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变风量空调系统设计方案
变风量空调系统的检测与控制
变风量空调系统，可以根据各个房间或区域的空调负荷变化情况，用变风量末端装置（VAV BOX）分别调节各个房间或区域的送风量，来控制室内环境温度。这种系统可以降低非设计条件下的风机运行的能量消耗，运行费用较省。变风量空调系统主要由以下几部分组成：空气处理机组，室内温控器，变风量末端装置（VAV BOX）和智能变频控制器。空气处理机组是由新风阀、回风阀、送风阀、预热器、表冷器和送风机等组成。
2.1系统工作原理
为获得空调系统的实时负荷情况，在每个建筑单元内装设一个室内温控器，用来检测室内温度，并与用户设定的期望温度值进行比较，当二者出现差值时，温控器改变变风量末端（VAV-BOX）装置内的风阀开度，减少或增加送入室内的风量从而调节室内的温度，直到室内温度恢复为设定值为止。同时，根据末端VAV-BOX 的负荷情况，通过变频控制器调节送风机
速度，起到节能作用。送风机速度控制方法有定静压、变静压、总风量等控制方法。通常采用的定风量空调系统，其追踪房间负荷变化的手段是控制回风温度，调节冷热水阀门。在这个过程中，送风量保持不变，送风机的能耗不变。但对于变风量空调系统来说，追踪房间负荷变化的主要手
段是控制各个末端的送风量。由于空调负荷在全年的绝大多数时间里都低于设计负荷的状态，因此，低负荷时减少风机的送风量，将使得送风机的能耗得以降低，因而达到全年节能的目的。而由于变风量空调系统增加了系统静压、最大/最小送风量、以及新风量等控制环节，由此加大了其控制系统的复杂程度。变风量空调机组检测与控制系统原理图如图2所示。
2.2 检测与控制功能

2.2.1变风量空气处理机组的检测与控制
（1） 新风温、湿度检测
（2） 送风温、湿度检测
（3） 回风温、湿度检测
（4） 送、回风动压检测
（5） 风管静压检测
（6） 风机变频调节
（7） 滤网压差报警检测
（8） 防冻报警检测
（9） 水阀调节
（10） 加湿阀控制
（11） 新、回风阀调节
（12） 风阀调节
（13） 风机运行状态检测
（14） 故障报警检测
（15） 手自动状态检测
（16） 启、停控制
2.2.2变风量末端的检测与控制
（1） 室内/区域温度检测
（2） 室内/区域温度设定
（3） 末端一次风压检测
（4） 末端送风量检测
（5） 风机启、停控制（当有风机时）
（6） 再热盘管热水阀开关控制（当有热盘管时）
（7） 末端风门开度控制
（8） 末端实际风门开度反馈
（9） 变风量末端的运行状态
（10） 变风量与空调机组的联动控制
（11） 最大、最小风量设定
（12） 变风量末端的就地及集中启停控制
（13） 变风量末端故障状态
2.2.3对变风量空气调节系统，应具有下列检测与控制
功能：
(1) 系统总风量调节；
(2) 最小风量控制；
(3) 最小新风量控制；
(4) 再加热控制；
(5) 变风量空气调节系统的控制装置应有通讯接口。

2.3 控制要点
虽然变风量系统的总风量及各空调房间送风量都能随负荷变化而变化，但是只有有了可靠的控制系统其节能性和经济性才能体现出来，控制系统与变风量
系统设计密不可分。主要包括：房间温度、空气处理装置、系统静压、房间正压等控制环路，尤其不能忽略最小新风量控制和最小送风量控制。
2.3.1最小新风量控制　　
充足的新风量是良好室内空气品质的根本保证，同时为了达到风量平衡，需要控制新风量，但更应认真考虑最小新风量的控制。定风量系统由于送风量保持不变，所以在整个运行期间都能满足设定的新风量；而变风量系统由于送风量随负荷的减小而减小，新风量也随之减小，若负荷很低时，新风量可能不能满足卫生要求，所以，选择控制方法时一定要考虑能否保证最小新风量。
2.3.2最小送风量控制
变风量系统中存在两个最小送风量：一是末端装置的最小送风量，一是系统的最小送风量。末端装置送风量有两个极值（最大和最小），当其送风量已经减小到最小风量而仍不能达到室内参数要求时，需要采取相应的措施以保持室内参数。
2.4 系统风量控制方法
系统风量控制方法一般有定静压控制方法、变静压控制法等。
2.4.1定静压控制方法
在风管内安装静压传感器，测量该点的静压值，并调节AHU 风机的转速，使静压传感器安装点的静压恒定。这种控制方法的优点是系统简单，但变风量空调的节能效果没能充分体现。关键在于静压传感器的设定值（含理论计算和调试结果），在设置静压传感器时，应设于气流稳定的风管的直线段上，尽量避免离静压传感器最近的变风量空调箱流量变化对传感器的影响。定静压控制方法如图3 所示。

图3 定静压控制法控制原理图
2.4.2变静压控制法
使用带风阀开度传感器，风量传感器（通常是使用毕托管方法，测量变风量末端的空气流量）和室内温控器的变风量末端，根据风阀开度控制送风机的转速，使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。
（1） 变风量末端装置的风阀是全部处于中间状态→系统静压过高→调节并降低风机转速。
（2） 变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际变风量末端空气流量等于温控器设定值→系统静压适合。
（3） 变风量末端装置的风阀是全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值→系统静压偏低→调节并提高风机转速。这种控制方法的优点是使变风量空调的节能效果
充分得到体现，缺点是：增加了阀门开度控制，相应增加了投资成本，使控制更加复杂，调试更加麻烦；风阀开度信号的反馈对风机转速的调节有一个滞后的过程，房间负荷变化后要达到房间设定值有一段小幅波动过程。变静压控制法的控制原理图如图4 所示。

2.5 DDC 控制法
在建筑设备监控与管理系统中，用DDC 控制器进行最小静压控制时，如果知道了末端装置的风阀全开时的开度→压差→流量特性，风管的流量→阻力特性，风机的转速→扬程→流量特性，就可以根据风量求得满足最小静压控制的送风机转速。其步骤如下：
（1） 给出各末端要求风量。
（2） 计算风管的阻力。
（3） 选择最不利环路和计算最小静压状态的送风机扬程；计算送风机转速。
（4） 计算送风机的转速，送风机风量为各末端装置要求风量之和。
（5） 控制，根据送风机转速的设定值控制送风机的转速，并对风机转速的变化率加以限制，以免电机过载。
2.5.1变风量空气处理机组
变风量空气处理机组调节系统原理如图5所示。
图5 变风量空气处理机组调节系统原理图
注：根据焓值控制新风阀和回风阀的开度，设定值可以是温度（湿度、空气质量）。
（1） 制冷模式
根据新、回风焓值来控制新风、回风的比例：当新风焓值≥回风焓值时，则减少新风阀到最小新风阀位，打开回风阀至最大阀位，以节约能量。当新风焓值＜回风焓值时，打开新风阀到最大阀位，关闭回风阀，运行在全新风状态，以提高空气质量并节能。
（2） 制热模式
根据新风、回风焓值来控制新风、回风的比例：当新风焓值≥回风焓值时，运行在过渡季节模式，空调机只作通风机使用。当新风焓值＜回风焓值时，打开新风阀到最大阀位，关闭回风阀，运行在全新风状态，混合风经热水盘管加热后直接送出。当新风焓值小到与送风点等湿线的交点时，开始变新风运行，打开回风阀，其混合的原则是使混风的点处在送风点等湿线上，混合风经热水盘管加热后直接送出。当室外新风焓值不断变小，相应的新风阀位不断变小，当到达最小新风阀位以后，将不在继续减小新风阀位，使系统运行在最小新风的工况，混风经热水盘管加热后，
再进行等焓加湿到送风点。新风阀与送风机联动：当启动时，先打开新风阀，再启动风机；当停机时，先停止送风机，再关闭新风阀。当过滤网阻塞时，过滤网的压差传感器给出过滤
网淤塞报警信号。根据新、送、回风管中的温度来调节表冷段/加热段电动调节阀的开度，使实测温度达到设定温度值。根据新、送、回风管中的湿度来控制加湿阀的开关，使实测湿度达到设定湿度值。送风机的频率控制：根据多个变风量区域的温度来控制各区域VAV 末端的阀位，由该阀位及风速传感器的反馈信号，计算所需风量后再进行送风机频率的控制，但要保证最小送风量的要求（程序设定最小运行频率）。当在最小送风量运行时，所需温度还在继续偏离设定值时，则需调节表冷段/加热段电动调节阀的开度，使实测温度达到设定温度值。若此时末端负荷加
大，则首先调节水阀，慢慢至最大阀位，若还不能满足负荷要求，则再根据所需风量进行风机的频率控制。送风机两端的压差传感器检测风机是否正常运行。风机的远方启停控制及运行监视。
2.5.2 变风量空调末端（VAV）
（1） 将变风量空调系统分成三个状态:低负荷—在这个低负荷情况下,送风温度值优化设定，风机速度值优化设定。正常负荷—在典型状态，风机速度值优化设定。高负荷—在这个阶段负荷较高 ，送风温度值优化设定，风机速度值优化设定。
（2） 机速度控制
动态重置风机速度：计算不断重置风机速度达到最低水平并避免风量不足, 确保变风量空调末端的风阀开度在70%-90% 之间（可修改）。计算每个变风量空调末端的风量，求出风量总和。根据风机特性曲线，来求出风速。根据变风量空调末端的情况，计算变风量空调末端的风门高开度数量和变风量空调末端的风门低开度数量。以70%~90% 为控制目标，小于70% 为低开度,大于90% 为高开度。有些变风量空调末端的风门低开度，有些高开度，只要有一个变风量空调末端的风门高开度，风速降低将取消。在修改设定值以后，需要有一段时间使系统稳定。时间太短使系统反应太快，导致更多的数据要处理。数值小于3min使运算不稳定，在启动或者别的快速反应按一个5min的延时需要，一次负荷的稳定也可增加到15min。风机速度控制逻辑图如图6 所示。

图6 风机速度控制逻辑图
（3） 送风温度控制
当风机速度100%维持15min(可调)时，空调机从正常负荷变为高负荷，重置送风温度设定值。当重置参数为零至15min (可调)，这说明负荷减少，空调机从高负荷变为正常负荷。在高负荷状态，风速设定在100%，每5min (可调)。在高/低负荷情况下,重置是用来调节送风温度范围的， 可节省能源。
2.6 功能规格书
变风量空调机组检测与控制功能规格书如表2所示。
表2 变风量空调机组检测与控制功能规格书
序号
工艺系统设备
工艺对象
工艺参数
功能与性能描述
1
变风量空调检测控制调节与管理系统功能规格书
变风量控制末端
TH,bP
变风量控制器以房间温度为主参数,以风道空气流量为副参数组成主副环
2
变风量温度控制
T,TV2, Dp,M
串级调节系统;主环为定值调节系统,变风量控制器将检测到的房间温度与设定值进行比较PI调节
输出到副环;副环为随动调节系统,变风量控制器将以主环的输出为设定值与空气流量进行比较PI或PID控制变风量控制箱变风量调节室内温度。
3
风道静压控制
PS, INV
控制主机用DDC 将检测到的风道压力信号与设定值进行比较PI调节送风机的变频调速,以消除变风量控末端负荷变化引起的压力波动。
4
定时开启控制
Time
根据事先排定的时间表及不同用户的要求,定时时开关变风量控制器末端。
5
简单计量控制

自动统计或简单计量不同用户的能耗情况
6
监控

监控各末端变风量控制箱的运行状态
及各用户房间温度状态
7
联动

变风量控制箱的开启与空调主机的联动控制