變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中定靜壓控制的風(fēng)量平衡影響因素研究

張秀平 賈 蒙

中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司 北京 100161

1 概述

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（Variable Air Volume System，VAV系統(tǒng)）于20世紀(jì)60年代誕生在美國(guó)，是根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化或室內(nèi)要求參數(shù)的變化，保持恒定送風(fēng)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量，從而使室內(nèi)參數(shù)達(dá)到要求的全空氣空調(diào)系統(tǒng)[1]。變風(fēng)量系統(tǒng)調(diào)節(jié)送風(fēng)量在30%～100%，用調(diào)節(jié)風(fēng)量代替通過(guò)再熱調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，與定風(fēng)量再熱系統(tǒng)對(duì)比，既減少供冷量，也節(jié)省了不必要的再熱量，是當(dāng)時(shí)空調(diào)技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)步[2-3]。VAV系統(tǒng)主要由變頻空調(diào)、VAV末端風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置、風(fēng)管及控制系統(tǒng)組成（圖1），通過(guò)改變送風(fēng)量的方式來(lái)滿足建筑內(nèi)獨(dú)立區(qū)域空調(diào)需求的空調(diào)末端系統(tǒng)[4]。

2 定靜壓控制原理及工況簡(jiǎn)介

2.1 定靜壓調(diào)試原理

圖1 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)組成

在保證系統(tǒng)風(fēng)道內(nèi)某點(diǎn)靜壓一定的前提下，室內(nèi)所需風(fēng)量由VAV-BOX風(fēng)閥調(diào)節(jié)，系統(tǒng)送風(fēng)量由風(fēng)道內(nèi)靜壓與該點(diǎn)所設(shè)定值的差值控制空調(diào)機(jī)組變頻器工作調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定，同時(shí)可以改變送風(fēng)溫度來(lái)滿足室內(nèi)舒適性要求[5-6]。

靜壓值的設(shè)定是系統(tǒng)安裝完成后，經(jīng)過(guò)調(diào)試得到的。把風(fēng)機(jī)開(kāi)到一定轉(zhuǎn)速，使得所有VAV-BOX末端的風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值[7]，這樣就能保證系統(tǒng)在最不利狀態(tài)下運(yùn)行，此時(shí)該點(diǎn)的靜壓值即為設(shè)定值。設(shè)定值一般在250～375 Pa之間[8]。

控制點(diǎn)一般在靠近主風(fēng)道末端，離末端距離約為主風(fēng)道長(zhǎng)度的1/3處（圖2）。

圖2 定靜壓控制原理

2.2 工況簡(jiǎn)介

每層設(shè)置空調(diào)機(jī)房，設(shè)置一臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，組合式空調(diào)機(jī)組由過(guò)濾段、盤(pán)管加熱段、加濕段、熱回收段和風(fēng)機(jī)段組成。機(jī)房位于南側(cè)，組合式空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)量45 000 m3/h，機(jī)外靜壓788 Pa，環(huán)形風(fēng)道，在北側(cè)中間位置設(shè)置截?cái)嚅y。

3 定靜壓控制下的風(fēng)平衡影響因素分析

通過(guò)對(duì)某工程調(diào)試過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，可知在VAV空調(diào)系統(tǒng)中定靜壓控制的風(fēng)平衡影響因素主要包括最不利點(diǎn)的選擇、VAV-BOX連接一次風(fēng)管長(zhǎng)度、VAV-BOX連接二次風(fēng)管長(zhǎng)度、送回風(fēng)靜壓值、靜壓值的設(shè)定等方面。

3.1 最不利點(diǎn)的選擇

根據(jù)新風(fēng)所走路由和分配原則，一般在系統(tǒng)末端或者附近位置為不利末端，根據(jù)本工程一次風(fēng)管和二次風(fēng)管排布，不利末端位于西北角。通過(guò)對(duì)比風(fēng)量分布，不利末端風(fēng)量通常達(dá)不到調(diào)試目標(biāo)值，以其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層為例（圖3），在非不利末端的三個(gè)角落，管路連接和風(fēng)口布置與不利末端類(lèi)似，其風(fēng)量與調(diào)試目標(biāo)的偏差均在－5%以上，而在不利末端位置，其偏差在－27%～－17%之間。這充分說(shuō)明不利末端風(fēng)量平衡能力更差，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮到不利末端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。

圖3 目標(biāo)偏差

3.2 VAV-BOX連接一次風(fēng)管長(zhǎng)度

在相似位置，同一型號(hào)的VAV-BOX由于設(shè)計(jì)的位置不同，一次連接風(fēng)管長(zhǎng)度不同，VAV-BOX的風(fēng)量與調(diào)試目標(biāo)偏差如表1所示，一次風(fēng)管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其負(fù)偏差越大，4#VAV-BOX一次風(fēng)管長(zhǎng)度5.2 m，另外存在90°彎頭的原因，其負(fù)偏差為－27%，其一次連接風(fēng)管長(zhǎng)度短的VAVBOX偏差為正值，其中在1.2～1.5 m、一次管道順直的情況下，調(diào)節(jié)平衡后其偏差為6%。這說(shuō)明在保證一次管道盡量順直的前提下，一次風(fēng)管的長(zhǎng)度是影響風(fēng)量平衡效果和能力的重要因素。

表1 一次風(fēng)管長(zhǎng)度與偏差值關(guān)系

3.3 VAV-BOX連接二次風(fēng)管長(zhǎng)度

二次風(fēng)管是連接BOX與風(fēng)口之間的管道，出于精裝考慮和風(fēng)口布置的因素，二次風(fēng)管為了追位必然會(huì)長(zhǎng)短不一，或者有彎折，按照規(guī)范要求，末端二次風(fēng)管采用軟接，軟接的彎折所引起的風(fēng)量阻力是硬接風(fēng)管阻力的幾何倍數(shù)，因此在設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡量減少?gòu)澱酆蛙浗庸艿赖拈L(zhǎng)度。

3.4 送回風(fēng)靜壓值

機(jī)外靜壓和機(jī)組額定風(fēng)量表明機(jī)組的送風(fēng)能力，其中機(jī)外靜壓是風(fēng)量調(diào)試的重要因素，送風(fēng)靜壓越大，風(fēng)量調(diào)節(jié)的能力越強(qiáng)，也就是資用壓頭越大，風(fēng)平衡的能力越強(qiáng)。機(jī)外靜壓在出廠時(shí)就已經(jīng)設(shè)定好，想要機(jī)組的送風(fēng)靜壓越大，必然要求盡量減小回風(fēng)的壓力損失，而回風(fēng)的壓力損失與消聲器、閥門(mén)、回風(fēng)管的口徑等因素有關(guān)，從調(diào)試結(jié)果來(lái)看，回風(fēng)靜壓的大小是影響資用壓頭的關(guān)鍵因素。

如圖4所示，回風(fēng)靜壓設(shè)計(jì)值為－221.5 Pa，在其安裝和施工過(guò)程中，受到靜壓箱、消聲器、閥門(mén)等因素的影響，每層的情況不盡相同，回風(fēng)靜壓在－590～－270 Pa之間，受此影響機(jī)組的送風(fēng)靜壓在230～530 Pa之間，機(jī)組的總風(fēng)量和送風(fēng)靜壓成正比。

3.5 靜壓值的設(shè)定

該工程初始設(shè)計(jì)給定的靜壓值為275 Pa，經(jīng)過(guò)運(yùn)行最不利點(diǎn)風(fēng)量只達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量的70%，說(shuō)明靜壓值設(shè)定偏小，經(jīng)過(guò)幾輪設(shè)定，最終靜壓值設(shè)定為305 Pa，最不利點(diǎn)風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值的89%。

3.6 其他

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、新風(fēng)補(bǔ)充、過(guò)濾段的清潔程度等同樣是影響風(fēng)量平衡的因素。

4 整改措施

4.1 最不利點(diǎn)選擇的整改措施

最不利點(diǎn)的選擇要結(jié)合設(shè)計(jì)給定的數(shù)值及現(xiàn)場(chǎng)粗平衡的情況進(jìn)行選定。

4.2 VAV-BOX連接一次風(fēng)管長(zhǎng)度的整改措施

VAV入口的直管段長(zhǎng)度必須保證有1.5倍以上的當(dāng)量直徑（圖5）；入口直管段必須為鍍鋅風(fēng)管（不能用軟風(fēng)管）；接口必須密封不漏氣。

4.3 VAV-BOX連接二次風(fēng)管長(zhǎng)度的整改措施

軟接風(fēng)管只能置于直管段上游，不能放在直管段與VAV入口之間，更不能直接使用軟風(fēng)管代替直管段；軟接風(fēng)管由于處在直管段上游，因此必須從材質(zhì)上考慮承壓?jiǎn)栴}，當(dāng)下游VAV閥處在較小開(kāi)度時(shí)，軟接風(fēng)管處的風(fēng)壓可能相當(dāng)高，必須慎重考慮軟接風(fēng)管的材質(zhì)強(qiáng)度以及連接口的密封性，否則可能導(dǎo)致軟風(fēng)管或接口的破裂；當(dāng)采用軟接風(fēng)管時(shí)，其前后的硬風(fēng)管必須對(duì)齊、同心，必要時(shí)軟風(fēng)管前、后的硬管需在接口前、后增加吊架（托架）以對(duì)正位置，避免出現(xiàn)軟接風(fēng)管上下左右的錯(cuò)位、癟塌等不良狀況，否則將嚴(yán)重增加風(fēng)道阻力。

VAV箱分風(fēng)箱出口連接的軟件，盡量對(duì)稱(chēng)，以保證VAV區(qū)域控制風(fēng)量的均勻；軟管避免盤(pán)旋壓扁，以免導(dǎo)致管道阻力大大增加；軟管長(zhǎng)度不宜超過(guò)1.5 m，如實(shí)在需要較長(zhǎng)的出風(fēng)軟管，應(yīng)在出口處增加一節(jié)鍍鋅鋼管，然后再駁上軟管。軟管與VAV的分風(fēng)出口以及散流器（靜壓箱）入口必須連接緊密，避免漏風(fēng)（圖6）。

圖5 VAV-BOX連接一次風(fēng)管安裝

圖6 VAV-BOX連接二次風(fēng)管安裝

4.4 送回風(fēng)靜壓值的整改措施

在二次深化階段，要充分考慮到送回風(fēng)靜壓箱、消聲器和閥門(mén)對(duì)靜壓的影響，比如靜壓箱外擴(kuò)，閥門(mén)與靜壓箱之間要增加直管道的長(zhǎng)度等。

4.5 靜壓值設(shè)定的整改措施

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多工況模擬，找出系統(tǒng)的自身特點(diǎn)；盡量縮小設(shè)定值的增加幅度，從而獲得最佳壓力設(shè)定值。

4.6 其他影響因素的整改措施

機(jī)組皮帶輪的松緊會(huì)影響機(jī)組的轉(zhuǎn)速，也可能存在少轉(zhuǎn)的情況，影響機(jī)組的送風(fēng)能力。新風(fēng)是對(duì)回風(fēng)補(bǔ)充的重要因素，可以直接補(bǔ)充到回風(fēng)口，降低回風(fēng)靜壓，增大送風(fēng)靜壓，可以有效調(diào)節(jié)風(fēng)量平衡能力的問(wèn)題。過(guò)濾段的清潔程度同樣影響送風(fēng)阻力的大小，影響風(fēng)量平衡，因此在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間以后需要定期對(duì)其清理。

4.7 需要特別注意的問(wèn)題

外保溫時(shí)必須注意軟連接氣管的保護(hù)：保溫層絕不能壓扁軟連接氣管；保溫施工時(shí)也應(yīng)重點(diǎn)注意操作，工人在割保溫層時(shí)，必須十分小心，確保刀子不要?jiǎng)澋杰涍B接氣管。

禁止使用流量傳感器、連接管、一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)管（圓管）、控制電氣箱或風(fēng)閥軸作為手柄抬升或移動(dòng)設(shè)備，禁止外力壓迫測(cè)量軟管，以免損壞VAV-BOX及影響控制精度。機(jī)組與周邊建筑物之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，預(yù)留出450 mm×450 mm的檢修空間，確保檢修口到VAV-BOX有合適的操作空間。VAV-BOX的引入管應(yīng)直接從主風(fēng)管上引入，盡量避免從支管引入，以免產(chǎn)生風(fēng)量不足的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)量平衡是VAV空調(diào)系統(tǒng)使用的重要影響因素，在設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)及施工階段需要在各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)其把控，風(fēng)管的不利末端在設(shè)計(jì)階段需要酌情考慮增大管徑和增加導(dǎo)流。送回風(fēng)靜壓尤其是回風(fēng)管徑，在設(shè)計(jì)計(jì)算階段需要考慮靜壓箱、消聲器、閥門(mén)等因素帶來(lái)的影響。設(shè)計(jì)者和深化設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮到各個(gè)不利因素對(duì)風(fēng)量平衡的影響，以便后期平衡調(diào)試。