变风量末端装置

变风量末端装置VAV

变风量末端装置是变风量空调系统（Variable Air Volume System）的关键设备之一。空调系统通过末端装置调节一次风送风量，跟踪负荷变化，维持室温。 变风量末端装置应能满足以下基本要求：

（1）接受系统控制器指令，根据室温高低，自动调节一次风送风量；

（2）当室内负荷增大时，能自动维持房间送风量不超过设计最大送风量；当房间空调负荷减少时，能保持最小送风量，以满足最小新风量和气流组织要求；

（3）当所服务的房间不使用时，可以完全关闭末端装置的一次风风阀。 变风量空凋系统运行成功与否，取决于空调系统设计是否合理、变风量末端装置的性能优劣以及控制系统的整定和调试。其中合理的系统设计是基础，末端装置的性能优劣是关键。要使变风量系统设计合理，首先应根据建筑平面布局及使用特点，正确选用末端装置。

1、变风量末端装置分类

变风量末端装置品种繁多，各具特色，归纳起来可以按下述方法分类：

（1）按改变房间送风方式，可分为单风道型、风机动力型、旁通型、诱导型以及变风量风口等；

（2）按末端装置形状，可分为矩形和圆形；

（3）按补偿系统压力变化的方式，可分为压力相关型和压力无关型；

（4）按驱动执行器的能源划分，可分为气动型和电动型；

（5）按控制方式划分，可分为电气模拟控制、电子模拟控制、直接数字式控制(DDC)；

（6）按末端装置送风量的变化来划分，可分为定风量型和变风量型；

（7）按再热方式划分，可分为无再热型、热水再热型、电热再热型。

尽管变风量末端装置的形式各种各样，但在我国民用建筑中使用最多的是单风道型和风机动力型变风量末端装置。

2、变风量末端装置的基本结构及性能

（1）单风道型变风量末端装置

单风道型变风量末端装置是最基本的变风量末端装置。它通过改变空气流通截面积达到调节送风量的目的，它是一种节流型变风量末端装置。其他类型如风机动力型、双风道型等都是在节流型的基础上变化、发展起来的。

节流型变风量末端装置根据室温偏差，接受室温控制器的指令，调节送人房间的一次风送风量。当系统中其他末端装置在进行风量调节导致风管内静压变化时，它应具有稳定风量的功能。末端装置运行时产生的噪声不应对室内环境造成不利影响。 ① 节流型变风量末端装置的基本结构

常用的节流型变风量末端装置主要由箱体、控制器、风速传感器、室温传感器、电动调节风阀等部件组成。

箱体通常由0．7～1．0mm厚镀锌钢板制成，内贴经特殊处理过的离心玻璃棉或其他保温吸声材料。人口处设风速传感器，用于检测流经变风量装置的风量。有些末端装置在一次风人口处设置均流板，使空气能比较均匀地流经风速传感器，保证装置的风量检测精度。风量调节风阀的轴伸到箱体侧壁外，与传动机构或执行器相连。电源电路、控制器和执行机构等设置在箱体外侧的控制箱内。

风速传感器一般由各末端厂家自行研发或委托控制设备生产商配套生产。风速传感器品种繁多，最常见是皮托管式风速传感器、超声波涡旋式风速传感器、螺旋桨风速传感器、热线热膜式风速传感器等。

控制器一般由自动控制设备供应商提供，并在变风量末端装置生产厂进行组装、调试、整定后，与变风量末端装置一起提供给用户。控制器由电源、变送器、逻辑控制电路等部件组成。变风量装置控制器必须配有与微电脑和控制系统相连的接口电路，便于与楼宇管理系统进行数据通信，并可在现场进行参数设置。

电动凋节风阀是末端装置对一次风送风量进行调节控制的关键部件。风阀流量特性的优劣直接影响末端装置的控制效果。大多数生产厂采用单片蝶阀，也有的采用多叶对开风阀。多叶对开调节风阀的流量特性及风量调节性能通常优于前者。

② 单风道型变风量末端装置的两种流派

单风道型变风量末端装置问世以来经历了几个发展阶段，逐渐形成了两种流振。一种是以欧美为代表的高速变风量末端装置，另一种是以日本为代表的低速变风量末端装置。两者都采用平板叶片风阀，不同的是所用的风速传感器。欧美的压力无关型变风量末端装置均采用皮托管式风速传感器，而日本的压力无关型变风量末端装置无一采用皮托管式风速传感器。

日本从引进技术仿制美国变风量末端装置开始，经历了开发具有自己特色的产品的过程。美国的压力无关型变风量末端装置采用皮托管式风速传感器，为了确保该类风速传感器的测量精度和末端装置的调节能力，装置最高入口风速一般要求在12～15m／s内。因此，末端装置与支风管之间必须有一段高速风管。入门风速提高使末端装置能耗高、噪声大，且皮托管测孔容易堵塞，堵塞后又难以清洗，设备故障率较高。日本的支风管风速一般设计在4~6m／s，这就要求变风量装置采用低风速传感器与之相适应。1983年，久保田公司开发了卡尔曼涡流超声波风速传感器；1984年新晃工业公司开发了霍耳效应电磁风速传感器；同年，东压(Topre)公司开发了螺旋桨电磁风速传感器。从此，日本的变风量末端装置就舍弃了皮托管式风速传感器，实现了变风量末端装置的改良与升级换代，走上独特的节能道路。

日本厂家生产的变风量末端装置大都采用矩形进风口，而欧美厂家生产的变风量末端装置几乎都采用圆形进风口。早期的变风量末端装置全部依赖进口。近年来，除了一部分末端装置仍从国外进口外，绝大部分末端装置可由国外公司在国内的独资或合资生产厂家及国内民营企业提供。随着变风量空调系统的不断普及，国外一些著名的变风量末端装置生产厂家将在我国内地建立生产基地，国内牛产的末端装置将会占有绝大部分市场份额。

目前的变风量末端装置生产厂有三类：一是由传统的风口、空调通风配件生产厂提供，如美国皇家空调、美国Titus公司、口本空研工业株式会社等；二是由楼字自动化控制公司提供，如上海江森自控公司、上海大智科技发展有限公司等；三是由生产空调器的生产厂家提供，如日本新晃公司、日本久保田公司、美国丌利公司等。

（2）变风量末端装置中的几种主要形式

① 节流式

这是目前使用最多的一种变风量末端装置，其中节流装置单叶阀（蝶阀）为最多，如美国TITUS公司、ENVIRO-TEC公司、YORK公司，瑞典Flakt公司和绝大部分日本公司的产品采用的都是这类节流阀门，国际跨国公司Nailor的全部变风量末端装置采用的则是对开式调节风阀，美国TRANE公司、WARREN公司则采用了自已的专利节流风阀，不管哪种风阀，都应具备以下功能：（1）平滑的调节曲线，应尽可能呈线性；（2）低噪声；（3）全闭时，在一定的静压作用下，空气泄漏量小。因此即使都是类似的单叶阀，各家公司都为达到这三项性能而费尽心机，尽出高招。

节流式的缺点：（1）增加系统的能耗，变风量系统的主要目的之一是节能，可是节能式末端装置反其道而行之，由于节流，而增加了系统的能耗；（2）增加系统的噪声，由于节流，而增加了系统的噪声；（3）增加系统的复杂性，当采用变静压控制方式时，应给出实际阀位信号，对于目前的技术发展水平，要低价格、简单的实现有相当大的难度。

② 旁通式

旁通式末端装置一般由分流器式风阀、执行器、旁通风口和控制器组成，如图6所示。当房间处于设计负荷时，末端装置中的分流风阀将一次空气送入空调房间中，当房间负荷下降时，分流风阀增加进入旁通风口的一次空气量，部分一次空气被排入天花内回风箱内，结果送入空调房间的空气成为变风量，而空调机则是定风量送风。

旁通式变风量末端装置主要用于中、小型空调系统，尤其是与屋顶式空调机、单元式空调机等带直接式蒸发器的空调设备配套，用于多区变风量系统，由于空调机是定风量，因此避免了冻结的危险，同时由于控制简单，一次投资低于其他的末端装置。旁通式的最大缺点，如前所述，就是风机不节能（定风量）。

③ 风机驱动式

风机驱动式有两种形式，并联式和串联式。

（1）串联式

串联式风机驱动式变风量末端装置由一次冷空气风阀、执行器、风机和电机、控制器组成，压力无关型还包括风量（风速）传感器组成，压力无关型还包括风量（风速）传感器，加热器是作为可选附件供选择，如图7所示。一次冷空气风阀根据房间温控器的指令调节一次风量和二次热空气（回风）预先混合，然后再通过装置内的送风机送出，风机送风量不变。当房间负荷减少时，为维持室内设定的温度，一次冷风相应减少，二次热空气增加，但总送风量仍然不变，当房间有人时风机是连续运转。

串联式风机驱动末端装置的特点是：一次空气处理装置（中央空调机组）是变风量，而送入空调房间的空气是定风量。

（2）并联式

并联式风机驱动变风量末端装置由一次冷风风量调节阀、执行器、风机和电机、控制器组成，压力无关型还包括风量（风速）传感器，加热器是作为可选附件供选择，如图所示。

一次冷风风阀根据房间温控器的指令调节一次冷风量，当房间负荷减少时，为维持室内设定的温度，一次冷风相当应减少，当一次空气的风量低于某一最小值时，与一次冷风并联的风机投入运行，从开花中将二次热空气（回风）抽入末端装置与一次冷风混合，然后再送入室内。房间温度进一步下降，辅助加热器投入运行。

并联式风机驱动式末端装置的特点是：一次空气处理装置（中央空调机组）是变风量，而送入空调房间的空气也是变风量。

串联式风机驱动式变风量末端装置主要用于：（1）内部区，也可以用于周边区，可以带辅助加热，也可以不加热；（2）适用于人体舒适感要求高的地方，因为送入室内的风量不变，所以室内气流组织好，通风效果好；（3）利用一次空气与回风混合提高送风温度，适用于低温送风。

并联式风机驱动式变风量末端装置主要用于：（1）带辅助加热的周边区；（2）制冷时，末端装置风机停止运转，类似于无风机的变风量末端装置，适用于对噪声有较高要求的场所。

④ 可变风口工

风口送风量改变时，风口出风面积同时改变，以保持出风速度不变。图9是一种有代表性的这种形式的变风量末端装置，由美国Acuthem公司生产。

⑤ 诱导式

诱导式变风量末端装置由诱导喷嘴和再热器组成，当房间负荷减少时，为维持室内设定的温度，一次冷风相应减少，诱导的二次（室内回风）热风增加，送入室内的总风量不变，如果需要时，再热器可以投入运行。

⑥ 再热式

作为可选附件时用于各种变风量末端装置。这种变风量末端装置由于先变风量，后回热，所以较之定风量再热式系统要节能。

⑦ 压力相关型和压力无关型

以上各种变风量末端装置按补偿系统压力变化来分类，又可分为压力相关型的压力无关型两类。

压力相关型的变风量末端装置的风量调节是室内温控器进行控制，送入室内的风量除与室内负荷有关，还受到系统内压力变化的影响。

压力无关型变风量末端装置的风量调节阀由室内温控器进行主控制，控制风阀执行元件的启动和关闭，由速度控制器（或流量测量装置）进行辅控制，控制送入室内的风量，使送风量与室内负荷相匹配。

压力无关型和压力有关型末端装置的控制见4.1.(1)部分，图10为压力有关型变风量控制装置示意图，图11为压力无关型变风量末端装置示意图。

⑧ 风机无级调整型

这种变风量末端装置是我国专利产品，其最大特点是：以无级调速的低噪声风机替代传统的风阀来调节送风量，完全避免了风阀在调节风量时，能耗和噪声增加的缺点，风量愈小，耗电愈低，噪声愈小。如图12所示，由于风机的转速与电压呈线性关系，使控制进一步简化。

风机无级调速变风量末端装置彻底改变了传统的变风量末端装置的控制方法，使变风量系统的节能效果进一步提高，性能进一步完善。

⑨ 双管式（非混合式）

实际上是由两台单风管节流型变风量末端装置并联而成，冷和热风管独立，有自已的进风口，风量控制系统（风阀、执行机构、流量传感器和控制器），当房间温度高于冷风设定值，冷风量增加，低于设定值停止送冷风；房间温度降低，低于热风设定值，热风增加。风量和设定值对有人、无人和夜间工况可以不同。

主要用于建筑物外区（如医院），这里同时需要制冷和采暖，但是又无法使用热水盘管，有冷热转热时，风量可以很低，可不送风。

⑩ 双管式（混合式）

（1）非冷、热风道型

非冷热风道型双管式变风量末端装置有两个送风通道，一次空气全年定风量变温度运行，一般只在供冷季节和采暖设计负荷期间运行，消除室外传热冷或热负荷，二次空气全年供冷，变风量运行，主要用于消除室外太阳负荷和室内负荷。

（2）冷、热风道型

与非混合型相似，只是调节后的冷、热空气混合后再送入室内。根据室内负荷的变化，调节冷热风量，送入室内的风量可以是变风量，也可以是定风量。

主要用于建筑物外区和内区（如医院），这里同时需要制冷和采暖，但是无法使用热水管盘管。

3、变风量末端装置整定测试

变风量末端装置整定测试不但包括一次风风量与风速传感器输出变量之间的关系，还应包括装置箱体漏风量测试、装置的压力无关性能测试、控制精度测试、风机性能测试(风机动力型末端装置)、热水再热盘管与电加热器加热量测试以及末端装置的声学性能测试(含箱体辐射噪声测试)等。

这些技术数据都是组成产品样本的主体，也是设计人员进行末端装置选型的技术依据。

一、产品选用要点

产品选用主要技术指标：最大与最小风量，装置形式，控制方式。

2 选用要点

1）一次风最大风量的确定。按各温度控制区域内最大显热冷（热）负荷与相应的送风温差，计算出一次最大冷（热）风量，不计各空调温控区内的潜热负荷。取冷（热）一次风最大风量中较大值为选择设备用的一次风最大风量。以最大送风量作为额定风量选择末端装置。

2）一次风最小风量要综合考虑新风量和气流组织确定。对于设备发热量小，人员多的区域（如会议室），应校核一次风最小风量是否满足新风需求，以确定保证新风需求的最小送风量。

3）风机串联型变风量末端装置风机的风量，一般为一次风最大风量的1.0-1.3倍，并联型风机的风量一般为一次风最大风量的0.6倍，也可按一、二次送风温度计算确定。

4）负荷变化特性不同的空间，不应划分在同一变风量末端装置范围内。对于变风量末端装置直接置于空调区域中的情况，设计时应根据末端装置样本的噪声数据，认真进行分析计算和处理。

二、施工、安装要点

1. 装置抵达现场安装前，应对其型号、规格以及性能等进行核验，设备铭牌上应有装置名义工况条件下的性能参数。

2. 装置安装，应设单独支、吊架，与风管连接前宜做动作试验。

三、执行标准

产品标准

JB/T5148-1991《变风量末端装置试验方法》

工程标准

GB50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》