某运营中心VAV 变风量空调系统设计探究

尹怡雯

（科迪（上海）测试技术有限公司， 上海 200050）

0 引言

作为全空气空调系统的形式之一，变风量空调系统，亦称VAV 空调系统（Variable Air Volume System），主要通过送风量调整，实现室内温湿度调节。就系统性能而言，VAV 空调系统具有风机盘管系统、定风量空调系统的优点，具有温度局部区域调节、高空气过滤等级、空气质量优化、节能（新风自然冷源、部分负荷中风机速度调节）等优势。VAV 变风量系统虽然占用安装空间较大，每层需要设置空调机房，安装占用高度较多，在同样的建筑结构中，VAV 变风量系统的安装，相较于风机盘管系统安装，平均每层安装空间需多出100mm。

尽管如此，VAV 变风量空调系统也得到了项目开发业主青睐。本文研究的项目位于上海，其中的办公塔楼采用了VAV 变风量空调系统，以此塔楼为例展开论述。

1 VAV 空调系统原理

VAV 空调系统的工作原理，是根据空间中的负荷或对于建筑空间内的温度要求设定发生变化时，系统为保持整个空间内的冷热均衡，通过自身系统的调控，末端装置自动调节送入房间的风量，从而实现空调系统送风量的自动调节，使房间温度可以维持在要求区间，且空调机组可以基于末端装置风量变化，自动调节风机频率，实现节能。通常设计目的是通过较少的能源消耗来达到建筑空间内的空气环境的需求。

常规而言，大型写字楼通常采用大空间平面，且在出租、出售后，可根据使用要求进行二次分隔及装修，此时，便于用户空间划分需求、末端装置布置更为灵活的VAV 空调系统得到了广泛应用。对于一个需要服务多个房间的空调系统而言，VAV 系统可以随各个房间温度的变化自动控制送风量，节能效果明显。且通过变频等控制手段，降低空调箱送风机的转速，节省系统运行能耗。变风量空调系统作为一种新型技术，其在大型写字楼实际应用中，调节室内温度、优化室内空气质量中发挥的作用十分突出。

2 实践项目概况

本文以某企业运营中心的VAV 空调系统设计为例展开分析，项目的具体位置位于上海浦东新区周家渡街道，属于原世博浦东园区，位于 A13A-02 地块内。其主要的周边交通为东至国展路，西至 A13A-01、A13A-04、A13A-03 地块，南至国展路、A13A-03 地块，北至世博大道，西南临近白莲泾路。本方案设计了3 层地下室，34层的主塔楼，以及5 层配套裙房，建筑总高150 米，总建筑面积约为128581 平方米。该项目塔楼为办公业态，大开间设计，采用VAV 变风量空调系统。

3 VAV 空调系统设计分析

3.1 设计参数

根据办公、商业、车库三种业态的负荷特征做出初步负荷估算，地上塔楼部分均为办公用，地上裙房部分为商业用。根据表1 可以估算出该项目的冷热负载指标，其结果可知为本项目夏季空调冷负荷约为 11,129kW，冷负荷指标为134W/m2。冬季空调总热负荷约为6,969kW，热负荷指标为84W/m2。

表1 空调负载估算总结表

3.2 空气处理及输送设备

每楼层设2 个空调机房，每个机房内设2 台组合式空调机组，可实现各个功能段的优化组合。每台送风量12,000 立方米/小时。四台空调机组按朝向分区，每台服务一个朝向，空调机组为两管制。空调箱送风机选用变频风机，可适应系统风量变化。独立设置变频排风机系统，写字楼内每一楼层设置相应空调机房，同时满足室内压力平衡，实现新风量-排风量联锁控制，季节过渡期间，最大程度地利用室外新风，达到节能目的。变风量空调机组的风机风压根据风管系统的布置、末端装置的类型、风口形式等确定，静压为550Pa。

冬季外区幕墙热负荷由地台送风设备提供，利用高架地板下的空间作为空调送风的输配手段，使气流自下而上，如图1 所示，提高人员的舒适性。

图1 地送风设备气流示意图

3.3 风管系统设计

在对风管系统进行设计时，由于办公区进深较大，首先对平面进行内外分区。房间一般由围护结构负荷、室内人员、灯光设备等负荷两大部分构成。前者夏季产生冷负荷而冬季产生热负荷，而后者始终产生冷负荷。由于外围护结构传热引起的热负荷以及围护结构壁面的冷辐射仅对靠近外围护结构一定范围内的外区产生影响，以靠近外围护结构3m 划分为外区，冬季外区通常需要供热。而除此之外的室内区域划分为内区，内区很少受到外围护结构负荷的影响，室内的余热量使内区常年需要供冷。

每台空调箱分两路主送风管，一路风管供内区，送风管接至各单风道变风量末端；另一路送风管供外区，接至各并联型风机动力变风量末端，末端装置到送风口之间采用消声措施。为减少风管交叉造成的房间净高降低，采用吊顶式回风，回风管安装于吊顶内，并于吊顶上均匀布置回风口，回风位置尽可能避开变风量末端装置，控制办公室噪音。标准层风管路由设计如图2 所示，蓝色为送风管，红色为回风管。

图2 标准层风管路由设计

3.4 变风量末端设置

该项目选用两种变风量末端装置，内区选用单风道变风量末端装置，约30-40平米为一基准单位, 每基准单位设置一台；外区选用并联风机动力型变风量末端装置, 约每10-15 平米为一基准单位，每基准单位设置一台。

并联型风机动力变风量末端是指增压风机与一次风的风阀并排设置，经空调箱处理后的一次风只通过一次风阀而不通过增压风机，如图3 所示。增加风机仅在保持最小循环风量时运行。考虑到冬季时外区负荷降低，送风量(新风量)因减少而造成不适，外区使用并联风机动力型变风量装置可在总送风量减少的情况下，混合室内回风，保证最小循环风量，提高舒适度。增压风机的风量根据空调房间所需最小循环空气量选择，为满足室内新风量要求，故而将VAV 系统冬季送风量设定为设计送风量的30%及以上。

图3 并联型风机动力变风量末端

3.5 自动控制系统设计

VAV 的末端控制大致可分为总风量控制，定静压控制及变静压控制。该项目使用的是变静压控制。变静压控制的原理是在末端三分之一处设置静压点，在确保该点静压不变后，通过变风量空调系统末端装置调节室内风量。通过控制变频器确定风道中静压与目标点设定值之差，得到空调箱实际送风量，从而确定风机频率。其控制原理如图4 所示，图中T 为房间温度感应器，D 为VAV 风阀控制信号，L 为送风量感应器。

图4 VAV 控制原理图

基于房间内的温控器对室内温度进行设定。当室内空调负荷出现变动，温控器温度检测装置将测得实际温度，一旦测定值与设定值之差超出一定数额，变风量空调系统的末端装置根据偏离程度对房间内实际送风量大小进行调控。安装在空调室内的温度传感器可以将温度信号传给PID 控制器，根据室内温度和设定值的偏差获得控制误差和控制误差的差异，然后控制动作执行器，进而控制VAV 变风量阀。当房间负荷变化时，PID 控制器不仅可以快速满足控制响应，还可以实现PID 参数在线调整，提高VAV 控制系统的抗干扰能力。当实际送风量与系统计算数额产生较大偏差时，末端装置将对进风口风阀进行调整，进而实现实际送风量调控。

当室内温度＞设定值，末端变风量装置调节风阀，实现末端送风量上升。此时，主送风管道静压下降，现场控制器接收到实际测量值，通过实测值-设定值比较，变频风机自动调节，确保送风量增加、主送风道的静压恢复。当室内温度＜设定值，末端变风量装置调节风阀，实现末端送风量下降。冬季期间，由于空调箱始终提供冷风，当室内温度低于设定，末端送风量减小，这时，主送风管道的静压点会上升，空调箱的风机频率会随之减小以维持静压。末端变风量装置在减小送风量的同时保证最小新风量。

4 系统调试

为满足设计要求，VAV 空调系统在施工完成后必须经过一系列的调试，方能达到使用功能。VAV 空调系统调主要包括系统风量平衡调试及联合调试（也称 BA调试）两个方面。

空调系统风量平衡的实现，旨在将系统内各支管段风量调整到设定数值，确保送达VAV BOX 的风量大于或等于设计最大风量的数值。在此过程中，需要保证全部VAV BOX 电动风阀的开度达到80%～90%，手动调节阀全开。调节单个VAV系统各空调分区送风量、回风量、排风量达到平衡；同时完成送、回风管道的水力平衡调试。调试过程中，VAV-BOX 试运转最好达到100%，为BA 调试做好准备工作，需逐一检查压力传感器是否出现堵塞情况，若出现则应使用打气筒开展吹扫工作。

调试开始时，首先进行VAV BOX 出口支管的风平衡，调节每个多出风口手动调节阀的开度，确保风口实现均匀出风。待VAV BOX 风量调整平衡后，固定各调节阀手柄，以颜色区分做好手柄位置标示，填写调试记录。

5 结论

VAV 变风量系统是一种能够满足节能和舒适要求的通用空调系统，在写字楼项目应用日渐广泛，但VAV 空调系统安装调试、风量平衡调试工作量巨大，存在问题仍然较多。在此根据某运营中心的VAV 空调系统布局分析，为项目的VAV空调系统设计提供了参考，为项目的建设与开发提供了实践性的案例，其项目建设不但具有实践性意义，且可为同类问题提供解决思路与分析途径。