变风量系统的概念，分类及应用

变风量系统是通过改变送风量而不是送风温度来调节和控制某一空调区域温度的一种空调系统。
变风量系统的概念
按处理空调负荷所采用的输送介质的不同分类，变风量（VAV）系统是属于全空气式的一种空调方式，该系统是通过变风量阀调节送入房间的一次风量，并相应调节空调机（AHU）的处理风量来控制某一空调区域温度的一种空调系统，有以下几个方面值得注意：
• 变风量系统改变的是进入房间的一次风量。有的变风量量箱（VAV box）则是保持送风量不变而通过变风量阀改变一次风量与回风的混合比例。
• 区域温度的控制由变风量箱（VAV box）来实现。即通过气动或电动或DDC（直接数字控制）来控制变风量阀的开度，调节一次风量，或通过调节变风量阀的开度，调节一次风量，或通过调节变风量箱中的风机转速成来调节送风量或调节旁通风阀来实现的。
• 空调机组（AHU）的送风量应根据送风管内的静压值进行相应调节，与变风量箱减少或者增加送风量以控制房间温度时相呼应，一般地，空调机组送风机的性能曲线应相当平缓，从而使得风量的减少不至于使送风静压过快升高。
表1全空气系统分类
全空气式系统
单风道 双风道 多区域
定风量 变风量 变风量 变风量 定风量 变风量 多层式
单风道定风量系统 单风道变风量系统 双风道定风量风系统 双风道变风量系统 多区域定风量系统 多区域变风量系统 多区域多层式系统
单区域 多区域 旁通式 再热 诱导 风机动力 双导管 可变散流器

变风量系统可基本分为单风道，双风道和多区域系统三种，项其中单风道和双区域系统三种，而其中单风道系统又可分为再热、诱导、风机动力、双导管和可变散流器等到几种调节形式。
如果建筑物分成周边区和内部区（例如大的办公楼），则变风量系统可按周区供暖方式和变风量箱结构两方面进行分类。
2.1 按照周边区供暖方式的分类（内部区域单冷）
按周边区供暖方式，变风量系统可以分为如下几类：
（1）内部区域单冷系统
指在空调内区采用的变风量空调形式，一般地不带供热功能，下面几种形式均是以采用内部区域单冷为前提的。
（2）散热器周边系统
散热器设置在周边地板上，一般采用热水可电热散热器，具有防止气流下降，运行成本低，控制简单等优点，但需要精确计算冷却和加热负荷，以避免冷热同时作用。在国处一些豪华考究的设计中，采用顶棚辐射散热器提供更舒适的空调环境。
（3）风机盘管周边系统
风机盘管可以是四管式，也可采用冷热切换二管式，或单供热二管制，风机盘管采用暗装时不占用地板面积，同样具有运行成本低，控制简单的优点，夏季由于吊顶内仍保留冷水管及滴水盘，因此，对天花仍有水患可能。
（4）变风量再热周边系统
在变风量末端装置中加再热盘管，一般采用热水，蒸汽或电加热盘管，该系统比双风管系统初投资低，比定风量再热系统节约能源，尽管同样不占用地板面积，但控制程序。
（5）变温度定风量周边系统
该系统的特点是送风量恒定，通过改变一次风与回风的混合比例来调节房间温度。回风部分可全部吸收灯光热量，因而节能，初投资较双风管系统低，控制也较复杂。
（6）双风管变风量周边系统
当采用两个风机时，可利用灯光热，在所有时间内，由于冷却和加热的交替功能，可以获得较小的送风量，但初投资较高，控制较复杂。
（7）转换变风量系统加热和冷却均由一套风管系统通过冬夏转换承担，其缺点是温度控制不灵活，当建筑物有若干个区时，不能由一套系统来控制，例如不能同时满足一个区域需要加热而另一个区域需要供冷的要求，这时就需要若干个转换系统。
以上7种系统，各有优缺点，一般应综合建筑功能，初投资、地域特征，室内装潢等多方面进行考虑选用。一般地说，对于周边热损失较大的情况，即每米长外墙热损失`超过450W。应考虑将加热器设置在窗台下或外墙底部，以免气流下沉，这时可以采用吊顶暗装式送风，送风直接吹向外墙和窗户，这时可以考虑选择散热器周边系统或落地式风机盘管周边系统。
对于周边热损失中等的情况，即每米长外墙热损失250-450W，可以采用吊顶暗装式送风，送风直接向外墙和窗户，这时可以选择暗装式风机盘管周边系统；也可以上述4-7各种系统，但条缝型散流器宜设计成单向的。
对于周边热损失小的情况，即每米长外墙热损失少于250W，可以采用上述4-7各个系统，这时条缝型散流器宜布置在房间中间，且两向送风。

2.2按变风量箱的结构分类
按调节原理分，变风量箱可以分成四种基本类型，即节流型，风机动力型（Fan Pow-ered），双风道型和旁通型四种。
（1）节流型
节流型变风量箱是最基本的变风量箱，其它三种类型，如风机动力型，双风道型，旁通型等都是在节流型的基础上变化发展起来的。所有变风量箱的“心脏”就是一个节流阀，加上对该阀的控制和调节元件以及必要的面板框架就构成了一个节流型变风量箱。
一般，节流阀有三种基本类型，即百叶型、文丘里型和气囊型、百叶型的调节原理和百叶风阀的调节原理一样，在小风量的情况下，一般做成单叶风阀，通过调节风阀的开度来调节风量，如约克产品；文丘里型的调节原理是在一个文丘里式的套管内装上一个可以沿轴线方向滑动的阀蕊，通过其位移改变气流通过的截面积来调节风量，如特灵产品；气囊型的调节原理是通过静压调节气囊的膨胀程度达至调节器风量的目的，如开利产品。
（2）风机动力型（Fan Powered）
风机动力型是目前在北美等地被广泛推崇的变风量箱。可能是由于它的出现在自控水平的提高，使人们改变了六、七十年代对空调变风量系统的偏见。
风机动机型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机型（Seris Fan Termimals)和并联风机型（Parallel fan terminals)两种产品。所谓串联风机型是指风机和变风量串联内置，一次风既通过变风量阀，又通过风机加压；所谓并联风机只通过变风量阀，而不需通过风机加压，根据美国TI-TUS公司提供的资料，串联风机型和并联风机型的比较如表2所列。
表2串联风机型和并联风机型比较表
类型 并联风机型 串联风机型
特征
风机运行 在低供冷负荷，供暖负荷和夜间循环时，间歇运行。 在所有时间内连续运行。
送风风量调节 1在中到高供冷负荷时，变风量运行。（2）在供暖与供冷负荷时，定风量运行。 在供暖与供冷负荷时，定风量运行。
送风温度 （1）在中到高供冷负荷时，送风温度恒定。（2）在供供暖与供负荷时，定风量运行。在所有时间内送风温度可变。 在所有时间内送风温度可变。
风机大小 按供热负荷（通常60%供冷负荷）设计。 按供冷负荷（通常100%供冷负荷）设计。
一次风最小送风静压 较高，需克服节流阀，下游风管和散流器阻力。 较低，只需克服节流阀阻力
风机控制 不需与AHU风机联锁 必需与AHU风机联锁以防增压
AHU风机 需较大功率克服节流阀，上下游风管和散流器阻力。 只需克服上游风管和节流阀阻力
噪间 风机间歇运行，启动噪间大，平稳运行噪间低。 风机连续运行，噪间平稳，但比并联风机型平稳运行噪间稍商。
风机能耗 风机间歇运行，且设计风量小能耗较低。 风机连续运行，且设计风量大能耗较高。

除以上比较外，还有以下几个方面问题必需指出：
• 串联风机型变风量系统一般较适合用于一次风低温送风的系统中，如空调水系统大温差设计（供回水温度大于5°C）的系统和有冰蓄冷的系统中，其优点是可以减小末端设和风管的尺寸及节约风机能耗。
• 串联风机型和并联风机型可以同时使用，对于象休息室，大厅、咖啡室等需要维持一定送风量的地方是可以考虑的。
• 双风道型：一般由冷热两个变风量箱组合而成，因有冷、热抵消，且初投资昂贵和控制较复杂而较少得到使用。
• 旁通型：这是利用旁通风阀来改变送风量的系统，由于其并不具备变风量系统的全部优点，因而在有些论文中称其为“准”变风量系统，该系统的特点是投资较低，不能减小风机能耗，所以目前使用也不多。
以上4种系统目前设计使用较多的是风机动力型和节流型，串联风机型加上空调水系统大温差设计成为北美设计的特色。
变风量箱和周边供暖方式的组合：
变风量系统的三大要素是：
1. 变风量箱；
2. 周边供暖方式；
3. 自动控制；
这三者缺一不可相互依存，对于一个具体的变风量系统而言，必然存在这三大要素不的不同组合一般由气动，电动或DDC控制，其组合方式如表3所示。
表3变风量箱与周边供暖方式的组合
变风量箱 关断式 风机动力型 双风道型 旁通型
供热方式 并联风机型 串联风型机
内部区域单冷 0 0
不带盘管 0
不带盘管 X 0
散热器周边 0 0
不带盘管 0
不带盘管 X 0
风机盘管周边 0 0
不带盘管 0
不带盘管 X 0
变风量再热周边 0
不带盘管 0
不带盘管 0
不带盘管 X X
变温度定风量再热周边 X X 0
不带盘管 X X
双风管变风量周边 0 X X X X
转换变风量周边 0 0 0 X 0
注：
1. 记号“0”表示变风量箱与周边供暖方式的组合存在；“x"表示组合不存在；
2. 以一种组合的存在表示相应地有一种变风量空调系统的存在，从上表看出，一共有21种不同的变风量空调系统。
3. “盘管”的概念包括热水盘管，蒸汽盘管，电加热器。
4. 浦东发展银行大厦的变风量空调系统全称应为：串联风机型变温度定风量再热周边（内部区域单冷）变风量系统。
5. 上海久事大厦的变风量空调系统全称应为：关断型风机盘管周边变风量系统。
3、变风量系统的应用范围
一般来说，有些建筑物采用变风量空气调节系统是合适的，这些建筑物是：负荷变化较大的建筑物，如办公大楼，多区域控制的建筑物及及公用回风通道的建筑物。
（1）负荷变化较大的建筑物
由于变风量可以减少送风机和供暖的能量（因为可利用灯光及人员等热量），故负荷变化较大的建筑物可以采用变风量系统。
若建筑物的玻璃窗面积比例小，外墙传热系数小，室外气候对室内影响较小，则不适合采用变风量系统，因为部分负荷时节能量较小。
例如办公大楼，一旦建筑物内有人员聚集和灯光关闭开启，负荷就接近尖峰；人员离开和灯光关闭负荷就变小，因此负荷变化较大。
再如图书馆或公共建筑，具有较大面积的玻璃窗和变化较大的负荷的时间比较长。
（2）多区域控制的建筑物
多区域控制的建筑物适合采用变风量系统，因此变风量系统在设备安装上比较灵活，帮故用于多区域时，比一般传统的系统更为经济，这些传统的系统为：多区系统，双管系统和单区屋顶空调器等。
（3）公用回风通道的建筑物
具有公用回风通道的建筑物可以成功的采用变风量系统，公用回风通道可以获得满意的效果，因为如采用多回风通道时可能产生系统静压过低或过高的情形。
一般来说，办公大楼和学校均可采用公用回风通道，然而，也有一些建筑物不适合采用，如医院中的隔离病房，实验室和厨房等，因为采用公用回风通道会互相污染空气。