變風(fēng)量系統(tǒng)的概念

變風(fēng)量系統(tǒng)的概念、分類及應(yīng)用摘要：變風(fēng)量系統(tǒng)是通過改變送風(fēng)量而不是送風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)和控制某一空調(diào)區(qū)域溫度的一種空調(diào)系統(tǒng)。合適采用于負(fù)荷變化較大的建筑物，如辦公大樓，多區(qū)域控制的建筑物及及公用回風(fēng)通道的建筑物。關(guān)鍵字：變風(fēng)量周邊系統(tǒng)變風(fēng)量系統(tǒng)是通過改變送風(fēng)量而不是送風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)和控制某一空調(diào)區(qū)域溫度的一種空調(diào)系統(tǒng)。1變風(fēng)量系統(tǒng)的概念按處理空調(diào)負(fù)荷所采用的輸送介質(zhì)的不同分類，變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)是屬于全空氣式的一種空調(diào)方式，該系統(tǒng)是通過變風(fēng)量閥調(diào)節(jié)送入房間的一次風(fēng)量，并相應(yīng)調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)（AHU）的處理風(fēng)量來控制某一空調(diào)區(qū)域溫度的一種空調(diào)系統(tǒng)，有以下幾個(gè)方面值得注意：變風(fēng)量系統(tǒng)改變的是進(jìn)入房間的一次風(fēng)量。有的變風(fēng)量量箱（VAVbox）則是保持送風(fēng)量不變而通過變風(fēng)量閥改變一次風(fēng)量與回風(fēng)的混合比例。區(qū)域溫度的控制由變風(fēng)量箱（VAV

box）來實(shí)現(xiàn)。即通過氣動(dòng)或電動(dòng)或DDC（直接數(shù)字控制）來控制變風(fēng)量閥的開度，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，或通過調(diào)節(jié)變風(fēng)量閥的開度，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，或通過調(diào)節(jié)變風(fēng)量箱中的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成來調(diào)節(jié)送風(fēng)量或調(diào)節(jié)旁通風(fēng)閥來實(shí)現(xiàn)的?？照{(diào)機(jī)組（AHU）的送風(fēng)量應(yīng)根據(jù)送風(fēng)管內(nèi)的靜壓值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，與變風(fēng)量箱減少或者增加送風(fēng)量以控制房間溫度時(shí)相呼應(yīng)，一般地，空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的性能曲線應(yīng)相當(dāng)平緩，從而使得風(fēng)量的減少不至于使送風(fēng)靜壓過快升高。2全空氣系統(tǒng)分類表1全空氣系統(tǒng)分類全空氣式系統(tǒng)單風(fēng)道雙風(fēng)道多區(qū)域定風(fēng)量變風(fēng)量變風(fēng)量變風(fēng)量定風(fēng)量變風(fēng)量多層式單風(fēng)道定風(fēng)量系系統(tǒng)單風(fēng)道變風(fēng)量系系統(tǒng)雙風(fēng)道定風(fēng)量風(fēng)風(fēng)系統(tǒng)雙風(fēng)道變風(fēng)量系系統(tǒng)多區(qū)域定風(fēng)量系系統(tǒng)多區(qū)域變風(fēng)量系系統(tǒng)多區(qū)域多層式系系統(tǒng)單區(qū)域多區(qū)域旁通式再熱誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)動(dòng)力雙導(dǎo)管可變散流器變風(fēng)量系統(tǒng)可基本分為單風(fēng)道，雙風(fēng)道和多區(qū)域系統(tǒng)三種，項(xiàng)其中單風(fēng)道和雙區(qū)域系統(tǒng)三種，而其中單風(fēng)道系統(tǒng)又可分為再熱、誘導(dǎo)、風(fēng)機(jī)動(dòng)力、雙導(dǎo)管和可變散流器等到幾種調(diào)節(jié)形式。如果建筑物分成周邊區(qū)和內(nèi)部區(qū)（例如大的辦公樓），則變風(fēng)量系統(tǒng)可按周區(qū)供暖方式和變風(fēng)量箱結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行分類。2.1

按照周邊區(qū)供暖方式的分類（內(nèi)部區(qū)域單冷）按周邊區(qū)供暖方式，變風(fēng)量系統(tǒng)可以分為如下幾類：（1）內(nèi)部區(qū)域單冷系統(tǒng)指在空調(diào)內(nèi)區(qū)采用的變風(fēng)量空調(diào)形式，一般地不帶供熱功能，下面幾種形式均是以采用內(nèi)部區(qū)域單冷為前提的。（2）散熱器周邊系統(tǒng)散熱器設(shè)置在周邊地板上，一般采用熱水可電熱散熱器，具有防止氣流下降，運(yùn)行成本低，控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，但需要精確計(jì)算冷卻和加熱負(fù)荷，以避免冷熱同時(shí)作用。在國處一些豪華考究的設(shè)計(jì)中，采用頂棚輻射散熱器提供更舒適的空調(diào)環(huán)境。（3）風(fēng)機(jī)盤管周邊系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管可以是四管式，也可采用冷熱切換二管式，或單供熱二管制，風(fēng)機(jī)盤管采用暗裝時(shí)不占用地板面積，同樣具有運(yùn)行成本低，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，夏季由于吊頂內(nèi)仍保留冷水管及滴水盤，因此，對天花仍有水患可能。（4）變風(fēng)量再熱周邊系統(tǒng)在變風(fēng)量末端裝置中加再熱盤管，一般采用熱水，蒸汽或電加熱盤管，該系統(tǒng)比雙風(fēng)管系統(tǒng)初投資低，比定風(fēng)量再熱系統(tǒng)節(jié)約能源，盡管同樣不占用地板面積，但控制程序。（5）變溫度定風(fēng)量周邊系統(tǒng)該系統(tǒng)的特點(diǎn)是送風(fēng)量恒定，通過改變一次風(fēng)與回風(fēng)的混合比例來調(diào)節(jié)房間溫度?；仫L(fēng)部分可全部吸收燈光熱量，因而節(jié)能，初投資較雙風(fēng)管系統(tǒng)低，控制也較復(fù)雜。（6）雙風(fēng)管變風(fēng)量周邊系統(tǒng)當(dāng)采用兩個(gè)風(fēng)機(jī)時(shí)，可利用燈光熱，在所有時(shí)間內(nèi)，由于冷卻和加熱的交替功能，可以獲得較小的送風(fēng)量，但初投資較高，控制較復(fù)雜。（7）轉(zhuǎn)換變風(fēng)量系統(tǒng)加熱和冷卻均由一套風(fēng)管系統(tǒng)通過冬夏轉(zhuǎn)換承擔(dān)，其缺點(diǎn)是溫度控制不靈活，當(dāng)建筑物有若干個(gè)區(qū)時(shí)，不能由一套系統(tǒng)來控制，例如不能同時(shí)滿足一個(gè)區(qū)域需要加熱而另一個(gè)區(qū)域需要供冷的要求，這時(shí)就需要若干個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。以上7種系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般應(yīng)綜合建筑功能，初投資、地域特征，室內(nèi)裝潢等多方面進(jìn)行考慮選用。一般地說，對于周邊熱損失較大的情況，即每米長外墻熱損失`超過450W。應(yīng)考慮將加熱器設(shè)置在窗臺(tái)下或外墻底部，以免氣流下沉，這時(shí)可以采用吊頂暗裝式送風(fēng)，送風(fēng)直接吹向外墻和窗戶，這時(shí)可以考慮選擇散熱器周邊系統(tǒng)或落地式風(fēng)機(jī)盤管周邊系統(tǒng)。對于周邊熱損失中等的情況，即每米長外墻熱損失250-450W，可以采用吊頂暗裝式送風(fēng)，送風(fēng)直接向外墻和窗戶，這時(shí)可以選擇暗裝式風(fēng)機(jī)盤管周邊系統(tǒng)；也可以上述4-7各種系統(tǒng)，但條縫型散流器宜設(shè)計(jì)成單向的。對于周邊熱損失小的情況，即每米長外墻熱損失少于250W，可以采用上述4-7各個(gè)系統(tǒng)，這時(shí)條縫型散流器宜布置在房間中間，且兩向送風(fēng)。2.2按變風(fēng)量箱的結(jié)構(gòu)分類按調(diào)節(jié)原理分，變風(fēng)量箱可以分成四種基本類型，即節(jié)流型，風(fēng)機(jī)動(dòng)力型（FanPow-ered），雙風(fēng)道型和旁通型四種。（1）節(jié)流型節(jié)流型變風(fēng)量箱是最基本的變風(fēng)量箱，其它三種類型，如風(fēng)機(jī)動(dòng)力型，雙風(fēng)道型，旁通型等都是在節(jié)流型的基礎(chǔ)上變化發(fā)展起來的。所有變風(fēng)量箱的“心臟”就是一個(gè)節(jié)流閥，加上對該閥的控制和調(diào)節(jié)元件以及必要的面板框架就構(gòu)成了一個(gè)節(jié)流型變風(fēng)量箱。一般，節(jié)流閥有三種基本類型，即百葉型、文丘里型和氣囊型、百葉型的調(diào)節(jié)原理和百葉風(fēng)閥的調(diào)節(jié)原理一樣，在小風(fēng)量的情況下，一般做成單葉風(fēng)閥，通過調(diào)節(jié)風(fēng)閥的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，如約克產(chǎn)品；文丘里型的調(diào)節(jié)原理是在一個(gè)文丘里式的套管內(nèi)裝上一個(gè)可以沿軸線方向滑動(dòng)的閥蕊，通過其位移改變氣流通過的截面積來調(diào)節(jié)風(fēng)量，如特靈產(chǎn)品；氣囊型的調(diào)節(jié)原理是通過靜壓調(diào)節(jié)氣囊的膨脹程度達(dá)至調(diào)節(jié)器風(fēng)量的目的，如開利產(chǎn)品。（2）風(fēng)機(jī)動(dòng)力型（FanPowered）風(fēng)機(jī)動(dòng)力型是目前在北美等地被廣泛推崇的變風(fēng)量箱?？赡苁怯捎谒某霈F(xiàn)在自控水平的提高，使人們改變了六、七十年代對空調(diào)變風(fēng)量系統(tǒng)的偏見。風(fēng)機(jī)動(dòng)機(jī)型是在節(jié)流型變風(fēng)量箱中內(nèi)置加壓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)物。根據(jù)加壓風(fēng)機(jī)與變風(fēng)量閥的排列方式又分為串聯(lián)風(fēng)機(jī)型（SerisFanTermimals)和并聯(lián)風(fēng)機(jī)型（Parallelfanterminals)兩種產(chǎn)品。所謂串聯(lián)風(fēng)機(jī)型是指風(fēng)機(jī)和變風(fēng)量串聯(lián)內(nèi)置，一次風(fēng)既通過變風(fēng)量閥，又通過風(fēng)機(jī)加壓；所謂并聯(lián)風(fēng)機(jī)只通過變風(fēng)量閥，而不需通過風(fēng)機(jī)加壓，根據(jù)美國TI-TUS公司提供的資料，串聯(lián)風(fēng)機(jī)型和并聯(lián)風(fēng)機(jī)型的比較如表2所列。表2串聯(lián)風(fēng)機(jī)型和并聯(lián)風(fēng)機(jī)型比較表類型并聯(lián)風(fēng)機(jī)型串聯(lián)風(fēng)機(jī)型特征風(fēng)機(jī)運(yùn)行在低供冷負(fù)荷，供供暖負(fù)荷和和夜間循環(huán)環(huán)時(shí)，間歇歇運(yùn)行。在所有時(shí)間內(nèi)連連續(xù)運(yùn)行。送風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)1在中到高供冷負(fù)負(fù)荷時(shí)，變變風(fēng)量運(yùn)行行。（2）在供暖暖與供冷負(fù)負(fù)荷時(shí)，定定風(fēng)量運(yùn)行行。在供暖與供冷負(fù)負(fù)荷時(shí)，定定風(fēng)量運(yùn)行行。送風(fēng)溫度（1）在中到高供冷冷負(fù)荷時(shí)，送送風(fēng)溫度恒恒定。（2）在供供供暖與供負(fù)負(fù)荷時(shí)，定定風(fēng)量運(yùn)行行。在所有有時(shí)間內(nèi)送送風(fēng)溫度可可變。在所有時(shí)間內(nèi)送送風(fēng)溫度可可變。風(fēng)機(jī)大小按供熱負(fù)荷（通通常60%供冷負(fù)荷荷）設(shè)計(jì)。按供冷負(fù)荷（通通常100%供冷負(fù)荷荷）設(shè)計(jì)。一次風(fēng)最小送風(fēng)風(fēng)靜壓較高，需克服節(jié)節(jié)流閥，下下游風(fēng)管和和散流器阻阻力。較低，只需克服服節(jié)流閥阻阻力風(fēng)機(jī)控制不需與AHU風(fēng)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖必需與AHU風(fēng)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖以以防增壓AHU風(fēng)機(jī)需較大功率克服服節(jié)流閥，上上下游風(fēng)管管和散流器器阻力。只需克服上游風(fēng)風(fēng)管和節(jié)流流閥阻力噪間風(fēng)機(jī)間歇運(yùn)行，啟啟動(dòng)噪間大大，平穩(wěn)運(yùn)運(yùn)行噪間低低。風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，噪噪間平穩(wěn)，但但比并聯(lián)風(fēng)風(fēng)機(jī)型平穩(wěn)穩(wěn)運(yùn)行噪間間稍商。風(fēng)機(jī)能耗風(fēng)機(jī)間歇運(yùn)行，且且設(shè)計(jì)風(fēng)量量小能耗較較低。風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，且且設(shè)計(jì)風(fēng)量量大能耗較較高。除以上比較外，還有以下幾個(gè)方面問題必需指出：串聯(lián)風(fēng)機(jī)型變風(fēng)量系統(tǒng)一般較適合用于一次風(fēng)低溫送風(fēng)的系統(tǒng)中，如空調(diào)水系統(tǒng)大溫差設(shè)計(jì)（供回水溫度大于5°C）的系統(tǒng)和有冰蓄冷的系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)是可以減小末端設(shè)和風(fēng)管的尺寸及節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗。串聯(lián)風(fēng)機(jī)型和并聯(lián)風(fēng)機(jī)型可以同時(shí)使用，對于象休息室，大廳、咖啡室等需要維持一定送風(fēng)量的地方是可以考慮的。雙風(fēng)道型：一般由冷熱兩個(gè)變風(fēng)量箱組合而成，因有冷、熱抵消，且初投資昂貴和控制較復(fù)雜而較少得到使用。旁通型：這是利用旁通風(fēng)閥來改變送風(fēng)量的系統(tǒng)，由于其并不具備變風(fēng)量系統(tǒng)的全部優(yōu)點(diǎn)，因而在有些論文中稱其為“準(zhǔn)”變風(fēng)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是投資較低，不能減小風(fēng)機(jī)能耗，所以目前使用也不多。以上4種系統(tǒng)目前設(shè)計(jì)使用較多的是風(fēng)機(jī)動(dòng)力型和節(jié)流型，串聯(lián)風(fēng)機(jī)型加上空調(diào)水系統(tǒng)大溫差設(shè)計(jì)成為北美設(shè)計(jì)的特色。變風(fēng)量箱和周邊供暖方式的組合：變風(fēng)量系統(tǒng)的三大要素是：變風(fēng)量箱；周邊供暖方式；自動(dòng)控制；這三者缺一不可相互依存，對于一個(gè)具體的變風(fēng)量系統(tǒng)而言，必然存在這三大要素不的不同組合一般由氣動(dòng)，電動(dòng)或DDC控制，其組合方式如表3所示。表3變風(fēng)量箱與周邊供暖方式的組合變風(fēng)量箱關(guān)斷式風(fēng)機(jī)動(dòng)力型雙風(fēng)道型旁通型供熱方式并聯(lián)風(fēng)機(jī)型串聯(lián)風(fēng)型機(jī)內(nèi)部區(qū)域單冷00不帶盤管0不帶盤管X0散熱器周邊00不帶盤管0不帶盤管X0風(fēng)機(jī)盤管周邊00不帶盤管0不帶盤管X0變風(fēng)量再熱周邊邊0不帶盤管0不帶盤管0不帶盤管XX變溫度定風(fēng)量再再熱周邊XX0不帶盤管XX雙風(fēng)管變風(fēng)量周周邊0XXXX轉(zhuǎn)換變風(fēng)量周邊邊000X0注：記號(hào)“0”表示變風(fēng)量箱與周邊供暖方式的組合存在；“x"表示組合不存在；以一種組合的存在表示相應(yīng)地有一種變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的存在，從上表看出，一共有21種不同的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)?！氨P管”的概念包括熱水盤管，蒸汽盤管，電加熱器。浦東發(fā)展銀行大廈的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)全稱應(yīng)為：串聯(lián)風(fēng)機(jī)型變溫度定風(fēng)量再熱周邊（內(nèi)部區(qū)域單冷）變風(fēng)量系統(tǒng)。上海久事大廈的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)全稱應(yīng)為：關(guān)斷型風(fēng)機(jī)盤管周邊變風(fēng)量系統(tǒng)。3、變風(fēng)量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍一般來說，有些建筑物采用變風(fēng)量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是合適的，這些建筑物是：負(fù)荷變化較大的建筑物，如辦公大樓，多區(qū)域控制的建筑物及及公用回風(fēng)通道的建筑物。（1）負(fù)荷變化較大的建筑物由于變風(fēng)量可以減少送風(fēng)機(jī)和供暖的能量（因?yàn)榭衫脽艄饧叭藛T等熱量），故負(fù)荷變化較大的建筑物可以采用變風(fēng)量系統(tǒng)。若建筑物的玻璃窗面積比例小，外墻傳熱系數(shù)小，室外氣候?qū)κ覂?nèi)影響較小，則不適合采用變風(fēng)量系統(tǒng)，因?yàn)椴糠重?fù)荷時(shí)節(jié)能量較小。例如辦公大樓，一旦建筑物內(nèi)有人員聚集和燈光關(guān)閉開啟，負(fù)荷就接近尖峰；人員離開和燈光關(guān)閉負(fù)荷就變小，因此負(fù)荷變化較大。再如圖書館或公共建筑，具有較大面積的玻璃窗和變化較大的負(fù)荷的時(shí)間比較長。（2）多區(qū)域控制的建筑物多區(qū)域控制的建筑物適合采用變風(fēng)量系統(tǒng)，因此