智能建筑中應用變風量系統(tǒng)的探討

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　　1 VAV的應用已成為焦點技術問題之一VAV系統(tǒng)（變風量空調(diào)）有突出的優(yōu)點：節(jié)能潛力大，控制靈活，可避免冷凍水、冷凝水上頂棚的麻煩等；因此在美國、日本、香港、新加坡等地得到了廣泛的應用。然而VAV系統(tǒng)需要精心設計，精心施工，精心調(diào)試和精心管理，否則有可能產(chǎn)生：新風不足，氣流組織不好，房間負壓或正壓過大，噪聲偏大，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，節(jié)能效果不明顯等一系列問題；同樣引起了投資者和技術人員的關注。　　有些業(yè)主焦慮的詢問：“VAV到底是新技術還是老技術？可靠不可靠？”說VAV是一項“新技術”不一定合適：VAV在60年代起源于美國，距今已有三十多年的歷史；我國在七十年代即有人研究VAV系統(tǒng)的開發(fā)和應用，并在地下廠房、紡織廠、體育館等建筑中采用過VAV系統(tǒng)。然而，說VAV是經(jīng)過多年實踐檢驗的“老技術”也不太確切：VAV系統(tǒng)的末端裝置和控制系統(tǒng)本身，以及VAV系統(tǒng)的應用環(huán)境都發(fā)生了很大的變化。有的廠家提出“三代”的說法，不一定確切，但足以說明產(chǎn)品變化之大。

　　在八十年代末期我國出現(xiàn)的首批智能建筑中凡曾采用過VAV系統(tǒng)。但由于建設過程和使用過程中的種種問題，有些工程兩三年后使用單位即取消了變風量系統(tǒng)的運行方式，相應的自控設備也拆除了；這使得變風量系統(tǒng)的優(yōu)點沒有發(fā)揮出來，變風量系統(tǒng)附加的投資也成了泡影。

　　鑒于VAV系統(tǒng)在我國智能建筑高速發(fā)展中的應用情況及其特點，VAV系統(tǒng)的應用已經(jīng)成為智能建筑建設中焦點技術問題之一，引起了工程界和學術界的重視。作者認為應從分析工程實例出發(fā)，總結那些代價昂貴的經(jīng)驗和教訓，正確把握VAV技術的發(fā)展進程和技術關鍵，以促進這一重要技術的應用平穩(wěn)發(fā)展[1][2]. 2 VAV問題的特點之一：技術發(fā)展很快VAV空調(diào)系統(tǒng)的原理并不復雜，關鍵是需要實現(xiàn)變風量原理的末端送風裝置（Terminal Box），特別地有關末端裝置以及整個VAV系統(tǒng)的自動控制設備。　　早期的VAV裝置是機械式的，全部控制為模擬式，變風量特性依靠節(jié)流來實現(xiàn)，管道靜壓變化的“定風量特性”則由彈簧的補償作用來完成，此種機械式VAV裝置壓損大，精度低，沒有VAV與空調(diào)機的聯(lián)合控制。此后，則出現(xiàn)了DDC控制并加裝了風量檢測的VAV末端裝置，亦即壓力無關型（Pressure-Independent）末端裝置；此類裝置通常采用室溫送風量閥門的串級控制，因而避免了各末端裝置進行了調(diào)節(jié)時的相互影響而且可實現(xiàn)末端裝置與空調(diào)機的協(xié)調(diào)控制，以便更舒適和更節(jié)能。

　　在最近二十年左右的時間里，不僅VAV末端裝置，而且相應的控制系統(tǒng)，甚至變風量空調(diào)系統(tǒng)的型式都發(fā)生了很大變化，有關的新產(chǎn)品和新技術不斷涌現(xiàn)。

　　在VAV的發(fā)展和應用中，無論是工程上或學術上，恐怕都有一個不同時期和不同類別產(chǎn)品的“共存”問題。特別是具體問題和具體要求的千差萬別，以及種種經(jīng)濟、技術條件比較錯綜復雜，常常會形成不同產(chǎn)品在不同場合或條件下各自的“合理性”。工程實踐的這種“多樣性”，再加上VAV技術本身一定程度的復雜性，使得專業(yè)技術人員也不容易掌握VAV技術發(fā)展的全面狀況和發(fā)展趨勢；對于實際工程應用來說則增加了選擇的難度。由于VAV技術的這種快速發(fā)展，特別是有關的DDC和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，常常會發(fā)現(xiàn)一些生產(chǎn)廠這遙市場人員不自覺地在推銷一些過時的產(chǎn)品，甚至專業(yè)研究人員也可能沒有抓準技術發(fā)展的主流。3 管道靜壓控制方法分析　　在VAV系統(tǒng)中曾經(jīng)普遍采用，目前也仍在應用，控制管道靜壓的辦法。

　　具體做法是：在第一個空氣末端裝置的75%到100%處設置靜壓傳感器，通過改變送風機入口的導葉或風機轉速的辦法來控制系統(tǒng)靜壓。如果送風干管不只一條，則需設置多個靜壓傳感器，通過比較，用靜壓要求最低的傳感器控制風機[3].風管靜壓的設定值（主送風管道末端最后一個支管前的靜壓）一般取250-375Pa之間[4][5].控制管道靜壓的好處是有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行并排除各末端裝置在調(diào)節(jié)過程中的相互影響。但很顯然，保持系統(tǒng)靜壓維持在設定值不變，是以消耗風機動力為代價的。控制管道靜壓的VAV系統(tǒng)與CAV相比是節(jié)能的，但它的風機動力消耗仍很可觀。4 TRAV VAV系統(tǒng)的一種新形式VAV系統(tǒng)的管道靜壓控制方法是歷史條件下發(fā)展起來的。其中管道靜壓和室內(nèi)溫度曾經(jīng)是（有的應用甚至依然是）兩個獨立的控制環(huán)節(jié)。為了充分發(fā)揮先進的DDC和網(wǎng)絡技術所提供的可能性，美國作者T.B.Hartman在自己的著作中提出了TRAV的新概念[6]. TRAV（Terminal Regulated Air Volume，末端調(diào)節(jié)的變風量系統(tǒng)）和VAV一樣，也是一種變風量系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)風量來創(chuàng)造舒適環(huán)境。但TRAV不采用VAV中的靜壓調(diào)節(jié)，而由末端裝置直接控制送風機。TRAV基于末端裝置實時的風量需求，采用先進的控制軟件，實施對送風機的控制。

　　T.B.Hartman在工程中實踐了這種TRAV系統(tǒng)，并獲得了突出的節(jié)能效果。Honeywell公司宣布自己的產(chǎn)品支持TRAV控制[7][8].日本山武公司則把末端風量控制與室內(nèi)參數(shù)設定值的修正結合起來，作為自己常規(guī)的VAV系統(tǒng)控制方法[9].5 TRAV的特點TRAV系統(tǒng)原理圖如圖2.圖中風機出口處的靜壓傳感器是檢測用的，僅用于壓力上限控制并檢測設計計算的正確性。

　　TRAV系統(tǒng)和傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)的比較見表1.6 TRAV系統(tǒng)節(jié)能顯著在傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)里，當負荷下降并導致流量減少時，末端風閥關小以節(jié)流，管道內(nèi)靜壓保持不變。而在TRAV系統(tǒng)中，在相同的情況下，末端風閥保持打開，而管道靜壓降低。于是在相同的流量下，TRAV系統(tǒng)所要求的風機功率要低得多。

　　從圖3可以看出，當流量降為額定流量的50%時，TRAV所要求的風機功率已下降到額定功率的15%以下。7 TRAV要求精確設計TRAV是建筑在“高性能設計”（high-performance designs）和“集成控制”（integrated control）、“動態(tài)控制”（dynamic control）等概念的基礎上的。

　　所謂“動態(tài)控制”，是指有預測的、隨時間而變化的控制。就房間的熱狀態(tài)來說，它不要求時時熱平衡從而保持房間狀態(tài)于某一“點”，而是充分考慮各種熱因素的相互作用從而保持房間在某一個舒適范圍。

　　所謂“集成控制”，是指：設定點的計算和控制決定被安排在控制級以上進行，控制器只是簡單地用于保持當前的設定值。在高性能控制中不使用控制器的重新設定（controller resets）和串級控制器。這樣做的目的，是可以集中、統(tǒng)一地考慮與HVAC系統(tǒng)有關的各種因素，避免傳統(tǒng)方法中各分立模塊獨立運行可能導致的相互沖突，而且有可能最大限度地利用自由冷源（熱源）和建筑物本身的蓄熱放熱作用。因此，集成控制將使系統(tǒng)更穩(wěn)定，而且更舒適、更節(jié)能。

　　粗放的估算方法很難適應“高性能設計”。高性能設計要求精心地計算和分析各系統(tǒng)冷熱負荷和水力狀況的動態(tài)變化情況，并深入地了解設備產(chǎn)品、DDC控制器以及網(wǎng)絡特性，并在此基礎上設計和調(diào)試高舒適低能耗的系統(tǒng)。參考資料[1]施鑒諾，智能建筑中VAV空調(diào)系統(tǒng)的控制和運行，“信息與控制”，1998.2；[2]施鑒諾，智能建筑空調(diào)節(jié)能任重道遠，“智能建筑”No.7，1998.11[3]ASHRAE Application Handbook，1995[4]江善國，美國的空調(diào)程控節(jié)能系統(tǒng)，暖通空調(diào)，1997增刊；[5]孫寧譯，關于壓力無關型末端裝置的討論，“暖通空調(diào)”，1997No6；[6]TBHartman，Direct Digital Controls for HVAC Systems，McGraw-Hill，inc.1993；[7]Honeywell產(chǎn)品資料Excel10變風量控制器；[8]Honeywell，建筑物自動化中的開放系統(tǒng)，1997.11；[9]日本山武公司，VAV空調(diào)系統(tǒng)控制技術資料，1998.9.