變風量空調系統(VAV，Variable AirVolume)20世紀60年代產生于美國，因其具有舒適性、節能等特點，20世紀70年代石油危機后在歐美及日本得到廣泛的應用，20世紀90年代末進入中國大陸并逐步流行。但由于VAV空調系統末端設備結構較為復雜、系統整體性控制要求較高，其在國內的應用受到了一定的限制。但隨著技術的發展和節能意識的提高，VAV空調系統逐漸顯示出其性能與節能的優勢，國內的成功應用案例越來越多，并形成了各種控制策略。VAV空調系統控制策略的研究

　　因此深入研究VAV空調系統的控制策略，充分利用現代控制技術，實現VAV空調系統的協調穩定工作和優化運行將具有重要意義，有助于VAV空調系統在國內的進一步推廣應用，并能充分發揮其舒適性和節能的優勢。VAV空調系統控制策略的研究

　　1 VAV空調系統及其控制策略

　　1.1 VAV空調系統的概述

　　對于全空氣空調系統來說，當室內負荷發生變化時一般可以通過兩種途徑來維持室內的溫度和濕度：一種是固定送風量從而改變送風溫度的定風量(CAV)系統;另一種是改變送入室內風量的變風量(VAV)系統。

　　VAV空調系統的基本思想是當室內空調負荷改變以及室內空氣參數設定值變化時，自動調節空調系統送入房間的送風量，以滿足室內人員的舒適要求或工藝生產要求。同時送風量的自動調節可以*大限度減少風機的動力，節約運行能耗。

　　VAV空調系統由VAV末端和VAV空調機組兩部分組成。其中VAV末端根據控制區域的負荷變化，通過調節末端風閥的開度或調節加壓風機的轉速來控制房間的送風量，同時向空調機組控制器反饋VAV末端的工作狀態;VAV空調機組需具有風量調節功能，采用VSD(VariableSpeed Device)等變速驅動裝置，根據各VAV末端的要求來調節風機的總送風量。

　　1.2 VAV末端及其控制方式

　　VAV末端根據其控制方式可以分為壓力有關型和壓力無關型。

　　(1)壓力有關型末端根據實測的室內溫度與設定溫度之間的偏差，以PID控制率輸出控制風閥開度，調節送風量。但實際送入室內的風量不僅與末端風閥的開度有關，還和風管壓力有關，因此壓力有關型的VAV系統為保證實際送風量與熱負荷相匹配，需保持系統風管靜壓恒定。

　　(2)壓力無關型末端只根據房間負荷需求來調節送入室內的風量，而與系統風管的靜壓變化與否無關。

　　◆室內溫度傳感器用于修正末端的風量設定值，即根據不同的室內溫度調節風量設定值。

　　◆與壓力有關型末端相比，壓力無關型末端增設一個風速傳感器作為壓力補償裝置，用于檢測風管內的風量，并與風量設定點比較，PID輸出控制末端風閥，調節送風量。

　　在末端的選型問題上存在著流派的爭論，其實兩者各有優點，在實際應用中，末端的選擇需根據投資預算、系統的控制要求和房間的舒適度要求來決定。VAV空調系統控制策略的研究

　　1.3 VAV空調機組及其控制方式

　　風機總風量控制是VAV控制鏈中*重要的環節，根據發展歷史和控制機理的不同，VAV系統的總風量控制方法主要分為定靜壓控制和變靜壓控制。

　　1.3.1 定靜壓控制

　　定靜壓控制包括定靜壓定溫度法和定靜壓變溫度法。前者是VAV空調系統早期階段常用的一種方法，當時多采用機械式模擬控制。但隨著電子技術的發展，定靜壓定溫度控制現在已基本不被采用。定靜壓變溫度是在定靜壓定溫度控制法的基礎上發展起來的，現在常說的定靜壓控制一般指的是定靜壓變溫度法。

　　1.3.2 變靜壓控制

　　變靜壓控制是使風機提供的風壓與管網實際所需的靜壓相一致，即系統的送風壓力不是恒定值，而是隨系統負荷的變化而變化，將系統的送風壓力動態控制在較低的位置，*大限度降低風機的轉速以便節能。

　　變靜壓控制法主要有：*小靜壓法、總風量控制法和變風量變壓力法(VVVP)。

　　2 定靜壓控制

　　定靜壓控制系統的主要控制機理是保持系統風管上某一點(或幾點平均)靜壓恒定，由靜壓設定值與實際靜壓值的偏差控制變頻器的輸出頻率以調節風機轉速，實現總送風量的調節;同時可以改變送風溫度，擴大風量調節范圍;室內風量需求由末端風閥調節。

　　在定靜壓VAV系統的風量控制中，室內負荷的變化引起末端開度的改變，進而影響系統的靜壓，是一個標準的反饋控制過程。圖1為帶兩個末端的定靜壓VAV控制系統。

　　圖1 定靜壓VAV控制系統

　　圖1所示的靜壓傳感器與風機控制器組成一個靜壓閉環控制環節。根據風管上某一點靜壓值(或幾點的平均值，由PressureSensor測得)與設定靜壓值的偏差，由風機控制器(FanController)按PID算法計算出控制信號，控制變頻器的輸出頻率來調節風機轉速，改變系統的送風量。

　　圖2 定靜壓控制法管道阻力和風機性能曲線變化圖

　　圖2所示的是定靜壓控制中管道阻力和風機性能曲線變化的關系，當室內負荷減小時，末端裝置調小送風閥的開度減少房間的送風量，這時系統阻力從S1增加到S2，送風靜壓升高，當超過設定靜壓一定程度時靜壓調節器通過變頻器把風機的轉速從1調低到2，減少系統的送風量，同時送風靜壓值保持不變。

　　定靜壓控制方法的靜壓控制是由系統風管的靜壓反饋閉環控制環節來實現，由于舒適性空調本身所具有的滯后性較大等特點，因此這個環節的存在會帶來一些問題：

　　(1)通常是按系統設計的*大工況選取靜壓設定點，而大部分時間VAV系統都在部分負荷條件下工作。因而，在實際工程中，大多數的VAV系統風管壓頭過高，多余的風管靜壓往往需由末端消化，因此造成末端送風噪音增加、風機能耗上升及系統控制性能變差等諸多問題。

　　(2)靜壓設定點的位置不容易確定。理論上考慮風機的節能，以及為了保證*小靜壓設定值，設定點應放在系統的*不利管路的末端入口，但實際的VAV系統動態特性很難確定哪個末端是*不利末端。而ASHRAE建議把靜壓傳感器放在風機送風口到系統末端的2/3處也只是一個折中的考慮。

　　(3)由于壓力測量誤差的存在，導致風機調節出現無謂的波動，造成系統的不穩定。

　　基于上述定靜壓控制方法的諸多缺點，近年來VAV工程中更多的采用了變靜壓控制方法。

　　3 *小靜壓法

　　*小靜壓法是變靜壓控制方法的一種，其基本原理是：系統風管上的某一點(或幾點的平均)的靜壓值在滿足*不利末端所需靜壓值的前提下始終為*小，盡量保持各VAV末端風閥的開度處于全開(85%～100%)的狀態。在變風量末端裝置中設置電動風門開度反饋，風機控制器根據各閥門的開度判斷系統靜壓是否滿足，不足則增加風機電機頻率/轉速，過高則減少電機頻率/轉速，判斷流程如圖3所示。

　　由流程圖可得，當末端裝置VAVBOX的風量發生變化時，AHU的送風量也隨之變化。

　　(1)系統中有一個電動風門開度為100%且該VAVBOX控制的房間溫度高于設定值，風量不足即變風量末端入口靜壓不足，增大變頻風機轉速。(夏季工況)

　　(2)系統中有一個電動風門開度大于85%且小于等于100%，且該VAVBOX控制的房間溫度等于設定值，風量滿足即變風量末端靜壓適中，保持變頻風機轉速。

　　(3)系統所有電動風門開度小于85%，變風量末端入口靜壓過高，降低變頻風機轉速。

　　如圖4所示，當室內負荷減小時，末端裝置調小風閥開度到*小開度85%，這時控制器判斷各風閥的開度后判斷系統的靜壓過高，就通過變頻器把風機的轉速從1調低到2，減少系統的送風量，系統的阻力從S1下降到S2。與圖2中定靜壓控制法的管道阻力和風機轉速變化相比較，不難發現當風量減小相同的幅度，*小靜壓法的風機轉速下降的幅度要大于定靜壓法中風機轉速下降的幅度，因此更能節約風機的能耗。

　　圖4 *小靜壓法管道阻力和風機性能曲線變化圖

　　由于VAV末端風閥的開度基本上處于85%～100%之間，VAV的送風噪聲和輻射噪聲可控制在*小范圍內，因此室內的噪聲較小。

　　*小靜壓法在日本應用較多，技術較為成熟，在國內應用也較多。目前上海一些**辦公樓VAV系統的控制方法采用*小靜壓法，多為日方的設計單位設計。

　　5 總風量控制法

　　總風量控制法是基于壓力無關型變風量末端的控制方法。總風量控制法是以各VAV末端的風量設定值作為參數，該參數為室內溫度傳感器的測量值與室內溫度設定值偏差的PID控制輸出，反映了末端所帶房間所需的送風量，然后對所有末端的風量設定值求和，得到系統當前要求的總風量，按一定的控制算法調節風機的轉速。

　　流體力學中在風管系統阻力系數不變的情況下，根據流量和風機轉速成正比原理，得到一個風機轉速與各個VAV末端風量設定值的控制關系算法，由各末端的風量設定值直接計算出房間負荷變化后風機所需的轉速，對風機轉速進行實時調節;而末端根據各自的風量設定值單獨進行調節。從控制原理來看，總風量控制法也具有前饋控制性質，并可按照實際負荷動態設定風機的轉速，一般也被認為是一種變靜壓控制策略。圖7為總風量控制法的控制原理。

　　8 結論

　　VAV空調系統因其舒適、節能等特點在北美及日本等國家得到廣泛應用。隨著我國經濟的快速發展，VAV空調系統在我國具有廣闊的市場空間，并將在我國得到迅速的發展和進一步推廣普及。

　　分析研究表明變靜壓控制方法優化了VAV系統風機的靜壓控制，相對于定靜壓控制具有較好的控制性能和節能效果。而不同的變靜壓控制方法在技術實現上各具特點，在不同的應用場合也各有優勢。

　　注：文章略有刪減，具體請參看《智能建筑與城市信息》雜志。