詮釋變風系統的VAV末端

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摘要：與工業發達國家相比，在變風量空調的領域，我國已經落后許多年，隨著空調事業的發展，近年來，變風量空調系統的研究，vav系統開發和應用，已經提到議事日程。相信在不久的將來，VAV末端機組將在我國空調領域中得到廣泛的應用。

關鍵詞：VAV末端變風量冷熱負荷末端選型

1、VAV末端的工作原理

向房間送入室內的冷量按下式確定：

Q=C.ρ。L（tn-ts）（1）

式中C—空氣的比熱容，KJ/（Kg.°c）；ρ—空氣密度，Kg/m3；L—送風量，m3/S；

tn—室內溫度，°c；ts—送風溫度，°c；Q—吸收（或放入）室內的熱量，KW.

如果把送風溫度設為常數，改變送風量L，也可得到不同的Q值，以維持室溫不變。

空調系統的VAV末端按變風量的工作原理設計，當空調送風量原理設計，當空調送風通過VAV末端時，借助于房間溫控器，控制末端進風口多葉調節風閥的開閉，以不改變送風溫度而改變送風量的方法，來適應空調負荷的變化，送風量隨著空調負荷的減少而相應減少而相應減少，這樣可減少風機和制冷機的動力負荷。

當系統送風量達到最小設定值，而仍需要下調室內空氣參數時，可直接通過加熱器再熱，或啟動一臺輔助風機，吸取吊頂中的回風，送入末端機組內，與冷氣流混合后一起通過加熱器再熱后送入房間，達到維持室內空氣參數的目的。

2、VAV末端的產品特點

2.1省能運行

VAV末端借助于進口調節閥，并聯風朵，熱水盤管，電熱盤管、電熱盤管、風速測量裝置、房間恒溫器，氣動或電動控制元件，能使空調系統達到省能運行。

部分負荷時，能避免在定風量系統中，再熱器的冷熱負荷抵消而造成的雙重能量消耗。如考慮到系統設備的同時使用系統，能使VAV末端系統總風量減少，節省大量風機水泵的電能。

2.2組合靈活

VAV末端結構緊湊，機組組合靈活。

按設備的使用功能分，機組有單風道、雙風道、熱水再熱、電熱再熱，并聯風機驅動等不同的末端組合。近空調機需要，機組還可配備靜壓箱和消聲箱和消聲器。按設備的控制功能分，機組有氣功、電動（模擬/數字）、壓力相關型和壓力無關型等不同組合。

2.3靜音設計

箱體設計成內壁貼有帶保溫的消聲材料的消聲器。箱內通常不設風機，并聯風機動力小，噪聲低。末端的送風動力主要來自于系統的可變風量主風機，這樣，能使風機靜音運轉。

在部分負荷時，VAV末端的噪聲通常比同風量的風機盤管加新風系統低，特別適用于圖書館、演播室、影劇院等場合。

2.4控制先進

機組進氣口設有電子風速傳感器，可以根據房間的溫度要求，通過壓力無關型氣動/電動（模擬/數字）控制器調節送風量，溫度控制品質好。

2.5安裝方便

與同風量的風柜相比，VAV末端機組結構緊湊，機組高度小于500MM，有效地增加了機組的安裝空間，減少了層高對機組安裝的影響。由于冷凍/冷凝水管不進入天花板上部，沒有風機盤管的凝水盤，不存在冷凝滴水污損天花板現象。設置在機組側面或底部的維修孔，使機組的安裝、維護和保養更為方便，有效地減少機組的安裝和維修成本。

3、VAV末端的基本組合

3.1單風道變風量末端

這是最簡單的變風是末端，僅有一條送風道通過末端設備和送風口向室內送風。根據空調負荷的減少而相應減少，這樣可實現對室溫，室內最大，最小風量的有效控制，減少風機和制冷機的動力負荷。

這種組合只能對各房間同時加熱工冷卻，無法實現在同一時期內，對有的房間加熱，有的房間冷卻。當顯熱負荷減少時，室內相對濕度也不易控制。因此，僅適用于室內負荷比較穩定。室內相對濕度無嚴格要求的場合。

3.2雙風道變風量末端

機組具有冷熱兩個風道，當房間的送風量隨著冷負荷的減少而達到最小風量時，開啟熱風閥，向房間補充熱量，使系統的負荷得到有效的調節。

這種組合，對房間的負荷適應性強，能滿足有的房間加熱，有的房間冷卻的要求。由于負荷得到補償，最小風量得到控制，室內的相對濕度可保持在較好的水平上，但系統需增加一條風道，設備費和運行費將有所提高。

3.3熱水再熱單風道變風量末端

在單風道變風量末端機組上，串聯一熱水再熱盤管即成。當系統風量達到最小設定值，而仍需要下調室內的空氣參數時，一次風可通過熱水加熱器再熱、送入房間，達到維持室內空氣參數的目的。

這種末端對房間的調節，基本與雙管末端類似，但系統需敷設熱水管，設備費和運行費也有氣提高。

3.4電熱再熱單風道變風量末端

由單風道變風量末端串聯一電熱盤管組合而成，其加熱工作原理與串聯熱水盤管相同。

3.5并聯風機驅動的單風道變風量末端

由單風道變風量末端并聯一離心風機組合而成，當系統送風量達到最小設定值，而仍需要下調室內的空氣參數時，啟動一并聯風機，吸取吊頂中的回風，送入機組內，與冷氣流混合后送入房間。一次風與回風的混合，可有效地節省能量，并使系統具有較好的氣流分布。

3.6并聯風機驅動熱水再熱的單風道變風量末端

在并聯風機驅動的單風道變風量末端上，串聯一熱水再熱盤管組合而成。當系統送風量達到最小設定值，而仍需要下調室內的空氣參數時，啟動一并聯風機，吸取吊頂中的回風，送入機組內，與冷氣混合后通過回熱器再熱，送入房間。

3.7并聯風機驅動電熱再熱的單風道變風量末端

在并聯風機驅動的單風道變風量末端上，串聯一電熱盤管組合而成。其工作原理與3.6節同。

4、VAV末端的部件結構

4.1箱體采用薄形設計，由鍍鋅板外殼制成，內襯厚度為25-50mm，密度為40kg/m3的玻璃纖維，表面貼有穿孔鋁箔，用保溫釘固定在面板上的內表面上，具有防火，隔熱、隔聲和防腐的能力。機殼內的最大風速可達到20m/S.

一次風高壓側管采用圓管或橢圓管，低壓側風管采用滑動法蘭連接。機組下側或兩側，設有通道門，在不影響機組管道連接的情況下，能方便地對風機和電機進行維護保養。

4.2調節風門

由4-6片對開式葉片組成的節流基本功調節風門，具有良好的密封和氣流設計。當進口壓力為750Pa時，風門的最大泄漏量為額定風量的2%.

在風門葉片伸出軸上設有無需保養的長壽命尼龍自潤滑軸承，與執行器連接后，風門能按房間的溫度要求，通過溫控器控制進氣口的一次風量。

一次風的風量采用壓力無關型控制器，控制器可在工廠設定。控制區間為100%-10%，控制誤差為±5%-±10%，控制精度主要依賴于控制器的型式。

4.3風速傳感器

在機組進口調節風門前設平均風速傳感器，提供正比于流量的壓差信號，通過壓差信號利用圖表可直接讀得機組一次風的風量，并實現對風門的控制。

最小的一次風壓差信號，利用圖表可直接讀得機組一次風的風量，并實現對風門的控制。

最小的一次風壓差信號為25Pa，在典型的一次風流量區間，由平均風速傳感器測得的壓差，在校正圖中的誤差為±3%.

4.4熱水盤管

熱水盤管具有鍍鋅鋼板殼，銅管套鋁片結構，機械漲管。銅管內徑為??9.5-12.7mm，鋁片片距為1.80-2.54mm，排數為1-4排，每排設一回路，其熱量區間為2-18KW.

熱水盤客設有放水和放氣孔并有左右方向之分，盤管的泄漏壓力為180Pa.需要時還可設置電動控制閥，調節水量。

4.5電熱盤管

電熱盤管設置在由鍍鋅鋼板組成框架的臥式機組內，安裝在VAV末端機組的出口。通常按加熱量、電氣特性和控制級數進行設計。由80/20鎳鉻絲制成的電熱盤管放在充滿二氧化鎂的不銹鋼管內，由固定的陶瓷軸套支撐。

4.6并聯風機

并聯風機具有前向多翼離心葉輪，雙吸結構，鍍鋅板外殼，電動機直接驅動，通常安裝在VAV末端機組的出口，有吸入和壓出兩種不同的安裝形式。為了防止停機時的回流，在風機的出口處設在回流風門。

風機電機是一種節能型的單相電容電機，帶有自動復位的過載保護，適于調速器（SCR）的調速運行，提供風機風量的無級調速。風機的設計風量可由速度控制器在現場設定。風機電機級與系統匹配，保證從最小電壓時穩定運轉。

電機風扇部件維修時可直接從機組側面拆下，而不需將風扇與電機分離，電機安裝在進口環上，進口環具有扭曲的機架，機架上設有帶含油軸承的橡膠軸套。

4.7控制器

機組具有壓力無關型氣動，電子和通訊控制。在1.5KPa進口壓力下，風量調節的精度為機組額定流量的±5%.無論在工廠或現場，控制器均能按照房間恒溫器的要求，在最大和最小（進口管道流速>1.8M/S時）設定點之間調節。通常把帶有恒溫器的電子控制機組定為標準機組。

在臥式機組的進口截面設線性流量探針。當在現場按提供的流量壓力圖表檢驗流量時，傳感器將提供放大3倍于動壓的壓差信號。在管道流速為1.8-13m/s區間內，其精度可達±10%.

5、VAV末端選型程度

根據所提供的控制區大小，冷/熱負荷，送風溫度和房間的設計溫度等參數，按下述程度選擇VAV末端。

5.1確定房間的送風量

根據房間的冷/熱負荷、設定溫度和所要求的送風溫度，計算房間的送風量，應注意，不同的冷熱負荷具有不同的送風量。

5.2確定機組型號

選擇機組型號，使其風量大于等于房間所需的送風量。其中應使一次風的風量滿足冷負荷的要求，并聯風機的風量應滿足熱負荷的要求，如系統沒有并聯風機，機組按冷工況50%的送風量送風，可按如下方法計算再熱盤管（電熱或熱水）所需加熱量。

5.2.1按冷工況50%的送風量和要求的熱負荷計算空氣的溫升。

5.2.2按房間的設定溫度計算盤管的出風溫度。

5.2.3按房間的送風溫度計算機組所需的加熱量。

5.3確定再熱盤管（電熱或熱水）

5.3.1確定電熱盤管

把所需的熱負荷換算成KW數。按電熱盤管資料，選定其負荷大于等于所換算的KW數，并確定電熱盤管所需的電壓相數和級數，應注意，電熱盤管每kw需要的最小風量為170m3/h.

5.3.2確定熱水盤管

按不同的進水和進風溫度，對熱負荷進行修正。按修正后的熱量值，選擇在額定風量下盤管的排數。水量和靜壓降，并使盤管的熱量大于等于修正值。

熱水盤管也有一個最小風量值，可按機組最大的風量的20%選取。

5.4估算機外靜壓

按下游側管網的不同情況，估算組成末端的低速空氣分布系統所需的機外靜壓值，其中包括電熱盤管、熱水盤管、消聲器、擴散器和管網等下游部件的阻力損耗值。并聯風機必須滿足在額定機外靜壓下的設計風量值。風量可用下述方法進行調整。

5.4.1借助速度控制器（SCR）調節風機的轉速。

5.4.2調節一次風進口靜壓，為一次風管網所需靜壓與一次風風門所需最小靜壓之各，機組的設計必須滿足額客風量下的進口靜壓要求。

機組的最大進口靜壓通常設定為500-750Pa.

6、VAV末端使用方法

6.1風量區間

6.1.1VAV末端的風量

通常VAV末端的風量小于等于6800M3/H，由設置在機組進口的線性平均流速傳感器，借助于壓力無關型控制器，按控制信號調節。風量區間由控制器的靈敏度，進口管條件和所選機組的大小限定。

為了防止不穩定的控制方法，進口管道的最小流速應大于1.8m/s，如果小于此值，壓力信號不小于2.5Pa，大多數控制系統將不能進行可靠的分辨。

為減少管道的壓力阻損和機組的噪聲，送風管道的流速高深莫測小于12.8m/s.機組進口的最大流速可達到15.3m/s，這時送風管道的壓損將明顯增加，機組的噪聲也加大。

6.1.2并聯風機的風量

并聯風機的風量，通常由速度控制器（SCR）設定，最大的風量，由風機、電機和下游側的壓力決定，最小的風量由SCR在工廠設定，風量過低，會使電機轉速過低，導致電機過熱和軸承過度磨損。

6.1.3系統的總風量

系統的總風量的控制，是通過調節風機的轉速或風機進口導葉，保證風道上的某一點的靜壓恒定來實現的。

系統最大風量的設定，取決于房間朝向，建筑規模、房間性質和使用情況，由設計者作充分調查后決定，考慮到各末端負荷控制的不同時性，系統主風機的標準運轉點，通常處在最大負荷的60%-80%，風量過度會使系統靜壓設定值偏高，影響系統的節能和噪聲。

系統最小風量的設定，應滿足控制室風的相對濕度，最上新風和氣流組織的要求，有時也可按房間最大的風量的越不顯著，相反，易引起風機運行的不穩定。

6.2噪聲

機組噪聲主要由管道和靜壓引起，而流速也是產生噪聲的一個因素。減少送入機組分支風管的壓力，會使機組噪聲顯著減少。在某種情況下，當風機的噪聲成為主要矛盾時，減少風機的風量，使其在低于100%風量下運行，能得到較低的聲壓級。

6.2.1出口器械聲/輻射噪聲

在機組的下游設置管道，對降低機組出口噪聲是非常有效的，如果在末端機組與房間擴散器之間的管道不設消聲襯里，整個系統可能噪聲很大，通常，減小進口壓降是具有益的，但有時減小進口壓降會增加噪聲，噪聲會通過管道傳入房間。

由機組的金屬板和誘導口發出的噪聲，通過吊頂元件如燈具和回風口等，傳入房間，在單管系統中，輻射噪聲通常不成問題。但設置的撓性管會產生附加的輻射噪聲，從空間傳入壓力通風房間，增加了輻射噪聲強度，因此，如有可能，風機末端應設置在遠離回風口和噪聲敏感的空間。

VAV末端的送風管，如能分成多支，便可有效地降低噪聲，劃分的每個支風管可降低A聲級噪聲3dB，但必須注意，分布管的風量不可直接送到同一個房間，為減少噪聲在空中相互迭加，多分支風管的出口和T形管的位置，應至少遠離風機末端1.8m.

6.2.2擴散器/撓性管

與擴散器連接的撓性管，通常能降低出口噪聲級，即使在撓性管斷裂時也不例外。但在機組入口處設置撓性管，機組的噪聲級將會提高。

如果擴散器與末端具有相同的聲級，出口噪聲應是兩者的合成。在一般情況下，兩個相同的聲功率級的迭加，噪聲級應增加3dB.但在許多情況下，擴散器發出的噪聲頻率比末端高，兩者的合成不會引起房間NC級的提高。

6.2.3電熱盤管和熱水盤管對機組的聲功率級，無論是出口噪聲還是輻射噪聲，都有一定的影響，把盤管設置在機組出口，通常存有壓降，如果包括盤管在內的下游側壓降很小（小于76Pa），計算機組出口噪聲時，仍可用原來的進口管道靜壓查聲級表。但如果在機組出口存有較大的壓降，且這一壓降小于管道進口靜壓時，應將機組進口的管道靜壓減去機組出口壓降，用其差值查聲級表，所計算的噪聲值將有所降低。盤管對輻射噪聲的影響。通常不作考慮。

6.3系統壓力

管道壓力控制是保證噪聲，較精確的流量調節和節能的最有效方法。使用不同的風機調節和節能的最有效方法。使用不同的風機調節技術，能保證一次風系統最佳的效率和運行。為了防止壓力無關型控制器和風機系統之間的系統振蕩，風機調節系統的響應時間應可調整。

要重視系統靜壓設定值的計算。如果設定值偏高，會使末端閥門處于一個開度較小的位置，導致末端噪聲明顯增大，影響系統節能。

傳感器的設定位置是非常關鍵的，需考慮在滿負荷和部分負荷時，風機的節能，系統的穩定性和每臺VAV末端前有足夠的靜壓，如果傳感器設置在緊靠主風機的下游，主風機出口的靜壓。如果傳感器設置在緊靠主風機的下游，主風機的出口的靜壓將基本保持定值，不隨風量改變，但如把傳感器設在保持一固定靜壓的下游某一點，主風機的靜壓將隨著風量的減少而明顯降低。設計風量下，傳感器靜壓的下游某一點，主風機的靜壓將隨著風量的減少而明顯降低。

設計風量下，傳感器靜壓控制點最好設置在離主風機出口處2/3處，或距系統末端1/3處的送風管段上，在多區系統中，傳感器應設置在各區中的VAV末端前的最小靜壓處，這對提高VAV末端的運行性能，減少喘振是十分有利的。

最小壓力需求對并聯風機機級組和單管道機組是相似的，如果風機和一次風同時使用，最小壓力需求將增加，其值正壓于出口管道的風機誘導壓。

并聯風機的運行將會影響進口壓，應把風機的壓力與下游側壓力相加。當并聯風機運行時，機組最小應有50Pa的壓力。

6.4加熱選擇

VAV末端有許多加熱方式，其中最主要的是電加熱和熱水加熱。選擇加熱方式時，要注意在安裝加熱器后，其頂棚的氣流分布必須保證居住都舒適。為了避免氣流的分層現象，美國ASHRAE手冊推薦，機組的出風溫度與房間溫度之差應小于8.4°C.這意味著選擇加熱方式時應注意其加熱量的輸出在全負荷時，是否會使加熱量的輸出在全負荷時，是否會使加熱溫差超出這一推薦值。

7、VAV末端發展前景

30年代前，美國空調界認識到，與傳統的定風量系統相比，變風量冷卻和加熱系統提供了許多優點，VAV空調系統不僅導致了空調房間的舒適，低噪聲，機組保養的方便，而且增加了有效空間，降低了建筑的空調成本，使初投資明顯減少。

VAV末端在大區間空調系統中的適應性，操作性和經濟性，使其在當今美國、日本和歐洲工業發達國家中，日益得到普及和應用。不再設置風機盤管，新風由送風道直接送入空調區域，通過VAV末端，實施對空調房間的有效控制。

與工業發達國家相比，在變風量空調的領域，我國已經落后許多年，隨著空調事業的發展，近年來，變風量空調系統的研究，VAV系統開發和應用，已經提到議事日程。相信在不久的將來，VAV末端機組將在我國空調領域中得到廣泛的應用。