【微分享】VAV变风量空调系统基础应用手册

2023-10-25
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变风量空调系统是利用改变进入空调区域的送风量来适应区域内负荷变化的一种空调系统，是全空气系统的一种类别，主要用于办公和其他商用建筑。最大的优点在于节能和提供良好的舒适性。
变风量空调系统基本构成变风量空调系统有各种类型，他们均有四个基本部分构成：变风量末端装置、空气处理及输送设备、风管系统及自动控制系统。

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变风量空调系统基本构成图
定风量、变风量的主要区别：
定风量系统为空调机吹出的风量一定，以提供空调区域所需要的冷(暖)气。当空调区域负荷变动时，则以改变送风温度应付室内负荷，并达到维持室内温度于舒适区的要求。
显热(W)：Qs=1.2×L/s*△t

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定风量再热式系统是从机房送出的同一参数的送风，在送入每个房间或区域前，经过再加热盘管加热，然后才送入室内。夏季处理过程：室外新风与室内回风混合，将混合空气行冷却去湿处理，然后进行再加热，即可沿热湿比线送入室内处理余热余湿。冬季：室外空气与室内回风混合至，经再加热后再经等温加湿、再热后即可送入室内。
定风量：末端再热系统

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变风量空调系统：

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变风量与定风量主要区别：

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变风量空调系统的主要特点：
变风量系统是一种全空气的空调方式；
房间温度能够单独控制；
风量自动变化，系统自动平衡；
可以没有水系统，可以采用电加热；
大部分时间低于其最大风量的状态下运行；
对于负荷变化较大，或同时使用系数较低的场所节能效果尤其显著；
空气品质好：全空气系统送风能得到全面集中的处理(如过滤,加湿,杀菌,消声等)；且没有冷凝水污染,抑制细菌滋生
温度控制准确快速：VAV box采用DDC控制精度高；
运行节能：风机耗电减少，冷机耗电减少，水泵耗电减少；
没有水管使施工方便,运行安全且无冷凝水污染；
与送风口采用软管连接，便于装修时重新分隔；
可以和多种空调系统相结合(空调箱,屋顶机,冰蓄冷系统,水源热泵等)。
内、外分区及空调负荷计算：
内、外区定义：
内区定义：
内、外分区及空调负荷计算：
围护结构有一定的距离，具有相对稳定的边界温度条件的区域。它不受外围护结构的日射得热、温差传热和空气渗透等影响。内区全年仅有内热冷负荷，其随区域内照明、设备和人员发热量的状况而变化，通常全年需要供冷。
外区定义：直接受外围护结构日射得热、温差传热、辐射换热和空气渗透影响的区域。
外区空调负荷包括外围护结构冷负荷或热负荷以及内热冷负荷。
内、外区划分：

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温度控制区：
1）不分朝向的内区可能会有多个房间组成。为稳定因各种负荷变化引起的室温变化，需要对房间进行温度控制。根据房间内用途、使用时间和负荷性质，来划 分不同温度的分区。
2）变风量空调系统一般按温度控制区逐一设置变风量末端装置及其他辅助设施。一般，每一个末端装置控制的内区温控区宜为50～100㎡，外区温控区宜为 25～50㎡。
内、外区冷热负荷计算步骤：
1）划分内、外区；
2）划分温度控制区；
3）初步布置空调末端装置；
4）确定室内设计温、湿度；
5）负荷计算和累计；
（1）单个温控区负荷累计用于选择末端装置；
（2）多个温控区负荷累计用于确定风管尺寸；
（3）系统负荷累计用于选择空调器型号。
变风量空调系统负荷分类：

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VAV末端分类：
变风量末端装置是变风量空调系统的关键设备之一，空调系统通过末端装置调节一次送风量，跟踪负荷变化，维持室温。

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最简单的变风量末端机组：单风道单冷型VAV

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末端再热型单风道VAV(热水盘管或电加热)：

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单风道VAV工作特点：
根据室内负荷的变化或室内温度设定值的改变自动调节送风量；
送风量有一个最小设定值(带辅助热源时此值大些)；
过冷或需要制热时，可通过热水盘管或电加热提供热源。

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并联风机型(可使用热水盘管或电加热作为辅助热源)

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并联风机型VAV工作特点：
正常制冷模式下，风机不工作；
过冷模式下，风机开始工作，能源回收，提供第一级制热；
制热模式下当需要时，启动第二级制热；
风机与一次风风阀独立工作，分别提供风量；
风机风量小于送风量，风机尺寸和噪声均较小；
风机在制冷模式下不工作，耗电少；

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串联风机型(可使用热水盘管或电加热作为辅助热源)

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串联风机型VAV工作特点：
风机始终工作，输送恒定风量，但送风温度变化；
一次风阀根据需求调整开度，其余风量由回风补足；
制热模式下当需要时，启动第二级制热。

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常见的变风量末端装置：

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变风量末端装置选型 在确定了变风量空调系统类型且完成了系统划分和设置后，可着手进行变风量末 端装置的选择。
变风量末端装置选型过程：
（1）选型条件准备：
1）划分内、外区温度控制区
2）各温度控制区冷、热显热负荷计算
3）各温度控制区冷、热显热负荷分析
4）确定需要再热的外区及“过冷再热”区域末端装置的加热方式。
（2）末端装置风量计算：

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G —系统风量，Kg/s；W —系统湿负荷，g/s；
QT、Qs —系统全热负荷、显热负荷，KW；
hN、hs — 室内空气设计焓值、送风焓值，KJ/Kg;
tN、ts — 室内空气设计干球温度、送风干球温度，℃；
dN、ds — 室内空气含湿量、送风含湿量，g/kg；
1.01 — 干空气定压比热，KJ/(kg·℃)。
（3）风速传感器形式确定；
（4）末端装置选型 ；
（5）加热器选型。
变风量空调系统选择：
根据采用末端装置的形式，变风量系统有以下几种分类：
变风量空调系统分类表

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结构简介：

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主要部件：

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风机电机组件：

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电加热组件：

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热水盘管组件：

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变风量空调系统的控制：
下面主要以图示形式介绍变风量系统的几种控制方式：
1、变风量末端控制：
由房间温度传感器测量室内温度并与设定值比较。当房间温度低于供热设定值时，热水阀（V4）将打开；如果温度高于供冷设定值则关闭热水阀（V4），并根据温度的偏差和送风量的大小自动调节风阀的开度，使房间温度保持恒定。

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2、空调机组控制：

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空调系统使用变频驱动器（VFD）控制风机的转速来控制风量。控制器根据送风主管的静压自动调节送风机和回风机的转速，使主风管保持一定的静压。
当室内负荷增大时，变风量箱的风阀开度加大，主风管静压降低，控制器将提高风机的转速以维持恒定的静压，若负荷减少时，变风量箱的开度减少，系统静压上升，控制器将降低风机的转速，以维持恒定的静压。热水阀（V4）和冷水阀（V1）由送风温度控制。当送风温度低于加热设定值时，控制器将打开热水阀， 并根据温度的偏移量调节比例阀的开度。当送风温度高于制冷设定值时，控制器将打开冷水阀，并自动调节阀门的开度。
当房间的相对湿度低于设定下限值时，控制器将会启动加湿阀（V5）并自动调节到适当位置，使得湿度保持在设定值。如果相对湿度高于设定上限，控制器将会开启冷水阀（V1）进行除湿，并根据需要开启热水阀，保证送风温度的要求。 经济循环模式控制能自动检测室外空气的温度值，根据外界空气温度值决定是否采用全新风的工作方式，以达到节能目的。 压差开关（PD）检测过滤器两端的压力差，当过滤器积尘量超过设定值时，控制器给出报警信号，通知用户更换过滤器。
3、新风机组控制：由控制器启动送风机，使新风机投入运行。控制器自动调节蒸汽阀（V4）或冷水阀（V1）的开启度，使得送风温度恒定在设定范围。 压差开关（PD）检测过滤器两端的压力差，当过滤器积尘量超过设定值时，控制器给出报警信号，通知用户更换过滤器。

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两种控制基本原理：
基本控制原理：压力有关型与压力无关型。
VAV末端通过测量室内温度与设定温度之间的差值来控制风阀的开度，调节进入房间的风量。

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压力有关型控制：
由温度传感器，控制器，风阀驱动器组成；
温度差控制风阀开度，送入房间风量发生变化；
但风量变化值不仅与开度有关，还与进风口处的静压有关。

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压力无关型控制：
由温度传感器，控制器，风阀驱动器和流量环组成；
根据温度差计算所需风量，与实测风量比较,控制风阀开度；
不管进风口处静压是否改变，都将保持恒定的送风量；
增加了风量控制的稳定性，并允许最小和最大风量设定。

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流量环：多点式风速(压差)传感器
流量环是压力无关型机组中核心部件；
2组8个小孔(面对和逆向气流)分别测量全压和静压,得到的压力差为动压；
动压Pd=全压-静压=½ρv²=0.5*1.2*v²

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三种系统级控制模式：
白天一般采用该模式，在建筑物有人使用的区域必须保持通风和适当的制冷/制热温度设定点，为此必须保证：
主送风机持续运行；
主送风机受控运行来维持系统静压设定点；
恒定的一次风温度设定点；
新风阀保持适当的通风；
终端设备维持各自的有人使用模式下的温度设定点。
晚上会采用该模式,在建筑物无人使用时不需要新风,在周边区域仅需防止其太冷或太热，内部区域则可以不控制。顶层的所有区域均需温度限制运行。
主送风机仅当需要维持温度设定点时才运行；
主送风机受控运行来维持系统静压设定点；
新风阀保持关闭；
终端设备维持各自的无人使用模式下的温度设定点。
早晨预冷/预热模式：
早晨预冷/预热模式通常作为从无人模式到有人模式的一种过滤，使建筑物既保持舒适又节能。
主送风机持续运行；
主送风机受控运行来维持系统静压设定点；
新风阀关闭,除了在此模式结束前的净化时(冲淡无人使用模式下的污染物积聚)；
终端设备或全开或调节到有人使用模式下的温度设定点；
当周边区域温控器达到其有人使用模式下的设定点；时，该模式结束，转换到有人使用模式。
四种风机调节方式：
出口风阀：调整出口风阀角度增加系统静压损失，来改变风量；经济但不节能。

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出口风阀：

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进口导叶：调整进口导叶角度改变进风方向，减轻叶轮负担，减少输出风量和静压的能力，节能。

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进口导叶：

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风机速度控制：改变风机旋转速度，调整风量。一般通过改变电机速度进行，如变频器。节能。

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风机速度控制：

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叶片角度控制：改变叶片角度，调整风量。适用于轴流风机，用于较大系统。

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叶片角度控制：

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风机出口静压控制：静压传感器放置在主风机出口处，成本低但不节能。

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三种静压控制方式：
送风管道静压控制：静压传感器放置在送风管上，现场安装，位置难定，可能需多个传感器，又节能。

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最优化静压控制：静压传感器放置在主风机出口处，同时检测风阀位置。

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三种静压控制方式的比较：

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典型的变风量系统：

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单风管带再热盘管的变风量空调系统图
上述空调系统的工作过程：空调室内回风与室外新风混合，经集中式空调机组处理后，由风管送到各个空调区域。控制器根据室内负荷的大小，通过改变变 风量末端装置风阀的开度，调节送入室内的风量；当室内需要供热时，再热盘管的热水阀打开，送风温度提高，通过改变变风量末端风阀的开度，调节送入室内 的热风量。
空调房间送风量的改变，导致送风总管静压的变化，总管压力传感器测量风管系统静压后，由自控系统通过调节风机的送风量实现定静压控制。
冷水盘管的三通阀调节冷水的流量使送风温度保持恒定，新风量和室内正压 由送风机和回风机同时控制。系统的各个测量点可以与计算机通讯，进行实时监测、分析和调控并可以优化控制参数，实现最佳的控制方案。
线路图及接线：
UCM4.2电控板接线：

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UCM4.2电控板通讯接线：

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主要电气部件介绍：
辅助温度传感器：
辅助温度传感器可以帮助VAV末端在整个VAV系统不含系统控制器的情况下自动切换制冷和制热模式(在有系统控制器时仅报告状态)。
UCM会比较其提供的送风温度和区域传感器提供的房间温度的偏差，并根据比较结果自动判断工作模式。
安装在风管内，用螺丝固定。
出厂时，辅助输入配置即为辅助温度输入。

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CO2传感器：
CO2传感器可以测量空气中CO2的浓度，并转化为电信号传输给控制器，控制器可依据此信号重新设定新风量，保证了室内空气质量。
室内型固定在墙上，可测量单个区域的状态。
风管型固定在风管上，可测量回风系统的状态。
出厂时，辅助输入配置为辅助温度输入，通过通讯界面可以将此辅助输入重新配置成CO2传感器输入。

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无线传感器：
无线传感器的作用与有线传感器一样，但它省却了布线的烦琐。在位置排布上更灵活。
接收器可安装在天花板的上面或下面，但需让其天线朝下，且需提供单独的24VAC电源。
发射器安装到盒内或直接安装在墙上，内有一电池寿命约1.5~2年。

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压力传感器(X13790043050)：

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SCR马达调速器：
SCR用于调节马达速度，从而进行变风量控制；
其上有分压计，用于电机电压特殊时的设定，在工厂已设定好，其设定值不能低于马达的电压要求。当大厦电压特殊时，可能需要现场调整。

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风阀执行器(X13611056010)：

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比例调节水阀CV3.8(X13611060030)：
用来对热水盘管进行精确的控制以维持区域在设定的温度点。
阀门插座为等比例设计，通过合适的控制可以实现三种不同的流量控制。
阀门为现场安装，可设置成两通或三通.将阀门底部的盖子去掉就设成了三通。
阀门执行器包含一个三线同步。
电机，DDC控制器使用一个时间信号驱动电机到合适的位置。

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常关型开关水阀：
用来对热水盘管进行开关的控制在需要时对区域进行加热。
阀门为现场安装，可设置成两通或三通。将阀门底部的盖子去掉就设成了三通，阀门通过一个异步电机控制。

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普通型温控器(X13510606020)：

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液晶型温控器(X13790464010)：

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控制系统配置：

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安装要点：
1.要求进风口之前的直风管长度至少大于4倍风管直径，推荐在出风口的直风管的长度至少大于1200mm。
2.避免进风口处的缩接口,如果实在无法避免，把缩接口安装在变风量机组上游至少3倍管径处，以减少机组进口处的气流分离和紊流现象，改善流量测量准确度。并且需考虑缩接口处产生的压损。
3.送风口和回风口保持距离，避免气流短路。
4.如果环境湿度非常高，就必须对热水盘管进行外部保温保护。
5.在连接盘管的进出水管时，必须采用两把管钳，以免损坏盘管。
6.对与盘管连接的水管道要增加适当的支撑。
7.送风口和回风口保持距离，避免气流短路。


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