[科普中国]-变风量系统

变风量系统是送风状态不变，用改变风量的办法来适应负荷变化。风量的变化可通过专用的变风量末端装置来实现，末端装置可分为节流型、旁通型和诱导型。与之相对应的是定风量系统。1

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。

变风量系统的控制图10-13为一典型的VAV变风量系统。与常规的全空气系统相比，VAV系统最主要的特点就是每个房间的送风入口处装一个VAV末端装置，该末端装置实际上是一个风阀。调整此风阀以增大/减少送入房间的风量，从而实现对各个房间温度的单独调节。当一套全空气空调系统所带各房间的负荷变化情况彼此不同，或各房间要求的设定值彼此不同时，VAV是一种解决问题的有效方式。每个VAV末端装置需要一套控制器。最简单的控制方式是根据房间温度实测值与设定值之差．直接调整末端装置中的风阀。这样当某个房间温度达到要求值时，由于其他房间风量的变化或总的送风机风量有所变化导致连接末端装置的风道处的空气压力有变化，从而使这个房间的风量变化。由于房问热惯性较大，在此瞬间房间温度并不变化。待房间温度发生足够大的变化后，再对风阀进行调整，又会反过来影响其他房间的风量，并引起温度变化，这样各房问风阀不断调节，风量和温度不断变化，会导致系统不稳定。2

一种改进的方法是采用“压力无关”末端装置。此方法在末端上装有风量测量装置，房间温度的变化不再直接改变风阀开度，而是去修正风量设定值。风阀则根据实测的风量与风量设定值进行调整。这样，当某房间风量由于风道内压力变化而变化时，末端控制装置会直接调整风阀，以维持原来的风量使房间温度不会由此而波动。简单的末端控制器和“压力无关”方式的末端控制器都可以由常规模拟电路构成或以计算机为核心构成。以计算机为核心的DDC控制器可以是独立的，也可以通过通信网相互连接，与空气处理设备的控制器协调工作。2

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。

4. VAV系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，例如过渡季和冬季可以利用新风消除室内冷负荷，能够对负荷变化迅速响应，室内也没有风机盘管凝水问题和霉菌滋生问题。3

虽然VAV系统有很多优点，但是伴随着VAV系统的诞生，大部分系统或多或少地也暴露出如下问题。从用户的角度看，主要有：
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。

从表面上看，似乎VAV系统只不过比CAV系统多了一些末端装置和风量调节功能。可是，就因为VAV系统风量的变化和增加的末端设备，使得VAV系统从方案设计到设备选择、施工图设计，直到施工和调试都具有不同于定风量系统的特殊性。VAV系统存在的这些问题和缺陷，其原因是多方面的。有的可能需要一定的技术支持才能解决；而有的可能通过空调系统设计人员的努力就可以避免。3

设计问题变风量调节系统在设计方面的若干问题

1、负荷、风量问题：冬、夏系统最大风量是根据系统最大冷负荷或最大热负荷计算的。而最大冷热负荷不是各区最大负荷的总和，应考虑系统的同时负荷率，因空调设备提供的冷量能自动的随负荷变化而在建筑物内部调剂。系统最小风量可按最大风量的40%-50%计算，该最小风量必须满足气流分布方面的最低要求，同时必须大于卫生要求的新风量。3

2、气流分布问题：由于风口变风量，会影响到室内气流分布的均匀性和稳定性，从而能影响人的舒适感。宜采用扩散性能好的风口（喷射型风口扩散性能较差），因为前者当风量减少时，仍具有诱导室内空气的性能，二喷射型风口的射流则会改变射程而直接下降到工作区。此外，配置多个风口比用少量风口的效果为好。利用贴附平顶作用的条缝风口则被认为是一种最好的变风量送风口。采用普通风口时，一般可按80%左右的最大送风量作为选定风口风量的依据。还应指出：由于热风的浮升作用，当变风量系统风量变小时，将使气流分布恶化，这是应该注意的。3

3、变风量系统的风机控制：使用节流型变风量风口后，系统的管道特性线将产生变化，风机的工作点也将移动，管内静压增加，这样虽则风量是减少了，然而由于风压增大使动力没有得到很大节约，特别是在过量的节流后会引起噪声的增加，甚至风机可能进入不稳定区工作。此外，如果管内压力超过了末端装置的容许静压，则调节失灵。再者，当管内静压的变化过高还将引起大量的漏风。为了防止这一系列的缺点，必须在风管内设静压控制器，根据风管内静压的变化来控制送风机的总风量，比较经济合理的措施是调节风机的转速或风机的进口导叶装置或调节风机出口风阀，才能从实际上达到节约动力的效果。对于未采用专门设计制造的节流型风口的空调系统，为了节约动力消耗而采用变风量运行时，同样也应从调节风机本身的风量着手。3

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。

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学