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变风量空调控制系统：设计精髓与多元应用探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球经济的飞速发展和城市化进程的加速，建筑行业作为能源消耗的重点领域，其能源问题日益凸显。根据相关统计数据显示，建筑能耗在社会总能耗中所占的比例逐年攀升，目前已达到相当高的水平。在建筑能耗中，空调系统能耗占据了较大比重，通常可达到建筑总能耗的30%-50%，成为建筑能耗的主要组成部分。例如，在大型商业建筑和写字楼中，由于人员密集、设备众多以及空间较大等因素，空调系统需要长时间运行以维持室内舒适的环境条件，这导致其能耗居高不下。

与此同时，人们对建筑室内环境品质的要求也在不断提高。舒适的室内环境不仅能够提升人们的生活和工作质量，还能提高工作效率、减少疾病的发生。在炎热的夏季和寒冷的冬季，人们期望室内能够保持适宜的温度和湿度，避免过热或过冷的情况；在人员密集的场所，良好的空气质量是保障人们健康的关键，这就要求空调系统能够提供充足的新风，并有效地过滤空气中的污染物。

传统的定风量空调系统在面对不断变化的室内负荷时，存在诸多局限性。当室内负荷减少时，定风量系统仍然按照设计的最大风量进行送风，导致能源的浪费。这是因为定风量系统主要通过调节再热量来维持室温，即在室内负荷降低时，增加再热量以提高送风温度，减小送风温差，从而保持室内温度不变。这种调节方式不仅浪费了大量的热量，同时由于处理风量不变，制冷机的冷量和风机的功率电耗也无法相应减少，造成了能源的双重浪费。此外，定风量系统难以实现对各个房间的精准温度控制，无法满足不同房间内人员对温度的个性化需求，导致室内环境品质参差不齐。

变风量空调控制系统应运而生，为解决上述问题提供了有效的途径。变风量空调控制系统通过改变送风量来适应室内负荷的变化，从而实现系统输送的风量在各房间之间的合理转移，减少了系统总的设计风量。当某个房间的负荷降低时，变风量系统会自动减少该房间的送风量，而不是像定风量系统那样保持风量不变并通过调节再热量来维持温度。这样一来，不仅节约了提高送风温度所需的热量，还由于处理风量的减少，降低了风机功率电耗以及制冷机的冷量，节能效果显著。相关研究表明，变风量系统可以比定风量系统节约20%-50%的能耗，平均节约率为35%，这对于缓解能源紧张的局面具有重要意义。

变风量空调控制系统还能显著提升室内环境品质。它可以实现单个房间的温度自控，每个房间的人员都可以根据自己的舒适需求独立选择控制温度，满足了个性化的需求。变风量系统的末端装置能够根据负荷的变化和个人的舒适要求灵活改变送风量，使得室内温度分布更加均匀，避免了局部过热或过冷的现象，提高了室内的热舒适性。变风量系统通常配备中效过滤器，能够更有效地过滤空气中的灰尘、颗粒物和微生物等污染物，改善了室内空气品质，为人们提供了一个更加健康、舒适的室内环境。

对变风量空调控制系统的设计与应用进行深入研究，不仅有助于推动建筑节能技术的发展，降低建筑能耗，缓解能源危机，还能为人们创造更加舒适、健康的室内环境，提高生活和工作质量。在当前能源问题和环境问题日益严峻的背景下，研究变风量空调控制系统具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

1.2国内外研究现状

变风量空调控制系统作为建筑节能领域的关键技术，在国内外都受到了广泛的关注和深入的研究。

国外对变风量空调系统的研究起步较早，始于20世纪70年代。美国作为变风量空调系统的发源地，在技术研发和应用实践方面处于世界领先地位。通过能量模拟程序，如DOE-2，对应用于高层办公建筑的不同空调系统形式进行整体评价，其中包括变风量空调系统、定风量空调系统、两管制风机盘管加新风系统等五种空调系统形式。研究结果表明，变风量空调系统具有良好的节能特性。在风量控制方面，国外主要采用静压控制法和风量控制法。定静压控制通过在风管静压最低点安装静压传感器，测量该点的静压，并调节风机的转速，使该点的静压恒定在变风量末端的最低工作压力；变静压控制则使用带风阀开度传感器、风量传感器和室内温控器的变风量末端，根据风阀开度控制送风机的转速，使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。有研究者制订了变静压控制策略，并分别用实验研究和计算机模拟的方法对两种控制策略的节能情况进行了比较，结果表明变静压控制方式比定静压控制方式节能效果好。

为了全面提高系统的稳定性，最大限度地节能，国外专家提出了基于末端装置的风量调节，采用先进的控制软件，实施风机控制的概念。其基本原理是将末端装置送风温度、温控器读数、风量及阀位信号都送入一个中央控制器，由它计算后再调节送风状态点。还有学者提出了风机压力优化的概念，指出它是部分负荷工况下控制静压的节能措施。在实际运行中，变风量系统中负荷的变化会导致风量变化，使得室内气流组织发生改变，从而影响室内的热