紫峰大厦VAV变风量空调系统的设计
摘要：变风量空调系统是国外较为流行的节能空调系统，本文介绍了紫峰大厦项目VAV变风量空调系统， 旨在从实际工程出发， 详细描述系统设计的总体思想和设计流程，和大家一起分享。
1 VAV系统简介
VAV变风量空调系统于20世纪60年代产生于美国，70年代由于石油危机而得到大力推广，80年代在欧美和日本得到大力发展，70年代末期我国开始接触，2。00年后开始逐步推广。与定风量空调系统相比， 它在满足空调要求的同时， 有明显的节能效果， 因此自问世之初便倍受世人瞩目。首先，我们介绍一个吸收(释放)热量的计算公式：
式中C一空气的比热容，KJ/(Kg oC);p一空气密度，Kg/m。;L一送风量，m。/s ;Tn一室内温度，oC ;Ts～ 送风温度，℃ ;Q一吸收(或放入)室内的热量，kW。定风量空调系统：保持送风量恒定， 通过改变进入空调区域的送风温度来适应区域内负荷变化的一种空调系统，体现在公式上就是(Tn—Ts)的变化。
变风量空调系统：保持送风温度恒定，通过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，体现在公式上就是L的变化。
2 紫峰大厦VAV变风量空调系统设计紫峰大厦， 座落于六朝古都、风景秀丽的南京市。总建筑面积25700m ， 建筑高度为56 m， 建筑层数地上13层， 地下2层， 是一座集办公、商场、休闲为一体的综合性智能化建筑。大厦楼宇自控系统采用Siemens公司提供的新一代的$600APOGEE系统。该系统能够提供一个舒适的室内环境， 同时节约能源、提高大厦的整体管理水平， 将大厦内VAV系统、冷冻水站、热交换站、空调机组、新风机组、公共区域照明、给排水、送排风等系统纳入自动化管理系统。Siemens APOGEE系统是以集散型控制为基础的成熟的楼宇自动化系统。它具有结构灵活、扩展方便、适应性强、优化设备运行、操作简单等特点。系统图见图1。
我们来介绍VAV变风量空调系统设计，以六层为例， 该层有1个空调箱， 该空调箱送风系统分左右两个区， 左区有8个普通VAV箱，右区有7个普通VAV箱，另有新风机组集中供应新风 、示意图如图2所示。
首先，我公司采用一个标准层一个DDC总体控制方式， 由于我司MEC DDC 主频为48MHz， 内存为40MB， 故可以充分容纳一个楼层所有需控制设备的点数及程序，每个MEC 最多可以控制1 000个硬件点， 而且我们认为不管是从空调系统整体化观点还是从每个标准层空调系统相对独立性角度去考虑， 用一个DDC控制一个标准层的空调整体， 不仅在编程上使每个标准层的空调机组、VAV成为一个真正意义的空调整体， 符合设计要求， 而且这样设计可以独立处理整个系统， 减少了整个BA 系统楼宇级网络通信上的负担，加快了楼层级空调系统参数处理的速度， 使本层的空调系统可以更快更好地达到控制要求，故不管从宏观的角度还是从微观的角度都可以满足系统的要求。
由于在设计时每个标准层及每个单独系统控制均采用一个DDC 的方法，使每个DDC单元能实现快速控制， 同时使计算机工作站上显示的教据能及时更新，使管理人员能实现及时管理。
2.1 VAV箱控制系统(如图3)
由于本工程VAV末端采用的是压力无关型， 该类末端装置在任何条件下，只根据房间负荷的需要输送相应的空气量，与风管系统中的静压变化无关， 它可以从最大到最小的风量范围进行调节控制。根据以上特点，我们选用的DDC 控制器是西门子VAV末端控制器(Terminal VAV Controller， 以下简称TEC )，该控制器是专门针对压力无关型VAV末端进行设计的。可根据VAV末端服务的区域，设定成只供冷模式或供冷/供热模式(见表1、表2所示)。
VAV末端单元由进风风流量传感器、电动风门、TEC控制器和可设定的室内温度传感器组成。用户可根据个人的需求设定室内的温度值， 当室内实际的温度值与设定值发生偏差时，TEC控制器通过计算确定所需要的送风量，并与实际风量相比来调节电动风门，以达到精确控制风量和室内温度的目的。由于采用了压力无关的VAV箱， 因此主风管的压力变化不会影响VAV的送风量。在中央管理站，VAV的送风风量、室内设定温度、室内实际温度、电动风门开度全部可以进行监视和控制。
TEC控制器具有预编程的故障恢复模式：
当风量传感器失效时，在向系统报警要求维修的同时， 采用纯温度闭环控制， 直至故障解除。
当房间温度传感器失效时， 在向系统报警要求维修的同时， 根据失效前最后测量的温度进行控制，直至故障解除。
2.2 变频空调箱控制系统
当VAV末端的送风量随着所服务区域的负载发生变化而变化时， 同时也要求相
应的变频空调箱的总送风量随之进行调节，避免造成能源浪费及不必要的哚音。以下分别阐述普通情况下与特殊情况下的控制方法：
(1】普通情况下的控制
当末端装置VAV箱的风量发生变化时，AHU的送风量也应随之变化。在AHU送风风量的控制上，我们建议采用比目前普遍采用的定静压控制更为先进的风量控制法进行控制。在AHU 的送风管上安装一个空气流量计，该空气流量计的传感器分布按照平均等面积的工业标准而分布在气流的流场上。能精确地测量流经风管的空气流量。当VAV箱的风量需要变化时， 控制每个VAV箱的直接数字控制器TEC，测量出其所需风量， 并传送至上层网络。控制AHU 的DDC 控制器MEC汇集所属几个VAV箱的风量， 与送风管的空气流量相比较后对变频风机进行控制，以保证AHU的总送风量与每个末端VAV箱所需的风量完全一致，同时起到节能的作用。
同时加装静压传感器，该传感器保证最远端的VAV单元的静压能够满足需要。
同样在AHU的回风管与新风管上也设置一个空气流量计， 当送风管的空气流量发生变化时， 控制AHU 的DDC控制器MEC便可确定相应的回风风量与新风风量，然后通过电动风门控制回风风量与新风风量。根据工况的不同， 确定新回风混合比，但需保证同一新风机组PAU下端的AHU新风风量总量与PAU送风量保持一致。过渡工况尽量使用新风，冬夏工况为节能工况，但需保证最小新风量。
对于AHU的送风温度通过冷/热水盘管保持其恒定。当送风风量发生变化时， 直接数字控制器MEC会比较实际送风温度和设定送风温度之间的差异， 通过调节冷/热水盘管上的电动二通阀，保证送风温度恒定。当系统中所选定的最不利的一个VAV末端装置的送风量，在其最大或最小时，仍不能满足室内温度要求， 便重新对送风温度进行升高或降低的设定， 以保证最不利VAV末端的温度要求。
(2)整个VAV变风量系统的联动与特殊情况下的控制
本系统的VAV系统由定风量新风机组、变风量空调机组和VAV末端单元三级组成。在正常情况下， 首先定风量机组将室外新风经过处理后，均匀送至相应下属的变风量空调机组，每台变风量空调机组根据其下属的VAV单元所需的送风量调节风机转速、新回风混风比以达到要求。压力无关型的VAV单元根据所需所控区域的温度调节每个VAV单元的送风量，最终达到整个系统的控制要求。
当出现以下特殊情况时， 整个VAV系统应根据需要， 迅速准确地做出判断及响应， 使整个系统的运行协调有序， 达到控制的需要：
1 当某个VAV末端服务的区域出现负荷的剧烈增大，VAV末端已调至最大送风量，即便通过调节AHU送风温度也无法满足该末端的需要时， 可以通过以下控制手段进行补偿：通过调节相应新风机组PAU冷/热水盘管上的电动二通阀，调高或调低PAU 的送风温度。
_2 当某个VAV末端服务区域的空气品质低于设计标准，可以通过以下控制手段进行调节：
◆ 调节相应AHU的新回风混风比， 增大新风风量，降低回风风量。
◆ 同时应调节同一PAU 下端的其他AHU的新风量，以保证总的新风量保持恒定。
当以上特殊情况消失后， 自控系统自动将系统恢复成普通工况。西门子楼宇科技$600 APOGEE可以收集VAV系统的运行的相关历史数据， 并提供相应的报表及建议， 通过修改初始设定值，对经常出现以上特殊情况的区域进行重新设定， 以弥补部分区域的实际负荷远远大于设计参数的不足。
所谓值班模式是指室内无人工作的时间内， 变风量空调系统重新设定工作状态。当建筑物内温度低于一定的设定温度时，空调机组将向建筑物内供热， 防止建筑物内部过冷。当建筑物内温度高于一定的设定温度时，空调机组将向建筑物供冷， 防止建筑物内部过热。
(3)早晨预热模式
早晨预热是变风量系统运行控制中一个重要组成部分， 它可以保证空调系统在上班之前将室内环境迅速调节到人体舒适的状态，然后启动正常工作模式。
早晨预热是实行值班模式向正常工作模式的转化。当早晨预热模式结束时， 系统进入正常工作模式。
在早晨预热模式中，AHU风机通常以最大风量运行，末端风阀完全打开，满负荷运行。AHU将重新设定该模式下的送风温度，AHU将采取全回风方式， 加速室内空气循环。尽快将室内环境处理到舒适状态。
3 结束语
以上对紫峰大厦VAV系统设计时的技术细节进行了描述， 我们知道， 变风量系统不同于定风量系统之处在于它要求送风温度一定， 而通过改变送风量大小来调节室内温湿度。但是这并不是说变风量系统就等同于定送风温度的系统。实际情况是一个操作灵活、运行节能的变风量系统，它的送风温度可随负荷下降而适当提高，所以必然也是变化的。这种温度的绝对变化对送风量的变化来说只是一种修
正， 从理论上可以认为送风温度一定。那么如何在工程中确定送风温度的范围呢? 建议参照美国加州节能协会的规定：在舒适空调中， 考虑10~C送风温差， 送风温度调节范围大致为13oC～ 19~C。从工程实际运行来看，这个数值也比较符合南京以及苏南地区的情况，可供大家在设计工作中借鉴。
