空调定风量、变风量空调系统综述.pdf

空调定风量变风量系统特点综述 摘要：本文首先介绍了定风量空调系统（CAV）与变风量空调系统（VAV）在国内外的发展状况，然后对两个系统进行了描述。主要介绍了两个系统的特点，变风量空调系统的优缺点。通过比较得出结论，变风量空调系统明显优于定风量空调系统，最后指出变风量空调系统未来的发展前景。关键词：定风量空调系统；变风量空调系统；特点比较；发展前景 Abstract：This paper first introduces the domestic and foreign development status of the constant air volume system(CAV)and the variable air volume(VAV),and then the two systems are described.Mainly introduced the characteristics of the two systems,the advantages and disadvantages of the VAV system.By comparing,concluded that the CAV system is obviously superior to the VAV system,and at last points out the future development of the variable air volume system.Key words：CAV;VAV;the characteristics comparison;the future development 0 引言 随着智能建筑业的快速发展，自动化楼宇系统也逐步建立了更多、更科学、经济、合理的控制和管理，不仅使建筑功能等级提高，而且能产生较高的节能作用。变风量（变风量空调）空调系统的节能率、灵活性要远优于其他类型中央空调系统，已渐渐成为中央空调设计者的主流研究方向1。在一些工业发达国家，由于中央空调系统的广泛使用，能耗损失相当的大，例如，美、日、英、法等国在空调方面的能耗约占国家总能耗的 1/3，瑞典甚至高达 50%左右，在我国空调系统能耗占我国建筑总能耗的 70%左右2。因此变风量空调系统以其高节能率将会受到越来越多的商家和用户的欢迎。变风量系统 20 世纪 60 年代始于美国，1973 年中欧的石油危机使发达国家意识到能源的重要性，于是在各个领域注重节能技术的开发和利用。当然，暖通行业也不例外，变风量系统正是在此时受到真正的关注并在接下来的 20 年内快速发展和推广应用34。我国 80 年代初5，曾经引进过变风量系统。但由于对系统性能不够了解，致使系统不能按设计要求运行，一时间变风量系统的应用和研究停顿下来。虽然变风量系统可以通过调节送风量来实现在全空气系统中独立控制不同区域的温度，但由于系统造价昂贵和控制系统复杂，在实际应用中，定风量空调系统仍是中央空调系统中的常用的系统形式6。近年来，工程师又把目光转向了变风量系统，这其中有两大原：一是国内目前的定风量系统和风机盘管系统暴露出了一些缺点7。由于我国目前舒适性空调都是没有末端再热的定风量系统，所以一个送风参数不能适应不同房间的要求，风机盘管系统可以避免这一问题，但是凝水污染吊顶以及霉菌问题同样令人不能容忍。随着室内办公设备的增加，房间使用功能的变化，房间格局的变化，空调系统也应当做相应的改动，可是定风量系统和风机盘管系统改扩建较麻烦。二是，受变风量系统节能的诱惑。空调历来是能耗大户，而其中风机和水泵能耗占较大一部分。因此业主也希望采用变风量系统以节约运行费用8。1 定风量与变风量空调系统描述 定风量空调系统描述 定风量空调系统的特点是改变送风量来满足室内冷（热）负荷的变化91011。系统向室内送入冷（热）风，送入室内的冷（热）量为 Q=cL(tn ts)（1）式中，c空气的比热容，kJ/(kgk)；空气的密度，kg/m3；L送风量，m3/s；tn室内温度，；ts送风温度，；Q送入房间的冷热热流量，kW。从上式看出，为了吸收室内相同的热流量 可设 L 为一常数，改变送风温度ts，ts越小，吸收室内热流量越大，因此改变送风温度就可适应室内负荷变化，维持室温不变，这就是定风量空调系统的工作原理。在该系统中，空调机接通电源后，以恒转速运行，风量是恒定的，故称为定风量空调系统。变风量空调系统描述 变风量空调系统是利用改变室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气空调系统，它的送风状态保持不变1213。变风量系统是通过控制风量来保证空调区域温湿度要求的空调系统，具有单个区域控制能力、局部区域运行的灵活性以及好的节能性等优点，但存在控制技术复杂的缺点。从系统组成看，与定风量系统相比，表面看来只是增加了末端装置和控制部分，但却为暖通行业带来了挑战。在式（1）中设送风温度 ts 为常数，用改变送风量 L 的方法来维持室温恒定的系统称为变风量系统。由式（1）可见，送风量和送风温差的不同组合都可以满足房间的负荷需要，当房间的冷热负荷确定后，选定合适的送风温差，就可以得到房间相应的送风量。2 定风量与变风量空调系统的特点及比较 定风量空调系统的特点 定风量空调系统由风系统和水系统两部分组成，而此系统的目的就是通过水系统调节送风状态,再通过风系统去改善室内的温、湿度,按照室内人员的要求创造满足一定范围温度、湿度要求的舒适环境1415。在空调系统中，定风量系统一般维持全年的风量固定不变，并且是按房间最大热、湿负荷确定的送风量。但在实际上，大多数情况下，空调房间的负荷低于最大负荷。当实际负荷低于最大负荷时，为了维持室温设计水平，必须减少送风温差，其方法是通过再热或混合，以热量抵消部分冷量。形成冷热能量抵消。其次，当室内负荷不是最大负荷时，送风量大于实际需要量，为了输送多余风量，风机需要多消耗电能。变风量空调系统的特点 1、变风量系统优点16-18（1）节能效果显著。由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统可以根据空调负荷的变化及室内参数要求的变化通过改变送风量来调节室内温度以满足要求，在自动控制系统的合理控制下，空调和制冷设备都只按实际负荷需要运行，因此可大幅度减少送风风机的动力耗能和运行费用，大大节约了冷量。根据风机的风量和功率之间的关系：P0/P=(G0/G)3 式中，P0设计工况功率，KW；P实际工况功率，KW；G0设计工况风量，m3/s；G实际工况风量，m3/s。从上式可明显看出，当送风量减少时，风机的功率也大大降低。根据有关研究表明，和定风量空调系统相比，变风量空调系统的全年空气系统输送能耗一般可节约 1/3。.变风量空调系统，不用再加热方式或双风管方式就能适应各种室内舒适要求或工艺设计要求，完全消除再加热方式或双风管方式带来的冷热混合损失。由于变风量系统能自动适应负荷的变化，在确定系统总风量时可以考虑一定的同时使用情况，所以能够减少风机装机容量。（2）变风量空调系统可以根据负荷的变化或个人的舒适要求自行设置工作环境温度，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。系统的灵活性较好，尤其适用于格局多变的建筑，例如出租写字楼等。当舍内参数改变或重新隔断时，只需更换支管和末端装置，移动风口位置或重新设定一下室内温控器。（4）此外，变风量为全空气系统，没有风机盘管凝结水问题和霉菌问题。由于末端装置具有风量调节平衡能力，送风系统无需做复杂的风量平衡调试，即可得到满意的平衡效果。变风量系统若采用 DDC 数字控制，可以实现计算机联网集中控制，可接入到楼宇自控系统中，提高楼宇整体智能化水平。2、变风量空调系统的缺点1920（1）设备投资高，变风量空调系统末端较复杂，需要设置相应的控制环节。如果控制系统设计不合理，不能很好地起到节能效果，很难达到理想状态。这也是制约该空调系统发展的最重要的原因。（2）此外，低负荷时，换气次数少，容易出现缺少新风，室内空气品质差的状况。（3）该系统易产生噪声问题，因此噪声控制也是设计的难题。定风量与变风量空调系统的比较 1、区域温度控制 通常全空气定风量系统只能控制某一特定区域的温度。对于大空间来说，一般采用控制房间温度或回风温度。对于一个风系统带有多个房间时，定风量系统不可能使每个房间温度都能进行控制，因而只能控制某个主要房间的温度，或者在大多数情况下，控制一个综合的回风温度21。因此带来的缺点是：此时绝大多数房间的温度不能正常控制，必然造成部分房间过冷或过热。采用变风量系统时，由于各个区域内的送风量可随该区域温度的变化自动控制，因此能保证各区域或房间温度按使用要求进行温度控制，将使用标准得以提高，房间过冷或过热现象的消除也使能量得到合理的运用。2、综合能效较高 设备安装容量减少。定风量系统由于要满足各房间最大负荷的需要，因此系统的总冷(热)量应是各房间最大冷(热)量之和，总送风量也应是各房间最大送风量之和。变风量系统的各房间的最大送风量与定风量系统是完全相同的，但是由于各房间内设置的末端可以独立控制风量2223。在整个风系统达到设计冷(热)量时，并非每个房间都在其设计状态下运行。因此变风量系统的冷(热)量或风量应为各房间当时负荷之和，并小于定风量系统的设计最大值。这样可使系统的空调机组可以减少，从而使整个空调机组安装容量降低，占用机房面积减小，能量耗量也相应降低，节约了投资。运行能耗节省2425。一幢建筑的空调负荷在全年运行中，只有极少数时间在设计状态运行的。当各房间的负荷减少时，各末端的风量将自动减少，系统对总风量的需求也就必然下降，通过设计适当的控制手段2627，降低送风机转速，使其能耗降低。从而使空调送风机的全年运行能耗大大降低。据厂方资料报导，一般送风机全年能耗比较，变风量系统只是定风量系统的1/3。有利于房间的灵活分隔。现在的办公楼根据现在办公的要求2829，一般采用大开间设计，用户通常会根据各自的使用要求，对房间进行二次分隔及装修。在控制整个开间的总冷(热)量不变的前提条件下，变风量系统由于其末端装置的布置灵活，且能进行区域温度控制，因此只需重新分隔各房间的冷(热)量与该房间重新调整的末端设备的风量相匹配，即可以较方便满足新用户的需要。3 结束语 综上所述，变风量空调系统与定风量空调系统相比具有明显优势。变风量空调系统是一种节能30、舒适和安全的空调系统，发展变风量空调技术，提高变风量空调系统的应用性，将会对我国的能源节约起到至关重要的作用。但是由于变风量空调系统比较复杂，而且人们的要求越来越高，一些技术和设计方面的问题还有待研究与解决31。随着能源问题的突出，可以预见，变风量空调系统将会成为我国乃至世界各国竞相发展的主流方向。参考文献：1 曹振华.浅析变风量空调系统J.科技天地，2009，(17)：1-2.2 钱以明：高层建筑空调与节能，同济大学出版社，1994 年.3樊瑛，俞国华，郑庆红.关于变风量系统发展的综述.制冷与空调，2008(22)：101-105 4 Vijay K.Gupta.Despite Popularity,Problems Do Exist J.ASHRAE J,1987，8.5 Analysis,Evaluation and Comparison of Room Air Distribution Performance-A SummaryJ.ASHRAE Trans,1972,78(2):235-242.6P L Miller,R T Nash.A Further Analysis of Room Air Distribution Performance J.ASHRAE Trans,1972,78（1）:205-212.7 P L Miller.Room Air Distribution Performance of Four Selected Outlets J.ASHRAE Trans,1972，78（1）:194-204 8 P L Miller.Room Air Diffusion Systems Design Techniques:THE AIR DIFFUSION ERFORMANCE INDEX J.ASHRAE J,1977,4.9PengSun,A.ElectricPowerEquipment-SwitchingTechnology(ICEPE-ST)C.10,陆耀庆.实用供热空调设计手册 M .北中国建筑工业出版社,1993.12 电子工业部第十设计研究院.空气调节手册(第 2 版)M.北京:人民建筑工业社,1995.13 陈俭,代汝平.变风量控制系统简介 J 能建筑与城市信息,2003,(14):33-39.14,Simulation and Validation of a VAV System with an ANN Fan Model and a Non-linear VAV Box Model J.Building and Environment,2002,37(3):277-284.15暖通空调设计指南，陆耀庆编著。中国建筑工业出版社，1996.16高层建筑空调与节能，作者钱以明。同济大学出版社，1990.17浅谈中央空调节能的有关问题，作者杜成仁、曾凡稳 2000.18 钱以明.高层建筑空调与节能M.上海:同济大学出 1994.19 霍小平,变风量系统的概念、分类及应用J.暖通空调 1997.20 薛殿华.空气调节M.北京:清华大学出版社,1991.21 王凌云,徐菱虹.智能建筑与集中空调系统控制.工程设计 CAD 与智能建筑,2000(9):24-27 22 孙宁,李吉生,彦启森.变风量空调系统设计浅谈.暖通空调,1997(5):53-59 23 李克欣.VAV 空调系统初探.暖通空调,1997(3):8-14 24 ASHRAE Applications 1991 25 蔡敬琅.变风量空调设计.北京:中国建筑工业出版社,1997 26 戴斌文.狄洪发.马先民.变风量空调系统风机静压控制方法研究.建筑能热通风空调,2000(3):6-10 27 戴斌文,狄洪发.江亿.变风量空调系统风机总风量控制方法.暖通空调,1999(3):1-6 28 白玮,龙惟定.影响生产率的要素室内环境品质.暖通空调,1999(2):34-37 29 Fanger.Thermal Comfort.McGraw-Hill,New York,197016 上海第一医学院环境卫生教研室.环境与健康.上海科学技术出版社,1981 30 王家隽某建筑物变风量系统的控制A.全国暖通空调制冷 2000 年学术年会论文集.2000.31 曾艺等变风量空调系统的新风J,暖通空调,31（6）,2001.