-变静压设定值控制,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制（图2）（图12）根据各末端风阀阀位状况来判断系统风量盈亏。在保持每一个VAV末端的阀门开度在75%-95%之间，即使阀门尽可能全开和使风管中静压尽可能减小的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制（1）AHU频率控制回路a.AHU频率优化控制步骤,七、变风量空调系统控制,当前VAV末端实际工况,所有VAV末端风量值-求和,测出当前所有VAVBOX风量值,当前所有VAVBOX风量值求和,得出空调机马达频率初始变量,每个VAVBOX当前负荷,10/N*VAVBOX高负荷数量*积分时间,空调机马达修正比率,10/N*VAVBOX低负荷数量*积分时间,空调机马达修正比率,有无高负荷VAVBOX,相加,空调机组马达转速频率控制值,相减,空调机组马达转速频率控制值,某一个VAV负荷工况,风机特性曲线,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制b.AHU频率控制原理,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制（2）AHU的送风温度控制回路a.AHU送风温度控制步骤,七、变风量空调系统控制,得出送风温度重置值,空调机送风温度高限值,空调机送风温度高限值,空调机送风温度设定值,每个VAVBOX当前负荷,求出送风温度设定修正值,求和,读取VAVBOX负荷最大值,空调机送风温度最优设定值,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制b.AHU送风温度控制原理,七、变风量空调系统控制,7.4系统送风量控制-变静压控制c.AHU送风温度的重置,七、变风量空调系统控制,DDC控制器,T,差压传感器,风阀,BAS通信线,温度传感器,金属壳,风阀驱动器,24VAC变压器,7.4VAV末端装置控制,七、变风量空调系统控制,风流方向,此管道中有孔正对着气流,此管道中有孔背对着气流,H,L,H=全压L=静压H-L=动压CFM=4005x动压xVAV箱截面积,K因素,直径,箱截面积,6”,8”,10”,12”,14”,16”,0.196,0.349,0.545,0.785,1.068,1.396,DDC控制器测量压差(动压)并转变成流量,7.5VAV末端装置控制,七、变风量空调系统控制,7.5VAV末端装置控制VAV末端控制回路的作用在于通过控制引入房间的冷气量来保持房间的温度控制回路将房间的温度与设定点的温度相比较，计算出需要流经VAV箱的空气流量需要的流量与实际流量相比较