VAV系统概况

1.概述

变风量系统也称之为VAV系统，即Variable Air Volume System，是全空气系统的一种空调方式，其工作原理是当空调区域负荷发生变化时，系统的末端装置自动调节送入房间的送风量，确保室内空气参数保持在设计范围内。由于可根据实际所需风量自动调整空调机组风机的送风量，这样就能在保证空调区域环境舒适的前提下最大限度地减少空调机组的送风动力，从而降低空调机组的能耗。VAV系统是20世纪60年代中期出现的一种新型空调系统，但当时由于其稳定性较差以及初成本较高，一直没有得到广泛的应用。到了70年代，世界范围的能源危机爆发，这种技术才被广泛关注。

2.V A V空调系统的发展历史

VAV系统在60年代起源于美国，80年代开始在欧美、日本得以迅速发展，推动其发展的重要原因是节能优势。经过近20年的发展完善，变风量空调系统在欧美日的中央空调系统应用率高达30%，采用VAV技术的多层建筑和高层建筑以达95%，已被越来越多的中高端楼宇采用，并成为现代化智能化大楼的一部分，这种空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空调系统的舒适度。

变风量系统运行的关键是控制系统的合理性与有效性，在控制方式的发展上大体经历了三个阶段：第一个阶段，80年代开发并实际投入使用的定静压定温度控制形式；第二个阶段，90年代前中期开发并实际运用的定静压变温度控制形式；第三个阶段，90年代后期开发并实际运用的变静压变温度控制形式，在此阶段同时并存的还有总风量控制形式，已运用于实践。目前，VAV空调系统已经成为欧美发达国家集中空调系统的主流模式。进人90年代后，能源危机的紧迫使得日本对国内70年代以前建设的中央空调系统进行改建或重建，将原有的定风量系统改造为变风量系统，并加大了对VAV空调控制系统的研究力度，形成了自己的控制模式及标准。目前，在我同发达地区新建公建项目中采用VAV空调系统者已占到较大比例。我国虽然在VAV空调系统的理论研究上取得了不小的成绩，但具体到实践上与国外同类研究还有不小的差距，由于VAV空调系统真正在国内大范围得以推广使用的时间还很短，缺少实践经验，加之该控制技术相对复杂，控制环节多，尤其是对VAV空调系统控制部件的复杂性还存在研究上的困难，关键部件还需国外产品支持，另外价格较高、实际工程效果不理想等客观原因也阻碍了VAV空调系统的推广使用。

3.V A V空调系统的优点及存在的问题

变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要表现在以下几个方面:

（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）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。（6）可实现远程集中监控，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。

尽管VAV系统的优点有目共睹，但阻碍其发展的问题也是确实存在的，大体有以下几个方面：

（1）造价较高，初期投资大

VAV变风量空调系统进入中国市场的时间较短。特别是进入中国市场初期，由于国内没有相应的产品，VAV BOX，控制器，专用温控器等都需要采用国外进口产品，系统造价居高不下，制约了VAV变风量空调系统在国内的应用。近年来，随着相关产业的发展和国内的技术进步，越来越多的外国品牌VAV变风量空调系统相关设备厂家在国内相继建立生产基地，国内公司也吸收和消化了VAV变风量空调系统相关设备的技术，能生产出有竞争力的相关产品。VAV变风量空调系统的造价大幅下降。而随着我国经济实力的稳步发展，市场对VAV变风量空调系统的造价接受能力也越来越强，高价格成为VAV变风量空调系统应用的制约因素已

经相对较弱。

(2)实际使用效果与设计效果存在差异

从目前很多VAV变风量空调系统的实际运行情况来看，系统运行情况很不好，VAV变风量空调系统在设计，工程实施，系统调试，售后维护等一系列工作中存在诸多的技术和非技术问题，造成了很多VAV变风量空调系统项目实际使用效果不好，无法达到设计效果。原因是从市场准入制度到招投标的规则制定以及项目运作模式，诸多环节都不能适应相关技术发展的需求，甚至是阻碍了相关技术应用的发展。在现有的体制下，设计院、机电安装公司、弱电系统集成商、产品生产商都不具备对项目最终整体质量负责的能力，那么从粗放的发展模式向精细化专业化发展模式的实现是该技术发展的必然。在这个过程中，核心技术自主知识产权（特别是软件），系统整体解决方案集成技术的项目管理模式，以及项目寿命周期内的价值运行分析和实现，实现系统二个核心目标：舒适性、节能性。VAV变风量空调系统也应该不例外，传统的安装公司和弱电集成商都不具备这样的能力。弱电系统集成商的特点是代理制和分包制，将智能化各子系统分包给各专业单位，做一些简单的项目管理和技术协调工作，基本没有技术实力和专业人才实现复杂的空调系统，更谈不上实现VAV变风量空调系统的特殊功能。机电安装公司的主要能力在项目管理和安装，对VAV变风量空调系统技术缺乏专业性，在深化设计、控制策略及软件编制、系统调试、运行维护等方面缺乏相关人才和经验。

(3)安装调试，系统控制复杂，影响使用

智能控制复杂。目前，VAV变风量空调系统的控制方式基本上采用多个回路的PID控制。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好。但是，VAV 变风量空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定性系统，这是由于：①外界气候和空调区域里的人员活动的变化很大，对系统形成得过且过大的干扰；

②空气调节过程是高度非线性的；各执行器的运行特性也是非线性的；③各个控制回路之间耦合强烈，完全解耦是不可能的；④随着时间的推移，设备会老化和更换，从而造成系统参数的变化；⑤如何实现VAV变风量空调系统及其自控系统的运行策略也是因空调系统设计及外部环境的有一定区别，软件在一定程度上标准化生产可以，但完全标准化，基本不合适现有的应用环境。现在VAV变风量空调系统的很多系统设计和控制思路都是将国外的一套照搬国内市场，这样的做法注定不会成功。不同国家的地理位置、环境要求、以及人们的生活习惯等都是不同的，再加上信息控制技术的发展，建筑技术和空调工艺新技术快速发展，落后的产品与不断发展的新空调系统需求矛盾突出。要完成系统优化和复杂控制策略难度很大。

4.V A V空调系统末端装置与控制

VAV空调系统的控制机理并不是很复杂，末端送风装置是实现变风量功能的关键，而选择何种控制系统并与末端送风装置进行有机结合是整个VAV空调系统最重要的环节之一。VAV空调系统并非是简单地在定风量系统上加装可调变速风机及末端装置，它还包括由多个控制回路所组成的控制系统，要保证VAV空调系统运行随着空调负荷变化而进行相应改变就必须依靠自动控制系统。变风量控制系统的主要作用是：自动调节系统送风量以适应房间空调负荷变化；通过相对独立的控制单元分别满足不同房间、不同功能区域的不同温度参数要求；能够根据负荷变化自动调节送风主机的运行频率以降低空调系统运行能耗，实现节能目的。VAV空调系统的控制方式有：

（1）定静压控制

工作原理：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。

（2）变静压控制

工作原理：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

工作原理：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。

目前在过程控制领域中应用最为广泛的控制器是常规PLD（比例，积分，微分）控制器，简单、稳定性好、可靠性高等特点使其对于线性定常的控制是非常有效的，一般都能够得到比较满意的控制效果，至今在全世界的过程控制中有84%的控制器仍是PID控制器，VAV系统末端装置也大多采用PID控制器。PID 控制以其巧妙的构思和良好的控制效果一度成为应用最广泛，实现最简单的控制策略。PID控制理论内涵给人们留下了较大的研究空间，关于PID参数自整定的方法也相继问世，但随着控制理论及应用范围的不断发展，控制对象也日趋复杂，有些系统的过程模型难以建立，并且具有高度的非线性、时变性；比如VAV变风量空调系统的时变控制，因此传统的PID控制策略就显露了它的不足。虽然研究人员试图通过简化控制算法或采取优化集合控制等来解决这一不足，但效果并不很理想。基于PID控制所存在的问题，相关研究人员根据变风量空调系统的特点结合控制技术在不断改进PID控制算法的基础上积极寻找其它更为高级的控制

方式，通过实践，逐步将最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络控制等智能化控制手段应用于VAV空调系统的控制实践。

5.V A V空调系统的应用

（1）同一个空气调节风系统中，各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长，且需要分别控制各空调区温度。

（2）建筑内区全年需要送冷风。

属于以上两种情况的全空气空调系统宜采用变风量空调系统。

6.小结

通过这些天对变风量空调系统文献的查阅与深入了解，我回忆并巩固了空气调节系统的运行过程的认识，初步了解了V A V变风量空调系统的兴起与发展，并对其优越性有了深刻认识，增加了对此方向课题研究的兴趣，但在此我也想结合自己对V A V空调系统的现有认识提出一些看法。①变风量系统针与外界工况的结合运用问题，改变送风量的基础上，多加考虑控制在进入机组的新、回风比，在北方与南方地区分别研究其在全年工况下的运行状况。

②众所周知，变风量系统运行的关键是控制系统，但现有控制系统的控制依

然复杂繁琐，其合理性与有效性值得进一步去研究与发展。相信有一代又一代人的研究与探索，我们的VAV会越来越完善，越来越智能。