变风量空调系统研究综述
西安交通大学人居环境与建筑工程学院
摘要：介绍了变风量空调系统(VAV)的国内外的研究现状，分析了VAV系统的优缺点，得出国内变风量系统能耗较大的原因，应结合国外成熟的VAV技术对我国变风量空调系统进行深入的理论与应用研究。
关键词：变风量系统；建筑节能；控制模拟
变风量空调系统（VAV）最早由美国提出，具有节能、系统灵活等特点，在美国、日本和欧洲等国家得到迅速推广。变风量系统分为单风道VAV系统、双风道VAV系统、多区域
[1]VAV系统。根据末端装置的不同，又分为单管型变风量末端、双管型变风量末端、风机动力型末端、诱导型末端、压力相关型末端、热力型末端。变风量系统（VAV）保持送风温度不变，当实际负荷减少时通过末端装置改变送风量来调节室内温度实现节能。变风量系统还可灵活适用于室内负荷变化大的房间或系统中各房间负荷相差悬殊的情况。因此有必要对变风量系统的能耗情况进行研究。
1国外VAV 系统的研究和应用现状
变风量(VAV)空调系统根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变,自动调节空调送风量(达到最小送风量时调节送风温度) ,以满足室内人员的舒适要求或其他工艺要求。国外对VAV 系统的研究始于20 世纪70 年代。S.C.SEKHAR和CHUNG JEE YAT通过能量模拟程序对应用于一幢高层办公建筑的不同空调系统形式进行整体评价，其中包括变风量空调
[2]系统、定风量空调系统、两管制风机盘管加新风系统等五种空调系统形式。在研究过程中
应用DOE-2能量模拟程序，对建筑物全年进行动态模拟，从模拟结果中证明了变风量空调系统的良好节能特性。C.S.EKHAR还研究了在热湿条件下以五幢建筑为模型，对变风量空
[3]调系统与定风量空调系统进行能耗比较。另外还有许多学者对该系统形式进行了研究，对
其进行了详尽的理论建模及分析。
变风量系统中风量控制是VAV 系统控制的关键环节,它关系着整个系统的能耗情况和
[4]系统的稳定性。目前总送风量的控制方法主要有两种: 静压控制法和风量控制法。定静压
控制，就是在风管静压最低点安装静压传感器，测量该点的静压，并调节风机的转速，使该点的静压恒定在变风量末端的最低工作压力。变静压控制，就是使用带风阀开度传感器，风量传感器和室内温控器的变风量末端，根据风阀开度控制送风机的转速，使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。Tung 和Wang 等人介绍了变静压控制策略,并分别用实验研究和计算机模拟的方法对两种控制策略的节能情况进行了比较,结果都表明变静压控制方式比定静压控制方式节能效果好。为了全面提高系统的稳定性, 最大限度地节能,Hartman 提出了一个新的概念, 即基于末端装置的风量调节，采用先进的控制软件, 实施风机控制。其基本原理是, 将末端装置送风温度、温控器读数、风量及阀位信号都送入一个中央控制器, 由它计算后再调节送风状态点。Byers 提出了风机压力优化的概念, 指出它是部分负荷工况下控制静压的节能措施。Wei 等人提出将阀门控制和变静压控制相结合的控制方法。
在实际运行中, 变风量系统中负荷的变化会导致风量变化, 使得室内气流组织发生改变,从而影响室内的热舒适性。VAV 空调系统建筑运行效果不好, 问题在于送风量不足。Tamblyn 指出, VAV 系统室内空气循环不好, 无法满足人们对空气质量的要求, 为此, 他提出了温度补偿和内部分区的方法, 以在能耗不升高的情况下保证必要的空气循环。Meckler 指出,VAV 空调系统风量分配不均容易导致室内空气质量很差。
VAV 系统是一个高度非线性的动态系统, 用稳态的测量和控制技术无法真实反映其实际运行情况；模糊控制、神经网络技术和各种商业软件被引入HVAC 系统的研究中，使得
对VAV 系统的研究逐渐转向VAV 空调系统的动态特性和计算机仿真和优化研究上, 美国的Li 等人建立了单管VAV 系统的动态模型, 并比较了采用各类算法如PI 算法、自适应算
[5]法和优化控制算法时的能耗特性, 结果表明,优化控制算法比传统的PI 算法节能30%。
Mei等人分别建立了VAV 系统的ANN 风机模型和非线性VAV box 模型, 并在HVA CSIM+平台上进行了模拟, 结果表明该模型可以精确有效地反映实际系统的运行。Yasutomo 等人用能耗模拟软件EnergyPlus 模拟了不同的控制方式对系统能耗的影响。 2国内VAV 空调系统的研究和应用现状
戴斌文等提出总风量控制法根据压力无关型VAV 末端装置的设定风量确定系统总风量, 计算出风机转速, 从而对风机进行调节，同时比较了总风量控制法与定静压和变静压控制法
[6]的节能效果。陈海波对变风量系统的热舒适性进行了研究，提出由于系统风量变化影响房
[7]间气流组织，建议进行CFD模拟。提出吴明等对变风量系统建筑全年能耗进行DeST模
[8]拟，得出系统各组成的能耗情况。晋欣桥等人通过分析变风量空调系统局部控制, 利用其
[9]送风量末端阀门的开度作为各区相对负荷的指示信号, 提出送风静压优化控制的方案。西
[10]安建筑科技大学通过实验研究，提出变风量系统优化控制的有效途径。香港理工大学的王
盛卫对VAV 系统的研究很全面, 从对VAV 系统进行动态建模, 到VAV 系统控制策略和控
[11]制参数的优化, 以及对VAV 系统故障诊断和监测都有较深入的研究。
3VAV 空调系统的发展前景和方向
降低风机能耗是实现VAV 空调系统节能的重要一环, 而优化风机特性是降低能耗的关键。因此研究VAV 末端管路特性与风机特性的匹配, 实现风机的优化配置和运行可以大大降低系统能耗。VAV 空调系统送至各房间的风量和系统的总送风量都会随着房间负荷的变化而变化，因此应加强对VAV 系统控制的研究。对于VAV 空调系统的新风问题, 国外提出了各种各样的新风量控制方法, 我们应结合各类方法的优缺点及工程实际情况来选择,保证室内空气质量。对VAV 系统进行动态建模和仿真计算是VAV 系统研究的热点和发展趋势, 不同的建模手段和模拟方法的结果差异很大, 因此建立准确的模型和开发更可靠的模拟软件有利于VAV 系统的研究和设计。
4结语
变风量系统在国外已经相当成熟。但是国内在VAV 系统的使用中却存在很多问题, 如调节困难、控制不稳定、新风不足、气流组织不好、房间负压或正压过大、系统运行不稳定等，节能效果未能完全显现出来等。因此促进VAV系统理论分析与应用的研究对建筑节能具有重要的意义。
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