1、變風量變風量系統

如下圖所示，左側風柜各2段位含排風段、送風（風機）段、混風段，變風量系統可通過控制房間上方的閥門或則電機的運行頻率來確保右下方房間內的溫度恒定。

變風量系統（Variable Air Volume System, VAV系統）本世紀60年代誕生在美國，根據室內負荷變化或室內要求參數的變化，自動調節空調系統送風量，從而使室內參數達到要求的全空氣空調系統。

由于空調系統大部分時間在部分負荷下運行，所以，風量的減少帶來了風機能耗的降低。

VAV系統追求以較少的能耗來滿足室內空氣環境的要求。VAV系統出現后并沒有得到迅速推廣，當時美國占主導地位的仍是定風量（CAV，Constant Air Volume）系統加末端再加熱和雙風道系統。西方70年代爆發的石油危機促使VAV系統在美國得到廣泛應用，并在其后20年中不斷發展，已經成為美國空調系統的主流，而中國對變風量空調技術的興趣可以追溯到上個世紀六十年代，進入21世紀以來，國內采用VAV技術的多層建筑與高層建筑已達到75%。

變風量系統特點

• 變風量系統是一種全空氣的空調方式
• 房間溫度能夠單獨控制
• 風量自動變化,系統自動平衡
• 可以沒有水系統,可以采用電加熱
• 大部分時間低于其最大風量的狀態下運行
• 對于負荷變化較大,或同時使用系數較低的場所節能效果尤其顯著
• 空氣品質好:全空氣系統送風能得到全面集中的處理(如過濾,加濕,殺菌,消聲等);且沒有冷凝水污染,抑制細菌滋生
• 溫度控制準確快速:VAV box采用DDC控制精度高
• 運行節能:風機耗電減少,冷機耗電減少,水泵耗電減少
• 沒有水管使施工方便,運行安全且無冷凝水污染
• 與送風口采用軟管連接,便于裝修時重新分隔
• 可以和多種空調系統相結合(空調箱,屋頂機,冰蓄冷系統,水源熱泵等)

2、定風量

定風量系統為空調機吹出的風量一定，以提供空調區域所需要的冷(暖)氣。

當空調區域負荷變動時，則以改變送風溫度應付室內負荷，并達到維持室內溫度于舒適區的要求。常用的中央空調系統為AHU(空調機)與冷水管系統(FCU系統)。這兩者一般均以定風量(CAV)來供應空調區，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統則以冷水閥ON/OFF控制來調節送風溫度。

定風量單冷系統

定風量單冷系統是大空間區域較為常用的空調系統，優點是便于管理，較節省管理成本及初期投資，缺點是無法較精確地控制大空間內某區域性溫度，常用在大堂，中庭等區域

定風量末端再熱系統

定風量末端再熱系統在冬季使用，優缺點與上文所述的定風量系統相類似

3、定風量與變風量的比較

如上所述，定風量通常是控制單區域的溫度為目的而設定的空調系統，總的說來定風量系統具有以下特點：

• 僅提供單區域的舒適性
• 風機耗電恒定
• 冷量不變
• 部分負荷時增加了再熱能耗（對于再熱系統而言）

相較于定風量系統，VAV變風量系統則具有以下優勢

• 風機耗電節約
• 冷量可節約
• 可提供多區域的舒適性

二、機組分類

1、按結構分

變風量系統按結構可分為單風道及雙風道兩大類，而單風道可以分為帶風機型,無風機型兩小類，而帶風機型又分為串聯風機型和并聯風機型，在目前市場上，無論是帶風機型還是無風機型均包含有單冷型、電加熱型、熱水盤管型三種形式，具體分類如下圖所示：

1、單風道結構

單風管型變風量末端（Single Duct Terminals），簡稱單風管型VRV，單風管型VRV的工作原理，來自變風量空調箱的一次風，經末端內置的風閥調節后送入空調區域。
如上所述，單風管型VRV分為單冷型、單冷再熱型和冷熱型，分別依靠系統送來的冷風或熱風實現供冷和供熱。

2、單風道單冷型結構

單風道單冷型供冷時，送風量隨室溫降低（冷負荷減少）而減少，直至最小風量;供熱時，送風量隨室溫升高（熱負荷減少）而減少。

3、單風道熱水盤管再熱型結構

單風道水盤管再熱型供熱時末端一般保持最小風量。受送風溫度和一次風量限制，供熱量有限，僅適合于部分內熱負荷小且人員密集房間的區域過冷再熱，也可用于冬季外圍護結構負荷很小的夏熱冬暖地區的外區供熱。

4、單風道電加熱再熱型結構

單風道電加熱再熱型結構如下圖所示，電加熱型優點通常是加熱速度快，能夠在短時間內達到快速升溫的作用，缺點是，電加熱較為耗能，且電加熱使用時間太長有火災隱患，及其不安全

單風道電加熱型系統好比風柜內的電加熱系統，在若干年前的設備廠里，測試風柜內升溫極限時，多次發生風柜“自燃”事件，由此可見，電機熱型在使用過程中應做好防火措施

 

5、并聯風機型結構

并聯式風機動力型（Parallel Fan Power Box Terminal），簡稱并聯型FPB。
并聯型FPB的工作原理，來自變風量空調箱的一次風，經末端內置的一次風風閥調節后，直接送入空調區域。一次風量較大時，并聯的末端風機不運行，風機出口止回閥關閉；風量減少時，啟動風機吸入二次回風，與一次風混合后送入空調區域。

與下文即將提起的串聯型FPB一樣，二次回風用于加大送風量，保證供熱和室內氣流組織的需要；供冷時提高送風溫度，減少過冷再熱量；供熱時降低送風溫度，防止熱風分層，保證室內氣流分布的均勻性。
并聯型FPB常帶熱水或電熱加熱器，用于外區冬季供熱和區域過冷再熱。
并聯型FPB的風機也可以在冷熱工況下連續運行，適用于低溫送風。
并聯型FPB的風機也可變風量運行，與一次風量反比調節，用以保持末端送風量穩定、使室內氣流分布均勻。

6、并聯風機單冷型結構

 

7、并聯風機熱水盤管再熱型結構

并聯型FPB的風機也可以在冷熱工況下連續運行，適用于低溫送風。

并聯型FPB常帶熱水或電熱加熱器，用于外區冬季供熱和區域過冷再熱，如下梁圖所示：

8、串聯風機單冷型結構

串聯式風機動力型（Series Fan Power Box Terminal），簡稱串聯型FPB。 串聯型FPB的工作原理，來自變風量空調箱的一次風，經末端內置的一次風風閥調節，與來自吊頂內的二次回風混合，通過串聯的末端風機增壓送入空調區域。 當區域負荷減少、一次風量減少時，二次回風加大并保持足夠的送風量，滿足室內氣流組織的需求。 供冷時，當一次風調到最小值后區域仍有過冷現象時，二次回風提高送風溫度，減少過冷在熱量。利用吊頂內部分照明冷負荷產生的熱量（約高于室內2℃），可抵消一次風的部分供冷量，減少區域過冷再熱量。 供熱時，一次風為小風量運行，二次回風加大并保持足夠的送風量，滿足室內氣流組織的需求。同時，二次回風降低出風溫度，防止熱風分層，保證室內氣流分布的均勻性。

9、串聯風機熱水盤管再熱型結構

串聯型FPB可增設熱水或電加器，用于外區冬季供熱或區域過冷再熱。 串聯型FPB適用于低溫送風，通過二次回風加大送風量并提高出風溫度，即使采用普通風口也可防止冷風下沉，保持室內氣流分布的穩定性,其結構如下兩圖所示

 

三、工作原理

1、單風道單冷型VAV

單風道VAV工作特點

• 根據室內負荷的變化或室內溫度設定值的改變自動調節送風量
• 送風量有一個最小設定值(帶輔助熱源時此值大些)
• 過冷或需要制熱時,可通過熱水盤管或電加熱提供熱源

2、末端再熱型單風道VAV(熱水盤管或電加熱)

 

3、并聯風機型 (可使用熱水盤管或電加熱作為輔助熱源)

并聯風機型VAV工作特點

• 正常制冷模式下,風機不工作
• 過冷模式下,風機開始工作,能源回收,提供第一級制熱
• 制熱模式下當需要時,啟動第二級制熱
• 風機與一次風風閥獨立工作,分別提供風量
• 風機風量小于送風量,風機尺寸和噪聲均較小
• 風機在制冷模式下不工作,耗電少

4、串聯風機型 (可使用熱水盤管或電加熱作為輔助熱源)

四、部件簡介

1、風閥組件(2020-5470~5475)

2、風機電機組件(2020-5470~5475)

3、電加熱組件

4、熱水盤管組件

五、應用場合

• 單風道單冷型:典型應用于常年需要制冷的場合,如建筑物的內區
• 單風道末端再熱型:典型應用于建筑物的外區, 可制冷和制熱
• 并聯風機型:典型應用于建筑物的外區,或負荷變化較大的區域,通常選用末端再熱型
• 串聯風機型:典型應用于會議室,實驗室和大廳等要求恒定送風量的場合,通常選用末端再熱型

不同類型的比較如下表所示

六、型號說明

以特靈VAV系統品牌為例，其機組型號說明如下

單風道機組型號說明

七、控制簡介

VAV系統市場上流行的基本控制原理是壓力有關型與壓力無關型
VAV末端通過測量室內溫度與設定溫度之間的差值來控制風閥的開度,調節進入房間的風量

1、兩種控制基本原理

壓力有關型控制

• 由溫度傳感器,控制器,風閥驅動器組成
• 溫度差控制風閥開度,送入房間風量發生變化
• 但風量變化值不僅與開度有關,還與進風口處的靜壓有關

壓力無關型控制

• 由溫度傳感器,控制器,風閥驅動器和流量環組成
• 根據溫度差計算所需風量,與實測風量比較,控制風閥開度
• 不管進風口處靜壓是否改變,都將保持恒定的送風量
• 增加了風量控制的穩定性,并允許最小和最大風量設定

流量環:多點式風速(壓差)傳感器

• 流量環是壓力無關型機組中核心部件
• 2組8個小孔(面對和逆向氣流)分別測量全壓和靜壓,得到的壓力差為動壓，如下圖所示
• 其動壓核算公式為：動壓Pd=全壓-靜壓=½ρv&suP2;=0.5*1.2*v²

2、三種系統級控制模式

有人使用模式

• 白天一般采用該模式,在建筑物有人使用的區域必須保持通風和適當的制冷/制熱溫度設定點,為此必須保證:
• 主送風機持續運行
• 主送風機受控運行來維持系統靜壓設定點
• 恒定的一次風溫度設定點
• 新風閥保持適當的通風
• 終端設備維持各自的有人使用模式下的溫度設定點

無人使用模式

• 晚上會采用該模式,在建筑物無人使用時不需要新風,在周邊區域僅需防止其太冷或太熱,內部區域則可以不控制.頂層的所有區域均需溫度限制運行.
• 主送風機僅當需要維持溫度設定點時才運行
• 主送風機受控運行來維持系統靜壓設定點
• 新風閥保持關閉
• 終端設備維持各自的無人使用模式下的溫度設定點

早晨預冷/預熱模式

• 早晨預冷/預熱模式通常作為從無人模式到有人模式的一種過濾,使建筑物既保持舒適又節能.
• 主送風機持續運行
• 主送風機受控運行來維持系統靜壓設定點
• 新風閥關閉,除了在此模式結束前的凈化時(沖淡無人使用模式下的污染物積聚)
• 終端設備或全開或調節到有人使用模式下的溫度設定點
• 當周邊區域溫控器達到其有人使用模式下的設定點時,該模式結束,轉換到有人使用模式

3、四種風機調節方式

出口風閥

• 通過調整出口風閥角度增加系統靜壓損失,來改變風量
• 經濟但不節能

進口導葉

• 調整進口導葉角度改變進風方向,減輕葉輪負擔,減少輸出風量和靜壓的能力
• 節能

風機速度控制

• 改變風機旋轉速度,調整風量.一般通過改變電機速度進行,如變頻器.
• 節能

葉片角度控制

改變葉片角度,調整風量.適用于軸流風機,用于較大系統。

4、三種靜壓控制方式

風機出口靜壓控制

通常靜壓傳感器放置在主風機出口處,成本低但不節能

送風管道靜壓控制

靜壓傳感器放置在送風管上,現場安裝,位置難定,可能需多個傳感器,有節能

最優化靜壓控制

靜壓傳感器放置在主風機出口處,同時檢測風閥位置，其原理圖所下圖所示

三種靜壓控制方式的比較

八、線路圖及接線

以特靈VAV系統配置為例

1、無控制器

• DD00僅提供風閥執行器
• 2020-6014(適用于VC)
• 2020-6000(適用于VP/VS)
• FM00則由客戶提供所有控制(包括風閥執行器)
• 客戶須提供風閥控制器及其它強弱電控制

2、UCM4.2控制器

• DD01單冷
• 2020-6008(適用于VCCT)
• 2020-6004(適用于VPCT/VSCT)
• DD02,DD03熱水盤管
• 2020-6009(適用于VCWT)
• 2020-6002(適用于VPWT/VSWT)
• DD04電加熱
• 2020-6010(適用于VCET)
• 2020-6003(適用于VPET/VSET)

3、UCM4.2電控板接線

• 選配水閥時:開關水閥接J8/J9;比例水閥接J8/J9關/J10開;
• 選配電加熱時:1級接J8/J9;2級接J8/J9/J10;3級接J8/J9/J10/J11

4、UCM4.2電控板通訊接線

九、電氣部件介紹

以下電氣部件介紹同樣以特靈VAV系統配置為例，具體原理圖如下所示

1、控制系統配置

2、電控板UCM4.2(X13690252070)

3、普通型溫控器(X13510606020)

4、液晶型溫控器(X13790464010)

5、液晶型溫控器(X13790464010)

• 如果使用單獨的24VAC電源,端子TB1-2和TB2-2必須跳接到一起.
• 僅連接24VAC電源,溫控器不會顯示.必須在溫控器到UCM的信號線后才能顯示.
• 為保證其準確性,溫控器連接到UCM和電源至少一小時以上.
• 溫控器設定點的輸出不能通過歐姆表進行檢測,須連接到UCM后才能驗證是否正常.
• 同時按住向上和向下鍵直到屏幕變成空白,然后放掉,此時°F和℃閃爍;再按向上或向下鍵選擇°F和℃,選定項開始閃爍即可.

6、輔助溫度傳感器

• 輔助溫度傳感器可以幫助VAV末端在整個VAV系統不含系統控制器的情況下自動切換制冷和制熱模式(在有系統控制器時僅報告狀態).
• UCM會比較其提供的送風溫度和區域傳感器提供的房間溫度的偏差,并根據比較結果自動判斷工作模式.
• 安裝在風管內,用螺絲固定.
• 出廠時,輔助輸入配置即為輔助溫度輸入

7、CO2傳感器

• CO2傳感器可以測量空氣中CO2的濃度,并轉化為電信號傳輸給控制器,控制器可依據此信號重新設定新風量,保證了室內空氣質量.
• 室內型固定在墻上,可測量單個區域的狀態.
• 風管型固定在風管上,可測量回風系統的狀態.
• 出廠時,輔助輸入配置為輔助溫度輸入,通過通訊界面可以將此輔助輸入重新配置成CO2傳感器輸入。

8、無線傳感器

• 無線傳感器的作用與有線傳感器一樣,但它省卻了布線的煩瑣,在位置排布上更靈活
• 接收器可安裝在天花板的上面或下面,但需讓其天線朝下,且需提供單獨的24VAC電源
• 發射器安裝到盒內或直接安裝在墻上,內有一電池壽命約1.5~2年

9、壓力傳感器(X13790043050)

10、SCR馬達調速器(X13170377020)

• SCR用于調節馬達速度,從而進行變風量控制
• 其上有分壓計,用于電機電壓特殊時的設定,在工廠已設定好,其設定值不能低于馬達的電壓要求.當大廈電壓特殊時,可能需要現場調整.

11、風閥執行器(X13611056010)

12、比例調節水閥CV3.8(X13611060030)

• 用來對熱水盤管進行精確的控制以維持區域在設定的溫度點.
• 閥門插座為等比例設計,通過合適的控制可以實現三種不同的流量控制.
• 閥門為現場安裝,可設置成兩通或三通.將閥門底部的蓋子去掉就設成了三通.
• 閥門執行器包含一個三線同步
• 電機,DDC控制器使用一個時間信
• 號驅動電機到合適的位置.

13、常關型開關水閥

• 用來對熱水盤管進行開關的控制在需要時對區域進行加熱.
• 閥門為現場安裝,可設置成兩通或三通.將閥門底部的蓋子去掉就設成了三通.
• 閥門通過一個異步電機控制.

14、VV550控制器(X13690257010)

支持LonTalk協議,與第三方控制系統兼容性好

15、VV550控制器

• DD11單冷
• 2020-6012(適用于VCCT/VCWT)
• 2020-6011(適用于VPCT/VSCT)
• DD12,DD13熱水盤管
• 2020-6012(適用于VCWT/VCCT)
• 2020-6006(適用于VPWT/VSWT)
• DD14電加熱
• 2020-6011(適用于VCET)
• 2020-6007(適用于VPET/VSET)

十、安裝要點

• 要求進風口之前的直風管長度至少大于4倍風管直徑,推薦在出風口的直風管的長度至少大于1200mm.
• 避免進風口處的縮接口,如果實在無法避免,把縮接口安裝在變風量機組上游至少3倍管徑處,以減少機組進口處的氣流分離和紊流現象,改善流量測量準確度.并且需考慮縮接口處產生的壓損.
• 送風口和回風口保持距離,避免氣流短路.
• 如果環境濕度非常高,就必須對熱水盤管進行外部保溫保護.
• 在連接盤管的進出水管時,必須采用兩把管鉗,以免損壞盤管.
• 對與盤管連接的水管道要增加適當的支撐.
• 送風口和回風口保持距離,避免氣流短路.

十一、結語

隨著變風量系統使用得越來越廣泛，可以說“群眾的眼睛是雪亮的”，可想而知，變風量系統是存在很多優勢的，
總的說來，變風量空調系統區別于其它空調形式的優勢主要在以下幾個方面

1、節能

由于空調系統在全年大部分時間里是在部分負荷下運行，而變風量空調系統是通過改變送風量來調節室溫的，因此可以大幅度減少送風風機的動力耗能。據模擬測算，當風量減少到80% 時，風機耗能將減少到51%；當風量減少到50%時，風機耗能將減少到15%。全年空調負荷率為60% 時，變風量空調系統（變靜壓控制）可節約風機動力耗能78%。

2、新風作冷源

因為變風量空調系統是全空氣系統，在過渡季節可大量采用新風作為天然冷源，相對于風機盤管系統，能大幅度減少制冷機的能耗，亦可改善室內空氣質量。

3、無冷凝水煩惱

變風量空調系統是全空氣系統，冷水管路不經過吊頂空間，避免了風機盤管系統中令人煩惱的冷凝水滴漏和污染吊頂問題。

4、系統靈活性好

現代建筑工程中常需進行二次裝修，若采用帶VAV空調箱裝置的變風量空調系統，其送風管與風口以軟管連接，送風口的位置可以根據房間分隔的變化而任意改變，也可根據需要適當增加風口。而在采用定風量系統或風機盤管系統的建筑工程中，任何小的局部改造都顯得很困難。

5、系統噪聲低

風機盤管系統存在現場噪聲，而變風量空調系統噪聲主要集中在機房，用戶端噪聲較小。

6、 不會發生過冷或過熱

帶VAV空調箱的變風量空調系統與一般定風量系統相比，能更有效地調節局部區域的溫度，實現溫度的獨立控制，避免在局部區域產生過冷或過熱現象。

7、提高樓宇智能化程度

采用DDC數字控制的變風量空調系統，可以實現計算機聯網運行，接入到樓宇自控系統中，從而提高樓宇智能化程度