I sistemi Volume di aria variabile (VAV) sono i tipi più utilizzati di sistemi di aria HVAC per progetti di costruzione commerciale di medie e grandi dimensioni (progetti superiori a 10.000 ft2) perché i sistemi VAV sono flessibili, efficienti dal punto di vista energetico e forniscono un ambiente interno confortevole. I sistemi VAV offrono un flusso d'aria di alimentazione variabile a una temperatura costante (in genere 55 ° F) attraverso il dotto dell'aria primario a più unità terminali VAV, ognuna delle quali serve una zona di temperatura separata. Ogni unità di terminale VAV contiene una serranda a motore che modula il flusso d'aria primario nella zona, un sensore del flusso d'aria di ingresso e, in alcuni casi, una bobina di riscaldamento e una piccola ventola di aria a ricircolo.
Il flusso d'aria di alimentazione dall'unità di manipolazione dell'aria VAV viene normalmente modulo per mantenere una pressione statica costante all'interno del sistema di dotti dell'aria primaria. Questo è misurato da un sensore di pressione statico del dotto, che si trova in genere due terzi che lungo il sistema di dotti dell'aria primaria. La modulazione del flusso d'aria di approvvigionamento traccia con le esigenze delle unità VAV Termirutl; Cioè, poiché più smorzatori d'aria primari nelle unità del terminale VAV si aprono per fornire più aria alle zone, la pressione statica nel sistema di condotto dell'aria primaria diminuisce e la velocità della ventola nell'unità di manipolazione dell'aria VAV aumenta per aumentare il flusso d'aria di alimentazione erogato dall'unità di gestione dell'aria VAV per ripristinare la pressione statica nel sistema di dotto. Al contrario, quando si chiudono gli smorzatori d'aria primari, la pressione statica del dotto dell'aria primaria aumenta e la velocità della ventola nell'unità di gestione dell'aria VAV diminuisce per ridurre il flusso d'aria di alimentazione erogato dall'unità di gestione dell'aria VAV per compensare.
L'unità di movimentazione dell'aria per un sistema VAV è la stessa che sarebbe necessaria per un sistema CAV con l'eccezione che esiste un mezzo per modulare il flusso d'aria di alimentazione erogato dall'unità. Il modo più comune di modulare il flusso d'aria di alimentazione dell'unità è controllando la frequenza del segnale inviato al motore della ventola di alimentazione attraverso un'unità di frequenza variabile (VFD).
La velocità di un motore di corrente alternata (AC) è direttamente proporzionale alla frequenza del segnale di ingresso al motore. Pertanto, poiché la frequenza del segnale di uscita VFD al motore viene ridotta, la velocità del motore viene ridotta e anche il flusso d'aria di alimentazione viene ridotta. Il contrario è vero quando la frequenza del segnale di uscita VFD al motore è aumentata. La frequenza massima consigliata del segnale di uscita VFD è quella della frequenza di ingresso della linea VFD, o 60 Hz. Il motore della ventola di alimentazione funzionerà a tutta velocità quando riceve un segnale di uscita VFD di 60 Hz. I VFD possono offrire frequenze superiori a 60 Hz, ma ciò fa funzionare il motore della ventola al di sopra dei suoi amplificatori di carico in esecuzione nominale [ad es. Il motore funziona nell'intervallo dei fattori di servizio (in genere tra il 100 e il 115% degli AMP di carico in esecuzione nominale), che non è raccomandato].
È necessario prestare attenzione durante la progettazione di sistemi VAV che utilizzano bobine di refrigerante DX per il raffreddamento. A meno che il sistema di refrigerazione non sia dotato di adeguata capacità di scaricare la capacità del sistema di refrigerazione, il congelamento della bobina di raffreddamento del refrigerante DX potrebbe verificarsi a basse condizioni di flusso d'aria. Lo scarico del sistema di refrigerazione, un adeguato controllo della temperatura dell'aria di scarico e l'incorporazione di un VFD nel gabinetto dell'unità sono tutti problemi che i produttori di apparecchiature HVAC hanno recentemente risolto per apparecchiature DX con capacità inferiori a 25 tonnellate. I produttori di attrezzature HVAC ora offrono un funzionamento VAV per i sistemi d'aria che utilizzano bobine di raffreddamento del refrigerante DX in capacità a partire da 5 tonnellate.
L'uso più comune di un sistema VAV è nel servire più zone di temperatura. Pertanto, discuteremo prima i sistemi VAV a più zone e quindi discuteremo dell'uso di un sistema VAV per un'applicazione a zona singola.
Zona multipla
Unità terminali VAV
Il flusso d'aria primario variabile viene consegnato alle zone attraverso la modulazione dell'ammortizzatore di aria primario nelle unità del terminale VAV. Man mano che la temperatura della zona diminuisce, la serranda dell'aria primaria viene modulata chiusa per fornire meno aria primaria (55 ° F) alla zona. Una volta che l'ammortizzatore d'aria primario raggiunge la sua posizione minima predeterminata (di solito circa il 25% del flusso d'aria massimo), su un ulteriore calo della temperatura della zona, le unità terminali VAV che hanno capacità di riscaldamento posizionano lo smorzatore di aria primario sul flusso d'aria di riscaldamento e modulerà l'uscita del bobina di riscaldamento per mantenere il setpoint di riscaldamento del sensore di temperatura della zona. Le unità del terminale VAV a ventola sono inoltre dotate di una piccola ventola che ricircola l'aria (normalmente dal soffitto di ritorno plenum dell'aria) attraverso la bobina di riscaldamento dell'unità terminale VAV.
La Figura 1 è un diagramma schematico di un sistema VAV che serve più unità terminali VAV.
Doppio condotto
I sistemi di aria VAV a doppio dutto sono quasi non comuni come i sistemi di aria CAV a doppio dutto. Il tempo più probabile che un progettista di sistemi HVAC incontri un sistema Air VAV a doppio dutto sarebbe nel caso di un sistema che era stato originariamente progettato come sistema di cav a dualdoct ma successivamente è stato rinnovato per funzionare come sistema VAV. Il progettista del sistema HVAC può anche avere il compito di progettare le modifiche a un sistema CAV a doppio dutto per convertirlo in un sistema VAV a doppio dutto.
I sistemi VAV a doppio dutto funzionano più o meno allo stesso modo dei sistemi di cav a doppio udienza, tranne il flusso d'aria di alimentazione verso le zone, è variabile, non costante. La ventola di alimentazione nell'unità di manipolazione dell'aria a doppio dutto deve essere dotata di un mezzo per modulare il flusso d'aria in risposta alla pressione statica nei dotti caldi e freddi principali. L'efficienza energetica di un sistema VAV a doppio dutto sarebbe più o meno quella di un sistema VAV convenzionale che utilizza unità terminali VAV.
È necessario prestare attenzione a convertire un sistema CAV a doppio dutto in un sistema VAV per garantire che le zone non richiedano un flusso d'aria di alimentazione costante per servire da trucco per il flusso d'aria di scarico costante.
A zona singola
Il funzionamento di un sistema VAV a zona singola è simile al funzionamento di un sistema VAV che serve più zone, tranne per il fatto che non vi sono unità terminali VAV e il flusso d'aria di alimentazione è modulato per mantenere il setpoint di raffreddamento del sensore di temperatura della zona (singola) piuttosto che mantenere una pressione statica del dotto dell'aria primaria costante. La temperatura dell'aria di alimentazione viene mantenuta a 55 ° F purché il sensore di temperatura della zona chiede il raffreddamento.
Una volta che la temperatura della zona scende al di sotto del setpoint di raffreddamento (in genere a 75 ° F), l'unità di gestione dell'aria funzionerà in modalità di riscaldamento: il raffreddamento sarà disabilitato, la ventola di alimentazione funzionerà al flusso d'aria di riscaldamento predeterminato e l'uscita della bobina di riscaldamento all'interno dell'unità verrà modulata a causa della manutenzione del set di riscaldamento del sensore di temperatura della zona (tipicamente 70 ° F).
Una volta che la temperatura della zona sale al di sopra del setpoint di raffreddamento, l'unità di gestione dell'aria funzionerà in modalità di raffreddamento: il riscaldamento verrà disabilitato, l'uscita della bobina di raffreddamento verrà modulata come richiesto per mantenere la temperatura dell'aria di alimentazione a 55 ° F e il flusso d'aria di alimentazione verrà modulato per mantenere il setpoint di raffreddamento del sensore di temperatura della zona.
Il vantaggio di un VAV a zona singola su un sistema CAV a zona singola è che durante il funzionamento di raffreddamento, la temperatura dell'aria di alimentazione rimarrà costante a circa 55 ° F. Questa temperatura dell'aria di alimentazione costantemente fresca comporterà un'umidità relativa dello spazio inferiore rispetto alla stessa area servita da un sistema CAV in cui la temperatura dell'aria di alimentazione può variare ovunque tra 55 ° F (carico di raffreddamento completo) e 75 ° F (nessun carico di raffreddamento). L'umidità relativa dello spazio più elevato derivante dall'uso di un sistema CAV è esacerbata dalla ventilazione dell'aria esterna nelle zone climatiche umide e da un'alta densità di occupanti nelle aree servite dall'unità.
A causa dei recenti progressi nella tecnologia, i sistemi VAV a zona singola che utilizzano le bobine di raffreddamento del refrigerante DX possono servire aree con un carico di raffreddamento a partire da 5 tonnellate.
Sourcebook HVAC Design - W. Larsen Angel, PE, LEED AP, è un principale della società di ingegneria di consulenza MEP Green Building Energy Ingegneri. Ha lavorato nel settore dell'ingegneria della consulenza MEP per più di 30 anni. Angel ha contribuito allo sviluppo di standard di progettazione e continua a trovare nuovi modi per semplificare il processo di progettazione del sistema HVAC.
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