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摘要： 变风量空调系统作为全空气空调系统的一种形式，由单风道定风量空调系统演变而来，本文结合工程实例，简要说明变风量空调系统设计及控制
关键词： 变风量空调 节能设计 空气品质系统的控制
Abstract: the variable air volume air conditioning system as the air conditioning system of a kind of form, by single duct air volume air conditioning system for evolved, combining with the project examples, the briefing vav system design and control
Keywords: variable air volume air conditioning energy saving design of air quality control system
中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
变风量空调系统作为全空气空调系统的一种形式，由单风道定风量空调系统演变而来，因系统的室内空气品质良好、部分负荷时风机可调速节能和可利用低温新风冷却节能以及空调区域温度可控等特点，广泛应用于各类办公、商业建筑等舒适性空调。
2 工程概况
本工程位于开封市汴西开发区3-40#地块，为大型城市综合体建筑。本文仅以该工程科研中心A座子项空调系统设计为例。
科研中心A座建筑层数：地上31层，地下3层，建筑主体高度149.9m。地上建筑面积60435 m²，建筑占地面积1935 m²，科研中心A座为5A级智能化写字楼。
由于该工程建筑体量及层面面积较大，核心筒位于建筑中部，四周均为采用大面积玻璃幕墙的办公区，房间进深8~9m，空调负荷出现内外分区情况，暖通空调分内、外区设计，考虑到该办公区域今后房间分隔与使用功能变化多，采用变风量空调系统加外区幕墙采暖系统。
3变风量空调系统设计
3.1 内外分区与空调系统设计
为提高房间的热舒适性和新风分布均匀性，根据建筑与负荷情况合理地进行空调分区十分重要。本设计将距房间外墙3m以内的室内区域作为外区，其余部分办公区作为内区。
本工程为高层办公楼，空调机房处于核心筒内，根据该工程建筑平面布置，每层设两个变风量空调系统，新风集中处理。夏季由变风量系统向内外区供冷，冬季变风量系统调节新风比利用室外低温新风与回风混合后向内区供冷，同时向外区供给满足人员所需新风量要求的空调风，过度季变风量系统全新风运行。变风量空调机组为双风机变频组合式机组，机组采用上下双层布置，机房内设新风竖井和排风竖井。
3.2 变风量系统风管布置
每个系统的送风管采用环形设计，分别负责南、北两侧办公区域的负荷。风管环形布置可使气流从多通道流向末端，从而降低并均化了风管内静压。
此变风量空调系统采用平顶回风，空调机组回风管伸至走道，各个办公房间建筑顶板下临走道隔墙上安装70℃防火风口，整个办公区域上部空间形成一个大的静压箱，使平顶内静压相对稳定，各点静压差约在10~20Pa间。当各末端送风量变化时，自然形成室内静压变化，使回风量随着变化。平顶静压箱有利于自然平衡室内送回风量，使室内压力不受送风量变化的干扰。
图1：变风量系统气流组织示意图
3.3变风量空调系统计算
（1）空调负荷计算：变风量空调系统的负荷计算较其他系统相比在一定程度上更为细化：确定外区进深，进行内外区划分后，根据业主今后有可能的使用情况，将内外区再细分成若干个温度控制区域，每个温控区对应设置空调末端，对每个温度控制区域分别逐时计算各温控区冷、热负荷，确定新风量。在负荷计算的基础上还需进行各负荷的累积，以便于选择设备和系统部件。
（2）送风温度确定：根据室内点N、夏季热湿比ε、冷水盘管出风相对湿度，确定送风露点温度tl，并应考虑风机与风道温升ts—tl（约2℃），由此确定风机送风温度ts。（送风温差不宜小于8℃。）空气处理过程详见下图：
（3）系统风量计算：
式中、——分别为系统夏季室内显热冷负荷、全热冷负荷，kW；
、——分别为室内空气焓值、送风焓值，kJ/kg;
、 ——分别为室内空气干球温度、送风温度，℃；
G——系统送风量，kg/s。
（4）附加新风量计算：变风量空调系统的新風问题在于：新风需求量与人数成正比，新风供给量与送风量（负荷）成正比，但人数与送风量不一定成正比，于是产生了新风需求与供给的矛盾。
夏季内外区都供冷，内区仅有较为稳定的内热冷负荷且与滞留人数成正比，因此可以认为内区末端送风量能够基本保证人均新风量。除了内热冷负荷外，外区VAV末端还负担维护结构冷负荷，它多耗用了一部分含有新风的送风量。如果仍按系统总人数×新风标准来确定总新风量，内区新风量会相应不足。对于分隔成小房间的系统，因相互间空气不流动，新风供给更为不利，因此夏季应增加附加新风量。
kg/s
总新风量 kg/s
式中 G——夏季附加新风量，kg/s；
——消除维护结构冷负荷的风量，kg/s；
——新风量（人均新风标准×总人数），kg/s；
——消除内外区全部内热负荷的送风量，kg/s；
——系统总新风量（新风量+夏季附加新风量），kg/s。
（5）本工程夏季由变风量系统向内外区供冷。冬季变风量系统调节新风比利用室外低温新风与回风混合后向内区供冷，同时向外区供给满足人员所需新风量要求的空调风，结合建筑幕墙在外区窗边设置散热器。
散热器负担热负荷为1，维护结构采暖负荷；2，新风由送风状态点加热到室温的显热负荷。
4变风量末端装置选择计算与选型
4.1一次风最大风量
按各温度控制区域内最大显热冷负荷与相应的送风温差计算出一次风最大冷风量，不计各空调温控区内的潜热负荷，将此风量作为选择VAV末端装置的一次风最大风量。
kg/s
式中——一次风最大冷风量kg/s;
——最大显热冷负荷kW;
,——分别为室内干球温度、一次风冷风送风温度 ℃ 。
4.2变风量末端选型
变风量末端装置是变风量空调系统的关键设备之一。变风量末端装置品种繁多，各具特色，本工程选用单风道型变风量末端装置，它是最基本的变风量末端装置，通过改变空气流通截面积达到调节送风量的目的，是一种节流型变风量末端装置。
末端可按一次风最大风量选型。为满足末端风量的调节范围并保证对应最小负荷的一次风量，一次风量不宜放大作为余量。
4.3变风量末端装置运行方式
当房间温度较低时，装置以最小送风量运行；当房间温度高于房间温度设定值时，装置增加送风量，直至达到最大送风量；系统不用时，可以关闭末端装置的风量调节阀。
变风量空调系统的控制
相对于定风量空调方式，所谓变风量有两层含义：一是空调系统的风量可变；二是各空调区域末端的风量可变。变风量空调系统对控制的依赖性很大，正确地完成变风量空调系统控制设计是变风量空调系统设计的重点，也是系统成功与否的关键。
5.1变风量末端控制
变风量末端按温控区设置，每个变风量末端需控制器，由对应温控区内的室内温控器控制。控制器是变风量末端装置控制系统的核心，它将被调量与定值进行比较，得出偏差值，然后参照预先设定的控制规律，调节风阀的开度，是被调量等于或接近于给定值。变风量末端装置控制器采用连续性控制规律。
5.2系统风量控制
（1）控制原理：空调器AHU的风量控制是变风量空调系统最主要的控制内容之一。本工程选用变定静压法控制系统风量。变定静压法的控制逻辑：根据各独立分区的变风量末端装置控制器提供给中央监控系统的数据，按各分区最大静压需求值重新确定静压设定值。系统静压值尽可能设置得低些，直至某分区的末端装置调节风阀全开。
变定静压法原理图
（2）静压设定点：变定静压控制法仍需设置静压测定点。由于静压设定值可随时根据需求重新设定，静压设定值的大小变得不那么重要，它仅起到初始设定作用。系统静压初始设定点应设置在离空调器出口约1/3处的主送风管上。
变风量空调系统优缺点
6.1系统优点
变风量空调系统区域温度可控，满足了个性需求；部分负荷时，采用变频装置调节风机转速，大大减降低了风机能耗；保持定风量空调系统空气过滤效率高、室内空气品质好、室内相对湿度低，热舒适性好的特点；通过改变新风比还可利用室外新风进行自然冷却，并可实现低温送风；系统无水管进入空调区域。
6.2系统缺点
初投较大；风量调节时区域内新风量分配可能会不均匀；设计、施工、控制管理较复杂；末端装置较小风量时室内气流分布状况较差。
参考文献
[1]《变风量空调系统设计》 叶大法杨国荣
[2]《实用供热空调设计手册》 第二版
作者简介：陈婷(1978--),女,汉族，北京人,工程师,主要从事工作：供暖通风与空调工程设计,中元国际工程设计研究院 建筑三所
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： 变风量空调 节能设计 空气品质系统的控制
Abstract: the variable air volume air conditioning system as the air conditioning system of a kind of form, by single duct air volume air conditioning system for evolved, combining with the project examples, the briefing vav system design and control
Keywords: variable air volume air conditioning energy saving design of air quality control system
中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
变风量空调系统作为全空气空调系统的一种形式，由单风道定风量空调系统演变而来，因系统的室内空气品质良好、部分负荷时风机可调速节能和可利用低温新风冷却节能以及空调区域温度可控等特点，广泛应用于各类办公、商业建筑等舒适性空调。
2 工程概况
本工程位于开封市汴西开发区3-40#地块，为大型城市综合体建筑。本文仅以该工程科研中心A座子项空调系统设计为例。
科研中心A座建筑层数：地上31层，地下3层，建筑主体高度149.9m。地上建筑面积60435 m²，建筑占地面积1935 m²，科研中心A座为5A级智能化写字楼。
由于该工程建筑体量及层面面积较大，核心筒位于建筑中部，四周均为采用大面积玻璃幕墙的办公区，房间进深8~9m，空调负荷出现内外分区情况，暖通空调分内、外区设计，考虑到该办公区域今后房间分隔与使用功能变化多，采用变风量空调系统加外区幕墙采暖系统。
3变风量空调系统设计
3.1 内外分区与空调系统设计
为提高房间的热舒适性和新风分布均匀性，根据建筑与负荷情况合理地进行空调分区十分重要。本设计将距房间外墙3m以内的室内区域作为外区，其余部分办公区作为内区。
本工程为高层办公楼，空调机房处于核心筒内，根据该工程建筑平面布置，每层设两个变风量空调系统，新风集中处理。夏季由变风量系统向内外区供冷，冬季变风量系统调节新风比利用室外低温新风与回风混合后向内区供冷，同时向外区供给满足人员所需新风量要求的空调风，过度季变风量系统全新风运行。变风量空调机组为双风机变频组合式机组，机组采用上下双层布置，机房内设新风竖井和排风竖井。
3.2 变风量系统风管布置
每个系统的送风管采用环形设计，分别负责南、北两侧办公区域的负荷。风管环形布置可使气流从多通道流向末端，从而降低并均化了风管内静压。
此变风量空调系统采用平顶回风，空调机组回风管伸至走道，各个办公房间建筑顶板下临走道隔墙上安装70℃防火风口，整个办公区域上部空间形成一个大的静压箱，使平顶内静压相对稳定，各点静压差约在10~20Pa间。当各末端送风量变化时，自然形成室内静压变化，使回风量随着变化。平顶静压箱有利于自然平衡室内送回风量，使室内压力不受送风量变化的干扰。
图1：变风量系统气流组织示意图
3.3变风量空调系统计算
（1）空调负荷计算：变风量空调系统的负荷计算较其他系统相比在一定程度上更为细化：确定外区进深，进行内外区划分后，根据业主今后有可能的使用情况，将内外区再细分成若干个温度控制区域，每个温控区对应设置空调末端，对每个温度控制区域分别逐时计算各温控区冷、热负荷，确定新风量。在负荷计算的基础上还需进行各负荷的累积，以便于选择设备和系统部件。
（2）送风温度确定：根据室内点N、夏季热湿比ε、冷水盘管出风相对湿度，确定送风露点温度tl，并应考虑风机与风道温升ts—tl（约2℃），由此确定风机送风温度ts。（送风温差不宜小于8℃。）空气处理过程详见下图：
（3）系统风量计算：
式中、——分别为系统夏季室内显热冷负荷、全热冷负荷，kW；
、——分别为室内空气焓值、送风焓值，kJ/kg;
、 ——分别为室内空气干球温度、送风温度，℃；
G——系统送风量，kg/s。
（4）附加新风量计算：变风量空调系统的新風问题在于：新风需求量与人数成正比，新风供给量与送风量（负荷）成正比，但人数与送风量不一定成正比，于是产生了新风需求与供给的矛盾。
夏季内外区都供冷，内区仅有较为稳定的内热冷负荷且与滞留人数成正比，因此可以认为内区末端送风量能够基本保证人均新风量。除了内热冷负荷外，外区VAV末端还负担维护结构冷负荷，它多耗用了一部分含有新风的送风量。如果仍按系统总人数×新风标准来确定总新风量，内区新风量会相应不足。对于分隔成小房间的系统，因相互间空气不流动，新风供给更为不利，因此夏季应增加附加新风量。
kg/s
总新风量 kg/s
式中 G——夏季附加新风量，kg/s；
——消除维护结构冷负荷的风量，kg/s；
——新风量（人均新风标准×总人数），kg/s；
——消除内外区全部内热负荷的送风量，kg/s；
——系统总新风量（新风量+夏季附加新风量），kg/s。
（5）本工程夏季由变风量系统向内外区供冷。冬季变风量系统调节新风比利用室外低温新风与回风混合后向内区供冷，同时向外区供给满足人员所需新风量要求的空调风，结合建筑幕墙在外区窗边设置散热器。
散热器负担热负荷为1，维护结构采暖负荷；2，新风由送风状态点加热到室温的显热负荷。
4变风量末端装置选择计算与选型
4.1一次风最大风量
按各温度控制区域内最大显热冷负荷与相应的送风温差计算出一次风最大冷风量，不计各空调温控区内的潜热负荷，将此风量作为选择VAV末端装置的一次风最大风量。
kg/s
式中——一次风最大冷风量kg/s;
——最大显热冷负荷kW;
,——分别为室内干球温度、一次风冷风送风温度 ℃ 。
4.2变风量末端选型
变风量末端装置是变风量空调系统的关键设备之一。变风量末端装置品种繁多，各具特色，本工程选用单风道型变风量末端装置，它是最基本的变风量末端装置，通过改变空气流通截面积达到调节送风量的目的，是一种节流型变风量末端装置。
末端可按一次风最大风量选型。为满足末端风量的调节范围并保证对应最小负荷的一次风量，一次风量不宜放大作为余量。
4.3变风量末端装置运行方式
当房间温度较低时，装置以最小送风量运行；当房间温度高于房间温度设定值时，装置增加送风量，直至达到最大送风量；系统不用时，可以关闭末端装置的风量调节阀。
变风量空调系统的控制
相对于定风量空调方式，所谓变风量有两层含义：一是空调系统的风量可变；二是各空调区域末端的风量可变。变风量空调系统对控制的依赖性很大，正确地完成变风量空调系统控制设计是变风量空调系统设计的重点，也是系统成功与否的关键。
5.1变风量末端控制
变风量末端按温控区设置，每个变风量末端需控制器，由对应温控区内的室内温控器控制。控制器是变风量末端装置控制系统的核心，它将被调量与定值进行比较，得出偏差值，然后参照预先设定的控制规律，调节风阀的开度，是被调量等于或接近于给定值。变风量末端装置控制器采用连续性控制规律。
5.2系统风量控制
（1）控制原理：空调器AHU的风量控制是变风量空调系统最主要的控制内容之一。本工程选用变定静压法控制系统风量。变定静压法的控制逻辑：根据各独立分区的变风量末端装置控制器提供给中央监控系统的数据，按各分区最大静压需求值重新确定静压设定值。系统静压值尽可能设置得低些，直至某分区的末端装置调节风阀全开。
变定静压法原理图
（2）静压设定点：变定静压控制法仍需设置静压测定点。由于静压设定值可随时根据需求重新设定，静压设定值的大小变得不那么重要，它仅起到初始设定作用。系统静压初始设定点应设置在离空调器出口约1/3处的主送风管上。
变风量空调系统优缺点
6.1系统优点
变风量空调系统区域温度可控，满足了个性需求；部分负荷时，采用变频装置调节风机转速，大大减降低了风机能耗；保持定风量空调系统空气过滤效率高、室内空气品质好、室内相对湿度低，热舒适性好的特点；通过改变新风比还可利用室外新风进行自然冷却，并可实现低温送风；系统无水管进入空调区域。
6.2系统缺点
初投较大；风量调节时区域内新风量分配可能会不均匀；设计、施工、控制管理较复杂；末端装置较小风量时室内气流分布状况较差。
参考文献
[1]《变风量空调系统设计》 叶大法杨国荣
[2]《实用供热空调设计手册》 第二版
作者简介：陈婷(1978--),女,汉族，北京人,工程师,主要从事工作：供暖通风与空调工程设计,中元国际工程设计研究院 建筑三所
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。