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空调系统设计
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VAV变风量空调系统的设计与分析
作者：Administrator&&发布时间：&&浏览次数：504次
变风量空调系统（VAV）是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。
变风量空调系统20世纪60年代起源于美国，特别是进入70年代以来，以石油危机为标志的世界能源危机更加促使一些发达国家在各行各业中研究和推广节能技术，自80年代开始在欧美、日本等国得到迅速发展，最重要的原因是其巨大的节能优势。经过十几年的普及和发展，目前变风量空调系统已占据了欧、美、日集中空调系统约30%的市场份额，并在世界上越来越多的国家得到应用。
1、变风量空调系统（VAV）简介
1.1变风量空调系统的含义和组成
变风量空调系统是利用改变进入空调区域的送风量来适应区域内负荷变化的一种空调系统。在设计时充分考虑了瞬时负荷及内外区的热平衡，系统设计是真正基于逐时负荷的设计，可以根据需要随时调节分配到各个区域内的送风量和供冷量（供热量）。系统总送风量为各时段中所有区域要求风量之和的最大值，而不是所有区域要求风量最大值之和。前者通常只占后者的70%～90%，因此变风量空调系统可以显著减少系统的总送风量。在现代建筑尤其是现代高层建筑的空调系统设计中，由于负荷的内外区特性差异大，内区通常表现为全年冷负荷，而外区则既有冷负荷又有热负荷。变风量空调系统通过回风的混合可以实现能量在区域之间的流动，内区的一部分得热可以转移到外区。这就是所谓热平衡。
变风量空调系统是由空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量末端、房间温控器和必要的自动控制元件组成。其中变风量末端是该系统的最重要部分。
1.2变风量空调系统的工作过程
一个典型的智能化控制型单风管带再热盘管的变风量空调系统为：空调室内回风与室外新风混合，经集中式空调机组处理后，由风管送到各个空调区域。控制器根据室内负荷的大小，通过改变变风量末端风阀的开度，调节送入室内的风量；当室内需要供热时，再热盘管的热水阀打开，送风温度提高，通过改变变风量末端风阀的开度，调节送入室内的热风量。
空调房间送风量的改变，导致送风总管静压的变化，总管压力传感器测量风管系统静压后，由自控系统通过调节风机的送风量实现顶静压控制。
冷水盘管的三通阀调节冷水的流量使送风温度保持恒定，新风量和室内正压由送风机和回风机同时控制。
系统的各个测量点可以与计算机通讯，进行实时监测、分析和调控并可以优化控制参数，实现最佳的控制方案。
1.3变风量空调系统的形式
按处理空调负荷所采用的输送介质分类，变风量空调系统是属于全空气的一种空调方式。在目前的工程实际中，变风量空调系统主要有以下两种形式：单风管变风量系统和双风管变风量系统。其中单风管变风量系统又分为普通单风管变风量系统和单风管末端再热变风量系统。
双风管变风量空调系统分别设有冷、热风管，可以根据室内的负荷情况精确地调节供冷量和供热量，在任何情况下均可满足房间的温度要求，具有调节方便、热稳定性好的特点。适合在一些舒适性要求高的空调场所使用。
1.4变风量末端的分类
变风量末端分为两种类型：变风量箱和变风量风口，前者是改变风量后再由某种形式的风口向空调室内送风，而后者则是直接在送风口处改变风量。二者的工作特性和气流组织有很大的不同。
目前常用的变风量箱有三种类型：节流型、风机动力型和旁通型。节流型变风量箱是最基本也是应用最多的一种，单风管型变风量箱由一个节流阀加上对该阀的控制和调节装置及外壳组成，双风管型变风量箱则由两个节流型变风量箱组成。按是否补偿压力变化，可分为压力无关型和压力有关型两种。压力无关型因反应快，室温波动小，控制稳定性好，在目前使用较普遍。
目前在工程中应用的变风量风口主要有两种类型：电力驱动型和热动力型。
1.5变风量空调系统的特点
变风量空调系统区别其它空调形式的优势主要体现以下几个方面：
（1）减少空调风机运行能耗
由于空调系统在全年实际运行的大部分时间内均处于部分负荷状态，变风量空调系统相应的送风量随之减少，带变频驱动装置的风机大多数情况下在中低速下运行。因此，空调风机的动力能耗可大幅度减少。
（2）充分利用室外新风作为冷源，降低制冷系统的运行能耗。
由于变风量空调系统是全空气系统，在任何季节，只要当室外新风的焓值低于室内值时，室外新风就可以作为系统冷源，变风量空调系统就可以在经济循环模式下运行。
（3）无冷凝水烦恼
变风量空调系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，避免了风机盘管系统中令人烦恼的冷凝水滴漏和污染吊顶问题。
（4）系统灵活性好
现代建筑工程中常需进行二次装修，若采用带VAV末端装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增减风口。而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。
（5）不会发生过冷或过热
带VAV末端装置的变风量空调系统与一般定风量系统相比，能更有效地调节 局部区域的温度，实现温度的独立控制，避免在局部区域产生过冷或过热现象。
（6）提高楼宇智能化程度
采用DDC数字控制器的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到楼宇自控系统中，从而提高楼宇智能化程度。
但是，变风量空调系统也有以下不足之处：
（1）新风量需要控制
变风量系统与定风量系统不同，其送风量在运行过程中随着负荷减小而不断减少，如果不进行控制，则新风量也将随送风量成比例减少，在负荷很低的情况下，就有可能出现新风量不足现象，造成办公人员不适感。因此，必须对最小新风量进行控制。这样会相应地增加自倥等装置的造价。
（2）当变风量空调系统的总风量随时间变化时，风道内的静压也相应地变化。因此，需配备一套风量稳定设施来抵消风道静压变化所产生的干扰作用，这又会相应地增加造价。
（3）初投资比风机盘管+新风的空调方式高。与定风量系统相比，控制环节更多、更复杂，出现故障的可能性就越大，维修的难度也越大。
1.6变风量空调系统的适用范围
在选择变风量空调系统时，应注意分析系统中负荷的性质，并考虑系统是否对风量有特殊的要求。通常变风量空调系统对于室内负荷变化较大的舒适性智能化建筑非常适合，如办公室、会议中心、银行、商场、宴会厅等。
对于一些特殊场所，如室内负荷变化不大，通风要求较高时，使用定风量空调系统可能是更好的选择。例如在医院手术室、实验室、工业机房等。
2、变风量空调系统的设计要点
2.1空调分区
一般空调系统是按用途和使用时间进行分区的，而变风量空调系统的设计中还经常按负荷特性分区，对于进深较大的空调房间宜分为内、外区，其中外区进深可取3～5 m（距离外墙或外窗）。
2.2变风量空调系统的划分
2.2.1内、外区各自独立、分别设置不同的空调系统
内区通常采用的是单冷型空调机组的单风管变风量空调系统。外区可采用冷热型空调机组的单风管变风量空调系统和冷热双空调机组双风管变风量空调系统。
2.2.1内、外区设置为同一个空调系统
内区通常采用的是单冷型空调机组的单风管变风量空调系统。外区在内区相同的单风管变风量空调系统送风总管的基础上，设置周边区的辅助供热系统。
2.3风系统设计
2.3.1确定空调系统的压力
经过对系统投资、运行成本进行综合比较后，决定究竟是采用高压、中压还是低压的风管道系统。近年来，由于建筑空间的限制，越来越多的变风量空调系统采用高、中压风管路系统。
2.3.2空调机组选型
因为变风量空调系统一般通过维持送风系统静压来控制送风机的风量，这就要求在风机的特性中，流量的变化对系统静压变化必须敏感。因此要求风机的工作范围在流量――静压特性曲线中较为陡峭的一段，这和普通的空调机组刚好相反。
2.3.3变风量末端的选择
变风量箱和变风量风口均能实现区域的独立控制，不过变风量箱具备较大的通风能力，通常每个变风量箱带3～6个风口，可控制的空调区域范围较大；当要求将空调空间划分为多个较小单元的独立控制区域时，从经济性考虑，可采用变风量风口。
2.3.4送、回风管道设计
送风管在运行过程中应保持稳定，以利于末端装置的稳定运行；因此，送风管的强度和密封性能要好。末端装置的运行需要送风管内保持一定的静压。在风管系统的设计计算中，宜采用静压复得法，而不采用等摩阻法。
通常回风系统应该采用低速系统，这样既可以使回风系统容易保持压力平衡，又可以避免产生噪声。
3、变风量空调系统的控制
3.1变风量空调系统的参数控制
其参数控制有：（1）末端区域温度的控制；（2）空调系统静压控制；（3）送风温度的控制；（4）新风量的控制；（5）房间正压控制；（6）系统的网络化。
3.2变风量空调系统的运行控制
系统运行模式可分成三类：（1）正常工作模式；（2）值班模式；（3）早晨预热模式。
4、变风量空调系统在我国内地的应用现状
改革开放以来，在北京、上海、广州等地的引进外资工程中有一些采用VAV系统。在上海90年代诞生的数百幢办公大楼中，VAV系统约占6%，可见仅限于少数高级办公建筑。从投资规模来看，建筑面积都在30000m2以上，有的达到；主要用于高级办公楼、综合楼中的办公室和公共部分，偶尔也用于公用事业如医院等。投资主体是政府、银行或证券公司、国有大公司及外商。
尽管变风量空调系统与风机盘管加新风系统相比有很强的技术优势，但至今普及率仍很低。有以下原因：
（1）设备国产化率低
VAV系统的关键设备，如变风量末端装置、变频器和VAV控制系统全部依赖进口，其价格和税收使广大中小业主望而生畏。因此，应加快发展国产VAV设备，特别是末端装置与变频器，改变国内自控系统长期依赖进口的局面。
（2）我国工程承包体制的制约
长期以来，我国的工程建设体制是设计院绘图，业主订货，工程队按图施工。随着空调工程日趋复杂，跨专业技术发展，这种体制日见弊端。在上海地区首批有VAV系统的工程中，大多仍沿用上述体制。在设备、电气、控制专业的分界面上，设计脱节、订货盲目、管理混乱、施工扯皮、调节困难的现象相当普遍。这也是有些业主不敢采用VAV、设计院怕搞VAV的重要原因。
国际上通用而行之有效的工程体制是设计事务所完成工程招标设计，工程承包商集施工图设计、设备订货、施工管理三位一体。这显然要求承包者有清晰的系统概念、很强的设计能力、丰富的管理经验。这是我国工程建设体制的改革方向，也是普及变风量空调系统的体制保证。
采用VAV系统的意义至少有：（1）改变风机盘管是当前办公室空调设计唯一选择的状况；（2）免除顶棚遭凝结水损坏的可能；（3）提高室内空气品质；（4）能采用变频调节节省能量。
随着人们对工作环境的舒适要求日益提高，促使以舒适节能为其主要特征的 VAV空调系统在我国迅速普及；《节能法》的实施又使建筑节能法规化，这会进一步推进VAV空调系统的发展。我们希望在新世纪中，国内尽早开发自己的产品，使末端设备更加丰富，更好地满足设计要求。暖通空调系统设计手册_百度文库
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暖通空调系统设计手册
第​一​章​ ​设​计​参​考​规​范​及​标​准​ 
​
​一​、​通​用​设​计​规​范​：​ 
​
​二​、​专​用​设​计​规​范​：​ 
​
​三​、​专​用​设​计​标​准​图​集​：​ 
​
​第​二​章​ ​设​计​参​数​ 
​
​一​、​商​业​和​公​共​建​筑​物​的​空​调​设​计​参​数​A​S​H​R​A​E​ 
​
​二​、​舒​适​空​调​之​室​内​设​计​参​数​ ​日​本​ 
​
​三​、​新​风​量​ 
​
、​每​人​的​新​风​标​准​A​S​H​R​A​E​ 
​
、​最​小​新​风​量​和​推​荐​新​风​量​U​K​ 
​
、​各​类​建​筑​物​的​换​气​次​数​ ​ ​U​K​ 
​
、​各​场​所​每​小​时​换​气​次​数​ 
​
、​每​人​的​新​风​标​准​U​K​ 0​
​
、​考​虑​节​能​的​基​本​新​风​量​(/​s​人​)​(​日​本​)​ 1​
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