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摘要：如何使得变风量空调系统更节能，却不是简单地用一句话要求自控设计实施变风量控制就可以解决的问题，本文基于变风量系统节能的现实，结合空调系统能量平衡的原理，阐述了VAV空调系统构成，分析了VAV空调系统的特点，进而从连锁控制、变风量空调机组的节能、回风机转速控制等方面论述了VAV空调系统节能控制。
关键词：VAV空调系统节能 控制
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
引言
变风量(VAV) 空调系统通过改变送风量以适应空调负荷的变化，维持空调房间的空调参数，在空调系统运行过程中，最大冷负荷出现的时间不到总时间的10 %， 全年平均负荷率仅为50 %。 在绝大部分时间内，空调系统处于部分负荷运行状态，VAV 系统减少了送风量，从而降低了风机输送功耗，起到明显的节能效果。
1、VAV空调系统构成
VAV空调系统组成：变风量空调机组十变风量末端。在VAV空调系统中。末端系统的组成方式不同，相应地组成具有不同结构的VAV空调系统。如单风管VAV系统、单风管再加热VA'V系统、单风管送回风联动VAV系统、单风管旁通式VAV系统等。
1.1单风管VAV系统
在每个空调房间入口处的送风支管上装置了送风量调节装置，VAV空调机组根据空调系统所有末端用户所需实际总风量通过调节风机转速调节风机风量供给。VAV末端装置根据空调区温度的变化。调节被控区域的送风量，以维持室内温度的平衡稳定。根据送风风道静
压的变化，控制变频器驱动的风机转速；根据新风量需求对新风、回风和排风扇进行的联动控制，调节新风、回风风量比。
1.2单风管再加热VAV系统
当系统达到最小风量时，通过再热盘管的调节，保证空调区温度不致过低或过热。系统工作过程中，如果送风量达到最小值时，通过加热盘管的方式对送风温度进行调节，保证空调区的空气调节满足需求。
1.3单风管送回风联动的VAV系统
单风管送回风联动的VAV系统可通过空调区分支风管上的VAVBOX和回风管上的VAVBOX联动控制。以调节送风量与回风量之差，从而实现控制空调区域静压的目的。
2 VAV系统特点
图1 变风量系统示意图
图1是一典型的变风量系统示意图，其再次受到关注主要有以下优点：
①由于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情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量；②系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑；③变风量系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，可以利用新风消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉变问题。
虽然变风量系统有很多优点，但是据国外文献介绍，大部分变风量系统或多或少地也暴露出一些问题，主要有：
①控制系统控制效果较差，节能效果较差，甚至转为定风量系统运行；②缺少新风，室内人员感到憋闷；③房间内正压或负压过大导致房门开启困难；④系统运行不稳定，尤其是带“经济器循环(economizer cycle)”的系统；⑤对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用室温控制而又没有末端再热装置，往往很难保证室内湿度要求。
从以上特点可以看出VAV系统虽然有很多优点，但这要依靠良好的控制系统和控制策略去发挥它的节能优势，否则有可能适得其反。一个典型的VAV控制系统中主要有四个基本的控制环节：末端控制、送风机转速控制、回风机控制和经济循环与新风控制。下面分别介绍VAV系统这几个环节的节能控制策略。
3 VAV系统运行与节能控制
3.1连锁控制
变风量空调系统的启动、停机顺序应通过连锁控制来进行。空调机组的启动顺序：新风风门开启一回风风门开启一送风机启动一排风风门开启一回风机启动一空调冷冻水／热水调节阀开启一加湿阀开启。空调机组的停机顺序：加湿器停机一空调冷冻水／热水调节阀
关闭一回风机停机一排风风门关闭一送风机停机一新风门／排风门关闭、回风门关闭。
3.2 送风机转速控制
VAV系统控制的核心是对总风量进行控制。常用的总风量控制方法有：定静压定温度法、定静压变温度法、变静压变温度法和VAV系统总风量控制法。
①定静压定温度法。
这种控制方法是：在送风温度保持不变，但保证系统风管中某一点或几个固定点处平均静压为一定值，通过控制变频器转速。将平均静压控制在给定值，以实现总风量的调节控制。
②定静压变温度法
当VAV系统末端负荷发生变化时，在保持参考点平均静压不变的条件下。通过调节空调机组送风温度，来实现末端负荷变化引起VAV系统总负荷的动态跟踪变化。
③变静压变温度法
当末端负荷变化时，同时调节末端静压和送风温度，即末端静压和送风温度均是可调节的参数。
④VAV系統总风量控制法
控制末端静压的VAV系统工作运行存在着不稳定性因素，采用总风量与末端负荷匹配的总风量控制法可有效地进行VAV系统中的运行与节能控制。通过自动计量和统计求出各末端风量总量，通过送风机相似特性及相关的计算求出送风机转速，并控制送风机在此转速运行，使送风量与负荷匹配，这就是VAV系统中的总风量控制法
3.3VAV末端的控制
空调系统的VAV末端按变风量的工作原理设计，当空调送风通过VAV末端时，借助于房间温控器，控制末端进风口多叶调节风阀的开闭，以不改变送风温度而改变送风量的方法，来适应空调负荷的变化。具体工程中系统通常存在大滞后现象，对外界的扰动不能给予及时地响应，不仅使得系统产生波动不能稳定运行，同时也大大提高了各个设备的能耗。通过Smith预测控制等方法对末端进行先进控制，使其对外界干扰产生的温度变化进行快速有效的响应，控制回路根据室温测定值和设定值的偏差向风量控制回路给出设定风量，风量控制回路再根据设定风量和测定风量的偏差给出风阀阀位，从而调节送风量，达到对室温的控制，送风量随着空调负荷的减少而相应减少，这样可减少风机和制冷机的动力负荷，达到节能降耗的目的。
3.4VAV回风机控制
在图1中可以看出回风机采用的是送、回风道流量匹配控制，这是使用最为广泛的一种回风机控制方法，几乎可以说是回风机控制的标准方法。它通过测量送、回风道上的流量，调节回风机保持这两者之差始终为一常数，维持房间合适的正压度。然而这种方法经常给系统带来较严重的不稳定。因为这两个环节的耦合控制，将给机组内混风温度控制造成严重的振荡。解决方法可将通常的新、排、混风阀三阀联动改为各自单独控制，其中控制排风阀以使排风压力基本上保持一稳定值。也有人提出使用压力无关型的末端，用排风机代替回风机。考虑到回风机的存在总是给系统增加控制上的耦合环节，所以避免使用回风机而采用排风机是一个更有价值的方案。
3.5 湿度控制
被调节区域的湿度平均值可用空调机组回风相对湿度来描述，因此以空调机组回风的相对湿度作为调节值，调节送风含湿度来实现湿度控制。回风管中的空气湿度经湿度传感器检测得到并送往DDC，与设定值比较，其偏差经运算得到控制信号调节加湿阀开度，将空调机组回风的相对湿度控制在设定值。
3.6VAV新风经济循环的控制
新风问题可以说是VAV系统广泛使用以后几个最为严重的问题之一。系统在保证最小新风量来满足空调房间的正压度的同时，还应该满足室内空气合适的换气次数。经济循环就是为妥善处理新风问题提出的一种方案。常用的方法有：
(1)将设计状况下的最小新风量加大，以保证在风机转速很低时，最小新风阀提供的新风量还能满足要求。这样可提高室内空气品质但节能效果不明显，所以并不是最好方法。
(2)在新风道上增加流量传感器，直接使用流量信号对新风阀进行调节。这种方法简单，但困难之处在于测量流量的可靠，尤其是小风量时，动压很小，风量测量结果偏差很大。
(3)基于CO2气体浓度的新风控制。因为流量测量的种种困难，相关文献提出了一种基于新、回风中CO2气体浓度原理的新风控制方法。
(4)控制混风箱压力，合理选择新、回、混风阀，使得混风箱压力在送风机调节时变化很小。该方法如果混风箱压力能基本保持不变，则最小新风量的控制就迎刃而解了。
(5)将回风机改为排风机。该方法可将混风阀压差降为原来的1/3，而系统总压差也能减少20%。具体方法是经济循环靠混风温度联动调节最大新风阀和混风阀；最小新风量由最小新风道上的流量传感器通过最小新风控制器进行调节；排风机变频器则根据新、排风道上的流量信号进行1:1的比较控制
结语
建筑节能是我国节省能源消耗，实现节能减速排战略的重要环节。VAV系统以及节能特性得到了人们的广泛重视，但良好的控制策略是实现VAV系统节能运行的前题。本文主要介绍了典型VAV系统四个主要控制环节，并给出的相应环节的控制方法、控制策略和优缺点。可以为VAV系统的优化运行提供一些帮助。
参考文献：
1陈剑波, 王永红, 翁文兵, 林欣, 王金锋.变风量系统风机节能分析.制冷与空调.2005,5(4):53
2霍小平,黄春瑜, 李金, 黄钊, 潘洁.VAV空调系统全面数字化控制理论.建设科技.2007,(14):42~43
3戴斌文. 变风量空调系统控制方法研究. 清华大学硕士学位论文. 1998
关键词：VAV空调系统节能 控制
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
引言
变风量(VAV) 空调系统通过改变送风量以适应空调负荷的变化，维持空调房间的空调参数，在空调系统运行过程中，最大冷负荷出现的时间不到总时间的10 %， 全年平均负荷率仅为50 %。 在绝大部分时间内，空调系统处于部分负荷运行状态，VAV 系统减少了送风量，从而降低了风机输送功耗，起到明显的节能效果。
1、VAV空调系统构成
VAV空调系统组成：变风量空调机组十变风量末端。在VAV空调系统中。末端系统的组成方式不同，相应地组成具有不同结构的VAV空调系统。如单风管VAV系统、单风管再加热VA'V系统、单风管送回风联动VAV系统、单风管旁通式VAV系统等。
1.1单风管VAV系统
在每个空调房间入口处的送风支管上装置了送风量调节装置，VAV空调机组根据空调系统所有末端用户所需实际总风量通过调节风机转速调节风机风量供给。VAV末端装置根据空调区温度的变化。调节被控区域的送风量，以维持室内温度的平衡稳定。根据送风风道静
压的变化，控制变频器驱动的风机转速；根据新风量需求对新风、回风和排风扇进行的联动控制，调节新风、回风风量比。
1.2单风管再加热VAV系统
当系统达到最小风量时，通过再热盘管的调节，保证空调区温度不致过低或过热。系统工作过程中，如果送风量达到最小值时，通过加热盘管的方式对送风温度进行调节，保证空调区的空气调节满足需求。
1.3单风管送回风联动的VAV系统
单风管送回风联动的VAV系统可通过空调区分支风管上的VAVBOX和回风管上的VAVBOX联动控制。以调节送风量与回风量之差，从而实现控制空调区域静压的目的。
2 VAV系统特点
图1 变风量系统示意图
图1是一典型的变风量系统示意图，其再次受到关注主要有以下优点：
①由于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情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量；②系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑；③变风量系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，可以利用新风消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉变问题。
虽然变风量系统有很多优点，但是据国外文献介绍，大部分变风量系统或多或少地也暴露出一些问题，主要有：
①控制系统控制效果较差，节能效果较差，甚至转为定风量系统运行；②缺少新风，室内人员感到憋闷；③房间内正压或负压过大导致房门开启困难；④系统运行不稳定，尤其是带“经济器循环(economizer cycle)”的系统；⑤对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用室温控制而又没有末端再热装置，往往很难保证室内湿度要求。
从以上特点可以看出VAV系统虽然有很多优点，但这要依靠良好的控制系统和控制策略去发挥它的节能优势，否则有可能适得其反。一个典型的VAV控制系统中主要有四个基本的控制环节：末端控制、送风机转速控制、回风机控制和经济循环与新风控制。下面分别介绍VAV系统这几个环节的节能控制策略。
3 VAV系统运行与节能控制
3.1连锁控制
变风量空调系统的启动、停机顺序应通过连锁控制来进行。空调机组的启动顺序：新风风门开启一回风风门开启一送风机启动一排风风门开启一回风机启动一空调冷冻水／热水调节阀开启一加湿阀开启。空调机组的停机顺序：加湿器停机一空调冷冻水／热水调节阀
关闭一回风机停机一排风风门关闭一送风机停机一新风门／排风门关闭、回风门关闭。
3.2 送风机转速控制
VAV系统控制的核心是对总风量进行控制。常用的总风量控制方法有：定静压定温度法、定静压变温度法、变静压变温度法和VAV系统总风量控制法。
①定静压定温度法。
这种控制方法是：在送风温度保持不变，但保证系统风管中某一点或几个固定点处平均静压为一定值，通过控制变频器转速。将平均静压控制在给定值，以实现总风量的调节控制。
②定静压变温度法
当VAV系统末端负荷发生变化时，在保持参考点平均静压不变的条件下。通过调节空调机组送风温度，来实现末端负荷变化引起VAV系统总负荷的动态跟踪变化。
③变静压变温度法
当末端负荷变化时，同时调节末端静压和送风温度，即末端静压和送风温度均是可调节的参数。
④VAV系統总风量控制法
控制末端静压的VAV系统工作运行存在着不稳定性因素，采用总风量与末端负荷匹配的总风量控制法可有效地进行VAV系统中的运行与节能控制。通过自动计量和统计求出各末端风量总量，通过送风机相似特性及相关的计算求出送风机转速，并控制送风机在此转速运行，使送风量与负荷匹配，这就是VAV系统中的总风量控制法
3.3VAV末端的控制
空调系统的VAV末端按变风量的工作原理设计，当空调送风通过VAV末端时，借助于房间温控器，控制末端进风口多叶调节风阀的开闭，以不改变送风温度而改变送风量的方法，来适应空调负荷的变化。具体工程中系统通常存在大滞后现象，对外界的扰动不能给予及时地响应，不仅使得系统产生波动不能稳定运行，同时也大大提高了各个设备的能耗。通过Smith预测控制等方法对末端进行先进控制，使其对外界干扰产生的温度变化进行快速有效的响应，控制回路根据室温测定值和设定值的偏差向风量控制回路给出设定风量，风量控制回路再根据设定风量和测定风量的偏差给出风阀阀位，从而调节送风量，达到对室温的控制，送风量随着空调负荷的减少而相应减少，这样可减少风机和制冷机的动力负荷，达到节能降耗的目的。
3.4VAV回风机控制
在图1中可以看出回风机采用的是送、回风道流量匹配控制，这是使用最为广泛的一种回风机控制方法，几乎可以说是回风机控制的标准方法。它通过测量送、回风道上的流量，调节回风机保持这两者之差始终为一常数，维持房间合适的正压度。然而这种方法经常给系统带来较严重的不稳定。因为这两个环节的耦合控制，将给机组内混风温度控制造成严重的振荡。解决方法可将通常的新、排、混风阀三阀联动改为各自单独控制，其中控制排风阀以使排风压力基本上保持一稳定值。也有人提出使用压力无关型的末端，用排风机代替回风机。考虑到回风机的存在总是给系统增加控制上的耦合环节，所以避免使用回风机而采用排风机是一个更有价值的方案。
3.5 湿度控制
被调节区域的湿度平均值可用空调机组回风相对湿度来描述，因此以空调机组回风的相对湿度作为调节值，调节送风含湿度来实现湿度控制。回风管中的空气湿度经湿度传感器检测得到并送往DDC，与设定值比较，其偏差经运算得到控制信号调节加湿阀开度，将空调机组回风的相对湿度控制在设定值。
3.6VAV新风经济循环的控制
新风问题可以说是VAV系统广泛使用以后几个最为严重的问题之一。系统在保证最小新风量来满足空调房间的正压度的同时，还应该满足室内空气合适的换气次数。经济循环就是为妥善处理新风问题提出的一种方案。常用的方法有：
(1)将设计状况下的最小新风量加大，以保证在风机转速很低时，最小新风阀提供的新风量还能满足要求。这样可提高室内空气品质但节能效果不明显，所以并不是最好方法。
(2)在新风道上增加流量传感器，直接使用流量信号对新风阀进行调节。这种方法简单，但困难之处在于测量流量的可靠，尤其是小风量时，动压很小，风量测量结果偏差很大。
(3)基于CO2气体浓度的新风控制。因为流量测量的种种困难，相关文献提出了一种基于新、回风中CO2气体浓度原理的新风控制方法。
(4)控制混风箱压力，合理选择新、回、混风阀，使得混风箱压力在送风机调节时变化很小。该方法如果混风箱压力能基本保持不变，则最小新风量的控制就迎刃而解了。
(5)将回风机改为排风机。该方法可将混风阀压差降为原来的1/3，而系统总压差也能减少20%。具体方法是经济循环靠混风温度联动调节最大新风阀和混风阀；最小新风量由最小新风道上的流量传感器通过最小新风控制器进行调节；排风机变频器则根据新、排风道上的流量信号进行1:1的比较控制
结语
建筑节能是我国节省能源消耗，实现节能减速排战略的重要环节。VAV系统以及节能特性得到了人们的广泛重视，但良好的控制策略是实现VAV系统节能运行的前题。本文主要介绍了典型VAV系统四个主要控制环节，并给出的相应环节的控制方法、控制策略和优缺点。可以为VAV系统的优化运行提供一些帮助。
参考文献：
1陈剑波, 王永红, 翁文兵, 林欣, 王金锋.变风量系统风机节能分析.制冷与空调.2005,5(4):53
2霍小平,黄春瑜, 李金, 黄钊, 潘洁.VAV空调系统全面数字化控制理论.建设科技.2007,(14):42~43
3戴斌文. 变风量空调系统控制方法研究. 清华大学硕士学位论文. 1998