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变风量系统送风温度控制策略:动态重置机制与工程约束
2026-8-25    huanyingzi阅读 7 次

一、送风温度控制的系统定位

变风量系统(Variable Air Volume, VAV)通过调节末端送风量匹配室内热负荷的动态变化,其能效表现取决于风量调节区间与风机运行工况的耦合关系。基于 ASHRAE 90.1 建筑节能框架,送风温度(Supply Air Temperature, SAT)设定值作为空气处理机组(AHU)与末端 VAV box 之间的核心衔接参数,直接决定了系统在既定负荷下所需的最小送风量,进而影响风机轴功率与冷源侧能耗的分配比例。

送风温度控制的本质并非独立的温度调节回路,而是与静压控制协同优化的双变量解耦问题。在满足室内负荷需求的约束下,送风温度设定值的合理上调(供冷工况)可等效扩大末端风量的调节裕度,使风机在更低转速区间运行,从而降低输送能耗。数据表明,在办公建筑内区等负荷稳定区域,实施送风温度动态重置策略后,风机输送能耗可降低 10% 至 30%,具体幅度取决于建筑负荷特性与控制算法精度。


二、送风温度设定值的能效机理与边界

送风温度设定值与系统送风量之间存在严格的热力学约束关系。根据显热换热公式 \(Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot (t_{room} – t_{supply})\),在室内负荷 Q 与室温设定值 \(t_{room}\) 确定的条件下,送风温度 \(t_{supply}\) 与所需质量流量 \(\dot{m}\) 呈反比关系。送风温度设定值过低时,满足相同负荷所需的送风量增大,风机运行点向高流量、高静压区间偏移,轴功率随流量三次方关系显著上升;送风温度设定值过高时,即使风机转速达到额定值,系统最大送风量亦无法覆盖室内峰值负荷,导致室温失控。

上述分析确立了送风温度设定值的可行区间:下限由风机能耗约束与冷源除湿能力共同决定,上限由峰值负荷下的最大送风量能力约束决定。基于 GB 50736《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》,全空气空调系统的送风温差应根据气流组织要求经计算确定,且送风温度不宜低于室内露点温度,以避免末端结露与送风管道凝水。工程实践中,供冷工况送风温度通常设定在 12℃至 16℃区间,具体取值需结合建筑功能、末端形式与除湿需求综合确定。


三、送风温度动态重置控制策略

送风温度动态重置(Supply Air Temperature Reset, SATR)的核心逻辑,是根据室外空气温湿度状态、室内热负荷的实时变化以及末端 VAV box 的阀位反馈信号,在设计允许区间内动态修正送风温度设定值,使系统在满足负荷需求的前提下运行于最小送风量工况。该策略区别于固定送风温度控制的本质特征,在于将送风温度从静态设计参数转化为随负荷动态响应的控制变量。

基于末端阀位反馈的重置策略是当前工程应用中最为成熟的方案。其控制逻辑为:当所有末端 VAV box 的风阀开度均低于某一阈值(通常为 60% 至 70%)时,表明系统当前送风量存在冗余,控制器逐步上调送风温度设定值以减少送风量需求;当任一末端风阀开度达到全开状态且持续一定时间时,表明该区域风量不足,控制器下调送风温度设定值以增大送风温差、提升单位风量的供冷能力。该策略无需额外的负荷预测模型,仅依赖现有 DDC 系统的阀位数据即可实施,具有可靠性高、调试成本低的工程优势。

对于负荷特性复杂的大型公共建筑,基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的送风温度重置策略可进一步挖掘节能潜力。该框架以建筑热工模型、人员作息规律与室外气象预报为输入,在滚动优化时域内求解送风温度与静压设定值的最优组合,同时满足室温约束、露点约束与设备运行边界。与反馈式重置相比,MPC 策略可提前响应负荷变化,避免控制滞后导致的室温波动,但对建模精度与计算资源要求较高,目前主要应用于具备楼宇自控系统(BAS)深度集成能力的高端商业建筑。


四、送风温度与静压控制的协同机制

VAV 系统的送风温度控制与静压控制构成强耦合的双回路系统。静压控制回路通过调节风机转速维持风管静压设定值,送风温度控制回路通过调节冷盘管水阀维持送风温度设定值;两个回路的输出共同决定末端的实际送风量与送风状态。当送风温度上调时,末端为满足相同负荷需增大开度,风管静压趋于下降,静压控制器随即提升风机转速以恢复静压;若两个回路缺乏协同,送风温度上调带来的风量减少效应可能被静压回路的风机提速所抵消,导致节能目标失效。

基于总风量需求的协同控制框架是解决上述耦合问题的有效路径。该框架以所有末端 VAV box 的实际风量之和作为系统总风量需求的实时度量,将送风温度设定值与静压设定值纳入统一的优化目标函数:在总风量需求低于风机当前输送能力时,优先上调送风温度并同步下调静压设定值,使风机转速降低;在总风量需求接近风机最大输送能力时,下调送风温度以增大送风温差,同时维持或上调静压设定值以保障末端风量供给。数据表明,采用协同控制框架的 VAV 系统,相较于独立回路控制,风机输送能耗可额外降低 5% 至 15%,且室温控制精度显著提升。


五、工程实施约束与气流组织保护

送风温度的调整幅度必须严格控制在设计允许的合理区间内,其首要约束来自室内气流组织的稳定性。送风温度与室内空气的温差直接影响送风射流的射程、扩散角与贴附长度:供冷工况下送风温度过高导致送风温差减小,射流动量衰减加快,可能无法送达工作区,造成上部空间过热而工作区温度不足的温度分层现象;供热工况下送风温度过低同样会导致热射流过早上浮,无法有效覆盖人员活动区。基于 ISO 7730 热环境评价标准,工作区的温度梯度与风速均需维持在规定限值内,送风温度的调整不得突破气流组织设计所依据的初始参数边界。

其次,送风温度调整受除湿能力与露点温度的刚性约束。在湿热地区或高湿负荷场所,送风温度上调可能导致空气处理机组的除湿能力下降,送风含湿量升高,室内相对湿度超出设计范围,引发结露、霉变与室内空气质量(IAQ)恶化。因此,送风温度重置策略必须嵌入露点温度联锁保护逻辑:当送风露点温度高于设定阈值时,禁止继续上调送风温度,必要时强制降低送风温度以恢复除湿能力。

此外,送风温度的动态调整速率需受到限制,以避免冷盘管水阀频繁动作导致的水温波动与冷源侧不稳定。工程实践中通常设置每分钟不超过 0.3℃至 0.5℃的调整速率限制,并配合 PID 控制器的参数整定,使送风温度回路的响应时间常数与静压回路、冷源侧回路相匹配,避免多回路之间的振荡耦合。


六、结语

变风量系统送风温度控制策略的核心价值,在于通过动态重置机制将送风温度从静态设计参数转化为随负荷响应的优化变量,在满足室内热舒适与空气质量约束的前提下,最小化系统送风量需求,进而降低风机输送能耗与冷源侧能耗。该策略的有效实施依赖于送风温度与静压控制的协同优化框架、末端阀位或总风量的实时反馈信号,以及气流组织、露点温度与设备运行边界等多重工程约束的严格执行。基于现有工程实践数据,成熟的送风温度重置策略可实现 10% 至 30% 的风机能耗降低,协同控制框架可在此基础上进一步挖掘 5% 至 15% 的节能空间,是 VAV 系统能效提升中兼具技术可行性与经济合理性的关键控制手段。

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