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变风系统的VAV末端

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发表于 2017-4-17 10:52:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

  1、VAV末端的工作原理
    向房间送入室内的冷量按下式确定:
    Q=C.ρ。L(tn-ts) (1)
    式中 C—空气的比热容,KJ/(Kg.°c);ρ—空气密度,Kg/m3;L—送风量,m3/S;
    tn—室内温度,°c;ts—送风温度,°c;Q—吸收(或放入)室内的热量,KW.
    如果把送风温度设为常数,改变送风量L,也可得到不同的Q值,以维持室温不变。
    空调系统的VAV末端按变风量的工作原理设计,当空调送风量原理设计,当空调送风通过VAV末端时,借助于房间温控器,控制末端进风口多叶调节风阀的开闭,以不改变送风温度而改变送风量的方法,来适应空调负荷的变化,送风量随着空调负荷的减少而相应减少而相应减少,这样可减少风机和制冷机的动力负荷。
    当系统送风量达到最小设定值,而仍需要下调室内空气参数时,可直接通过加热器再热,或启动一台辅助风机,吸取吊顶中的回风,送入末端机组内,与冷气流混合后一起通过加热器再热后送入房间,达到维持室内空气参数的目的。

    2、VAV末端的产品特点
    2.1 省能运行
    VAV末端借助于进口调节阀,并联风朵,热水盘管,电热盘管、电热盘管、风速测量装置、房间恒温器,气动或电动控制元件,能使空调系统达到省能运行。
    部分负荷时,能避免在定风量系统中,再热器的冷热负荷抵消而造成的双重能量消耗。如考虑到系统设备的同时使用系统,能使VAV末端系统总风量减少,节省大量风机水泵的电能。
    2.2 组合灵活
    VAV末端结构紧凑,机组组合灵活。
    按设备的使用功能分,机组有单风道、双风道、热水再热、电热再热,并联风机驱动等不同的末端组合。近空调机需要,机组还可配备静压箱和消声箱和消声器。按设备的控制功能分,机组有气功、电动(模拟/数字)、压力相关型和压力无关型等不同组合。
    2.3 静音设计
    箱体设计成内壁贴有带保温的消声材料的消声器。箱内通常不设风机,并联风机动力小,噪声低。末端的送风动力主要来自于系统的可变风量主风机,这样,能使风机静音运转。
    在部分负荷时,VAV末端的噪声通常比同风量的风机盘管加新风系统低,特别适用于图书馆、演播室、影剧院等场合。
    2.4 控制先进
    机组进气口设有电子风速传感器,可以根据房间的温度要求,通过压力无关型气动/电动(模拟/数字)控制器调节送风量,温度控制品质好。
    2.5 安装方便
    与同风量的风柜相比,VAV末端机组结构紧凑,机组高度小于 500MM,有效地增加了机组的安装空间,减少了层高对机组安装的影响。由于冷冻/冷凝水管不进入天花板上部,没有风机盘管的凝水盘,不存在冷凝滴水污损天花板现象。设置在机组侧面或底部的维修孔,使机组的安装、维护和保养更为方便,有效地减少机组的安装和维修成本。

    3、VAV末端的基本组合
    3.1 单风道变风量末端
    这是最简单的变风是末端,仅有一条送风道通过末端设备和送风口向室内送风。根据空调负荷的减少而相应减少,这样可实现对室温,室内最大,最小风量的有效控制,减少风机和制冷机的动力负荷。
    这种组合只能对各房间同时加热工冷却,无法实现在同一时期内,对有的房间加热,有的房间冷却。当显热负荷减少时,室内相对湿度也不易控制。因此,仅适用于室内负荷比较稳定。室内相对湿度无严格要求的场合。
    3.2 双风道变风量末端
    机组具有冷热两个风道,当房间的送风量随着冷负荷的减少而达到最小风量时,开启热风阀,向房间补充热量,使系统的负荷得到有效的调节。
    这种组合,对房间的负荷适应性强,能满足有的房间加热,有的房间冷却的要求。由于负荷得到补偿,最小风量得到控制,室内的相对湿度可保持在较好的水平上,但系统需增加一条风道,设备费和运行费将有所提高。
    3.3 热水再热单风道变风量末端
    在单风道变风量末端机组上,串联一热水再热盘管即成。当系统风量达到最小设定值,而仍需要下调室内的空气参数时,一次风可通过热水加热器再热、送入房间,达到维持室内空气参数的目的。
    这种末端对房间的调节,基本与双管末端类似,但系统需敷设热水管,设备费和运行费也有气提高。
    3.4 电热再热单风道变风量末端
    由单风道变风量末端串联一电热盘管组合而成,其加热工作原理与串联热水盘管相同。
    3.5 并联风机驱动的单风道变风量末端
    由单风道变风量末端并联一离心风机组合而成,当系统送风量达到最小设定值,而仍需要下调室内的空气参数时,启动一并联风机,吸取吊顶中的回风,送入机组内,与冷气流混合后送入房间。一次风与回风的混合,可有效地节省能量,并使系统具有较好的气流分布。
    3.6 并联风机驱动热水再热的单风道变风量末端
    在并联风机驱动的单风道变风量末端上,串联一热水再热盘管组合而成。当系统送风量达到最小设定值,而仍需要下调室内的空气参数时,启动一并联风机,吸取吊顶中的回风,送入机组内,与冷气混合后通过回热器再热,送入房间。
    3.7 并联风机驱动电热再热的单风道变风量末端
    在并联风机驱动的单风道变风量末端上,串联一电热盘管组合而成。其工作原理与3.6节同。

    4、VAV末端的部件结构
    4.1 箱体采用薄形设计,由镀锌板外壳制成,内衬厚度为25-50mm,密度为40kg/m3的玻璃纤维,表面贴有穿孔铝箔,用保温钉固定在面板上的内表面上,具有防火,隔热、隔声和防腐的能力。机壳内的最大风速可达到20m/S.
    一次风高压侧管采用圆管或椭圆管,低压侧风管采用滑动法兰连接。机组下侧或两侧,设有通道门,在不影响机组管道连接的情况下,能方便地对风机和电机进行维护保养。
    4.2 调节风门
    由4-6片对开式叶片组成的节流基本功调节风门,具有良好的密封和气流设计。当进口压力为750Pa时,风门的最大泄漏量为额定风量的2%.
    在风门叶片伸出轴上设有无需保养的长寿命尼龙自润滑轴承,与执行器连接后,风门能按房间的温度要求,通过温控器控制进气口的一次风量。
    一次风的风量采用压力无关型控制器,控制器可在工厂设定。控制区间为100%-10%,控制误差为±5%-±10%,控制精度主要依赖于控制器的型式。
    4.3 风速传感器
    在机组进口调节风门前设平均风速传感器,提供正比于流量的压差信号,通过压差信号利用图表可直接读得机组一次风的风量,并实现对风门的控制。
    最小的一次风压差信号,利用图表可直接读得机组一次风的风量,并实现对风门的控制。
    最小的一次风压差信号为25Pa,在典型的一次风流量区间,由平均风速传感器测得的压差,在校正图中的误差为±3%.
    4.4 热水盘管
    热水盘管具有镀锌钢板壳,铜管套铝片结构,机械涨管。铜管内径为??9.5-12.7mm,铝片片距为1.80-2.54mm,排数为1-4排,每排设一回路,其热量区间为2-18KW.
    热水盘客设有放水和放气孔并有左右方向之分,盘管的泄漏压力为180Pa.需要时还可设置电动控制阀,调节水量。
    4.5 电热盘管
    电热盘管设置在由镀锌钢板组成框架的卧式机组内,安装在VAV末端机组的出口。通常按加热量、电气特性和控制级数进行设计。由80/20镍铬丝制成的电热盘管放在充满二氧化镁的不锈钢管内,由固定的陶瓷轴套支撑。
    4.6 并联风机
    并联风机具有前向多翼离心叶轮,双吸结构,镀锌板外壳,电动机直接驱动,通常安装在VAV末端机组的出口,有吸入和压出两种不同的安装形式。为了防止停机时的回流,在风机的出口处设在回流风门。
    风机电机是一种节能型的单相电容电机,带有自动复位的过载保护,适于调速器(SCR)的调速运行,提供风机风量的无级调速。风机的设计风量可由速度控制器在现场设定。风机电机级与系统匹配,保证从最小电压时稳定运转。
    电机风扇部件维修时可直接从机组侧面拆下,而不需将风扇与电机分离,电机安装在进口环上,进口环具有扭曲的机架,机架上设有带含油轴承的橡胶轴套。
    4.7 控制器
    机组具有压力无关型气动,电子和通讯控制。在1.5KPa进口压力下,风量调节的精度为机组额定流量的±5%.无论在工厂或现场,控制器均能按照房间恒温器的要求,在最大和最小(进口管道流速>1.8M/S时)设定点之间调节。通常把带有恒温器的电子控制机组定为标准机组。
    在卧式机组的进口截面设线性流量探针。当在现场按提供的流量压力图表检验流量时,传感器将提供放大3倍于动压的压差信号。在管道流速为1.8-13m/s区间内,其精度可达±10%.

    5、VAV末端选型程度
    根据所提供的控制区大小,冷/热负荷,送风温度和房间的设计温度等参数,按下述程度选择VAV末端。
    5.1 确定房间的送风量
    根据房间的冷/热负荷、设定温度和所要求的送风温度,计算房间的送风量,应注意,不同的冷热负荷具有不同的送风量。
    5.2 确定机组型号
    选择机组型号,使其风量大于等于房间所需的送风量。其中应使一次风的风量满足冷负荷的要求,并联风机的风量应满足热负荷的要求,如系统没有并联风机,机组按冷工况50%的送风量送风,可按如下方法计算再热盘管(电热或热水)所需加热量。
    5.2.1 按冷工况50%的送风量和要求的热负荷计算空气的温升。
    5.2.2 按房间的设定温度计算盘管的出风温度。
    5.2.3 按房间的送风温度计算机组所需的加热量。
    5.3 确定再热盘管(电热或热水)
    5.3.1 确定电热盘管
    把所需的热负荷换算成KW数。按电热盘管资料,选定其负荷大于等于所换算的KW数,并确定电热盘管所需的电压相数和级数,应注意,电热盘管每kw需要的最小风量为170m3/h.
    5.3.2 确定热水盘管
    按不同的进水和进风温度,对热负荷进行修正。按修正后的热量值,选择在额定风量下盘管的排数。水量和静压降,并使盘管的热量大于等于修正值。
    热水盘管也有一个最小风量值,可按机组最大的风量的20%选取。
    5.4 估算机外静压
    按下游侧管网的不同情况,估算组成末端的低速空气分布系统所需的机外静压值,其中包括电热盘管、热水盘管、消声器、扩散器和管网等下游部件的阻力损耗值。并联风机必须满足在额定机外静压下的设计风量值。风量可用下述 方法进行调整。
    5.4.1 借助速度控制器(SCR)调节风机的转速。
    5.4.2 调节一次风进口静压,为一次风管网所需静压与一次风风门所需最小静压之各,机组的设计必须满足额客风量下的进口静压要求。
    机组的最大进口静压通常设定为500-750Pa.

    6、VAV末端使用方法
    6.1 风量区间
    6.1.1 VAV末端的风量
    通常VAV末端的风量小于等于6800M3/H,由设置在机组进口的线性平均流速传感器,借助于压力无关型控制器,按控制信号调节。风量区间由控制器的灵敏度,进口管条件和所选机组的大小限定。
    为了防止不稳定的控制方法,进口管道的最小流速应大于1.8m/s,如果小于此值,压力信号不小于2.5Pa,大多数控制系统将不能进行可靠的分辨。
    为减少管道的压力阻损和机组的噪声,送风管道的流速高深莫测小于12.8m/s.机组进口的最大流速可达到15.3m/s,这时送风管道的压损将明显增加,机组的噪声也加大。
    6.1.2 并联风机的风量
    并联风机的风量,通常由速度控制器(SCR)设定,最大的风量,由风机、电机和下游侧的压力决定,最小的风量由SCR在工厂设定,风量过低,会使电机转速过低,导致电机过热和轴承过度磨损。
    6.1.3 系统的总风量
    系统的总风量的控制,是通过调节风机的转速或风机进口导叶,保证风道上的某一点的静压恒定来实现的。
    系统最大风量的设定,取决于房间朝向,建筑规模、房间性质和使用情况,由设计者作充分调查后决定,考虑到各末端负荷控制的不同时性,系统主风机的标准运转点,通常处在最大负荷的60%-80%,风量过度会使系统静压设定值偏高,影响系统的节能和噪声。
    系统最小风量的设定,应满足控制室风的相对湿度,最上新风和气流组织的要求,有时也可按房间最大的风量的越不显著,相反,易引起风机运行的不稳定。
    6.2 噪声
    机组噪声主要由管道和静压引起,而流速也是产生噪声的一个因素。减少送入机组分支风管的压力,会使机组噪声显著减少。在某种情况下,当风机的噪声成为主要矛盾时,减少风机的风量,使其在低于100%风量下运行,能得到较低的声压级。
    6.2.1 出口器械声/辐射噪声
    在机组的下游设置管道,对降低机组出口噪声是非常有效的,如果在末端机组与房间扩散器之间的管道不设消声衬里,整个系统可能噪声很大,通常,减小进口压降是具有益的,但有时减小进口压降会增加噪声,噪声会通过管道传入房间。
    由机组的金属板和诱导口发出的噪声,通过吊顶元件如灯具和回风口等,传入房间,在单管系统中,辐射噪声通常不成问题。但设置的挠性管会产生附加的辐射噪声,从空间传入压力通风房间,增加了辐射噪声强度,因此,如有可能,风机末端应设置在远离回风口和噪声敏感的空间。
    VAV末端的送风管,如能分成多支,便可有效地降低噪声,划分的每个支风管可降低A声级噪声3dB,但必须注意,分布管的风量不可直接送到同一个房间,为减少噪声在空中相互迭加,多分支风管的出口和T形管的位置,应至少远离风机末端1.8m.
    6.2.2 扩散器/挠性管
    与扩散器连接的挠性管,通常能降低出口噪声级,即使在挠性管断裂时也不例外。但在机组入口处设置挠性管,机组的噪声级将会提高。
    如果扩散器与末端具有相同的声级,出口噪声应是两者的合成。在一般情况下,两个相同的声功率级的迭加,噪声级应增加3dB.但在许多情况下,扩散器发出的噪声频率比末端高,两者的合成不会引起房间NC级的提高。
    6.2.3 电热盘管和热水盘管对机组的声功率级,无论是出口噪声还是辐射噪声,都有一定的影响,把盘管设置在机组出口,通常存有压降,如果包括盘管在内的下游侧压降很小(小于76Pa),计算机组出口噪声时,仍可用原来的进口管道静压查声级表。但如果在机组出口存有较大的压降,且这一压降小于管道进口静压时,应将机组进口的管道静压减去机组出口压降,用其差值查声级表,所计算的噪声值将有所降低。盘管对辐射噪声的影响。通常不作考虑。
    6.3 系统压力
    管道压力控制是保证噪声,较精确的流量调节和节能的最有效方法。使用不同的风机调节和节能的最有效方法。使用不同的风机调节技术,能保证一次风系统最佳的效率和运行。为了防止压力无关型控制器和风机系统之间的系统振荡,风机调节系统的响应时间应可调整。
    要重视系统静压设定值的计算。如果设定值偏高,会使末端阀门处于一个开度较小的位置,导致末端噪声明显增大,影响系统节能。
    传感器的设定位置是非常关键的,需考虑在满负荷和部分负荷时,风机的节能,系统的稳定性和每台VAV末端前有足够的静压,如果传感器设置在紧靠主风机的下游,主风机出口的静压。如果传感器设置在紧靠主风机的下游,主风机的出口的静压将基本保持定值,不随风量改变,但如把传感器设在保持一固定静压的下游某一点,主风机的静压将随着风量的减少而明显降低。设计风量下,传感器静压的下游某一点,主风机的静压将随着风量的减少而明显降低。
    设计风量下,传感器静压控制点最好设置在离主风机出口处2/3处,或距系统末端1/3处的送风管段上,在多区系统中,传感器应设置在各区中的VAV末端前的最小静压处,这对提高VAV末端的运行性能,减少喘振是十分有利的。
    最小压力需求对并联风机机级组和单管道机组是相似的,如果风机和一次风同时使用,最小压力需求将增加,其值正压于出口管道的风机诱导压。
    并联风机的运行将会影响进口压,应把风机的压力与下游侧压力相加。当并联风机运行时,机组最小应有50Pa的压力。
    6.4 加热选择
    VAV末端有许多加热方式,其中最主要的是电加热和热水加热。选择加热方式时,要注意在安装加热器后,其顶棚的气流分布必须保证居住都舒适。为了避免气流的分层现象,美国ASHRAE手册推荐,机组的出风温度与房间温度之差应小于8.4°C.这意味着选择加热方式时应注意其加热量的输出在全负荷时,是否会使加热量的输出在全负荷时,是否会使加热温差超出这一推荐值。

    7、VAV末端发展前景
    30年代前,美国空调界认识到,与传统的定风量系统相比,变风量冷却和加热系统提供了许多优点,VAV空调系统不仅导致了空调房间的舒适,低噪声,机组保养的方便,而且增加了有效空间,降低了建筑的空调成本,使初投资明显减少。
    VAV末端在大区间空调系统中的适应性,操作性和经济性,使其在当今美国、日本和欧洲工业发达国家中,日益得到普及和应用。不再设置风机盘管,新风由送风道直接送入空调区域,通过VAV末端,实施对空调房间的有效控制。
    与工业发达国家相比,在变风量空调的领域,我国已经落后许多年,随着空调事业的发展,近年来,变风量空调系统的研究,VAV系统开发和应用,已经提到议事日程。相信在不久的将来,VAV末端机组将在我国空调领域中得到广泛的应用。
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