智能楼宇VAV变风量空调系统设计与应用——关于横琴岛澳门大学科研基地VAV变风量控制系统建设实例

罗利平

广东省工业设备安装有限公司510220

摘要：本文结合澳门大学横琴岛新校区科研基地VAV空调建设实例，从系统应用地点、设计思路、控制策略、系统施工等环节逐层讨论了如何建设一个有效、舒适的VAV空调系统环境。

关键字：VAV空调系统；空调机组；VAV控制策略

1前言

近年来，我国的智能建筑发展迅猛，但随之而来的能源消耗问题已经开始引起关注。空调系统作为建筑能耗消耗的一大系统，在全球环境污染和能源危机的环境下，如何实现空调的节能，降低污染，保护环境，已成为人类共同思考的问题。而此时VAV空调系统以其可变、可控、灵活性高、从而最大程度降低能耗的优势逐步代替传统普通管道空调，成为高端写字楼、医院、学校实验室等高端场所空调系统的主流应用。

VAV是VariableAirVolume的简称，在空气调节系统，为了应对末端负荷的变化，在输冷/热介质流量不变的情况下，通过改变风量来调整需要冷/热量的输送以满足变化的需求。

本文结合澳门大学横琴岛新校区科研基地VAV空调建设实例，从系统应用地点、设计思路、控制策略、系统施工等环节逐层讨论了如何建设一个有效、舒适的VAV空调系统环境。

2系统应用地点

横琴岛澳门大学采用VAV变风量空调系统的区域包括位于科研基地的开放实验室大楼、中医药科研大楼、能源环境与电子信息大楼以及生命科学与健康学院的相关实验室。其中科研实验室对环境的温度、湿度、气压控制精度要求极高。

科研基地内的VAV风口共706个，生命科学与健康学院的VAV风口共18个，位于1、2、3楼的植物分子和细胞生物学实验室、环境科学实验室、解剖、生理和病理实验室、药理学实验室、临床微生物学实验室、解剖及细胞病理学实验室内。

3系统结构

大楼每层设立1套独立VAV空调系统，每层设置一台四管制或八管制组合式热回收空调机（变频空调），每个独立实验室设置单独的VAVBOX以及温控器。温控器采用总线型，总线末端接入BAS系统DDC控制器。部分低层干型实验室采用风机盘管系统，高层区为湿型实验室层，空调系统采用VAV/CAV设计。送风主管道设在走廊吊顶内，回风利用吊顶作为回风道，VAV箱为串联风机动力型（风压可提高30～50Pa），采用一体化VAV箱控制器。

4系统设备

1）空调机组

空调机组的设计是建设一个成功的VAV控制系统的关键部分，空调机是集中空调系统，在运行中，使用一部分回风，为了人员卫生条件，又必须采用一定量的新风。空调机有定风量空调机和变风量空调机，有两管制空调机和四管制空调机。在最新国家标准GB50019－2003《采暖通风与空气调节设计规范》第6章《空气调节》第6.3.7条有关变风量系统的规定如下：采用变风量空气调节系统时，应符合下列要求：（1）风机采用变速调节；（2）采用保证最小新风量要求的措施；（3）当采用变风量的送风末端装置时，送风口应符合本规范有关规定。

本项目中采用组合式热回收四管制空调机，部分重点区域采用八管制空调机组。

2）VAVBOX

目前常用的单风道系统VAVBOX主要分为三种：节流式风阀型（DAMPERTYPE）、风机动力型（FANPOWEREDUNITS）、文丘里型（VENTURITYPE）。而风机动力型根据风口和风机的相对位置又可分为串联型和并联型。

风机动力型还可以进一步根据是否具有再加热功能而细分为再加热型和非再加热型。文丘里型VAVBOX由于其结构的特殊性，无需配置风量检测机构，此功能由其迎风面完成。文丘里型多数使用在医院、手术室、净化车间等特殊应用场合，其独特的结构设计使得房间内能够出现负压，起到防止污染物扩散、保护环境卫生的作用。

本项目中VAV空调使用地点全部为对温度、湿度以及风压及其严格的实验室，所以采用再加热型风机动力型变风量箱FanPoweredBox（FPB），其风机电源为单相220V/50Hz交流电源，电动机为高效率、电容式、配备过载保护和永久自润滑轴承。

3）VAVBOXDDC控制器

本项目采用Honeywell提供的机电一体化的VAV控制器W7751H，这种控制器将DDC与风门驱动器进行一体化生产，方便工程安装和维护。该VAV箱DDC控制器W7751H根据自己的专利技术双重积分限流器设计的微桥风量传感器和另一个专利技术风速回路非线性浮动算法，提供准确的实时运行风量（要求的风量），支持根据所有VAV箱的风量总和调节变风量空调机的送风量的“总风量控制”方法。

5VAV系统控制示意图

6VAV系统控制策略

目前国内针对VAV变风量控制系统采用的控制策略主要有三种：定静压法、变静压法和总风量控制法。

定静压控制：其工作原理是在系统中由于VAVBOX控制器根据室内负荷变化来调整末端出风量满足负荷要求。出风量的变化引起系统管路中静压变化，静压传感器测量静压变化并传递给风机变频器DDC，变频器DDC根据静压变化信号，去控制空调机电机转速，调整总出风量，维持送风管路系统的静压恒定。

变静压控制：其工作原理是系统在满足室内负荷变化要求的情况下，尽量使VAVBOX处于全开状态（85-100%），保持系统静压降至最底。

总风量控制：其工作原理是让VAVBOX控制器根据室内负荷变化，来调整末端出风量满足负荷要求，并将风量信号传递给变频器控制器。变频器控制器将所管辖范围内的每个末端风量搜集起来进行解偶分析计算后累加，去控制变频器，调整空调机电机转速，使送风量等于总末端风量之和。

其中第一种方法的控制最简单，运行最稳定，但节能效果不如后两种；第二种方法是最节能的办法，但需要较强的技术和控制软件的支持；第三种介于第一、第二种之间。就一般情况来说，采用第一种方法已经能够节省较多的能源。但如果为了进一步节能，在经过充分论证控制方案和技术可靠时，可采用变静压模式。

本项目采用定静压与总风量控制相结合的方法，充分发挥了Honeywell公司W7751H专用控制器（LonWorks现场总线产品）的优点，在不增加成本情况下，利用定静压控制简单可靠易于实施的优点，用两种专利技术支持的总风量方法，在定静压控制于总风量控制之间，进行转换，进一步提高了系统节能效果。

空调机组不同季节温度及新风控制策略

过渡季（室外温度较高）内区无法完全通过室外新风抵消余热时，可通过内外区室内温度比较，适当降低外区温度设定值帮助降低内区温度。但内外区温度梯度不应大于2摄氏度。

8施工中应注意的事项

1）VAV系统在二次精装时应根据业主的实际使用要求，在设置分区隔断时，要充分考虑房间结构中VAV风口的布置，以及各个VAV温控器的安装位置，不可任意延长VAV下游风道的长度。

2）系统参数核算

对划分各区域的空调负荷重新核算，对该区域的各台VAV的风量进行核算（包括最大设计风量、最小设计风量、再加热所需热量等）。按照重新计算的参数，对VAV进行重新标定（最大设计风量受VAV箱体最大风量参数限制）。

3）二次装修安装配合

预留检修口，检修口应考虑对VAV控制箱、VAV风机、再加热水阀、过滤网的清洗或更换，为满足美观需要，尽量使一个检修口多用，为保证VAV控制器不致损坏，在装修过程中（环境较脏）应避免开启VAV，同时应充分考虑隔声降噪等措施。

4）严格量化验收指标

结语

横琴岛澳门大学科研基地VAV变风量空调系统建设调试完成后，现已投入使用，运行稳定。尽管VAV系统的有点有目共睹，但阻碍其发展的问题也是确实存在的，比如系统初期投资较大，施工、管理以及调试都比较麻烦，人员协调比较复杂。同时系统设计也会由于实际施工的误差导致精度出现偏差，难以达到理想值。反复调试，消耗的人力，财力都比较大。通过该项目的建设实例分享，希望在VAV控制技术逐渐成熟的基础上，能降低VAV系统施工以及调试难度，让其在市场得到更大的普及。

参考文献：

[1]陈益武，谬小平，张虎，略论变更量空调系统，工程设计CAD与智能建筑，2001

[2]清华大学建筑节能研究中心，中国建筑节能年度发展研究报，北京：中国建筑工业出版社，2008：

[3]百度百科