变风量空调系统不同控制方法下的实测分析

变风量(VAV)空调系统于 20世纪 60年代诞生在美国，其工作原理是通过改变送人房间的风量以适应室内变化的负荷。在工程应用中，变风量控制系统主要采用定静压控制和变静压控制 。 。与定静压控制相比，变静压控制在部分负荷下节能效果尤为显著 。随着自控技术的发展，建筑管理系统(BMS)被广泛的应用于大楼内，对包括建筑设备监控系统、消防系统和袄系统实现实时监控、联动和管理 。

2 测试对象本文所测试的对象为-座位于香港岛的 36层的办公建筑，其典型层负荷由-个空气处理机(AHU)负担，制冷量为 118.9kW，风机的设计风量为20160m /h，功率为11kW，共有37个末端装置，送风管道为枝状管道，供安装有4个静压传感器，4个信号中较低的-个作为反馈信号用来调节风机转速。优化前，该空调系统采用定静压控制，静 压设定 值根 据 现场调 试，夏 季设 定 为200Pa，冬季设定为180Pa；优化后，该系统采用变收稿日期： 2012-07-09基金项目： 湖南势技计划重点项 目(2010WK4018)；太古地产建筑智能控制研究基金项 目(JRP0901)FLUID MACHINERY Vo1.41，No.4，2013静压变送风温度控制，其静压设定值由实测风量与需求风量的差值和 VAV末端全开的个数来决定。为保证建筑空调区内风量要求，静压设定值变化范围为 100～250Pa。图 1给出了送风静压优化控制流程。

图1 送 静压优化控制流程该建筑的中央空调系统 自动化程度较高，通过建筑管理系统(BMS)实时监控空调风系统、水系统以及各制冷机组的运行状况，能监测得到的参数包括：AHU送、回风温度，各空调区内室内温度，风机转速控制信号，风管静压值，VAV末端的实测风量和需求风量，VAV末端开度信号等。

3 测试结果及分析3.1 变静压控制优化影响在冬季和夏季各选择两个工作 日分别按定静压方式和变静压方法运行。图2及图3分别为冬季和夏季试验目的室外逐时温度。

21已 19赠0 I2 24时问图2 冬季试验 Ft室外逐时温度29巴 27赵赠时间图3 夏季试验 日室外逐时温度冬季试验 日中，采用定静压当天室外平均温度为 18.82℃，工作时间(8：00～18：00)室外平均温度为 19.44%；而采用变静压当天室外平均温度为 18.52℃，工作时间(8：00～18：00)室外平均温度为 18.88%，全天温差及工作时间温差分别为0.3℃和0.56%。夏季试验 日中，采用定静压当天室外平均温度为 27.51qC，工作时间(8：00～l8：00)室外平均温度为 27.99℃；而采用变静压当天室外平均温度为27.81 oC，工作时间(8：00-18：00)室外平均温度为28.21℃，全天温差及工作时间温差分别为0.3℃和0.22℃。因此认为室外天气状况基本相似。而且由于试验 日为工作日，室内人员设备负荷基本相似。

图4是冬季试验 日采用定静压控制方法时，在工作时间内空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化情况。

300凸-240艋l8O08：00 1 3：00时间图4 冬季试验 日定静压控制时空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化从图上可以看出，在测试时问内，系统静压设2013年第4l卷第4期 流 体 机 械 67定值-直保存在 180Pa。

图5是冬季试验 日采用变静压控制方法时，在工作时间内空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化情况。从图上可以看出，在刚开机时，由于室内冷负荷较大，需要较大风量以消除围护结构及家具的蓄热，因此各管路静压值及系统静压设定值较高。随后系统保持在较低的静压设定值下运行。全天静压设定值波动范围为 1 14～ 171Pa之间。

三200稚1 3：00 l8：00时间图5 冬季试验日变静压控制时空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化图6显示了冬季试验日定静压及变静压风机频率∩以看出，采用变静压控制方法时，风机的频率变化范围为36.1～44.3Hz，小于采用定静压控制方法时的38.4-47.6Hz。

5008：00 13：00时问图6 冬季试验 日定静压及变静压风机频率图7及图8是夏季试验日系统分别采用定静压和变静压控制方法时，在工作时问内空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化情况。

采用定静压控制方法时，系统静压设定值全天保持在 200Pa，而采用变静压控制方法时，开机时系统静压设定值变化规律与冬季基本-致，但由于夏季午后室外温度较高，室内冷负荷较大，而且由于围护结构及家具的蓄热作用，导致 15：00以后静压设定值逐渐上升，直到关机。全天静压设定值为 117～160Pa。

280艋20013：00时间图7 定静压控制时空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化墅 200艋l2O13：00时间图8 夏季试验日变静压控制时空调系统各管路静压值与静压设定值随时间的变化图9显示了夏季试验日定静压及变静压风机频率∩以看出，采用变静压控制方法时，风机的频率变化范围为41.4-51.6Hz，小于采用定静压控制方法时的44.7-66.7Hz。

兰甜时间图9 夏季试验日定静压及变静压风机频率5 - HJ料FLUID MACHINERY Vo1.41，No.4，20133.2 优化对节能的影响由于 BMS中只有全大楼所有风机的总耗电量信号，为了比较优化对节能的影响，本文定义风机的总耗电量与空调总冷负荷的比值为输送率，即输送单位冷负荷需要消耗的电量。输送率越小，说明输送单位冷负荷所需要消耗的电量越校空调总冷负荷可由制冷机供水温度，回水温度，流量计算得到，以上数据可从 BMS读龋冬季及夏季试验日计算结果分别如表 1、表 2所示。

表 1 冬季试验日输送系数项目 总冷负荷(kW) 总耗电量(kW ·h) 输送系数定静压 9059.67 1508 0.166变静压 8534.68 l168 0.137表2 夏季试验 日输送系数项 目 总冷负荷(kW) 总耗电量(kW ·h) 输送系数定静压 33725.87 1763 0.052274变静压 31650.54 1643 0.0519l1从表中可以看出，对于冬季试验 日，采用变静压控制方法时输送系数较小，因此节能，节能率约为17.78%。而对于夏季试验 日，节能率约为0.70%，节能效果不如冬季试验 日理想。这是由于夏季冷负荷较高，需要较多风量去除室内余热余湿，因此静压设定值需要保持较高值。而到了冬季，由于大部分时间是处理部分负荷下运行的，风机保持较低设定值即能满足要求，因此节能效果较为明显。

3.3 优化对室内热舒适影响热舒适不能被直接测量，它是个人对所处热环境的感觉评价，无法准确描述，因此需要在试验室条件下给这种主观印象作出相应的评定标准。对于舒适性空调而言，相对湿度在 30% ～70%范围内对人体舒适性影响较小 ，因此可以主要考虑风速和空气温度对人体的综合作用。

根据试验结果，有效温度差与室内风速之间存在以下关系：zaET(t -t )-7.66(13 -0.15) (1)式中 AET--有效温度差，℃t --工作区某点的空气温度，℃t --给定的室内设定温度，℃- - 工作区某点的空气流速，m/s空气分布指标(ADPI)定义为满足规定温度和风速要求的测点数与总测点数之比，普遍认为当AET在 -1.7～1.1之问，大多数人感觉舒适 ，因此，空气分布指标(ADPI)可用下式表示：ADPI 二 ： 垒 ± ：! 总测点数 ×100%(2)ADPI值反映了空调区内气流组织对舒适性的影响。ADPI值越高，空调区内逗留人员对环境感到满意的人越多。通常情况下，ADPI≥80%时就认为空调区内气流组织是令人满意的，如果ADPI100%表示达到最佳。

从 BMS读取试验H VAV末端的室内温度测量值和设定值，并代人式(1)、(2)计算各时刻的ADPI值，统计试验 日当天 ADPI的分布范围及数量。图 10和图11分别显示了在冬季工况下和夏季工况下现场分别采用定静压定送风温度控制和变静压变送风温度控制室内的ADPI情况。从图10可以看出，在冬季试验日，现场使用定静压定送风温度控制时，试验 日当天大部分时间 ADPI值都落在 60% ～80%之间，个别时问落在 50% ～60%，而落在80%以上的数量为0。而当采用变静压变送风温度控制时，所有时刻室内ADPI值大于60%，大部分落在 70% ～80%之间，且有 13个时刻 ADPI值≥80%∩见室内气流组织得到明显改善。从图 11可以看出，在夏季试验日，现场采用定静压定送风温度控制时，试验日当天大部分时间ADPI值都在 70%以上，其中落在 80%以上的数量为 74个。而当采用变静压变送风温度控制时，虽然室内ADPI值大于 800数量比定静压定送风温度时略少，但其他时间都落在 70%～ 80%之间∩见室内气流组织得到明显改善，室内热舒适性得到明显提高。

90O<30 30～40 40～550 6O 60～7O 70-8ll >81APD，(%1图 10 冬季试验 日室内ADPI值分布情况2013年第 4l卷第4期 流 体 机 械700<30 30-4I1 4O-50 50-60 60～70 70-8O >80APDI(%)图 11 夏季试验 日室内ADPI值分布情况4 结论对-座实际办公大楼原变风量空调系统控制方法进行改造。在冬季及夏季分别选取两天进行测试，通过建筑管理系统(BMS)记录及提取相关空调系统性能参数。由于缺少风机功率信号，本文提出采用输送系数来评价系统能耗情况，采用ADPI值评价室内热舒适性。计算结果表明，采用变静压变送风温度控制方法后室内热舒适性得到明显提高，且在部分负荷工况下，采用变静压变送风温度控制方法比定静压定送风温度控制方法节能。