變風量與低溫送風空調的分析研究

王維平　劉佳霓　周麗

摘要：空調系統的節能效果分析研究在設計工作中十分重要。文章針對變風量與低溫送風空調進行分析研究，從變風量與低溫送風空調的系統特點、技術分析、應用、控制策略及控制系統等5個方面展開了全面的分析和研究，以便為社會節能工作的開展提供一定借鑒。

關鍵詞：變風量與低溫送風空調；應用；技術；控制策略

1.變風量系統

變風量空調系統是全空氣系統的一種形式，其工作原理是在各房間設置變風量裝置，當空調房間負荷變化時變風量裝置改變送入房間的風量來滿足室內負荷變化，保證房間溫度穩定在設定值；同時，系統根據各個變風量裝置的風量變化，變頻調節空調機組送風機頻率，改變系統的總送風量，滿足系統空調負荷變化的需求，達到節能的目的。變風量空調系統結構如圖1所示。

2.系統特點

與其他空調系統相比，節能和舒適是其主要特點，具體如下。

2.1節能顯著

（1）風機裝機容量減少：與定風量空調系統相比，變風量系統計算總負荷時可以適當考慮各房間負荷發生的同時性，一般可減少風機裝機容量約10%-20%。

（2）風機運行能耗降低：空調系統在全年大部分時間部分負荷運行，而變風量空調系統隨著負荷的變化改變空調送風量，因此可大大降低送風機的能耗。假設空調系統全年平均負荷率為60%，利用變頻技術則可節約風機運行能耗約75%。

（3）過渡季新風作冷源：減少過渡季節的制冷主機能耗。

2.2空調品質高

（1）避免室內溫度過冷或過熱：變風量裝置根據需要進行空調房間溫度獨立控制，與定風量空調系統相比可以有效防止室內溫度過冷或過熱，提高空調舒適性。

（2）杜絕冷凝水污染：與風機盤管系統相比，新風與回風經過混合、過濾、冷卻/加熱和除濕等集中處理后送入空調房間，避免了冷凍水和冷凝水進入房間而造成細菌滋生和吊頂污染問題，空調衛生水平提高。

（3）實現全新風運行：全空氣系統在過渡季節或空調季節夜間進行全新風送風，營造“會呼吸的建筑”，空氣品質提高。

（4）運行安靜，室內噪聲低：風機盤管系統存在較大的室內噪音，而變風量系統的噪音主要集中在機房，用戶端噪聲較低，從而保證其在室內安靜運行。

2.3智能化水平高

送風系統及室內空氣品質各參數精確控制和顯示，樓宇智能化水平高。

3.變風量技術分析

低溫送風技術：變風量空調系統的送風溫度根據實際情況可以采用常溫送風或低溫送風。所謂常溫送風，空調送風溫度一般在13～16°C之間；所謂低溫送風，空調一次送風溫度在7-10°C之間。

低溫送風系統（Cold Air Distribution System，CADS），由于顯著降低了送風溫度，具有以下優點：

（1）降低系統投資：在相同供冷量的情況下，低溫送風系統比常溫送風系統減少送風量30%～40%，相應空調機組和風管尺寸均可減少，從而降低系統投資。

（2）降低運行費用：降低空調送風的風機運行能耗約20%～30%。

（3）提高空調舒適度：系統除濕能力強，提高空氣品質；送風量減少，有效降低空調噪聲。

低溫送風系統7～10°C的送風溫度通常借助1～5°C的低溫冷源而獲得，在有低溫冷源（如冰蓄冷系統）可利用時，源牌變風量空調可以有效結合變風量和低溫送風這兩項技術的優點，并提供精確、可靠的系統控制，使得整個系統更具節能和舒適優勢。

4.變風量系統應用

變風量空調系統的本質特征是調節各個分區的送風量實現對各個分區負荷的調節，因此可以廣泛用于辦公、寫字樓等負荷有變化的舒適性空調場所，同時也可應用于空調送風量無恒定要求的有負荷變化的工藝空調場所。

源牌各種不同類型的變風量末端都有各自不同的適用場合，在實際應用過程中根據具體空調負荷情況以及系統整體使用情況作出判斷，具體如表1所示。

5.控制策略

變風量空調控制主要包括房間溫度控制、送風溫度控制、送風機變頻控制、回風機變頻控制、新風控制、開機關機控制、低溫送風系統防結露控制以及提供多種面向運行管理和用戶需求的功能等。

5.1房間溫度控制

由VAV BOX實現對房間溫度控制，一般根據控制方式有壓力有關和壓力無關控制兩種。

（1）壓力有關型：變風量空調（Variable Air Volume，VAV）控制器根據室內溫度實測值與設定值的偏差來進行風量調整；屬單級控制，控制簡單，但送風量易受到風管內壓力變化的影響，房間溫度波動較大。

（2）壓力無關型：VAV控制器先根據室內溫度實測值與設定值的偏差計算風量設定值，利用風量傳感器測量實際風量值，再根據風量設定值和實際風量值的偏差進行風量調整；屬串級控制，控制較復雜；送風量不易受到風管內壓力變化的影響，房間溫度波動小。

5.2送風溫度控制

根據送風溫度調節冷凍水/熱水電動調節閥，使送風溫度穩定在設定值。

5.3送風機變頻控制

送風機變頻控制是變風量控制的關鍵技術，其控制決定變風量系統能耗的降低程度，同時也對系統運行的穩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、變靜壓控制和總風量控制等方法。

（1）定靜壓控制：在送風管上設置靜壓傳感器，當末端風量變化時，變頻調節送因機的頻率使靜壓實測值趨于設定值。

（2）可變靜壓控制：在定靜壓控制的基礎上，判斷各個變風量末端的閥位情況，根據系統的需求進行靜壓值的自動設定，使系統靜壓在滿足各變風量末端需求的情況下維持在較低的水平，更大限度地節約變風量空調系統的動力消耗和運行費用。

（3）變靜壓控制：采集每個末端的閥位信號并進行判斷，變頻調節送風機的頻率盡量使VAV閥處于較大開度狀態，把系統靜壓降至最低，因而能最大限度降低風機轉速以達到節能目的。

（4）總風量控制：根據計算的設定風量與實際風量比較，進行風機變頻調節。源牌變風量控制技術根據系統的形式與類別，兼顧穩定性和節能性，選用于合適的變頻控制策略。

5.4新風控制

包括系統最小新風控制和過渡季節全新風控制。

5.5開/關機控制

根據需要各設備啟停按順序程序控制。

6.自控系統

6.1系統組成

自控系統由硬件和軟件組成。硬件包括系統控制器、VAV控制器、執行器（電動水閥、電動風閥和變頻器等）、傳感器（溫度、濕度、壓力等）及上位機監控工作站；軟件包含編程軟件、組態運行軟件以及源牌自主知識產權的控制軟件。

自控系統具有很強的擴展功能，增加遠程I/O模塊可直接控制制冷機房設備、給排水設備等，可提供與樓宇智能化系統通信接口。

6.2控制功能

（1）空調/采暖/過渡季工況切換及參數控制。自動切換各種運行工況，對目標運行參數進行遠程設定和控制。

（2）設備監控。對空調機組、VAV BOX、閥門等設備進行集中監視與控制。

（3）數據記錄和管理。對溫度、壓力、頻率等數據進行記錄，提供多種數據管理功能如數據采集、歷史數據存儲查詢、打E口及各種數據報表生成。

6.3系統特點

（1）開放式的系統。采用最新的Windows通用技術、SQL-server數據庫技術、Ethernet網絡技術；支持Profibus，BAC-net，Lonworks，ModBus，OPC，TCP/IP等國際標準協議；升級方便快捷。

（2）可靠性與節能性完美結合。自控核心采用工業級的可編程序控制器，保證系統可靠運行；采用可靠的電動閥和傳感器元器件，保證在惡劣環境下也能可靠、經久運行；自主開發的自控軟件程序，滿足VAV空調的穩定和節能運行，并在項目中廣泛應用。

（3）卓越的數據采集和先進的操作系統，友好的管理界面。