智能建筑中應(yīng)用變風(fēng)量系統(tǒng)的探討

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　　1 VAV的應(yīng)用已成為焦點(diǎn)技術(shù)問題之一VAV系統(tǒng)（變風(fēng)量空調(diào)）有突出的優(yōu)點(diǎn)：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(yīng)用。然而VAV系統(tǒng)需要精心設(shè)計(jì)，精心施工，精心調(diào)試和精心管理，否則有可能產(chǎn)生：新風(fēng)不足，氣流組織不好，房間負(fù)壓或正壓過大，噪聲偏大，系統(tǒng)運(yùn)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(shù)人員的關(guān)注。　　有些業(yè)主焦慮的詢問：“VAV到底是新技術(shù)還是老技術(shù)？可靠不可靠？”說VAV是一項(xiàng)“新技術(shù)”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(yīng)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(shí)踐檢驗(yàn)的“老技術(shù)”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(yīng)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(shè)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(fēng)量系統(tǒng)的運(yùn)行方式，相應(yīng)的自控設(shè)備也拆除了；這使得變風(fēng)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)沒有發(fā)揮出來，變風(fēng)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(yīng)用情況及其特點(diǎn)，VAV系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為智能建筑建設(shè)中焦點(diǎn)技術(shù)問題之一，引起了工程界和學(xué)術(shù)界的重視。作者認(rèn)為應(yīng)從分析工程實(shí)例出發(fā)，總結(jié)那些代價(jià)昂貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，正確把握VAV技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和技術(shù)關(guān)鍵，以促進(jìn)這一重要技術(shù)的應(yīng)用平穩(wěn)發(fā)展[1][2]. 2 VAV問題的特點(diǎn)之一：技術(shù)發(fā)展很快VAV空調(diào)系統(tǒng)的原理并不復(fù)雜，關(guān)鍵是需要實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量原理的末端送風(fēng)裝置（Terminal Box），特別地有關(guān)末端裝置以及整個(gè)VAV系統(tǒng)的自動控制設(shè)備。　　早期的VAV裝置是機(jī)械式的，全部控制為模擬式，變風(fēng)量特性依靠節(jié)流來實(shí)現(xiàn)，管道靜壓變化的“定風(fēng)量特性”則由彈簧的補(bǔ)償作用來完成，此種機(jī)械式VAV裝置壓損大，精度低，沒有VAV與空調(diào)機(jī)的聯(lián)合控制。此后，則出現(xiàn)了DDC控制并加裝了風(fēng)量檢測的VAV末端裝置，亦即壓力無關(guān)型（Pressure-Independent）末端裝置；此類裝置通常采用室溫送風(fēng)量閥門的串級控制，因而避免了各末端裝置進(jìn)行了調(diào)節(jié)時(shí)的相互影響而且可實(shí)現(xiàn)末端裝置與空調(diào)機(jī)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(shí)間里，不僅VAV末端裝置，而且相應(yīng)的控制系統(tǒng)，甚至變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的型式都發(fā)生了很大變化，有關(guān)的新產(chǎn)品和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

　　在VAV的發(fā)展和應(yīng)用中，無論是工程上或?qū)W術(shù)上，恐怕都有一個(gè)不同時(shí)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(jì)、技術(shù)條件比較錯(cuò)綜復(fù)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(shí)踐的這種“多樣性”，再加上VAV技術(shù)本身一定程度的復(fù)雜性，使得專業(yè)技術(shù)人員也不容易掌握VAV技術(shù)發(fā)展的全面狀況和發(fā)展趨勢；對于實(shí)際工程應(yīng)用來說則增加了選擇的難度。由于VAV技術(shù)的這種快速發(fā)展，特別是有關(guān)的DDC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shí)的產(chǎn)品，甚至專業(yè)研究人員也可能沒有抓準(zhǔn)技術(shù)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(yīng)用，控制管道靜壓的辦法。

　　具體做法是：在第一個(gè)空氣末端裝置的75%到100%處設(shè)置靜壓傳感器，通過改變送風(fēng)機(jī)入口的導(dǎo)葉或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的辦法來控制系統(tǒng)靜壓。如果送風(fēng)干管不只一條，則需設(shè)置多個(gè)靜壓傳感器，通過比較，用靜壓要求最低的傳感器控制風(fēng)機(jī)[3].風(fēng)管靜壓的設(shè)定值（主送風(fēng)管道末端最后一個(gè)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(yùn)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(shè)定值不變，是以消耗風(fēng)機(jī)動力為代價(jià)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(fēng)機(jī)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(yīng)用甚至依然是）兩個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)節(jié)。為了充分發(fā)揮先進(jìn)的DDC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(fēng)量系統(tǒng)）和VAV一樣，也是一種變風(fēng)量系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)機(jī)。TRAV基于末端裝置實(shí)時(shí)的風(fēng)量需求，采用先進(jìn)的控制軟件，實(shí)施對送風(fēng)機(jī)的控制。

　　T.B.Hartman在工程中實(shí)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(fēng)量控制與室內(nèi)參數(shù)設(shè)定值的修正結(jié)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(diǎn)TRAV系統(tǒng)原理圖如圖2.圖中風(fēng)機(jī)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(shè)計(jì)計(jì)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(dāng)負(fù)荷下降并導(dǎo)致流量減少時(shí)，末端風(fēng)閥關(guān)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(fēng)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(fēng)機(jī)功率要低得多。

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

　　所謂“動態(tài)控制”，是指有預(yù)測的、隨時(shí)間而變化的控制。就房間的熱狀態(tài)來說，它不要求時(shí)時(shí)熱平衡從而保持房間狀態(tài)于某一“點(diǎn)”，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(gè)舒適范圍。

　　所謂“集成控制”，是指：設(shè)定點(diǎn)的計(jì)算和控制決定被安排在控制級以上進(jìn)行，控制器只是簡單地用于保持當(dāng)前的設(shè)定值。在高性能控制中不使用控制器的重新設(shè)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(guān)的各種因素，避免傳統(tǒng)方法中各分立模塊獨(dú)立運(yùn)行可能導(dǎo)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(yīng)“高性能設(shè)計(jì)”。高性能設(shè)計(jì)要求精心地計(jì)算和分析各系統(tǒng)冷熱負(fù)荷和水力狀況的動態(tài)變化情況，并深入地了解設(shè)備產(chǎn)品、DDC控制器以及網(wǎng)絡(luò)特性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(yùn)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(yuǎn)，“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(guān)于壓力無關(guān)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(fēng)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(shù)資料，1998.9.