變風量空調系統中定靜壓控制的風量平衡影響因素研究

張秀平 賈 蒙

中建一局集團第三建筑有限公司 北京 100161

1 概述

變風量空調系統（Variable Air Volume System，VAV系統）于20世紀60年代誕生在美國，是根據室內負荷變化或室內要求參數的變化，保持恒定送風溫度，自動調節空調系統送風量，從而使室內參數達到要求的全空氣空調系統[1]。變風量系統調節送風量在30%～100%，用調節風量代替通過再熱調節送風溫度，與定風量再熱系統對比，既減少供冷量，也節省了不必要的再熱量，是當時空調技術的一個重要進步[2-3]。VAV系統主要由變頻空調、VAV末端風量調節裝置、風管及控制系統組成（圖1），通過改變送風量的方式來滿足建筑內獨立區域空調需求的空調末端系統[4]。

2 定靜壓控制原理及工況簡介

2.1 定靜壓調試原理

圖1 變風量空調系統組成

在保證系統風道內某點靜壓一定的前提下，室內所需風量由VAV-BOX風閥調節，系統送風量由風道內靜壓與該點所設定值的差值控制空調機組變頻器工作調節風機轉速確定，同時可以改變送風溫度來滿足室內舒適性要求[5-6]。

靜壓值的設定是系統安裝完成后，經過調試得到的。把風機開到一定轉速，使得所有VAV-BOX末端的風量達到設計值[7]，這樣就能保證系統在最不利狀態下運行，此時該點的靜壓值即為設定值。設定值一般在250～375 Pa之間[8]。

控制點一般在靠近主風道末端，離末端距離約為主風道長度的1/3處（圖2）。

圖2 定靜壓控制原理

2.2 工況簡介

每層設置空調機房，設置一臺組合式空調機組，組合式空調機組由過濾段、盤管加熱段、加濕段、熱回收段和風機段組成。機房位于南側，組合式空調機組設計風量45 000 m3/h，機外靜壓788 Pa，環形風道，在北側中間位置設置截斷閥。

3 定靜壓控制下的風平衡影響因素分析

通過對某工程調試過程中積累的經驗和教訓進行總結，可知在VAV空調系統中定靜壓控制的風平衡影響因素主要包括最不利點的選擇、VAV-BOX連接一次風管長度、VAV-BOX連接二次風管長度、送回風靜壓值、靜壓值的設定等方面。

3.1 最不利點的選擇

根據新風所走路由和分配原則，一般在系統末端或者附近位置為不利末端，根據本工程一次風管和二次風管排布，不利末端位于西北角。通過對比風量分布，不利末端風量通常達不到調試目標值，以其中一個標準層為例（圖3），在非不利末端的三個角落，管路連接和風口布置與不利末端類似，其風量與調試目標的偏差均在－5%以上，而在不利末端位置，其偏差在－27%～－17%之間。這充分說明不利末端風量平衡能力更差，在設計過程中應充分考慮到不利末端對整個系統的影響。

圖3 目標偏差

3.2 VAV-BOX連接一次風管長度

在相似位置，同一型號的VAV-BOX由于設計的位置不同，一次連接風管長度不同，VAV-BOX的風量與調試目標偏差如表1所示，一次風管長度越長，其負偏差越大，4#VAV-BOX一次風管長度5.2 m，另外存在90°彎頭的原因，其負偏差為－27%，其一次連接風管長度短的VAVBOX偏差為正值，其中在1.2～1.5 m、一次管道順直的情況下，調節平衡后其偏差為6%。這說明在保證一次管道盡量順直的前提下，一次風管的長度是影響風量平衡效果和能力的重要因素。

表1 一次風管長度與偏差值關系

3.3 VAV-BOX連接二次風管長度

二次風管是連接BOX與風口之間的管道，出于精裝考慮和風口布置的因素，二次風管為了追位必然會長短不一，或者有彎折，按照規范要求，末端二次風管采用軟接，軟接的彎折所引起的風量阻力是硬接風管阻力的幾何倍數，因此在設計階段應盡量減少彎折和軟接管道的長度。

3.4 送回風靜壓值

機外靜壓和機組額定風量表明機組的送風能力，其中機外靜壓是風量調試的重要因素，送風靜壓越大，風量調節的能力越強，也就是資用壓頭越大，風平衡的能力越強。機外靜壓在出廠時就已經設定好，想要機組的送風靜壓越大，必然要求盡量減小回風的壓力損失，而回風的壓力損失與消聲器、閥門、回風管的口徑等因素有關，從調試結果來看，回風靜壓的大小是影響資用壓頭的關鍵因素。

如圖4所示，回風靜壓設計值為－221.5 Pa，在其安裝和施工過程中，受到靜壓箱、消聲器、閥門等因素的影響，每層的情況不盡相同，回風靜壓在－590～－270 Pa之間，受此影響機組的送風靜壓在230～530 Pa之間，機組的總風量和送風靜壓成正比。

3.5 靜壓值的設定

該工程初始設計給定的靜壓值為275 Pa，經過運行最不利點風量只達到設計風量的70%，說明靜壓值設定偏小，經過幾輪設定，最終靜壓值設定為305 Pa，最不利點風量達到設計值的89%。

3.6 其他

風機轉速、新風補充、過濾段的清潔程度等同樣是影響風量平衡的因素。

4 整改措施

4.1 最不利點選擇的整改措施

最不利點的選擇要結合設計給定的數值及現場粗平衡的情況進行選定。

4.2 VAV-BOX連接一次風管長度的整改措施

VAV入口的直管段長度必須保證有1.5倍以上的當量直徑（圖5）；入口直管段必須為鍍鋅風管（不能用軟風管）；接口必須密封不漏氣。

4.3 VAV-BOX連接二次風管長度的整改措施

軟接風管只能置于直管段上游，不能放在直管段與VAV入口之間，更不能直接使用軟風管代替直管段；軟接風管由于處在直管段上游，因此必須從材質上考慮承壓問題，當下游VAV閥處在較小開度時，軟接風管處的風壓可能相當高，必須慎重考慮軟接風管的材質強度以及連接口的密封性，否則可能導致軟風管或接口的破裂；當采用軟接風管時，其前后的硬風管必須對齊、同心，必要時軟風管前、后的硬管需在接口前、后增加吊架（托架）以對正位置，避免出現軟接風管上下左右的錯位、癟塌等不良狀況，否則將嚴重增加風道阻力。

VAV箱分風箱出口連接的軟件，盡量對稱，以保證VAV區域控制風量的均勻；軟管避免盤旋壓扁，以免導致管道阻力大大增加；軟管長度不宜超過1.5 m，如實在需要較長的出風軟管，應在出口處增加一節鍍鋅鋼管，然后再駁上軟管。軟管與VAV的分風出口以及散流器（靜壓箱）入口必須連接緊密，避免漏風（圖6）。

圖5 VAV-BOX連接一次風管安裝

圖6 VAV-BOX連接二次風管安裝

4.4 送回風靜壓值的整改措施

在二次深化階段，要充分考慮到送回風靜壓箱、消聲器和閥門對靜壓的影響，比如靜壓箱外擴，閥門與靜壓箱之間要增加直管道的長度等。

4.5 靜壓值設定的整改措施

對系統進行多工況模擬，找出系統的自身特點；盡量縮小設定值的增加幅度，從而獲得最佳壓力設定值。

4.6 其他影響因素的整改措施

機組皮帶輪的松緊會影響機組的轉速，也可能存在少轉的情況，影響機組的送風能力。新風是對回風補充的重要因素，可以直接補充到回風口，降低回風靜壓，增大送風靜壓，可以有效調節風量平衡能力的問題。過濾段的清潔程度同樣影響送風阻力的大小，影響風量平衡，因此在機組運行一段時間以后需要定期對其清理。

4.7 需要特別注意的問題

外保溫時必須注意軟連接氣管的保護：保溫層絕不能壓扁軟連接氣管；保溫施工時也應重點注意操作，工人在割保溫層時，必須十分小心，確保刀子不要劃到軟連接氣管。

禁止使用流量傳感器、連接管、一次風進風管（圓管）、控制電氣箱或風閥軸作為手柄抬升或移動設備，禁止外力壓迫測量軟管，以免損壞VAV-BOX及影響控制精度。機組與周邊建筑物之間應保持適當的距離，預留出450 mm×450 mm的檢修空間，確保檢修口到VAV-BOX有合適的操作空間。VAV-BOX的引入管應直接從主風管上引入，盡量避免從支管引入，以免產生風量不足的問題。

5 結語

風量平衡是VAV空調系統使用的重要影響因素，在設計、深化設計及施工階段需要在各個環節對其把控，風管的不利末端在設計階段需要酌情考慮增大管徑和增加導流。送回風靜壓尤其是回風管徑，在設計計算階段需要考慮靜壓箱、消聲器、閥門等因素帶來的影響。設計者和深化設計者應充分考慮到各個不利因素對風量平衡的影響，以便后期平衡調試。