淺談VAV空調系統的風機風量控制方式

摘 要：本文總結了三種變風量空調系統中常用的風機風量控制方式：風閥控制、入口導葉控制及變頻調速控制，結合風機與管道特性進行分析，闡明各自工作原理并綜合比較，運用工程實例進一步探討實際運用中的節能效果。

關鍵詞：風閥控制 入口導葉控制 變頻轉速控制

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0082-02

變風量空調系統亦稱VAV系統，也是全空氣系統的一種空調方式，它是通過改變送風量來控制和調節空調區域的溫度，從而與空調區負荷的變化相適應。

按照《公共建筑節能設計規范》（GB 50189-2005）5.3.4下列全空氣空氣調節系統宜采用變風量空氣調節系統。

（1）同一個空氣調節風系統中，各空調區的冷、熱負荷差異和變化大、低負荷運行時間較長，且需要分別控制各空調區溫度。

（2）建筑內區全年需要送冷風。

所以，為了靈活的滿足各空調區要求，一些高級的辦公樓、商場等公共建筑均采用VAV空調系統。在實際的運行過程中，VAV系統送風量始終處于變化狀態，如何控制送風量的大小使其與需求保持一致，對系統的設計來說是至關重要的，因而這涉及到空調機組送風機的控制。

本文總結目前常見的三種空調風機風量的控制方式：風閥控制、入口導葉控制、變頻轉速控制；結合風機與管道特性進行分析，闡明各自工作原理及優缺點，運用工程實例進一步探討實際運用中所能達到的節能效果。

1 風閥控制（出口/進口）

出口風閥控制從理論上即為改變管道性能曲線的一種控制方式，是在風機轉速不變的情況下，通過改變系統中的閥門的開度大小，來增減管路壓力損失而使流量發生改變的。

圖1模擬了改變風機出口風閥的開度引起的風機與管道性能曲線的變化。當某一空調區的送風量需求降低，關小閥門時，整個管道性能曲線將從OA變陡為OB曲線，風機工作點A隨之移至B點，風量得以減小，風壓上升。

變化后的管道風壓將會有部分消耗在關小風閥時產生的附加阻力上，閥門長期受到壓力作用，易影響其正常的工作性能，降低使用壽命。而且此種方式往往會使風機工作點偏離高效區，在低風量高風壓比的運行狀況下，可能引發風機發生喘振現象，產生強烈的振動伴有異常的氣流噪聲，運行非常不安全；同時低風量使風機溫度升高，以至輸送冷空氣需要消耗多余的冷量。

整個過程中風機的性能曲線并未改變，僅改變了工況點的位置，雖然風機的功率減小，但同時其效率也下降，所以往往通過控制出口閥門的開度來調節風量是起不到節能作用的。

進口風閥控制，當配管設置在風機的吸入側時，其調節原理與出口風閥相同；但當配管設置在風機的排風側時，它通過改變風機的進口狀態參數（即進口壓力），來改變風機的性能曲線，故調節的經濟性相對較好。

2 入口導葉控制

采用風機入口導葉控制的方法，須在離心風機葉輪的進口前設置一組可調節轉角的導流葉片（稱為入口導流器）?？刂圃砜煞譃閮煞N，第一種實質上就是風機的節流調節，通過改變風機入口導流葉片的安裝角度，改變風機的進口狀態參數（即進口壓力），從而改變風機性能曲線，實現風機工作點位置的變化來適應不同的風量需求。第二種為入口預旋調節，藉助導流器的導流葉片，使得進入葉輪的氣流預先產生一個旋轉作用，改變氣流方向使其沿葉輪旋轉方向進入葉輪。

從導流葉片的控制原理來看，節流調節與預旋調節是同時存在的，當風機承擔負荷變化不大的情況下，預旋占主導作用；當風機承擔負荷變化大的情況下，節流占主導地位，這時調節效果就如同閥門調節一樣，入口導流葉片的調節效率很低。所以使用入口導葉控制方式，調節的范圍受到一定的限制。

見下圖2，調整導流葉片安裝角越大，風機理論全壓就越小，風機性能曲線下降。

導流器的結構簡單，使用可靠并能實現自動調節，所以入口導葉控制比改變管道性能曲線的方法好，也是VAV空調系統中被廣泛使用的方法之一，因其調節范圍小的問題，可通過配以雙速電動機得到改善，但是如此一來經濟意義就不大了。

3 變頻轉速控制

根據流體力學相似律可知，空調風機的流量、壓力和功率等性能參數，分別與轉速成一、二、三次方的比例關系。

風機定律公式：

n為風機轉速；Q為風量；H為全壓；N為軸功率。

改變風機的轉速，則相應性能參數流量、壓力和功率等都將發生改變，這樣風機性能曲線與管道性能曲線的交點即工作點也就改變了。而且，風機有一固有特性，即風機的最高效率區總是向著與轉速下降成比例的流量減少的方向移動。隨著轉速下降，風機的喘振點向小流量方向移動，使得調節范圍更寬，額外的損失也減少。采用此種控制方法的關鍵是選擇合適的變頻器，應與電氣工程師或廠家配合選型，并注意變頻器的諧波干擾與容量配置問題。

4 綜合經濟比較

圖3比較了三種風量控制方式的動力消耗情況，其中風機的變頻轉速控制方式最經濟。

5 工程實例

以某幢辦公樓建筑為例，辦公區域采用VAV空調系統（兩臺變速空調機組配合VAV末端），在設備層設置變頻新風機組，新風從管井引至每層空調機房，接入空調機組。當其中一層辦公區域，空調滿負荷運行時，空調送風風量25000 m3/h，機組的轉速為1200 r/min，耗功率為11 kW。

當部分辦公區域空調需求變化，需要減少送風量時，風機自動進行變頻調速，轉速調至800 r/min，在風量為16000 m3/h時，耗功率為3.52 kW，考慮到變速裝置的效率為95%，則此時實際的耗功率為N=3.52/0.95=3.7 kW。

如果采用風閥調節，空調風機定頻，當風量降至相同數值時，耗功率為9.5 kW。

兩者相比，變頻調速的空調風機節省了61%耗能，節能效果非常顯著。

6 結語

對暖通設計工作者而言，合理選擇VAV空調系統風機風量的調節方式，不僅響應了國家節能設計的目標，并對節省后期的運行投資非常有幫助。尤其近年來，從有關的技術發展動向看，風機變頻調速技術發展非常迅速，新技術的開發引人注目。

參考文獻

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