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变风量空调系统在工程设计中应用
（摘自《全国暖通空调制冷1998年学术年会资料集》）
上海建筑设计研究院 马经章
一、变风量系统与定风量系统比较
与普通集中式空调相比，变风量系统有其优越性，1、节约能源；2、适应于各房间温度要求不一致的工况。普通集中式空调系统的送风量通常是全年固定不变的，并且按房间最大热湿负荷确定送风量，在系统实际运行中，房间热湿负荷不可能经常处于最大值，而是在全年的大部分时间低于最大值，当室内负荷减少时，定风量系统是靠调节再热（或变机器露点）的方式以提高送风温度来维持室温的。这样不仅节约了用以提高送风温度所需的的热量，而且由于处理一次风量的减少，降低了风机功率电耗，一定程度上减少了风道及保温用料，这样也相应减少了制冷机的冷量。
特别是上海地区，上海地外北纬31º10’，东经121º26’。春夏秋冬四季分明，特别是有些年份夏季酷热，冬季严寒，春秋两季则气候宜人。上海的建筑物，夏季往往是上午东南朝向的房间出现最大负荷，而其他的房间关非是最大负荷，这时VAV系统则可以减少其他朝向的的送风量，而加大东南朝向的送风量，而夏季的下午西南朝向房间负荷最大，其他朝向房间的负荷并非最大，此时VAV系统可加大西南向的送风量，而减少其他朝向房间的送风量，这样送风量和制冷量都可以随负荷变化而在建筑物内部调剂，在能源日趋紧缺的情况下，VAV系统和其他空调系统相比，具有其独特的节约特性，此外，由于VAV系统可采用多种不同的控制装置，可以方便地调节不同房间对温度的不同要求。
我国目前执行的“采暖通风与空气调节设计规范”（下称“规范”）GBJ19-87，是经国家计划委员会批准，并于1988年8月1日起施行的一本规范，是中华人民共和国国家标准。在“规范”第三节系统设计的第5.3.4条提及“……当房间负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热式系统。”至于如何设计VAV系统，如何选择VAV末端装置，如何选择变风量系统的空调箱，如何确定空调箱送风量和余压，如何选择VAV系统一次风的送风速度和平衡管内的静压复得法来计算风道截面和各种阻力损失，如何选择VAV系统末端装置的控制方式等，在当时的历史条件下，并末加以深入的阐述及明确的规定。
在我们面临需要使用VAV系统的设计任务时，只能参考国内外有关的资料，借鉴国内处同行的经验，以合作设计的形式，完成我们的设计任务。
目前，某些建筑物VAV系统已完成扩初设计，某些建筑物的VAV系统施工图设计已经完成，正在进行管道制作，安装及VAV末端装置的安装。但安装完成，调试完成，交付使用的工程，尚不多见。在某种意义上说。我们尚未完成VAV系统的全部设计工作，我们的设计尚待实践的验证，并不断地加以完善。
二、VAV系统特点及工程应用
1、VAV系统简述
定风量（CAV,constant AIR Volume）系统可以用图1描述。而变风量（VAV,Variable AIR Volume）系统可以用图2描述。
图2是个一个典型的单风道变风量空调系统。在该系统中，除送风空调箱，末端装置（VAV terminal）及风道组成的风路外，还有一些反馈控制环路，即室温控制，送风静压控制，送风温度控制，新排风量以及送回风量正配控制。
通过上图，可以发现VAV系统具有以下特点：
1. 可以实现分区控制，系统灵活性较好，易于改、扩建、尤其适用于格局多变的建筑；
2. 由于可变风量系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时，还可以考虑一定的同时使用工况，所以总循环风量减少，从而风管减少，风机送风量和运行能耗均可节约。
3. 尽管一次风温度可以处理得较低，但送风温度不低，从而提高了人体的舒适性。
4. 变风量系统具有全空气系统的优点，设有风机盘管的凝结水问题和水盘细菌繁殖而引起的霉变问题。
5. VAV系统的末端装置（BOX）可以分内区、外区末端装置可设有二次加热盘管，从而可以解决冬季外区需要加热，而内区需要带来余热的问题。
风道设计考虑下列因素：
1. 设计成封闭的环形系统（在条件不许可时，亦可不封闭）。
2. 风机出口风速可取12-15m/s左右。
3. 控制变风量系统静压控制点，宜设在系统送风干管末端，距末端三分之一处的管段上。（该点符合规范p73,第7.3.8条）
4. 风道由于风压比一般系统高，所以风道制作可控制漏风率，按“规范”规定，漏风率<2m3/m2表面积面积。在上海期货大厦工程中，风道使用了联合咬口，经测定其漏风率为1.56m3/m2表面面积。认为基本符合要求。
VAV末端装置布置：
一般VAV BOX布置，根据建筑平面，分区外区和内区。
a、从外窗向内1.5-3m划分为外区，其余为内区。
外区空调负荷主要是建筑围护结构瞬时负荷，受日照和室外温度影响。夏季通常为冷负荷，冬季通常为热负荷。所以外区的BOX选择带风机和加热管的BOX。
b、内区空调负荷主要是内热负荷和新风负荷，内热负荷通常为全年冷负荷，新风负荷则有冷热之分，通常，冬季内热负荷也会大于新风负荷，故内区负荷通常为全年冷负荷。所以，内区的BOX选择不带风机，不带加热盘管的由一次风控制的BOX。
3、VAV系统自动控制
变风量系统能否正常运行在很大程度上依靠控制系统。常用的选择有：
· 气动控制，依靠气压控制调近，对风道气密性要求高。
· 模拟式电控对风道有12种选择。
· PIC控制。流量传感器，变送器、风速调节器，通过模块控制。
通过PIC控制，可实现以下几个目标：
1. 由室温控制风阀。
2. 设定提早开启时间。设定加热系统。
3. 打开热水阀门。
4. 自由设定环境温度。
在工程设计中，将空调系统设计和控制系统设计两部分作通盘综合考虑，选择切实可行的控制策略和方式，是可以得到较为满意的效果的。
4、VAV系统空调箱。
VAV系统空调箱应有新风、回风混合段，过滤段，加热，冷却热交换段和风机段。最重要的是风机带变动频装置的可调风量风机，风机可根据系统负荷变化，改变频率，从而改变风量，达到节能的目的。
（摘自《全国暖通空调制冷1998年学术年会资料集》）
上海建筑设计研究院 马经章
一、变风量系统与定风量系统比较
与普通集中式空调相比，变风量系统有其优越性，1、节约能源；2、适应于各房间温度要求不一致的工况。普通集中式空调系统的送风量通常是全年固定不变的，并且按房间最大热湿负荷确定送风量，在系统实际运行中，房间热湿负荷不可能经常处于最大值，而是在全年的大部分时间低于最大值，当室内负荷减少时，定风量系统是靠调节再热（或变机器露点）的方式以提高送风温度来维持室温的。这样不仅节约了用以提高送风温度所需的的热量，而且由于处理一次风量的减少，降低了风机功率电耗，一定程度上减少了风道及保温用料，这样也相应减少了制冷机的冷量。
特别是上海地区，上海地外北纬31º10’，东经121º26’。春夏秋冬四季分明，特别是有些年份夏季酷热，冬季严寒，春秋两季则气候宜人。上海的建筑物，夏季往往是上午东南朝向的房间出现最大负荷，而其他的房间关非是最大负荷，这时VAV系统则可以减少其他朝向的的送风量，而加大东南朝向的送风量，而夏季的下午西南朝向房间负荷最大，其他朝向房间的负荷并非最大，此时VAV系统可加大西南向的送风量，而减少其他朝向房间的送风量，这样送风量和制冷量都可以随负荷变化而在建筑物内部调剂，在能源日趋紧缺的情况下，VAV系统和其他空调系统相比，具有其独特的节约特性，此外，由于VAV系统可采用多种不同的控制装置，可以方便地调节不同房间对温度的不同要求。
我国目前执行的“采暖通风与空气调节设计规范”（下称“规范”）GBJ19-87，是经国家计划委员会批准，并于1988年8月1日起施行的一本规范，是中华人民共和国国家标准。在“规范”第三节系统设计的第5.3.4条提及“……当房间负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热式系统。”至于如何设计VAV系统，如何选择VAV末端装置，如何选择变风量系统的空调箱，如何确定空调箱送风量和余压，如何选择VAV系统一次风的送风速度和平衡管内的静压复得法来计算风道截面和各种阻力损失，如何选择VAV系统末端装置的控制方式等，在当时的历史条件下，并末加以深入的阐述及明确的规定。
在我们面临需要使用VAV系统的设计任务时，只能参考国内外有关的资料，借鉴国内处同行的经验，以合作设计的形式，完成我们的设计任务。
目前，某些建筑物VAV系统已完成扩初设计，某些建筑物的VAV系统施工图设计已经完成，正在进行管道制作，安装及VAV末端装置的安装。但安装完成，调试完成，交付使用的工程，尚不多见。在某种意义上说。我们尚未完成VAV系统的全部设计工作，我们的设计尚待实践的验证，并不断地加以完善。
二、VAV系统特点及工程应用
1、VAV系统简述
定风量（CAV,constant AIR Volume）系统可以用图1描述。而变风量（VAV,Variable AIR Volume）系统可以用图2描述。
图2是个一个典型的单风道变风量空调系统。在该系统中，除送风空调箱，末端装置（VAV terminal）及风道组成的风路外，还有一些反馈控制环路，即室温控制，送风静压控制，送风温度控制，新排风量以及送回风量正配控制。
通过上图，可以发现VAV系统具有以下特点：
1. 可以实现分区控制，系统灵活性较好，易于改、扩建、尤其适用于格局多变的建筑；
2. 由于可变风量系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时，还可以考虑一定的同时使用工况，所以总循环风量减少，从而风管减少，风机送风量和运行能耗均可节约。
3. 尽管一次风温度可以处理得较低，但送风温度不低，从而提高了人体的舒适性。
4. 变风量系统具有全空气系统的优点，设有风机盘管的凝结水问题和水盘细菌繁殖而引起的霉变问题。
5. VAV系统的末端装置（BOX）可以分内区、外区末端装置可设有二次加热盘管，从而可以解决冬季外区需要加热，而内区需要带来余热的问题。
风道设计考虑下列因素：
1. 设计成封闭的环形系统（在条件不许可时，亦可不封闭）。
2. 风机出口风速可取12-15m/s左右。
3. 控制变风量系统静压控制点，宜设在系统送风干管末端，距末端三分之一处的管段上。（该点符合规范p73,第7.3.8条）
4. 风道由于风压比一般系统高，所以风道制作可控制漏风率，按“规范”规定，漏风率<2m3/m2表面积面积。在上海期货大厦工程中，风道使用了联合咬口，经测定其漏风率为1.56m3/m2表面面积。认为基本符合要求。
VAV末端装置布置：
一般VAV BOX布置，根据建筑平面，分区外区和内区。
a、从外窗向内1.5-3m划分为外区，其余为内区。
外区空调负荷主要是建筑围护结构瞬时负荷，受日照和室外温度影响。夏季通常为冷负荷，冬季通常为热负荷。所以外区的BOX选择带风机和加热管的BOX。
b、内区空调负荷主要是内热负荷和新风负荷，内热负荷通常为全年冷负荷，新风负荷则有冷热之分，通常，冬季内热负荷也会大于新风负荷，故内区负荷通常为全年冷负荷。所以，内区的BOX选择不带风机，不带加热盘管的由一次风控制的BOX。
3、VAV系统自动控制
变风量系统能否正常运行在很大程度上依靠控制系统。常用的选择有：
· 气动控制，依靠气压控制调近，对风道气密性要求高。
· 模拟式电控对风道有12种选择。
· PIC控制。流量传感器，变送器、风速调节器，通过模块控制。
通过PIC控制，可实现以下几个目标：
1. 由室温控制风阀。
2. 设定提早开启时间。设定加热系统。
3. 打开热水阀门。
4. 自由设定环境温度。
在工程设计中，将空调系统设计和控制系统设计两部分作通盘综合考虑，选择切实可行的控制策略和方式，是可以得到较为满意的效果的。
4、VAV系统空调箱。
VAV系统空调箱应有新风、回风混合段，过滤段，加热，冷却热交换段和风机段。最重要的是风机带变动频装置的可调风量风机，风机可根据系统负荷变化，改变频率，从而改变风量，达到节能的目的。
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