某办公楼变风量（VAV）空调系统的设计

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某办公楼变风量（VAV）空调系统的设计

摘要： 本文介绍了某办公楼变风量（VAV）空调系统的设计，该系统采用总风量控制的方法，不同于静压控制的方法。通过实践证明了该系统具有设计简单，调试及运行管理方便，系统运行稳定，工程造价低的优点。

1.概述

该工程为综合办公楼，共四层，一层为大厅、安全教育室、办公室、配电室等;二层、三层为办公室、会议室;四层为办公室、通信中心、信息中心等。总空调面积1939m²。厂区冷冻站夏季可提供7℃冷水，冬季可提供60℃热水，要求设中央空调，夏季供冷，冬季供热，为人们提供舒适的工作环境。

2.设计参数

2.1 室外计算参数：

夏季室外计算干球温度：35.7℃

夏季室外计算湿球温度：28.5℃

冬季室外计算干球温度：-4℃

冬季室外计算相对湿度：77%

夏季大气压力：1002.0 hPa

冬季大气压力：1023.0 hPa

2.2 室内计算参数：

房间名称

夏季

冬季

新风量

m³/h.人

温度℃

湿度%

温度℃

湿度%

办公室

通信中心

信息中心

24～26

＜65

18～20

≥40

40

会议室

安全教育室

24～26

＜65

18～20

≥40

30

3.目前变风量（VAV）空调系统的现状

变风量（VAV）空调系统的控制方法有：定静压控制、变静压控制。这些方法在国外使用多年，成功的范例也较多。但在国内使用的情况就不那么乐观了，这些建筑VAV空调系统投入运行后，存在问题较多，以致导致系统不能正常运行，重新改造，改为普通的空调系统。主要表现为自控系统与空调系统不匹配，调试无法成功;设置参数不稳定，风量不平衡;空气品质和舒适感达不到设计要求。究其原因很多，其最大的原因是控制系统的问题，控制过于复杂，不但要求设计人员既懂空调专业又要懂自控专业，而且要求施工和管理人员也要懂空调和自控，脱离了中国的实际。

在国内VAV控制系统一般是由自控公司施工，空调系统由安装公司承担，各负责一块，导致调试困难，互相推委;其次是变风量空调系统管道千变万化，自控公司无法提供一个在工厂编制好的通用软件，需要调试人员现场编程，现场调试，难度很大;其三是VAV末端设备、变频器、和控制设备由不同厂家生产提供，协议往往不公开，设备之间无法操作，进一步使调试复杂化;其四是变风量理论有待完善，由于变风量空调系存在很多不确定因素，调试时需反复调试系统方能运行。其五是由于季节的变化，VAV空调系统需反复进行调试。其六是使用单位无专业（自控、空调）技术人员专门管理，出现故障无法排除;其七是VAV系统末端装置和控制系统价格昂贵，一但出现问题，业主很难再投资进行改造，干脆放弃不用。因此VAV空调系统其控制方法的选择尤为重要，他不但与系统初投资的多少有关，而且对系统运行的可靠性、经济性有很大的影响。

4.变风量（VAV）空调系统的设计

4.1 该项目变风量（VAV）空调系统采用总风量控制的方式。每个楼层一个系统，安全教育室(6.5m层高)一个系统，大厅设风机盘管系统，共分六个系统。

4.2 空调设备选择及参数表

楼层

房间名称

空调面积

（m²）

VAV终端箱

VAV空调机组

一层

办公室1

22

FTB-10H，L=1000 m³/h

K1：KCD10（6排）一台

Q=65.5 kW，L=10000 m³/h，

H=350Pa，N=1.1 kW *2。

办公室2

66

FTB-8H×3, L=800m³/h*3

配电室

20

FTB-12H ,L=1200 m³/h

蓄电池室

24

FTB-12H, L=1200 m³/h

进线室

22

FTB-8H ,L=800 m³/h

人力资源部

29

FTB-10H, L=1000 m³/h

文印室

20

FTB-8H ,L=800 m³/h

综合部

98

FTB-8H×4, L=800 m³/h*4

　

　

VAV终端箱L总=11600 m³/h

　

安全教育室

148

　

K2： KCD10（6排）一台

Q=65.5 kW，L=10000 m³/h，

H=350Pa，N=1.1 kW *2。

二层

会议室

47

FTB-12H×3, L=1200 m³/h*3

K4： KCD12（6排）一台

Q=78 kW，L=12000 m³/h，

H=650Pa，N=1.8 kW *2。

办公室1

24

FTB-8H， L=800 m³/h

办公室2

24

FTB-8H， L=800 m³/h

办公室3

24

FTB-8H， L=800 m³/h

办公室4

48

FTB-8H×2，L=800 m³/h*2

资料室

62

FTB-12H×2, L=1200 m³/h*2

设备房

29

FTB-8H ，L=800 m³/h

顾问室

47

FTB-12H, L=1200 m³/h

安全部

120

FTB-12H×3, L=1200 m³/h*3

　

　

　

VAV终端箱L总=15600 m³/h

　

三层

休息室1

18

FTB-8H， L=800 m³/h

K5： CD14（6排）一台

Q=92 kW，L=14000 m³/h，

H=670Pa，N=2.2kW *2。

休息室2

18

FTB-8H， L=800 m³/h

休息室2

18

FTB-8H， L=800 m³/h

会客室

30

FTB-12H， L=1200 m³/h

会议室

28

FTB-12H， L=1200 m³/h

办公室1

48

FTB-8H×2, L=800 m³/h*2

办公室2

43

FTB-8H×2, L=800 m³/h*2

办公室3

42

FTB-12H， L=1200 m³/h

办公室4

26

FTB-10H， L=1000 m³/h

办公室5

30

FTB-10H， L=1000 m³/h

办公室6

61

FTB-12H×2 L=1200 m³/h*3

办公室7

30

FTB-10H， L=1000 m³/h

设备房

23

FTB-8H， L=800 m³/h

　

　

　

VAV终端箱L总=15000 m³/h

　

四层

办公室1

29

FTB-10H ,L=1000 m³/h

K6：KCD15（6排）一台

Q=92 kW，L=15000 m³/h，

H=670Pa，N=2.2kW *2。

办公室2

18

FTB-8H， L=800 m³/h

办公室3

47

FTB-8H×2, L=800 m³/h*2

办公室4

29

FTB-10H， L=1000 m³/h

办公室5

26

FTB-8H， L=800 m³/h

仪表维修

18

FTB-8H， L=800 m³/h

值班室

21

FTB-10H， L=1000 m³/h

通信中心

95

FTB-10H×4, L=1000 m³/h*4

信息中心1

73

FTB-10H×3, L=1000 m³/h*2

信息中心2

68

FTB-10H×2, L=1000 m³/h*2

商务部

68

FTB-10H×2, L=1000 m³/h*2

　

　

　

VAV终端箱L总=16200 m³/h

　

4.3 空调设备的布置

4.3.1 变风量吊顶式空气处理机设在每层吊顶内，VAV终端箱设在每个房间靠走廊侧楼板下，空气处理机通过送、回风道与每个房间VAV终端箱连接。

4.3.2 由于建筑物层高的限制送风主管道设在走廊吊顶内，回风利用吊顶作为回风道。

4.3.3 安全教育室吊顶式空气处理机，设在二层机房内，通过送风管，旋流送风口送风，通过设在一层百叶风口回风。

附： VAV空调系统流程图

5.控制系统的设计

5.1 该空调系统控制系统是运用现代计算机控制技术、多变量控制理论、变频调节技术、人工环境工程技术对中央空调多变量系统进行集散控制，通过各房间的温度控制器，采用模糊逻辑控制技术控制相应的VAV末端设备风机，调节该房间的送风量;同时集中控制器实时采集被控房间温度、风量及其变化趋势，进行解耦计算并由它来控制空气处理机风机变频控制器，进行总风量的实时调节。使空气处理机的总风量与房间VAV末端所需风量相匹配，使系统能耗随着环境温度及系统负荷的变化而变化，以达到最大节约电能的目的。该系统采用末端带动力的风机箱，系统控制与压力无关，一改以往VAV系统价格高，难调节的缺点。末端数字控制器带通讯接口，可实现远程监控和集中智能化管理。

5.2 该设计VAV空调系统采用总风量控制法，该控制方式的变风量系统，不同于静压控制法，它是根据系统各末端风量之和与系统当前总风量相匹配的原理设计而成的。总风量控制方式在变风量系统中具有比静压控制简单得多的结构，尤其是在末端采用风机代替风阀的方式，不采用静压调节，而是由末端实时的风量需求，采用数字信号传输及先进的控制软件，实施对风机的控制，避免使用压力检测装置，也不需要变静压控制时的末端阀位信号容易实现控制系统的解耦。

总风量控制法在控制性能上具有快速、稳定的特点，这种控制方法与压力无关，控制系统的形式得到简化，因而不仅使系统的调试工作变得容易，同时也带来控制系统可靠性的提高，减少了以后的维护工作量。

5.3 VAV空调控制系统的组成

5.3.1 VAV空调系统末端控制采用了国产VAV空调末端数字控制器F2000EDC，它集控制器、执行器于一体，带有数字通信接口的数字末端控制装置，它可实现现场温度检测设定，室内温度变风量控制，能真正实现中央空调的室内变风量调节。它采用微处理器及人工智能的模糊逻辑控制技术，保证了被控环境高效率，低能耗;它瞬间相应时间快，由于设在温控器内的温度传感器实时检测室内温度，与用户设定的温度进行比较，实时平滑地调节风机转速，从而实现风机送风量的自动控制和无级调节。

F2000EDC面板上设计有五个人性化按键，直观方便，操作简单。它独特的超大液晶显示屏，可实时显示以下室内状态：

设置温度、当前室内温度、当前房间风量大小、锁定状态（锁定制冷/制热状态，锁定设置温度）、定时状态（定时开关机）等，使室内空调的运行情况一目了然，使用户能直接看到和体会到控制产品的智能化。其质地选用PC／ABS高档防火材料，精致光洁，真正满足用户追求高品质环境的需要。

5.3.2 VAV空调系统终端箱采用国产F2000FTB VAV终端箱，它是带有动力的风机箱，可使末端风压提升30～50Pa，它由低噪声离心风机、电容式电机、吸音风机箱体、保温吸声板等部件组成，具有大风量、低转速、低噪声、低能耗技术先进等优点。

5.3.3 F2000CCU中央控制器是专为VAV空调系统空气处理机设备现场集中控制并可远程联网控制而设计的数字化中央控制器，它实时采集所有末端控制器的控制参数，加以解藕计算后控制空气处理机送风机的变频器工作，调节机组总送风量。

F2000CCU变风量中央控制器可独立完整地控制空气处理设备。它可采集多至64个VAV末端信号，采用总风量控制法控制送风量。对多路传感器信号进行现场采集并控制相关设备;用能量平衡法精确完成变风量系统中的新风量控制;送回风温湿度的调节量控制;防冻保护，压差状态指示及控制。具有网络接口，可与上位机联网，组成中央监控管理系统。其特点是高集成度、功能完整、联网控制、现场可编程、液晶显示、中文菜单。

特点：

高速CPU ，双RS-485通道，内置1024字节RAM作为数据缓冲区，内置32K字节ROM作为程序存储空间，内置看门狗，抗恶劣环境干扰，大屏幕点阵液晶实时显示参数设置及运行状态，中文菜单，现场编程，集成度高，联网功能。

附：控制系统原理图：

6.系统简介

夏季由冷冻站提供7～12℃冷水，冬季提供60～50℃热水，供室内空气处理机，通过走廊内送风道和走廊吊顶回风道与VAV末端装置相连。室内设F2000EDC末端数字控制器，控制VAV末端装置风机的无级调节，改变送风量的方法，来适应空调负荷的变化。

该空调变风量空调系统，采用总风量控制方式，由室内末端数字控制器，控制室内VAV末端风机的风量与室内参数设定值的实时修正相结合，实施对送风机的控制，以达到节能的目的。

7.本设计方案的特点

7.1 该办公楼VAV空调系统采用总风量控制法，该空调控制系统是运用现代计算机控制技术、多变量控制理论、变频调节技术、人工环境工程技术对中央空调多变量系统进行集散控制，通过各房间的温度控制器，采用模糊逻辑控制技术控制相应的VAV末端设备风机，调节该房间的送风量;同时集中控制器实时采集被控房间温度、风量及其变化趋势，进行解耦计算并由它来控制空气处理机风机变频控制器，进行总风量的实时调节。使空气处理机的总风量与房间VAV末端所需风量相匹配，使系统能耗随着环境温度及系统负荷的变化而变化，以达到最大节约电能的目的。

该系统采用末端带动力的风机箱，系统控制与压力无关，一改以往VAV系统价格高，难调节的缺点。末端数字控制器带通讯接口，可实现远程监控和集中智能化管理。

7.2 本设计方案总风量控制法与静压控制法的比较

7.2.1 静压控制法

静压控制法分为定静压控制法和变静压控制法。在对现有的VAV系统中这二种控制法的研究和实例分析表明：二种方法均能完成VAV系统的控制要求，但同时也存在不少问题：定静压方法控制简单，但为保持空调送风管道中有较大的压力，使得风机耗能偏高，同时由于末端阀位多处于偏小状态，噪声问题比较突出;变静压方法能节省风机能耗，但控制较为复杂，调试难度大，并需要专业技术人员进行多次换季调试等。

此外大量使用压力控制，耦合现象很难避免，系统就会存在不稳定的因素。加之风阀、执行器价格较高，机械连接部位多，故障率较高。

采用变静压控制法的空调系统，设计人员要严格设计主风道、支风道的压力分配，对管道的长度、尺寸、走向、分布等都有严格的要求。但建筑物的结构、装修等对风道的设计有一定的限制，导致风道不能完全按设计施工图施工，增大了VAV系统的调节难度，影响了系统的正常运行。

总之，由于静压控制法VAV系统的末端设备及控制系统多为进口或国内组装，造价较高，调试难度大及后期维护费用高，无疑阻碍了VAV空调系统的广泛应用。

7.2.2 总风量控制法

总风量控制方式的变风量系统，不同于静压控制法，它是根据系统各末端风量之和与系统当前总风量相匹配的原理设计而成的。总风量控制方式在变风量系统中具有比静压控制简单得多的结构，尤其是在末端采用风机代替风阀的方式，不采用静压调节，而是由末端实时的风量需求，采用数字信号传输及先进的控制软件，实施对风机的控制，避免使用压力检测装置，也不需要变静压控制时的末端阀位信号，容易实现控制系统的解耦。

总风量控制法在控制性能上具有快速、稳定的特点，这种控制方法与压力无关，控制系统的形式得到简化，因而不仅使系统的调试工作变得容易，同时也带来控制系统可靠性的提高，减少了以后的维护工作量。

另外由于VAV末端设备及控制系统已国产化，系统简单，调试方便，运行稳定，加之较低价格、方便的服务和在国内有很多成功的实例，使得该系统逐步为人们所认识，成为符合中国国情的VAV空调系统。

7.3 新风作冷源：在过渡季节，停用冷水机组，可利用室外新风作冷源，向室内供冷风，具有显著的节能效果。

7.4 空调末端采用变风量吊顶式空气处理机，布置在吊顶，内不占机房面积。

7.5 利用走廊吊顶做回风道，降低了建筑物层高，节省了土建工程造价。

8.VAV空调系统设计、安装需注意的事项

8.1 选择变风量（VAV）空气处理机时，要考虑该设备所负担的房间由于功能的不同，同时使用系数小于1，故送风量小于变风量（VAV）终端箱送风量之和。

8.2 过渡季节利用自然冷源，新风口的尺寸设计时要考虑全新风运行。

8.3 为了降低建筑物的层高，可利用吊顶作为变风量空气处理机的回风道，安装时要注意吊顶回风道的保温性和密闭性。需特别注意的是吊顶回风道安装完毕要清理干净，保持清洁，避免回风过滤网堵塞影响空调效果。

8.4 本工程在实际运行中，当负荷小时新风量随之减少，新风量有时不足。建议在以后的设计中设计采用固定新风风机法。在新风管道上安装一台等于所需新风量的新风机。当过渡季节需要利用全新风送风时，关闭该独立的新风机和新风风阀，在正常设计工况时，开启该独立的新风系统。该新风系统是最可靠的变风量空调系统新风控制法之一。

9.结论

该工程变风量（VAV）空调系统设计简单，安装调试方便，一次调试成功，工程造价低。通过一年冷、暖季的实际运行，到达了设计要求，系统运行稳定，与静压控制的方式比较有明显的优势。其总风量控制的方式在VAV空调系统中的应用更适合中国的国情。