摘要 本文介绍了两种正在我国推广和使用的变风量风口的基本结构与工作原理。总结了变风量风口空调系统的特点。详细地探讨了变风量风口空调系统的设计方法。
关键词 变风量风口 空调系统 设计方法
Abstract This paper introduces the basic configuration and operating principle of two kinds of VAV diffusers which are being extended and used in our country. It summarizes the characteristics of VAV diffuser air conditioning system and discusses design methods in detail about VAV diffuser air conditioning systems.
Keywords VAV diffuser air conditioning system design method
1. 概述
与单风道节流型、风机动力型、诱导型、旁通型变风量末端装置一样，变风量风口也是变风量末端装置的一种型式。采用变风量风口也可实现空调系统的变风量运行。变风量风口是将室温传感器和风量调节机构等组合在送风散流器内的一种变风量末端装置。变风量风口属于压力相关型变风量末端装置。目前，在我国正在推广和使用的变风量风口有德国TROX公司的DVV型变风量风口[1]、美国皇家空调设备工程有限公司的精美变风量风口（文中简称精美变风量风口）和美国Titus公司生产的 Zcom变风量风口等。本文着重介绍精美变风量风口与Zcom变风量风口的基本结构以及采用这些变风量风口的变风量空调系统的设计方式。
2. 变风量风口
2.1 精美变风量风口[2]
2.1.1 精美变风量风口基本结构与分类
精美风口是一种带有内置温度控制器、依靠热敏感物质的膨胀与收缩作用推动风阀进行风量调节的热动力型变风量末端装置。该变风量风口基本结构见图1。
精美变风量风口由模式转换温控器、房间温控器、诱导喷嘴、调节风阀、传动控制盘以及面板等组成。模式转换温控器设置在变风量风口入口处，用来控制风口供冷或供热的模式转换。诱导喷嘴的作用是在风口中产生局部负压，把部分室内空气（二次风）吸进风口，通过设置在二次风通路内温控器感受进入风口的室内空气的温度。温控器是一个充有石蜡状物质的小铜柱，当其受热时，蜡状物会融化膨胀，向外推动柱塞；当其冷却时，蜡状物凝固收缩，弹簧将柱塞拉回。通过柱塞往回运动成比例地控制风阀的开度，调节送入房间的风量。风口调节原理见图2。
精美变风量风口可分为：冷热型、单冷带快速供热型以及单冷型三种基本类型。
冷热型风口有三个温控器，一个为设置在风口进风管处的模式转换温控器，另外两个分别为供冷温控器和供热温控器。
单冷带快速供热型变风量风口中除了有一个供冷温控器外，在入口处，还有一个快速供热温控器。当集中空调器送出的空气温度达到23.3℃时，快速供热温控器开始动作，通过膨胀作用推动传动臂打开风阀，使热空气进入房间，当送风温度达到26.7℃时，风阀处于全开状态。
单冷型变风量风口中仅有一个供冷温控器，温控器温度调节范围是：21～25.5℃。
精美变风量风口有方形和条缝形两种基本形式。方形变风量风口：风阀采用四侧风阀型或圆盘风阀型。四向出风，也可通过安装气流挡板改变成三向、二向或者单向送风。条缝型变风量风口：气流方向分单向和双向；条缝数分为单条缝和双条缝。
2.1.2 精美冷热型变风量风口工作原理
模式转换温控器位于入口处，检测系统送风温度，确定供冷和供热模式转换。当送风温度升高，达到24.5℃时，风口由供冷模式开始向供热模式转换，并在送风温度达到26.5℃时完成转换。在此温度以上，风口处于供热模式，即供冷温控器对风阀不起调节作用，风阀受供热温控器控制。当送风温度降低到20℃以下时，风口由供热模式转换回供冷模式。在供冷模式下，由供冷温控器负责控制风阀的开度，风阀的开度随房间温度的升高而增大；而在供热模式下，风阀开度随房间温度的升高而减小。
2.1.3 精美变风量风口基本特点
精美变风量风口具有下列特点：
1） 每个风口内部均设置温控器、执行机构和调节风阀，构成一套独立的区域温度控制系统。可以控制不同房间的空气温度，还可以控制同一空间内不同区域的空气温度；
2） 采用变风量风口的空调系统，移动、增加或拆除房间的分隔墙不会破坏系统分区，只需移动风口的位置；
3） 风口阻力与其它类型的风口阻力相同，是系统阻力最小的一种变风量末端装置。可以采用较低压力的送风管道系统及较低功率的空调器风机，降低了送风机能耗；
4） 风口的控制调节完全依靠风口内部温控器本身的热敏元件提供的驱动力，无需消耗任何外部能量；
5） 风口随空调负荷的变化自动调节风阀开度，在送风风速恒定的前提下，通过改变风口的流通面积调节送风量，能够保证送风的高射程和良好的帖服能力，使室内空气的流动更加充分；
6） 风口质量可靠、坚固耐用，一旦安装调试完毕，几乎不需要任何维护工作；
7） 较高的ADPI指数，更远的射程，良好的贴附作用，均匀的温度分布和通风效果；
8） 简洁流畅的线条使风口与房间吊顶的装修充分协调，保证了吊顶的整体效果。
2.1.4 精美变风量风口适用条件
精美变风量风口的适用条件：
1） 送风温度：在供冷模式下，送风温度不能低于10℃；当送风温度低于10℃时，应选用低温送风变风量风口。在供热模式下，热风的最高送风温度不能高于50℃。
2） 入口静压：风口入口静压不小于12Pa，以获得足够的送风量，保证空气诱导效果，维持温度控制精度；入口最高静压取决于室内噪声标准的要求，对于办公建筑（NC35），其入口静压不大于62 Pa；当入口静压恒定时，随着调节风阀的关小，噪声值会逐渐降低。
2.2 Zcom变风量风口[3][4]
所谓Zcom（Zoom air conditioning communication），就是多区域空气调节通信管理系统。Zcom变风量风口是一种内嵌温度传感器和风量传感器、用于个人微环境控制、由直接数字控制的变风量末端装置。它把变风量末端装置的功能与高性能的送风散流器组合在一起。利用整体的温度传感器和先进的DDC控制算法，精确地调节送风量。
2.2.1 Zcom变风量风口的基本结构
Zcom变风量风口由上部盖板、风阀调节盘、控制执行机构和面板组成。上部盖板多重边框型式可以适合不同类型的吊顶设计；智能化曲线形设计可获得理想的水平空气流型；盖板上的沟槽可隐蔽地布置电源线和通信线。风阀调节盘的设计使其在任何情况下产生均匀的气流分布。控制执行机构能够通过室内空气诱导孔精确和快速地检测房间温度、风道传感器能检测送风温度并确定送风量、电子脉冲马达非常安静地调节送风量。面板的曲线边界减少了散流器的噪声，形成了光滑的外观。
2.2.2 Zcom变风量风口特点
Zcom变风量风口具有下列特点：
1） 提供精确、个性化的环境温度控制，改善办公环境的工作效率；
2） 良好的气流分布性能，提供更高的空气分布性能指数（ADPI）与更好的通风效率；
3） 每个区域控制费用比使用单独设置送风散流器的典型变风量末端装置低；
4） 有利于现有办公室的改建及在有问题的地方增加控制区以解决个人舒适性问题；
5） 将定风量空调系统很容易改造成多区域变风量系统；
6） 在重新分隔的区域中布置容易，费用较低；
7） 独特的温度传感器即使在低风速下也能准确地读取数据。
2.2.3 Zcom变风量风口的组合与配件
每个Zcom变风量风口配套有独立的数字控制器和风阀驱动机构，风口配套的高精度空气温度和风量传感器检测一次风送风量和送风温度，数字控制器配置的回风温度传感器测定吊顶附近的室内空气温度，实现变风量运行控制功能。Zcom变风量风口的设定和参数调整，全部通过TITUS专用遥控器完成，运行调试方便。 Zcom应用灵活，可实现独立运行和网络运行，通过RS-485双向通讯，利用遥控器或网络操作可调整设定点和风阀限位， Zcom适用于单冷、供冷/供热自动转换，也可输出单级辅助加热。
Zcom变风量风口可以分成主动型Zcom风口（Zmaster）和被动型Zcom风口（Zdrone）。
Zdrone是一种精确执行的变风量风口。它必须与一个主动型Zcom风口一起使用，采用主动型Zcom风口的温度传感器和控制算法控制其送风量。一个主动型Zcom风口最多能控制三个被动型Zdrone风口。
被动型Zdrone变风量风口的使用对较大的空调区域提供了一个比较经济的系统选择。主动型Zcom风口和被动型Zcom风口的关系见图4。
Zcom系统特征之一是允许双向通信的Zapper温度设定器。当按下按扭，可以获得存储在Zcom控制器中的设定模式。要重新设定Zcom的设定点，可简单地按“上”和“下”键，Zapper温度设定器将显示已经设定的新的温度值。
Zapper温度设定器可以设置供冷和供热最小风阀开度位置。在楼宇管理系统中，使用Zapper温度设定器对单个Zcom进行地址编码。整幢建筑物只需一个Zapper温度设定器。
Zcom墙置式控制器（ZWMA）是一个用线连接的设定调节器。Zcom墙置式控制器允许室内人员无需使用Zapper温度设定器就可以使温度值偏离Zcom风口的设定点正/负3℃。单个Zcom墙置式控制器不能用于多区域Zcom系统。
3. 变风量风口空调系统设计
变风量风口的型号根据设计最大风量确定。选型方法与其它散流器一样。布置变风量风口时，到达墙壁时气流速度控制在0.25～0.5m/s之间，最大不超过0.76m/s。当房间内采用多个变风量风口时，风口的间距要求不小于0.76m/s气流射程的两倍，理想的间距是介于0.25m/s射程的两倍与0.50m/s射程的两倍之间。
3. 1 精美变风量风口空调系统设计要求
精美变风量风口的结构决定了这是一个低压变风量末端装置。如果在高压或中压风管系统中需采用精美变风量风口。可以在空调器和变风量风口之间加装压力无关型调节装置（PIM）。空调器和压力无关型调节装置之间的送风管可以设计成高压或中压风管，调节装置与变风量风口之间的风管设计成低压风管。变风量风口设置在调节装置之后的低压风管系统中。
在布置变风量风口时，应使距离空调器或调节装置最近的一个风口入口静压不超过62 Pa，最远的一个风口的入口静压不小于12 Pa。低压风管系统的风速可选择在3.6～6.6m/s之间；单位长度风管的阻力降控制在0.33～0.82Pa/m之间。
精美变风量风口空调系统的控制：
在定风量低压空调系统中局部采用变风量风口，当变风量风口的设计风量之和不超过系统总风量的30％时，无需专门进行静压控制。静压控制可以采用以下方法实现。
1） 泄压环控制：泄压环是一种专门设计用于风口末端旁通多余风量的管箍。系统将恒定的风量送至变风量风口后，当风口的风阀关小时，泄压环管箍与原有风管入口颈部之间的空隙用来旁通，使多余的风量进入吊顶。带泄压环的变风量风口也可应用在高压或中压风管系统中；
2） 通风阀控制：通过将送风管中的送风旁通到回风管或吊顶静压箱；
3） 风机送风管风阀控制：通过安装在风机出口和低压风管之间的压力无关型自动控制风阀调节送风量，实现静压控制；
4） 在大的系统中，为了保证设置在各支管上的变风量风口能有效地工作，有必要在每个送风支管上设置区域调节风阀；
5） 风机控制：采用变频驱动器对空调器风机进行调速。
送风温度控制：采用送风温度传感器控制空调器的水阀门，维持送风温度恒定。
系统模式控制：通过设置在最大负荷房间或最重要房间的温度传感器对系统供冷供热模式的转换进行自动控制。
3. 2 Zcom变风量风口空调系统设计要求
Zcom变风量风口使用在低压空调系统中，风口入口静压一般不超过127Pa。这种风口可以使用在定风量空调系统中，也可以使用在静压控制的减压式和旁通式变风量空调系统中。在定风量系统中，当30％以上的系统总送风量由Zcom变风量风口控制时，需要在送风系统上设置如Titus的ZECV/ZQCV静压控制装置。使得风口入口处静压值控制在变风量风口的要求范围内。
Zcom变风量风口的性能与送风入口静压和风口尺寸有关，如果送风静压维持恒定、变风量风阀调节在合适的范围内变化，风口的气流型式从最小风量的星形变化到最大风量的方形，气流分布性能比普通散流器好。
3. 3 变风量风口空调系统基本形式
变风量风口空调系统一般使用在中、小型的空调系统中。系统方式基本与采用其它变风量末端装置的变风量空调系统一致。变风量风口空调系统与其它变风量系统的差别主要在于变风量风口空调系统是低压风管空调系统，而其它变风量空调系统往往是中、高压风管空调系统。变风量风口只有在风口需要的低压要求范围内才能安全可靠地运行。
变风量风口空调系统一般有在干管上设置压力无关型减压阀或旁通阀两种基本型式，其中旁通式系统主要应用在较小的系统中[5]。图5为干管设置压力无关型调节阀的变风量风口空调系统基本形式，图6为旁通式变风量风口空调系统基本形式。
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