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变风量空调系统设计
孙宁清华大学热能工程系（100084北京清华大学热能系空调教研组）
摘要讨论了变风量（VAV）空调系统设计中的新风、噪声、气流组织、房间正压、末端装置的选择以及系统控制方法等几个主要问题，并提出一些建议，供参考。
变风量（VAV）系统简介变风量系统（VariableAirVolumeSystem,VAV系统）本世纪60年代诞生在美国。VAV技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以，风量的减少带来了风机能耗的降低。VAV系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。VAV系统出现后并没有得到迅速推广，当时美国占主导地位的仍是定风量（CAV，ConstantAirVolume）系统加末端再加热和双风道系统。西方70年代爆发的石油危机促使VAV系统在美国得到广泛应用，并在其后20年中不断发展，已经成为美国空调系统的主流，并在其他国家也得到应用。
VAV系统有如下优点：
a.由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍，VAV系统与CAV系统相比大约可以节能30%-70%，对不同的建筑物同时使用系数可取0.8左右。
b.系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑，例如出租写字楼等。当室内参数改变或重新隔断时，可能只需要更换支管和末端装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内温控器。
c.VAV系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，可以利用新风消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉菌问题。
图1是一个典型的单风道VAV空调系统。在这个系统中，除了送、回风机、末端装置（VAVTerminal）、阀门及风道组成的风路外，还有4个反馈控制环路（室温控制、送风静压控制、送回风量匹配控制及新排风量控制）。
在供冷季节中，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节VAV末端装置中的风阀开度，减少送入该房间的风量。由于系统阻力增加，送风静压会升高。当超过设定值时，静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转速，减少系统的总送风量。送风量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量匹配控制器会减少回风量以维持设定值。风道压力的变化将导致新排风量的变化，控制器将调节新风、回风和排风阀来保持新排风量。
在冬季，对于有内外区的建筑，内区继续供冷，外区末端装置只提供最小风量以保证新风和气流组织，由末端再热装置或其他采暖系统供热。
VAV系统不仅限于图1所示的单风道节流型这一种形式，还有旁通型、双风道等等形式。广义地讲，只要是风量变化的全空气系统都可以称作VAV系统。
我国在80年代初曾经引进过VAV系统，但由于对系统性能不够了解，致使系统不能按设计要求运行。一时间VAV系统的应用和研究停顿了下来，近来，工程师们又把目光转向了VAV系统。笔者认为，这其中有两大原因。一是国内目前的CAV系统和风机盘管系统暴露出一些缺点。由于我国目前舒适性空调系统都是没有末端再热的CAV系统，所以，一个送风参数不能满足不同房间的要求。风机盘管系统可以避免这个问题，但是凝水污染吊顶以及霉菌问题同样令人不能容忍。随着室内办公设备的增加、房间使用功能的变化、房间格局的变化，空调系统也应当做相应改动，可是CAV系统和风机盘管系统改扩建较麻烦。第二个原因是受VAV系统节能的诱惑。空调历来是个能耗大户，而其中风机能耗占大半。因此，业主也希望采用VAV系统以节约运行费用。
虽然VAV系统有很多优点，但是伴随着VAV系统的诞生，大部分系统或多或少地也暴露出如下问题。从用户的角度看，主要有：
1、缺少新风，室内人员感到憋闷；
2、房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入，房门开启困难；
3、室内噪声偏大。
从运行管理方面看，主要有：
1、系统运行不稳定，尤其是带“经济循环（EconomizerCycle）”的系统；
2、节能效果不明显。
此外，目前VAV系统还存在一些固有的缺点：
1、系统的初投资比较大；
2、对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用室温控制而又没有末端再热装置，往往很难保证室内湿度要求。
3、对一个系统来说，问题并不一定时时刻刻都存在，可能在某个工况发生，在另一个工况又消失了。
从表面上看，似乎VAV系统只不过比CAV系统多了一些末端装置和风量调节功能。可是，就因为VAV系统风量的变化和增加的末端设备，使得VAV系统从方案设计到设备选择、施工图设计，直到施工和调试都具有不同于定风量系统的特殊性。VAV系统存在的这些问题和缺陷，其原因是多方面的。有的可能需要一定的技术支持才能解决；而有的可能通过空调系统设计人员的努力就