Systeme mit variablem Luftvolumen (VAV) sind die am weitesten verbreiteten Arten von HLK-Luftsystemen für mittlere und große gewerbliche Gebäudeprojekte (Projekte größer als 10.000 ft2), da VAV-Systeme flexibel und energieeffizient sind und ein angenehmes Raumklima bieten. VAV-Systeme liefern einen variablen Zuluftstrom bei einer konstanten Temperatur (typischerweise 55 °F) durch den Primärluftkanal zu mehreren VAV-Endgeräten, von denen jedes eine separate Temperaturzone bedient. Jedes VAV-Regelgerät enthält eine motorbetriebene Klappe, die den Primärluftstrom zur Zone moduliert, einen Einlassluftstromsensor und in einigen Fällen eine Heizspule und einen kleinen Umluftventilator.
Der Zuluftstrom vom VAV-Lüftungsgerät ist normalerweise modulamd, um einen konstanten statischen Druck innerhalb des Primärluftkanalsystems aufrechtzuerhalten. Dies wird von einem statischen Kanaldrucksensor gemessen, der sich in der Regel zwei Drittel des Weges nach unten im Primärluftkanalsystem befindet. Die Modulation der Zuluftströmungswege mit den Bedürfnissen der VAV-Thermoeinheiten; Das heißt, je mehr Primärluftklappen in den VVS-Regelgeräten öffnen, um den Zonen mehr Luft zuzuführen, desto geringer wird der statische Druck im Primärluftkanalsystem und die Ventilatordrehzahl im VVS-Lüftungsgerät erhöht sich, um den zugeführten Zuluftstrom zu erhöhen das VAV-Lüftungsgerät, um den statischen Druck im Kanalsystem wiederherzustellen. Umgekehrt steigt beim Schließen der Primärluftklappen der statische Druck des Primärluftkanals und die Lüfterdrehzahl im VAV-Lüftungsgerät nimmt ab, um den vom VAV-Lüftungsgerät gelieferten Zuluftstrom zum Ausgleich zu verringern.
Das Lüftungsgerät für ein VAV-System ist dasselbe wie für ein CAV-System mit der Ausnahme, dass es eine Möglichkeit gibt, den vom Gerät gelieferten Zuluftstrom zu modulieren. Die gebräuchlichste Art, den Zuluftstrom des Geräts zu modulieren, besteht darin, die Frequenz des Signals zu steuern, das über einen Frequenzumrichter (VFD) an den Zuluftventilatormotor gesendet wird.
Die Drehzahl eines Wechselstrommotors (AC) ist direkt proportional zur Frequenz des Eingangssignals für den Motor. Wenn daher die Frequenz des VFD-Ausgangssignals zum Motor reduziert wird, wird die Motordrehzahl reduziert und der Zuluftstrom wird ebenfalls reduziert. Das Gegenteil gilt, wenn die Frequenz des VFD-Ausgangssignals zum Motor erhöht wird. Die maximal empfohlene Frequenz des VFD-Ausgangssignals ist die der VFD-Netzeingangsfrequenz oder 60 Hz. Der Zuluftventilatormotor läuft mit voller Drehzahl, wenn er ein VFD-Ausgangssignal von 60 Hz empfängt. VFDs können Frequenzen von mehr als 60 Hz liefern, dies führt jedoch dazu, dass der Lüftermotor über seinem Nennstrom bei laufender Last arbeitet [dh der Motor arbeitet in seinem Betriebsfaktorbereich (typischerweise zwischen 100 und 115 % des Nennstroms bei laufender Last). ist nicht zu empfehlen].
Bei der Konstruktion von VAV-Systemen, die DX-Kältemittelschlangen zur Kühlung verwenden, ist Vorsicht geboten. Wenn das Kühlsystem nicht mit einer angemessenen Kapazität zum Entladen der Kühlsystemkapazität ausgestattet ist, kann es bei niedrigem Luftstrom zum Einfrieren der DX-Kältemittel-Kühlschlange kommen. Das Entladen des Kühlsystems, die angemessene Steuerung der Ablufttemperatur und der Einbau eines VFD in den Geräteschrank sind alles Probleme, die Hersteller von HVAC-Geräten kürzlich für DX-Geräte mit einer Kapazität von weniger als 25 Tonnen gelöst haben. Hersteller von HLK-Anlagen bieten jetzt VAV-Betrieb für Luftsysteme an, die DX-Kältemittel-Kühlschlangen mit Kapazitäten von nur 5 Tonnen verwenden.
Die häufigste Verwendung eines VAV-Systems ist die Versorgung mehrerer Temperaturzonen. Daher werden wir zuerst Mehrzonen-VAV-Systeme besprechen und dann die Verwendung eines VAV-Systems für eine Einzonenanwendung besprechen.
Mehrere Zonen
VAV-Regeleinheiten
Durch die Modulation der Primärluftklappe in den VVS-Regelgeräten wird den Zonen ein variabler Primärluftstrom zugeführt. Wenn die Zonentemperatur sinkt, wird die Primärluftklappe moduliert geschlossen, um der Zone weniger (55°F) Primärluft zuzuführen. Sobald die Primärluftklappe ihre vorgegebene Mindestposition erreicht (normalerweise etwa 25 % des maximalen Luftstroms), positionieren VVS-Regelgeräte mit Heizfunktion bei einem weiteren Abfall der Zonentemperatur die Primärluftklappe auf den Heizluftstrom und modulieren die Leistung des Heizregisters, um den Heizsollwert des Zonentemperatursensors aufrechtzuerhalten. Ventilatorbetriebene VAV-Regelgeräte sind außerdem mit einem kleinen Ventilator ausgestattet, der Luft (normalerweise aus dem Deckenrückluftplenum) durch die Heizschlange des VAV-Regelgeräts umwälzt.
1 ist ein schematisches Diagramm eines VAV-Systems, das mehrere VAV-Terminaleinheiten bedient.
Doppelkanal
Zweikanalige VAV-Luftsysteme sind ungefähr so ungewöhnlich wie Zweikanal-CAV-Luftsysteme. Der wahrscheinlichste Zeitpunkt, an dem ein HVAC-Systementwickler auf ein Zweikanal-VAV-Luftsystem stoßen würde, wäre im Fall eines Systems, das ursprünglich als Zweikanal-CAV-System konzipiert war, aber später renoviert wurde, um als VAV-System zu funktionieren. Der Konstrukteur des HVAC-Systems kann auch die Aufgabe haben, die Modifikationen an einem Zweikanal-CAV-System zu entwerfen, um es in ein Zweikanal-VAV-System umzuwandeln.
Zweikanal-VAV-Systeme funktionieren ähnlich wie Zweikanal-CAV-Systeme, außer dass der Zuluftstrom zu den Zonen variabel und nicht konstant ist. Der Zuluftventilator im Zweikanal-Lüftungsgerät muss mit einem Mittel ausgestattet sein, um seinen Luftstrom als Reaktion auf den statischen Druck sowohl in den heißen als auch in den kalten Hauptkanälen zu modulieren. Die Energieeffizienz eines Zweikanal-VAV-Systems wäre etwa die gleiche wie die eines konventionellen VAV-Systems mit VAV-Endgeräten.
Bei der Umwandlung eines Zweikanal-CAV-Systems in ein VAV-System sollte darauf geachtet werden, dass die Zonen keinen konstanten Zuluftstrom benötigen, um als Ersatz für einen konstanten Abluftstrom zu dienen.
Einzelzone
Der Betrieb eines Einzonen-VAV-Systems ähnelt dem Betrieb eines VAV-Systems, das mehrere Zonen bedient, außer dass es keine VAV-Endgeräte gibt und der Zuluftstrom moduliert wird, um den Kühlsollwert des (Einzel-)Zonentemperatursensors aufrechtzuerhalten, anstatt ihn zu halten Halten Sie einen konstanten statischen Druck im Primärluftkanal aufrecht. Die Zulufttemperatur wird auf 55 °F gehalten, solange der Zonentemperatursensor Kühlung fordert.
Sobald die Zonentemperatur unter den Kühlsollwert fällt (normalerweise 75 °F), arbeitet das Lüftungsgerät im Heizmodus: Die Kühlung wird deaktiviert, der Zuluftventilator arbeitet mit dem vorgegebenen Heizluftstrom und der Ausgang der Heizspule innerhalb des Geräts wird nach Bedarf moduliert, um den Heizsollwert des Zonentemperatursensors (typischerweise 70 °F) aufrechtzuerhalten.
Sobald die Zonentemperatur über den Kühlsollwert ansteigt, arbeitet das Lüftungsgerät im Kühlmodus: Die Heizung wird deaktiviert, die Leistung der Kühlschlange wird nach Bedarf moduliert, um die Zulufttemperatur auf 55 °F zu halten, und die Der Zuluftstrom wird moduliert, um den Kühlsollwert des Zonentemperatursensors aufrechtzuerhalten.
Der Vorteil eines einzonigen VAV-Systems gegenüber einem einzonigen CAV-System besteht darin, dass die Zulufttemperatur während des Kühlbetriebs konstant bei etwa 55 °F bleibt. Diese konstant kühle Zulufttemperatur führt zu einer geringeren relativen Luftfeuchtigkeit im Raum als in demselben Bereich, der von einem CAV-System versorgt wird, wo die Zulufttemperatur irgendwo zwischen 55 °F (volle Kühllast) und 75 °F (keine Kühllast) schwanken kann. Die höhere relative Luftfeuchtigkeit im Raum, die sich aus der Verwendung eines CAV-Systems ergibt, wird durch die Außenluftventilation in feuchten Klimazonen und durch eine hohe Personendichte in den von der Einheit versorgten Bereichen verschlimmert.
Aufgrund der jüngsten technologischen Fortschritte können Einzonen-VAV-Systeme, die DX-Kältemittel-Kühlschlangen verwenden, Bereiche mit einer Kühllast von nur 5 Tonnen versorgen.
HVAC Design Sourcebook - W. Larsen Engel, PE, LEED AP, ist ein Prinzipal des MEP-Beratungsingenieurbüros Green Building Energy Engineers. Er ist seit mehr als 30 Jahren in der MEP-Beratungstechnikbranche tätig. Herr Angel hat zur Entwicklung von Designstandards beigetragen und findet weiterhin neue Wege, um den HLK-Systemdesignprozess zu rationalisieren.
