暖通空调新技术-VAV

暖通空调节能新技术能源与环境学院2008年9月第三篇VAV空调系统1.变风量（VAV）定义2.VAV末端装置简介3.VAV空调系统特点4.VAV空调系统的设计5.VAV空调系统形式6.设计中应该注意到几个方面7.VAV空调系统控制8.VAV设计实例1.变风量（VAV）定义VAV(Variable-Air-Volume)空调系统是属于全空气式的一种空调方式，该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比,并相应调节空调机的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的一种空调系统。（1）节流型2.VAV末端装置简介节流型变风量箱是最基本的变风量箱,变风量箱的“心脏”就是一个节流阀,加上对该阀的控制和调节元件以及必要的面板框架就构成了一个节流型变风量箱。风机动力型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机型和并联风机型两种产品。其特点是根据室内负荷由VAV装置调节一次送风量,同时与室内空气混合后经风机加压送入室内,以保持室内换气次数不变。FPB(FanPoweredBox)（2）动力型3.VAV空调系统特点①能实现局部区域(房间)的灵活控制,可根据负荷的变化或个人的舒适要求自动调节自己的工作环境。不用再加热方式或双风管方式就能适应多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的冷热混合损失。②自动调节各房间的送入能量,在考虑同时使用系数的情况下空调器总装机容量可减少10%～30%左右。③室内无过热过冷现象,由此可减少空调负荷15%～30%左右。④部分负荷运转时可大量减少送风动力,据模拟计算,全年平均空调负荷率为60%时,VAV空调系统(变静压法控制)可节约风机动力78%。⑤可应用于民用建筑、工业厂房、研究所、电视台、影剧院、动物室及其他特殊设施。可适用于采用全热交换器的热回收空调系统及全新风空调系统。4.VAV空调系统的设计空调区域的划分：内部区：在选择空调系统方式时,不受室外负荷影响的内部区大多采用VAV空调系统。外部区：外周区采用的方式种类较多。有外周区单独系统的FCU(风机盘管)方式,单独系统的VAV或CAV(定风量)方式,单独系统的窗际空调方式,也有与内部区同一系统的VAV或CAV(常加设再加热器)方式。空调设计时常采用平面分区的手法来达到最大的节能效果。将标准层平面划分为5个空调区域。外周区：由东南西北各朝向的4个受室外负荷影响的区域；内部区：由不受室外负荷影响的内部区域构成。一般地讲,各区分开设置空调系统,根据不同朝向不同时刻进行空气系统及水系统的控制调节。5.VAV空调系统形式①单风管VAV空调系统该方式系统设计简单,应用范围最广。供冷变风量基本系统设计变风量系统所送出去的空气是在中央空气处理装置中被冷却去湿处理过，通过变风量末端装置送到房间里去的。全年都仅供冷，为建筑物内区服务的变风量系统便是一种基本系统。过渡季和冬季：制冷系统可以间歇运行。夏季：制冷系统连续运行。适用范围：这种系统运用到建筑物的内区是最理想的，因为在内区，全年都有冷负荷出现。单独供热系统的变风量系统设计周边区：冬季需要供热只有当室外温度低于16一18℃时，才需要开启这类加热系统供热。（1）单独一个热水采暖系统（2）单独一个定风量送热风系统。内部区：一个全年都只供冷的变风量系统。②单风管再加热VAV空调系统满足最小新风量而又不调节送风温度时,该方式不会产生过冷状态,充分满足室内舒适度。再热式变风量系统设计在末端装置的出口端安装一个再热器，与末端装置组成一个整体。特点：（1）只是在变风量末端装置的送风量减至最小值后，通常都是在冬季，才向其供热，比定风量再热系统节能；（2）适用于同一时刻有的房间需要供热而有的房间需要供冷的场合；（3）这种系统除了其末端装置结构较为复杂外，还要敷设两条进行保温的供回水管道，初投资会有所增加；（4）取消周边区的单独供热系统，VAV应用到建筑物周边区。③单风管送回风机连动VAV空调系统该方式可保持室内静压不变。应用在高级办公室空调系统及有静压要求的研究室、动物室等设施。④单风管旁通式VAV空调系统采用旁通方式,风机转速及系统静压保持一定。特点：虽然节能效果有限,但可满足室内热舒适要求及工艺恒温要求,且系统简单,成本低廉。在不带静压控制装置的柜式空调机中也有较多使用。⑤双风管混风式VAV空调系统各房间(区域)负荷差异大且恒温要求高的高级办公楼或研究所中采用。④双风道变风量系统风机的出风端分成两路，并分别通过冷风道和热风道将空气送入房间的末端装置。冷却道：一路通过冷却经冷却去湿处理至露点，再经风道等温升后，通过冷风道送至末端装置的冷风阀。热风道：混合空气被风道等温升后，穿过加热器(但加热器并不供热)通过热风道送至末端装置的热风阀。运行模式：（1）如果室内处于高峰负荷，则按最大风量送人房间，冷风阀全开，热风阀关闭，使室内空气维持在设计状态。（2）如果室内负荷降低，冷风阀关小减少冷风量，当达到最小设计送风量时，开启热风阀向室内送热风。（3）如果室内负荷继续减小，冷风阀将不断关小至关闭，热风阀不断开大至全开，始终保持着最小送风量不变。（1）变风量变风量比：空调系统的最小设计风量与最大设计风量之比。而空调系统全年大部分时间运行在部分负荷工况下，变风量空调系统的各个设备的风量大部分时间都处于最大和最小风量之间。房间的变风量比最好不要小于0.4一0.5。否则：◆房间气流组织恶化◆噪声超标◆系统新风严重不足◆控制不稳定6.设计中应该注意到几个方面（2）噪声问题噪声源：◎送、回风机◎变风量末端装置末端装置：流过末端装置入口的高风速是产生噪声的根源。◎风速测量传感器要求风速高于一定数值才能保证测量准确；◎节流型末端调节阀片关小使风速增加。（3）气流组织空调系统的送风口都是定截面的，导叶角度也很少改变，所以当风量减少时，势必影响室内气流组织。国外通常采用空气分布特性指标ADP来评价房间的气流组织性能。该指标综合考虑了:▲空气温度▲气流速度▲人的舒适度ADP=100%，表示全室人员都感到舒适;ADP=80%，认为是满意的气流组织效果。（4）房间正压度影响因素：★变风量系统的新、排风量★房间的送、回风量它们变化导致房间的正压也是波动。存在问题：★发生房门开启困难★门缝和窗缝渗风严重具体措施：★国外经常采用吊顶回风★回风道上装末端装置新风C4IMIMIMT1C3NFT3C5FSPC2N静压传感器排风回风机TTT末端装置空调房间7.VAV空调系统控制单通道系统控制原理五个反馈控制环路：室温控制送风静压控制送回风量匹配控制新排风量控制送风温度控制（1）VAV系统反馈环路末端装置是改变房间送风量以维持室内温度的重要设备。按照改变风量的方式：节流型：采用节流机构(如风阀)调节风量旁通型。通过调节风阀把多余的风量旁通到回风道（a）房间温度控制按照是否补偿压力变化：压力有关型：由温控器直接控制风阀，压力无关型：由温控器加一个风量传感器和一个风量控制器,温控器根据温度偏差设定风量控制器设定值,风量控制器根据风量偏差调节末端装置内的风阀。（b）送风量控制在变风量系统中,通常根据静压传感器的信号来感知系统风量的变化,并通过控制器调节风机送风量。静压控制器通过调节风机转速或入口导叶来恒定静压控制点的静压值,以满足下游风道、末端装置及送风口的压力损失。恒定静压的目的是保证任何一个末端入口的设计资用压力。（c）新排风风量的控制变风量系统中,新风主要存在三方面的问题:总新风量控制总新风量确定新风分配将最小新风道和经济循环新风道分开,分设新风阀,并在最小新风道上安装流量传感器,以此来调节风阀的开度,维持最小新风量。（d）送回风风量匹配控制送风量随负荷变化,回风量也要随之变化,这样才能保证房间的正常压力。由于房间向外渗风和厕所排风,回风量要比送风量小。送风机和回风机都由一个送风静压控制器来调节。当负荷减少时,送回风量按同一比例减少，是一种最简单的控制方法回风机由放在新回风混合箱里或房间内的静压控制器控制。在送风和回风风道上安装风量计,并用一个控制器控制二者的差值来解决这个问题。按照有无末端混风机来分：带风机：带风机的末端可以在小风量或低温送风系统中保证室内一定的气流组织。按照风机和一次风的关系,带风机的末端又可分为：带并联风机的末端装置带串联风机的末端装置。不带风机原理：一般地讲该控制法不考虑静压设定点P以远的VAV装置的运行状态,仅以保持静压传感器P点处的管内静压一定为目的来进行控制。P点静压值升高时调节变频器以减小风机转速,维持P点静压值不变。反之亦然。（a）定静压法（2）VAV空调系统的控制方法不足：在管网较复杂(如双风管系统或不对称风管系统等)时,静压传感器的设置位置及数量很难确定,且节能效果较差。（b）变静压法原理：以使具有最大静压值的VAV装置阀门尽可能处于全开状态为目的来进行控制。根据室内的要求风量(室温传感器的计算值)与实际送风量(风速传感器的计算值)进行比较,风量不足时尽可能开大阀门。特点:①变静压法中的风机运行状态点在图15所示的斜线区域内变动。节能效果显著。②对风管的分布设计即对系统的静压分布没有任何要求,适用于各种送风管网系统。③控制目的是使具有最大静压值的VAV装置阀门尽可能处于全开状态。换句话说,尽量使风机运行静压最低,节约风机动力。④由于最大限度地降低了风管内静压,使得各VAV装置的入口静压保持最低,提高系统节能效率的同时可降低VAV装置的噪声。（c）DDC加权平均法该方法由DDC控制器对各VAV装置的风量进行叠加计算。调节风机变频装置以满足系统的必要风量。（1）上海某超高层办公楼冷热源设备：蒸汽吸收式冷冻机6台,离心式冷冻机4台,合计产冷量32.1MW；蒸汽锅炉4台,余热回收蒸汽锅炉1台,合计产蒸汽量45t/h。工程概况：位置:浦东新陆家嘴开发区;基地面积30000m2,建筑面积约300000m2;用途:办公、商场、客房;标准层面积2500～3000m2。8.VAV设计实例办公层空调系统①办公层空调负荷特点内外区的划分：从外窗向内1.5～3m划分为外区,其余为内区。外区空调负荷：建筑围护结构瞬时负荷,受到日射和室外温度影响。夏季通常表现为冷负荷,冬季通常表现为热负荷,春秋季则表现为冷负荷或热负荷。内区空调负荷：内热负荷和新风负荷,如果新风集中处理则主要是内热负荷。内热负荷是全年冷负荷,新风负荷则有冷热之分,一般情况下,即便在冬季内热负荷也会大于新风热负荷,因此内区空调负荷通常表现为全年冷负荷。②标准办公外区标准办公层外区窗台下专设无风机热水盘管加热系统,处理外区热负荷,夏季外区呈现冷负荷时则由内区空调一并处理。③标准办公层内区标准办公层内区划分成4块,每块设一个变风量空调系统,各块每6～7层设一个集中新排风处理系统,新风经与排风全热交换、热湿处理后,送到各层变风量空调箱(AHU),新回风混合冷却后,送到室内各区域的变风量送风末端装置(VAV末端)。VAV末端根据所辖区域温度,计算调节送风量。工程概况：位置:浦东大道福山路。基地面积12020m2;建筑面积:地上92150m2,地下22750m2。层数:地上50层,地下3层。总高度:200m。用途:办公、商场、娱乐、客房。（2）上海国际航运大厦①空调负荷夏季冷负荷12.3MW,冬季热负荷6.0MW②冷热源设备选择冷热源设备概况离心式冷水机组4.40MW,2台2.81，1台螺杆式冷水机组700kW,2台热水锅炉3.0MW。①办公层采用变风量空调系统,新风经集中冷却或加热加湿后送到各层空调机房,经与回风混合,进变风量空调箱处理后送到室内各区域送风末端装置(FPB),FPB根据所辖区域温度调节送风量,当各FPB送风量之和减小时,风机变频调速,相应减少送风量,从而节约了风机动力消耗。空调系统：内外区划分：由于办公层面积大,内外区明显,为此采用内外分区。内区FPB无加热盘管,全年供冷。外区FPB带加热盘管,冬季供暖。