VAV空调系统设计毕业设计论文.doc

目录1 引言42 VAV系统的构造52.1 VAV空调系统简介52.2 VAV空调系统的原理和优缺点63 变风量空调系统的分类84 VAV系统的特点84.1 VAV末端装置特点104.2 VAV系统自动控制104.2.1 VAV 末端温度控制114.2.2 水阀的调节114.2.3 风阀的调节114.2.4 变静压法的变风量系统控制115 VAV 空调系统的优点125.1变风量(VAV)空调系统常用控制方式125.2变风量（VAV）空调系统发展趋势136 变风量系统的缺点136.1VAV系统与VRV系统比较137 使用过程中容易出现的问题148 VAV变风量空调系统的未来展望149 结语14参 考 文 献15致谢15VAV变风量空调系统摘要：建筑节能及空调节能几年前就已经成为我国节能技术领域的重要议题，近几年随着中国经济水平的快速发展，国内民用住宅、大商场、办公及商用建筑越来越多，使空调能耗激增，空调节能已日渐成为刻不容缓的大事。为满足人们的需要,利用现代化先进的自动控制系统大力开发节能型空调系统,VAV变风量空调系统应运而生,本文对变风量空调系统的构成、分类、系统的优缺点及发展前景等进行了介绍。为了满足人们的需要，建筑物空调系统正在快速的普及和发展。与此同时，建筑物的能耗也越来越大。据统计空调系统的能耗占建筑物总能耗的5070。因此，在满足人们需要的同时，必须利用现代先进的自动控制系统大力开发节能型空调系统。关键词：VAV；空调； 节能技术；变风量1 引言随着社会进步与建筑智能化技术的发展，人们对工作生活环境的舒适度、建筑设备的节能及高效运行的要求越来越高，尤其是在一些负荷变化较大的建筑物、多区域控制的建筑物中，传统的定风量空调系统已不能满足要求。在这些应用场合中，需要建立适时个性化调节且能满足分区控制等要求的空调系统，而变风量空调系统是一个理想的选择。VAV( Variable Air volume System) 空调系统是属于全空气式的一种空调方式, 当室内负荷变化时, 用改变送风量的方法来维持室内温度、湿度。变风量空调系统20 世纪60 年代产生于美国，因其具有舒适性、节能等特点，20 世纪70 年代石油危机后在欧美及日本得到广泛的应用，20 世纪90 年代末进入中国大陆并逐步流行。因此，深入研究V A V 空调系统的控制策略，充分利用现代控制技术，实现VAV 空调系统的协调稳定工作和优化运行将具有重要意义，有助于VAV 空调系统在国内的进一步推广应用，并能充分发挥其舒适性和节能的优势。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。2 VAV系统的构造VAV系统由变风量空调机组和VAV末端两部分组成,VAV终端根据控制区域的热负荷,通过调节风门的开启比例控制末端的送风量。变风量空调机组则根据各VAV末端的需要,通过风机变频控制总的送风量。变风量系统是一种全空气的空调方式,它根据室内负荷的变化或室内要求参数的改变自动调节空调系统的送风量,从而保证室内参数达到要求,其特性是在大多时间内都在低于其最大风量的状态下运行。2.1 VAV空调系统简介变风量（VariableAirVolume）空调系统是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。Delta控制公司是世界上首家设计、制造出一体化（即集控制器、执行机构和流速传感器于一身）的VAV控制器的BA产品制造商。变风量空调系统60年代起源于美国，自80年始在欧美、日本等国得到迅速发展，最重要的原因是变风量空调系统巨大的节能优势。经过十几年的普及和发展，目前变风量空调系统己占据了欧、美、日集中空调系统约30%的市场份额，并在世界上越来越多的国家得到应用。进入90年代以来，采用VAV技术的多层建筑与高层建筑已达到95%。变风量空调系统由空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量空调箱、房间温控器等组成，其中变风量空调箱是该系统的最重要部分。一、变风量空调系统（VAV）的优势变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要在以下几个方面:1、节能由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算，当风量减少到80%时，风机耗能将减少到51%；当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统（变静压控制）可节约风机动力耗能78%。2、新风作冷源因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季节可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量。3、无冷凝水烦恼变风量空调系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，避免了风机盘管系统中令人烦恼的冷凝水滴漏和污染吊顶问题。4、系统灵活性好现代建筑工程中常需进行二次装修，若采用带VAV空调箱装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增加风口。而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。2.2 VAV空调系统的原理和优缺点变风量控制器和房间温控器一起构成室内串级控制，采用室内温度为主控制量，空气流量为辅助控制量。变风量控制器按房间温度传感器检测到的实际温度，与设定温度比较差值，以此输出所需风量的调整信号，调节变风量末端的风阀，改变送风量，使室内温度保持在设定范围。同时，风道压力传感器检测风道内的压力变化，采用PI或者PID调节，通过变频器控制变风量空调机送风机的转速，消除压力波动的影响，维持送风量。变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要在以下几个方面:1、节能由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。据模拟测算，当风量减少到80% 时，风机耗能将减少到51%；当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。全年空调负荷率为60% 时，变风量空调系统（变静压控制）可节约风机动力耗能78%。2、 新风作冷源因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季节可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量。3、 无冷凝水烦恼变风量空调系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，避免了风机盘管系统中令人烦恼的冷凝水滴漏和污染吊顶问题。4、 系统灵活性好 现代建筑工程中常需进行二次装修，若采用带VAV空调箱装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增加风口。而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。 5、 系统噪声低风机盘管系统存在现场噪声，而变风量空调系统噪声主要集中在机房，用户端噪声较小。6、不会发生过冷或过热带VAV空调箱的变风量空调系统与一般定风量系统相比，能更有效地调节局部区域的温度，实现温度的独立控制，避免在局部区域产生过冷或过热现象。 7、 提高楼宇智能化程度采用DDC数字控制的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到楼宇自控系统中，从而提高楼宇智能化程度。8、 减少综合性初投资由于增加了系统静压控制以及VAV空调箱等环节，设备控制上的造价会有所提高。但由于变风量空调系统可以根据冷热负荷的分布，使送风量在建筑物内各个控制区域间平衡转移，从而使系统的设计总送风量减少，因此可以减小空调系统的设备容量，系统综合性初投资不一定会增加，甚至可以降低。9、 变风量空调系统结构简单，维修工作量小，使用寿命长3 变风量空调系统的分类 广义上说，凡是改变系统送风量的空调系统都是变风量空调系统。在目前的工程实践中，变风量空调系统主要有两种形式：单风管变风量系统和双风管变风量系统。其中单风管变风量系统又分为普通单风管变风量系统和单风管末端再热变风量系统。双风管变风量空调系统分别设有冷、热风管，可以根据室内的负荷情况精确地调节供冷量和供热量满足房间的温度要求，具有调节方便、热稳定性好的特点。适合在一些舒适性要求高的空调场所使用。4 VAV系统的特点 末端设备(VAV BOX)是补偿室内负荷变动，调节房间送风量以维持室温的重要设备，应具备如下的功能：接受室内温度设定器或大楼自动管理系统的指令，根据室温高低，自动调节送风量。 应有上限与下限控制，即当送风量达到设定的最大值时，风量不再增加；送风量达到最小值，不再进一步减少，以维持室内最小的换气量。 送风口与调节组件结合成一体化的末端设备，应有良好的空气分布特性。 末端装置是变风量系统中关键设备之一，它的好坏将直接影响整个VAV系统的工作性能。变风量的末端装置可分为节流型、旁通型和诱导型。不同类型在其控制原理和构造上存在明显的区别，其应用范围也不一样，分述如下： 图一 节流型变风量系统结构简图 另有一种变风量再热式之系统，它与普通节流型相比，增加了一个热水盘管或是电加热器的空气加热器。对所服务的房间而言，它提供了一个独立的加热功能，而且每个VAV BOX可以就地独立加热空气而不受整个风系统的影响。它的控制方式在夏季时基本上与普通节流型相同，但在冬季要求的需冷量较小时，在送风量不能满足室温要求时再调节再热量。这是目前建筑的外周区部分常用的一种的VAV BOX形式。(2)旁通型：旁通型系统结构 如图五所示。当负荷减少时，其控制的方式也是由温度控制器控制VAV BOX之空气阀门的动作，以维持室内的设定温度。此外旁通管路(可利用天花板内空间或另设之旁通风管)亦有一空气阀门。此一旁通空气阀门与VAV BOX空气阀门是连动的，能将房间不需要的风量，经由旁通的方式送出，再经回风风管回到空调箱，以维持风机送出风量的平衡。此系统中，在各控制房间内，由于风量会随着室内负荷需求而改变，因而有变风量系统的特性。但风管系统中的压力及风量均维持不变，所以无法在风机方面减少耗电。此种装置一般仅做为简单的控制温度方法，使用在节能要求不高的场所。 图二 旁通型变风量系统结构简图(3)诱导型：诱导型系统结构如图如三所示。当负荷减少时，可减少一次风量，节约冷热量。由于系统内仅为一次送风量，风管的尺寸可以变小，易于布置。另诱导型由于具有天花板回风的特性，二次风量又可利用灯光作为再热热源，能有效的提高送风温度，因此系统可以与低温送风方式相结合，更进一步地减低一次送风量，节省可观的系统风机动力。此种控制方式的最大优点为可以维持高于上两种方式的室内空气流动率。 图三 诱导型变风量系统结构简图4.1 VAV末端装置特点(l) 节能运行。温度、压力、风速信号反馈到中央控制器,v A v 末端借助于调节阀、控制元件, 能使空调系统达到节能运行。部分负荷时, 能避免在定风量系统中因再热器的冷热负荷抵消而造成的双重能量消耗。如考虑到系统设备的同时使用, 能使V AV 末端系统总风量减少, 节省大量风机水泵的电能。(2) 末端结构紧凑, 机组组合灵活。按设备的使用功能分, 机组有单风道、双风道、热水再热、电热再热、并联风机驱动等不同的末端组合。如需要, 机组还可配备静压箱和消声器。按设备的控制功能分, 有压力相关型和压力无关型等不同组合。(3) 可避免冷、热水及凝结水漏水, 造成吊顶等装饰构件污染、损坏等。44.2 VAV系统自动控制变风量系统能否正常运行在很大程度上依靠控制系统。在一个单风道变风量空调系统中,除了送回风机、末端装置、阀门和风道组成的风路以外,还存在五个反馈控制环路,即:室温控制、送风静压控制、送回风量匹配控制、新排风量控制及送风温度控制。空调系统的正常运行主要依靠自动控制系统,自动控制系统与自动化管理系统的电脑相连接,实现中央监控和调节。4.2.1 VAV 末端温度控制变风量空调系统中的空调机组采用变频风机,送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制,根据房间的布局每个变风量末端装置可设置几个送风口。VAV控制器以房间温度为主参数,以风道空气流量为副参数组成主副环串级调节系统。控制对象为室内温度、主送风道静压P,检测装置为静压传感器,调节装置是现场DDC控制器,执行器是变频风机,干扰量是VAVbox风阀开度、空调负荷。PI调节输出到副环,副环为随动调节系统,VAV控制器将以主环的输出为设定值与空气流量进行比较,PI或PID控制VAV box变风量调节室内温度。送入房间的实际风量可以通过VAVbox的检测装置进行检测,如果实际送风量与系统计算的送风量有偏差,则VAVbox自动调整进风口风阀以调整送风量。送风道的严密性,可以通过改善施工工艺使之减小到最小程度。54.2.2 水阀的调节在定风量系统中,安装在冷热水回水管上的电动二通比例式调节阀由回风温度控制。在变风量系统中安装在冷热回水管上的电动二通比例式调节阀根据送风温度控制。4.2.3 风阀的调节在变风量每个末端装置的控制区域,放置一个感温器。风阀的目的是调节风量,要使其具有良好的调节特性,就需要使它的压降占支管总压降的较大比例。当室温下降,风阀关至最小风量值时,启动再加热器,提供外区空调所需的热负荷。4.2.4 变静压法的变风量系统控制当绝大多数VAV末端的需求送风量很小时,即每个VAV BOX中的风门开度较小时,可以改变主风管的静压设定值,使VAV空调风机的转速下降,降低风机运行的静馀压,以利节能。变静压控制需要保持每个VAV BOX的阀门开度在85%100%之间,即让阀门尽可能全开和使风管中静压尽可能减小的前提下,通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。变静压控制由于控制相对繁琐,系统不易稳定从而造成国内成功案例比较少3。5 VAV 空调系统的优点一个完整的变风量系统, 应该由空气处理设备、一个中压送风系统、若干台末端装置和必要的自动控制元件所组成。变风量系统是一种节能的空调方式, 它具有如下一些特点:1) 由于变风量系统的末端装置可以根据负荷的变化和个人的舒适要求改变送风量, 这意味着整个空调系统的供冷量是可变的, 即可以随着负荷的变化调节送风量，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量;2) 配以合理的自动控制, 空调和制冷设备只按实际负荷需要运行, 可降低耗电量和运行费;3) 可以实现单个房间的温度自控, 各房间可以独立选择自己要求的控制温度;4)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。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。5)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。65.1变风量(VAV)空调系统常用控制方式 1、定静压控制:保证系统风道内某一点（或几点平均）静压一定的前提下，室内所需风量由VAVBOX风阀调节；系统送风量由风道内静压与该点所设定值的差值控制变频器工作调节风机转速确定。 同时，可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。 2、变静压控制:在保证VAVBOX风阀尽可能的处于全开位置（85-100%），系统送风量由风道内所需静压来控制变频器工作，调节风机转速确定。同时，可以改变送风温度来满足室内舒适性要求。 3、总风量控制:通过改变送风量调整室内温度，并使送风与回风的差值保持恒定，以满足构筑物排风的需求。 5.2变风量（VAV）空调系统发展趋势 国外高档写字楼一般都是把VAV空调系统作为常规的必备系统而拒绝采用FC+新风系统,“让FC重新回到宾馆里去”正是这种情况的最好结论。国内高档写字楼的发展趋势也必将是VAV系统，因为VAV系统在技术、经济、灵活性、维护量小几个方面都具有无可比拟的优越性。它有巨大优势，在世界迅速发展。目前已占世界空调系统30份额，并且成为空调发展的必然。目前国外高层 建筑使用率已达95。6 变风量系统的缺点虽然VAV系统有很多优点,但也存在者不足: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,缺少新风,室内人员感到憋闷,噪声偏大。可不作系统风量平衡调试, 就可以得到满意的平衡效果;由于增加了系统静压、室内最大风量和最小风量、室外新风量等的控制环节, 设备本身的造价会有所提高。6.1VAV系统与VRV系统比较 VAV是变风量系统，是末端，走的是风路。VRV是变流量系统，是空调，走的是冷媒。VAV（Variable Air Volume System）,变风量空调系统，与定风量空调系统一样，变风量空调系统也是全空气系统的一种空调方式，它是通过改变送风量，而不是送风温度来控制和调节某一空调区域的温度，从而与空调区负荷的变化相适应。其工作原理是当空调区负荷发生变化时，系统末端装置自动调节送入房间的送风量，确保室内温度保持在设计范围内，从而使得空气处理机组在低负荷时的送风量下降，空气处理机组的送风机转速也随之而降低，达到节能的目的。 VRV（Variable Refrigerant Volume System），变制冷剂流量系统，系统结构上类似于分体式空调机组，采用一台室外机对应一组室内机（一般可达16台）。控制技术上采用变频控制方式，按室内机开启的数量控制室外机内的涡旋式压缩机转速，进行制冷剂流量的控制。 VRV空调系统的设计包含两个部分：空调设备选型及空调管路设计；空调系统控制设计，前一部分内容由设计院的暖通工程师设计，后一部分内容通常由提供全套产品的系统工程承包商配套设计。 可见两种系统的设计和运作各有千秋，各有方式，就看用户需以一种什么方式来到到预期的效果，两种系统都是比较不错的选择。7 使用过程中容易出现的问题(1) 个别房间温度降不下来, 送风温度偏高, 主要原因是平衡阀调节不到位, 系统间水力不平衡, 空调箱表冷器水量严重不足, 出水温度偏高。(2) 空调箱过滤器积尘太多, 阻力偏大, 造成空气流量不足, 不能满足使用效果, 也会使噪声偏大, 节能效果不明显。(3) 室内空气温度与设定温度偏差较大, 主要是由于传感器的精度和安装位置不能将送风、回风、室内的实际温度准确的反馈到中央控制器。8 VAV变风量空调系统的未来展望目前国外各大空调厂家和自动控制公司已将V A V 及与其配套的控制系统系列化,但国内的厂家动作稍慢, 大多数设计者、业主、厂家持观望态度。为了使V A V 得到广泛应用, 我们目前要做的事情还有很多:(1)有58.3% 的人认为应降低成本。价格是v A v 系统的主要问题之一, 随着大规模集成电路的成本急速降低和控制技术的发展, 它必将会得到很好解决。(2)V A V 产品目前基本采用进口, 尚未得到国产化。调查中有53.9 % 的人认为“ 应找到适合中国国情的V A V 系统” 。比如应简化控制界面; 减少控制、设计和调试难度:厂方应形成一支专业化的安装, 调试队伍; 售出产品的同时, 厂家应负责为业主专门培训一支设备操作队伍; 建立完善的售后部门, 明确修理费用等等。 89 结语 由于工商业的发展，国民生活水平提高，使得用电量呈现急速的成长。又加上开发电源的情形并不顺利，因此使得台湾笼照在限电的阴影下。变风量系统由于有着改变风量的特性，较传统定风量系统维持风量一定的情形，可以节省相当的风机耗电。因此在用电吃紧的今日，为降低空调耗能的一种方式。在各类建筑采用变风量系统的节能分析中，办公建筑中其风机耗电节能不论在台北或高雄地区最大节能可达70%以上，而最小亦可达20%以上。在旅馆建筑方面，在台北或高雄地区最大节能可达75%以上，而最小亦可达25%以上。在百货公司方面，在台北或高雄地区最大节能可达70%以上，而最小亦可达25%以上。在风量的控制方面，根据模拟的结果分析，以转速变更且压力检测点在风管末端最为省能，而以出口节流的方式省能最差，两者的省能效果相差达二至三倍之多。参 考 文 献1 刘秀荣,王超.北方某工程VAV空调系统简介及控制要点分析J.中国水运(下半月),2010(7):122,151.2 郭方敏,任庆昌.VAV空调系统末端解耦控制研究J.自动化与仪器仪表,2010(4):146 148.3 马少华,孟繁庆,孙化泽.基于改进的PSO算法的PID控制在VAV空调系统末端的应用J.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2010(3):190 196.4 钱以明.杨书明.VAV 系统中新风量控制.暖通空调, 1999(3)5 宋宏光.变风量系统最小新风量控制方法的讨论.暖通空调, 1999(3)6 李娥飞.暖通空调设计与通病分析M.北京: 中国建筑工业出版社,2004.7 张九根等.建筑设备自动化系统设计.北京：人民邮电出版社. 20038 蔡敬琅.变风量系统空调设计.北京：中国建筑工业出版社.1997 致谢 非常感谢老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她们给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，她们放弃了自己的休息时间，她们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下! 通过这一阶段的努力，我的毕业论文VAV空调系统设计论文终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 在本论文的写作过程中，我的导师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。 写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名信息学院学子，在今后的工作中把XX的优良传统发扬光大。