变风量与低温送风空调的分析研究

    王维平　刘佳霓　周丽

    

    

    摘要：空调系统的节能效果分析研究在设计工作中十分重要。文章针对变风量与低温送風空调进行分析研究，从变风量与低温送风空调的系统特点、技术分析、应用、控制策略及控制系统等5个方面展开了全面的分析和研究，以便为社会节能工作的开展提供一定借鉴。

    关键词：变风量与低温送风空调；应用；技术；控制策略

    1.变风量系统

    变风量空调系统是全空气系统的一种形式，其工作原理是在各房间设置变风量装置，当空调房间负荷变化时变风量装置改变送入房间的风量来满足室内负荷变化，保证房间温度稳定在设定值；同时，系统根据各个变风量装置的风量变化，变频调节空调机组送风机频率，改变系统的总送风量，满足系统空调负荷变化的需求，达到节能的目的。变风量空调系统结构如图1所示。

    2.系统特点

    与其他空调系统相比，节能和舒适是其主要特点，具体如下。

    2.1节能显著

    （1）风机装机容量减少：与定风量空调系统相比，变风量系统计算总负荷时可以适当考虑各房间负荷发生的同时性，一般可减少风机装机容量约10%-20%。

    （2）风机运行能耗降低：空调系统在全年大部分时间部分负荷运行，而变风量空调系统随着负荷的变化改变空调送风量，因此可大大降低送风机的能耗。假设空调系统全年平均负荷率为60%，利用变频技术则可节约风机运行能耗约75%。

    （3）过渡季新风作冷源：减少过渡季节的制冷主机能耗。

    2.2空调品质高

    （1）避免室内温度过冷或过热：变风量装置根据需要进行空调房间温度独立控制，与定风量空调系统相比可以有效防止室内温度过冷或过热，提高空调舒适性。

    （2）杜绝冷凝水污染：与风机盘管系统相比，新风与回风经过混合、过滤、冷却/加热和除湿等集中处理后送入空调房间，避免了冷冻水和冷凝水进入房间而造成细菌滋生和吊顶污染问题，空调卫生水平提高。

    （3）实现全新风运行：全空气系统在过渡季节或空调季节夜间进行全新风送风，营造“会呼吸的建筑”，空气品质提高。

    （4）运行安静，室内噪声低：风机盘管系统存在较大的室内噪音，而变风量系统的噪音主要集中在机房，用户端噪声较低，从而保证其在室内安静运行。

    2.3智能化水平高

    送风系统及室内空气品质各参数精确控制和显示，楼宇智能化水平高。

    3.变风量技术分析

    低温送风技术：变风量空调系统的送风温度根据实际情况可以采用常温送风或低温送风。所谓常温送风，空调送风温度一般在13～16°C之间；所谓低温送风，空调一次送风温度在7-10°C之间。

    低温送风系统（Cold Air Distribution System，CADS），由于显著降低了送风温度，具有以下优点：

    （1）降低系统投资：在相同供冷量的情况下，低温送风系统比常温送风系统减少送风量30%～40%，相应空调机组和风管尺寸均可减少，从而降低系统投资。

    （2）降低运行费用：降低空调送风的风机运行能耗约20%～30%。

    （3）提高空调舒适度：系统除湿能力强，提高空气品质；送风量减少，有效降低空调噪声。

    低温送风系统7～10°C的送风温度通常借助1～5°C的低温冷源而获得，在有低温冷源（如冰蓄冷系统）可利用时，源牌变风量空调可以有效结合变风量和低温送风这两项技术的优点，并提供精确、可靠的系统控制，使得整个系统更具节能和舒适优势。

    4.变风量系统应用

    变风量空调系统的本质特征是调节各个分区的送风量实现对各个分区负荷的调节，因此可以广泛用于办公、写字楼等负荷有变化的舒适性空调场所，同时也可应用于空调送风量无恒定要求的有负荷变化的工艺空调场所。

    源牌各种不同类型的变风量末端都有各自不同的适用场合，在实际应用过程中根据具体空调负荷情况以及系统整体使用情况作出判断，具体如表1所示。

    5.控制策略

    变风量空调控制主要包括房间温度控制、送风温度控制、送风机变频控制、回风机变频控制、新风控制、开机关机控制、低温送风系统防结露控制以及提供多种面向运行管理和用户需求的功能等。

    5.1房间温度控制

    由VAV BOX实现对房间温度控制，一般根据控制方式有压力有关和压力无关控制两种。

    （1）压力有关型：变风量空调（Variable Air Volume，VAV）控制器根据室内温度实测值与设定值的偏差来进行风量调整；属单级控制，控制简单，但送风量易受到风管内压力变化的影响，房间温度波动较大。

    （2）压力无关型：VAV控制器先根据室内温度实测值与设定值的偏差计算风量设定值，利用风量传感器测量实际风量值，再根据风量设定值和实际风量值的偏差进行风量调整；属串级控制，控制较复杂；送风量不易受到风管内压力变化的影响，房间温度波动小。

    5.2送风温度控制

    根据送风温度调节冷冻水/热水电动调节阀，使送风温度稳定在设定值。

    5.3送风机变频控制

    送风机变频控制是变风量控制的关键技术，其控制决定变风量系统能耗的降低程度，同时也对系统运行的稳定性起着重要的作用。目前一般有定静压控制、可变静压控制、变静压控制和总风量控制等方法。

    （1）定静压控制：在送风管上设置静压传感器，当末端风量变化时，变频调节送因机的频率使静压实测值趋于设定值。

    （2）可变静压控制：在定静压控制的基础上，判断各个变风量末端的阀位情况，根据系统的需求进行静压值的自动设定，使系统静压在满足各变风量末端需求的情况下维持在较低的水平，更大限度地节约变风量空调系统的动力消耗和运行费用。

    （3）变静压控制：采集每个末端的阀位信号并进行判断，变频调节送风机的频率尽量使VAV阀处于较大开度状态，把系统静压降至最低，因而能最大限度降低风机转速以达到节能目的。

    （4）总风量控制：根据计算的设定风量与实际风量比较，进行风机变频调节。源牌变风量控制技术根据系统的形式与类别，兼顾稳定性和节能性，选用于合适的变频控制策略。

    5.4新风控制

    包括系统最小新风控制和过渡季节全新风控制。

    5.5开/关机控制

    根据需要各设备启停按顺序程序控制。

    6.自控系统

    6.1系统组成

    自控系统由硬件和软件组成。硬件包括系统控制器、VAV控制器、执行器（电动水阀、电动风阀和变频器等）、传感器（温度、湿度、压力等）及上位机监控工作站；软件包含编程软件、组态运行软件以及源牌自主知识产权的控制软件。

    自控系统具有很强的扩展功能，增加远程I/O模块可直接控制制冷机房设备、给排水设备等，可提供与楼宇智能化系统通信接口。

    6.2控制功能

    （1）空调/采暖/过渡季工况切换及参数控制。自动切换各种运行工况，对目标运行参数进行远程设定和控制。

    （2）设备监控。对空调机组、VAV BOX、阀门等设备进行集中监视与控制。

    （3）数据记录和管理。对温度、压力、频率等数据进行记录，提供多种数据管理功能如数据采集、历史数据存储查询、打E口及各种数据报表生成。

    6.3系统特点

    （1）开放式的系统。采用最新的Windows通用技术、SQL-server数据库技术、Ethernet网络技术；支持Profibus，BAC-net，Lonworks，ModBus，OPC，TCP/IP等国际标准协议；升级方便快捷。

    （2）可靠性与节能性完美结合。自控核心采用工业级的可编程序控制器，保证系统可靠运行；采用可靠的电动阀和传感器元器件，保证在恶劣环境下也能可靠、经久运行；自主开发的自控软件程序，满足VAV空调的稳定和节能运行，并在项目中广泛应用。

    （3）卓越的数据采集和先进的操作系统，友好的管理界面。