變風(fēng)量與低溫送風(fēng)空調(diào)的分析研究

王維平　劉佳霓　周麗

摘要：空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果分析研究在設(shè)計(jì)工作中十分重要。文章針對(duì)變風(fēng)量與低溫送風(fēng)空調(diào)進(jìn)行分析研究，從變風(fēng)量與低溫送風(fēng)空調(diào)的系統(tǒng)特點(diǎn)、技術(shù)分析、應(yīng)用、控制策略及控制系統(tǒng)等5個(gè)方面展開了全面的分析和研究，以便為社會(huì)節(jié)能工作的開展提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量與低溫送風(fēng)空調(diào)；應(yīng)用；技術(shù)；控制策略

1.變風(fēng)量系統(tǒng)

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是全空氣系統(tǒng)的一種形式，其工作原理是在各房間設(shè)置變風(fēng)量裝置，當(dāng)空調(diào)房間負(fù)荷變化時(shí)變風(fēng)量裝置改變送入房間的風(fēng)量來滿足室內(nèi)負(fù)荷變化，保證房間溫度穩(wěn)定在設(shè)定值；同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)變風(fēng)量裝置的風(fēng)量變化，變頻調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)頻率，改變系統(tǒng)的總送風(fēng)量，滿足系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷變化的需求，達(dá)到節(jié)能的目的。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.系統(tǒng)特點(diǎn)

與其他空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能和舒適是其主要特點(diǎn)，具體如下。

2.1節(jié)能顯著

（1）風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量減少：與定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比，變風(fēng)量系統(tǒng)計(jì)算總負(fù)荷時(shí)可以適當(dāng)考慮各房間負(fù)荷發(fā)生的同時(shí)性，一般可減少風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量約10%-20%。

（2）風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗降低：空調(diào)系統(tǒng)在全年大部分時(shí)間部分負(fù)荷運(yùn)行，而變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)隨著負(fù)荷的變化改變空調(diào)送風(fēng)量，因此可大大降低送風(fēng)機(jī)的能耗。假設(shè)空調(diào)系統(tǒng)全年平均負(fù)荷率為60%，利用變頻技術(shù)則可節(jié)約風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗約75%。

（3）過渡季新風(fēng)作冷源：減少過渡季節(jié)的制冷主機(jī)能耗。

2.2空調(diào)品質(zhì)高

（1）避免室內(nèi)溫度過冷或過熱：變風(fēng)量裝置根據(jù)需要進(jìn)行空調(diào)房間溫度獨(dú)立控制，與定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比可以有效防止室內(nèi)溫度過冷或過熱，提高空調(diào)舒適性。

（2）杜絕冷凝水污染：與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相比，新風(fēng)與回風(fēng)經(jīng)過混合、過濾、冷卻/加熱和除濕等集中處理后送入空調(diào)房間，避免了冷凍水和冷凝水進(jìn)入房間而造成細(xì)菌滋生和吊頂污染問題，空調(diào)衛(wèi)生水平提高。

（3）實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)運(yùn)行：全空氣系統(tǒng)在過渡季節(jié)或空調(diào)季節(jié)夜間進(jìn)行全新風(fēng)送風(fēng)，營(yíng)造“會(huì)呼吸的建筑”，空氣品質(zhì)提高。

（4）運(yùn)行安靜，室內(nèi)噪聲低：風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)存在較大的室內(nèi)噪音，而變風(fēng)量系統(tǒng)的噪音主要集中在機(jī)房，用戶端噪聲較低，從而保證其在室內(nèi)安靜運(yùn)行。

2.3智能化水平高

送風(fēng)系統(tǒng)及室內(nèi)空氣品質(zhì)各參數(shù)精確控制和顯示，樓宇智能化水平高。

3.變風(fēng)量技術(shù)分析

低溫送風(fēng)技術(shù)：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度根據(jù)實(shí)際情況可以采用常溫送風(fēng)或低溫送風(fēng)。所謂常溫送風(fēng)，空調(diào)送風(fēng)溫度一般在13～16°C之間；所謂低溫送風(fēng)，空調(diào)一次送風(fēng)溫度在7-10°C之間。

低溫送風(fēng)系統(tǒng)（Cold Air Distribution System，CADS），由于顯著降低了送風(fēng)溫度，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低系統(tǒng)投資：在相同供冷量的情況下，低溫送風(fēng)系統(tǒng)比常溫送風(fēng)系統(tǒng)減少送風(fēng)量30%～40%，相應(yīng)空調(diào)機(jī)組和風(fēng)管尺寸均可減少，從而降低系統(tǒng)投資。

（2）降低運(yùn)行費(fèi)用：降低空調(diào)送風(fēng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗約20%～30%。

（3）提高空調(diào)舒適度：系統(tǒng)除濕能力強(qiáng)，提高空氣品質(zhì)；送風(fēng)量減少，有效降低空調(diào)噪聲。

低溫送風(fēng)系統(tǒng)7～10°C的送風(fēng)溫度通常借助1～5°C的低溫冷源而獲得，在有低溫冷源（如冰蓄冷系統(tǒng)）可利用時(shí)，源牌變風(fēng)量空調(diào)可以有效結(jié)合變風(fēng)量和低溫送風(fēng)這兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并提供精確、可靠的系統(tǒng)控制，使得整個(gè)系統(tǒng)更具節(jié)能和舒適優(yōu)勢(shì)。

4.變風(fēng)量系統(tǒng)應(yīng)用

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的本質(zhì)特征是調(diào)節(jié)各個(gè)分區(qū)的送風(fēng)量實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)分區(qū)負(fù)荷的調(diào)節(jié)，因此可以廣泛用于辦公、寫字樓等負(fù)荷有變化的舒適性空調(diào)場(chǎng)所，同時(shí)也可應(yīng)用于空調(diào)送風(fēng)量無恒定要求的有負(fù)荷變化的工藝空調(diào)場(chǎng)所。

源牌各種不同類型的變風(fēng)量末端都有各自不同的適用場(chǎng)合，在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)具體空調(diào)負(fù)荷情況以及系統(tǒng)整體使用情況作出判斷，具體如表1所示。

5.控制策略

變風(fēng)量空調(diào)控制主要包括房間溫度控制、送風(fēng)溫度控制、送風(fēng)機(jī)變頻控制、回風(fēng)機(jī)變頻控制、新風(fēng)控制、開機(jī)關(guān)機(jī)控制、低溫送風(fēng)系統(tǒng)防結(jié)露控制以及提供多種面向運(yùn)行管理和用戶需求的功能等。

5.1房間溫度控制

由VAV BOX實(shí)現(xiàn)對(duì)房間溫度控制，一般根據(jù)控制方式有壓力有關(guān)和壓力無關(guān)控制兩種。

（1）壓力有關(guān)型：變風(fēng)量空調(diào)（Variable Air Volume，VAV）控制器根據(jù)室內(nèi)溫度實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的偏差來進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整；屬單級(jí)控制，控制簡(jiǎn)單，但送風(fēng)量易受到風(fēng)管內(nèi)壓力變化的影響，房間溫度波動(dòng)較大。

（2）壓力無關(guān)型：VAV控制器先根據(jù)室內(nèi)溫度實(shí)測(cè)值與設(shè)定值的偏差計(jì)算風(fēng)量設(shè)定值，利用風(fēng)量傳感器測(cè)量實(shí)際風(fēng)量值，再根據(jù)風(fēng)量設(shè)定值和實(shí)際風(fēng)量值的偏差進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整；屬串級(jí)控制，控制較復(fù)雜；送風(fēng)量不易受到風(fēng)管內(nèi)壓力變化的影響，房間溫度波動(dòng)小。

5.2送風(fēng)溫度控制

根據(jù)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)冷凍水/熱水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使送風(fēng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。

5.3送風(fēng)機(jī)變頻控制

送風(fēng)機(jī)變頻控制是變風(fēng)量控制的關(guān)鍵技術(shù)，其控制決定變風(fēng)量系統(tǒng)能耗的降低程度，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性起著重要的作用。目前一般有定靜壓控制、可變靜壓控制、變靜壓控制和總風(fēng)量控制等方法。

（1）定靜壓控制：在送風(fēng)管上設(shè)置靜壓傳感器，當(dāng)末端風(fēng)量變化時(shí)，變頻調(diào)節(jié)送因機(jī)的頻率使靜壓實(shí)測(cè)值趨于設(shè)定值。

（2）可變靜壓控制：在定靜壓控制的基礎(chǔ)上，判斷各個(gè)變風(fēng)量末端的閥位情況，根據(jù)系統(tǒng)的需求進(jìn)行靜壓值的自動(dòng)設(shè)定，使系統(tǒng)靜壓在滿足各變風(fēng)量末端需求的情況下維持在較低的水平，更大限度地節(jié)約變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用。

（3）變靜壓控制：采集每個(gè)末端的閥位信號(hào)并進(jìn)行判斷，變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的頻率盡量使VAV閥處于較大開度狀態(tài)，把系統(tǒng)靜壓降至最低，因而能最大限度降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能目的。

（4）總風(fēng)量控制：根據(jù)計(jì)算的設(shè)定風(fēng)量與實(shí)際風(fēng)量比較，進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)。源牌變風(fēng)量控制技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)的形式與類別，兼顧穩(wěn)定性和節(jié)能性，選用于合適的變頻控制策略。

5.4新風(fēng)控制

包括系統(tǒng)最小新風(fēng)控制和過渡季節(jié)全新風(fēng)控制。

5.5開/關(guān)機(jī)控制

根據(jù)需要各設(shè)備啟停按順序程序控制。

6.自控系統(tǒng)

6.1系統(tǒng)組成

自控系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件包括系統(tǒng)控制器、VAV控制器、執(zhí)行器（電動(dòng)水閥、電動(dòng)風(fēng)閥和變頻器等）、傳感器（溫度、濕度、壓力等）及上位機(jī)監(jiān)控工作站；軟件包含編程軟件、組態(tài)運(yùn)行軟件以及源牌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制軟件。

自控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，增加遠(yuǎn)程I/O模塊可直接控制制冷機(jī)房設(shè)備、給排水設(shè)備等，可提供與樓宇智能化系統(tǒng)通信接口。

6.2控制功能

（1）空調(diào)/采暖/過渡季工況切換及參數(shù)控制。自動(dòng)切換各種運(yùn)行工況，對(duì)目標(biāo)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和控制。

（2）設(shè)備監(jiān)控。對(duì)空調(diào)機(jī)組、VAV BOX、閥門等設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視與控制。

（3）數(shù)據(jù)記錄和管理。對(duì)溫度、壓力、頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，提供多種數(shù)據(jù)管理功能如數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢、打E口及各種數(shù)據(jù)報(bào)表生成。

6.3系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）開放式的系統(tǒng)。采用最新的Windows通用技術(shù)、SQL-server數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；支持Profibus，BAC-net，Lonworks，ModBus，OPC，TCP/IP等國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；升級(jí)方便快捷。

（2）可靠性與節(jié)能性完美結(jié)合。自控核心采用工業(yè)級(jí)的可編程序控制器，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行；采用可靠的電動(dòng)閥和傳感器元器件，保證在惡劣環(huán)境下也能可靠、經(jīng)久運(yùn)行；自主開發(fā)的自控軟件程序，滿足VAV空調(diào)的穩(wěn)定和節(jié)能運(yùn)行，并在項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。

（3）卓越的數(shù)據(jù)采集和先進(jìn)的操作系統(tǒng)，友好的管理界面。