系统概述
变风量系统(Variable Air Volume System, VAV系统)于20世纪60年代诞生在美国,根据室内负荷变化或室内要求参数的变化,保持恒定送风温度,自动调节空调系统送风量,从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行,所以,风量的减少带来了风机能耗的降低。VAV系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。VAV系统出现后并没有得到迅速推广,当时美国占主导地位的仍是定风量(CAV,Constant Air Volume)系统加末端再加热和双风道系统。西方70年代爆发的石油危机促使VAV系统在美国得到广泛应用,并在其后20年中不断发展,已经成为美国空调系统的主流,并在其他国家也得到应用。
变风量系统的控制
优缺点
VAV系统有如下优点:
1.由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化,同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况,所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍,VAV系统与CAV系统相比大约可以节约风机耗能30%-70%,对不同的建筑物同时使用系数可取0.8左右。
2.由于VAV系统的末端可以根据室内温度与设定值的偏差来调节送风量,所以与CAV系统相比具有一定的独立调控性能。部分负荷的时候可以有效地降低再热量,甚至可能完全不需要末端再热。
3. 系统的灵活性较好,易于改、扩建,尤其适用于格局多变的建筑,例如出租写字楼等。当室内参数改变或重新隔断时,可能只需要更换支管和末端装置,移动风口位置,甚至仅仅重新设定一下室内温控器。
1、缺少新风,室内人员感到憋闷;
2、房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入,房门开启困难;
3、室内噪声偏大。
从运行管理方面看,主要有:
1、系统运行不稳定,尤其是带“经济循环(Economizer Cycle)”的系统;
2、节能效果不明显。
此外,VAV系统还存在一些固有的缺点:
1、系统的初投资比较大;
2、对于室内湿负荷变化较大的场合,如果采用室温控制而又没有末端再热装置,往往很难保证室内湿度要求。
3、对一个系统来说,问题并不一定时时刻刻都存在,可能在某个工况发生,在另一个工况又消失了。
设计问题
变风量调节系统在设计方面的若干问题
噪声问题
在VAV系统中,比较大的噪声源除了送、回(排)风机外,还有VAV末端装置。压力无关型的VAV末端都带有风速测量传感器,这些传感器一般要求风速高于一定数值才能保证测量准确,所以流过末端入口的风速都比较高,这是末端装置产生较高噪声的一个原因。一般的节流型末端是靠调节阀片开度来改变风量的,所以,当阀片关小的时候,流经阀片的风速也增加了,所以,阀门调节也是一个产生噪声的根源。
末端装置产生的噪声通过送风和外壳传入室内,前者称为送风噪声(Discharge Noise),后者称为辐射噪声(Radiated Noise)。在末端装置的产品样本中,都列有详细的噪声数据供设计者参考。一般,末端装置产生的噪声随型号增大而增加,随着后压差的增加而增加。由于VAV系统的运行工况是变化的,势必室内的声压级要随之变化。一般来说,人耳对稳定声压级的噪声环境有一定的适应能力,长时间后,人的感觉就不很明显了。但是,当声压级的变化达到5dB,人的耳朵就能较清楚地感觉到。这就是为什么在有的VAV系统中,室内人员有时候能听到噪声,而有时候又感觉不到。
气流组织
一般的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ADPI来评价房间的气流组织性能。该指标综合考虑了空气温度、气流速度和人的舒适度三方面的因素。如果ADPI=100%,表示全室人员都感到舒适;ADPI达到80%,即可认为是满意的气流组织效果。有关的气流组织试验结果表明:在变风量送风的情况下,条缝散流器和灯具散流器在较大的风量变化范围内,ADPI均可保持在80%以上,说明这两种送风口的性能较为理想。
所以,在VAV系统中一般不使用普通的方形或圆形散流器,而用是条缝散流器,侧送风口更是极少采用。
适用性
1)运行经济,由于风量随负荷的减小而降低,所以冷量、风机功率接近建筑物空调负荷的实际需要。在过渡季节也可以尽量利用室外新风冷量。
2)各个房间的室内温度可以个别调节,每个房间的风量调节直接受装在室内的恒温器控制。
3)具有一般低速集中空调系统的优点。例如可以进行较好的空气过滤、消声等,并有利于集中管理。
4)不像其他系统那样,始终能保证室内换气次数、气流分布和新风量,当风量过低而影响气流分布时,则只能以末端再热来代替进一步降低风量。