淺談VAV空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制方式

摘 要：本文總結(jié)了三種變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中常用的風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制方式：風(fēng)閥控制、入口導(dǎo)葉控制及變頻調(diào)速控制，結(jié)合風(fēng)機(jī)與管道特性進(jìn)行分析，闡明各自工作原理并綜合比較，運(yùn)用工程實(shí)例進(jìn)一步探討實(shí)際運(yùn)用中的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)閥控制 入口導(dǎo)葉控制 變頻轉(zhuǎn)速控制

中圖分類號：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0082-02

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)亦稱VAV系統(tǒng)，也是全空氣系統(tǒng)的一種空調(diào)方式，它是通過改變送風(fēng)量來控制和調(diào)節(jié)空調(diào)區(qū)域的溫度，從而與空調(diào)區(qū)負(fù)荷的變化相適應(yīng)。

按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50189-2005）5.3.4下列全空氣空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)宜采用變風(fēng)量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

（1）同一個(gè)空氣調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)中，各空調(diào)區(qū)的冷、熱負(fù)荷差異和變化大、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長，且需要分別控制各空調(diào)區(qū)溫度。

（2）建筑內(nèi)區(qū)全年需要送冷風(fēng)。

所以，為了靈活的滿足各空調(diào)區(qū)要求，一些高級的辦公樓、商場等公共建筑均采用VAV空調(diào)系統(tǒng)。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，VAV系統(tǒng)送風(fēng)量始終處于變化狀態(tài)，如何控制送風(fēng)量的大小使其與需求保持一致，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說是至關(guān)重要的，因而這涉及到空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的控制。

本文總結(jié)目前常見的三種空調(diào)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制方式：風(fēng)閥控制、入口導(dǎo)葉控制、變頻轉(zhuǎn)速控制；結(jié)合風(fēng)機(jī)與管道特性進(jìn)行分析，闡明各自工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，運(yùn)用工程實(shí)例進(jìn)一步探討實(shí)際運(yùn)用中所能達(dá)到的節(jié)能效果。

1 風(fēng)閥控制（出口/進(jìn)口）

出口風(fēng)閥控制從理論上即為改變管道性能曲線的一種控制方式，是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變系統(tǒng)中的閥門的開度大小，來增減管路壓力損失而使流量發(fā)生改變的。

圖1模擬了改變風(fēng)機(jī)出口風(fēng)閥的開度引起的風(fēng)機(jī)與管道性能曲線的變化。當(dāng)某一空調(diào)區(qū)的送風(fēng)量需求降低，關(guān)小閥門時(shí)，整個(gè)管道性能曲線將從OA變陡為OB曲線，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)A隨之移至B點(diǎn)，風(fēng)量得以減小，風(fēng)壓上升。

變化后的管道風(fēng)壓將會(huì)有部分消耗在關(guān)小風(fēng)閥時(shí)產(chǎn)生的附加阻力上，閥門長期受到壓力作用，易影響其正常的工作性能，降低使用壽命。而且此種方式往往會(huì)使風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)偏離高效區(qū)，在低風(fēng)量高風(fēng)壓比的運(yùn)行狀況下，可能引發(fā)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)伴有異常的氣流噪聲，運(yùn)行非常不安全；同時(shí)低風(fēng)量使風(fēng)機(jī)溫度升高，以至輸送冷空氣需要消耗多余的冷量。

整個(gè)過程中風(fēng)機(jī)的性能曲線并未改變，僅改變了工況點(diǎn)的位置，雖然風(fēng)機(jī)的功率減小，但同時(shí)其效率也下降，所以往往通過控制出口閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量是起不到節(jié)能作用的。

進(jìn)口風(fēng)閥控制，當(dāng)配管設(shè)置在風(fēng)機(jī)的吸入側(cè)時(shí)，其調(diào)節(jié)原理與出口風(fēng)閥相同；但當(dāng)配管設(shè)置在風(fēng)機(jī)的排風(fēng)側(cè)時(shí)，它通過改變風(fēng)機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)參數(shù)（即進(jìn)口壓力），來改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，故調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性相對較好。

2 入口導(dǎo)葉控制

采用風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉控制的方法，須在離心風(fēng)機(jī)葉輪的進(jìn)口前設(shè)置一組可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導(dǎo)流葉片（稱為入口導(dǎo)流器）?？刂圃砜煞譃閮煞N，第一種實(shí)質(zhì)上就是風(fēng)機(jī)的節(jié)流調(diào)節(jié)，通過改變風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流葉片的安裝角度，改變風(fēng)機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)參數(shù)（即進(jìn)口壓力），從而改變風(fēng)機(jī)性能曲線，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)位置的變化來適應(yīng)不同的風(fēng)量需求。第二種為入口預(yù)旋調(diào)節(jié)，藉助導(dǎo)流器的導(dǎo)流葉片，使得進(jìn)入葉輪的氣流預(yù)先產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)作用，改變氣流方向使其沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入葉輪。

從導(dǎo)流葉片的控制原理來看，節(jié)流調(diào)節(jié)與預(yù)旋調(diào)節(jié)是同時(shí)存在的，當(dāng)風(fēng)機(jī)承擔(dān)負(fù)荷變化不大的情況下，預(yù)旋占主導(dǎo)作用；當(dāng)風(fēng)機(jī)承擔(dān)負(fù)荷變化大的情況下，節(jié)流占主導(dǎo)地位，這時(shí)調(diào)節(jié)效果就如同閥門調(diào)節(jié)一樣，入口導(dǎo)流葉片的調(diào)節(jié)效率很低。所以使用入口導(dǎo)葉控制方式，調(diào)節(jié)的范圍受到一定的限制。

見下圖2，調(diào)整導(dǎo)流葉片安裝角越大，風(fēng)機(jī)理論全壓就越小，風(fēng)機(jī)性能曲線下降。

導(dǎo)流器的結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以入口導(dǎo)葉控制比改變管道性能曲線的方法好，也是VAV空調(diào)系統(tǒng)中被廣泛使用的方法之一，因其調(diào)節(jié)范圍小的問題，可通過配以雙速電動(dòng)機(jī)得到改善，但是如此一來經(jīng)濟(jì)意義就不大了。

3 變頻轉(zhuǎn)速控制

根據(jù)流體力學(xué)相似律可知，空調(diào)風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率等性能參數(shù)，分別與轉(zhuǎn)速成一、二、三次方的比例關(guān)系。

風(fēng)機(jī)定律公式：

n為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Q為風(fēng)量；H為全壓；N為軸功率。

改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則相應(yīng)性能參數(shù)流量、壓力和功率等都將發(fā)生改變，這樣風(fēng)機(jī)性能曲線與管道性能曲線的交點(diǎn)即工作點(diǎn)也就改變了。而且，風(fēng)機(jī)有一固有特性，即風(fēng)機(jī)的最高效率區(qū)總是向著與轉(zhuǎn)速下降成比例的流量減少的方向移動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，使得調(diào)節(jié)范圍更寬，額外的損失也減少。采用此種控制方法的關(guān)鍵是選擇合適的變頻器，應(yīng)與電氣工程師或廠家配合選型，并注意變頻器的諧波干擾與容量配置問題。

4 綜合經(jīng)濟(jì)比較

圖3比較了三種風(fēng)量控制方式的動(dòng)力消耗情況，其中風(fēng)機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速控制方式最經(jīng)濟(jì)。

5 工程實(shí)例

以某幢辦公樓建筑為例，辦公區(qū)域采用VAV空調(diào)系統(tǒng)（兩臺變速空調(diào)機(jī)組配合VAV末端），在設(shè)備層設(shè)置變頻新風(fēng)機(jī)組，新風(fēng)從管井引至每層空調(diào)機(jī)房，接入空調(diào)機(jī)組。當(dāng)其中一層辦公區(qū)域，空調(diào)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，空調(diào)送風(fēng)風(fēng)量25000 m3/h，機(jī)組的轉(zhuǎn)速為1200 r/min，耗功率為11 kW。

當(dāng)部分辦公區(qū)域空調(diào)需求變化，需要減少送風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)至800 r/min，在風(fēng)量為16000 m3/h時(shí)，耗功率為3.52 kW，考慮到變速裝置的效率為95%，則此時(shí)實(shí)際的耗功率為N=3.52/0.95=3.7 kW。

如果采用風(fēng)閥調(diào)節(jié)，空調(diào)風(fēng)機(jī)定頻，當(dāng)風(fēng)量降至相同數(shù)值時(shí)，耗功率為9.5 kW。

兩者相比，變頻調(diào)速的空調(diào)風(fēng)機(jī)節(jié)省了61%耗能，節(jié)能效果非常顯著。

6 結(jié)語

對暖通設(shè)計(jì)工作者而言，合理選擇VAV空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方式，不僅響應(yīng)了國家節(jié)能設(shè)計(jì)的目標(biāo)，并對節(jié)省后期的運(yùn)行投資非常有幫助。尤其近年來，從有關(guān)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向看，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展非常迅速，新技術(shù)的開發(fā)引人注目。

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