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1 引言
對變風量空調系統的研究開始于上世紀七十年代。七十年代到九十年代主要研究VAV空調系統的能耗問題，通過與定風量系統(CAV)與常規的風機盤管系統的能耗比較來改善VAV空調系統。相對CAV空調系統而言，VAV空調系統的送風量和送風再熱量都有較大變化，較低的風機能耗及制冷負荷更加符合節能要求，對風機采用有效的調控措施，降低風機能耗是提高VAV空調系統能效的重要方法。通過對送風靜壓的監測實現對送風量的控制，送風機的變頻調速與DDC控制相結合是這一時期VAV空調系統研究的主要方向，變頻調速與變靜壓控制的有機結合使VAV空調系統具有了更大的節能空間。
2 變風量空調(VAV)系統控制發展
VAV空調系統的控制方式的發展大體上經歷了三個階段：第一個階段，80年代開發并實際投入使用的定靜壓定溫度控制形式；第二個階段，90年代前中期開發并實際運用的定靜壓變溫度控制形式；第三個階段，90年代后期開發并實際運用的變靜壓變溫度控制形式，在此階段同時并存的還有總風量控制形式，已運用于實踐。
目前，VAV空調系統已經成為歐美發達國家集中空調系統的主流模式。進入九十年代后，能源危機的緊迫使得日本對國內七十年代以前建設的中央空調系統進行改建或重建，將原有的定風量系統改造為變風量系統，并加大了對VAV空調控制系統的研究力度，形成了自己的控制模式及標準。目前，在我國發達地區新建公建項目中采用VAV空調系統者已占到較大比例。
我國雖然在VAV空調系統的理論研究上取得了不小的成績，但具體到實踐上與國外同類研究還有不小的差距，由于VAV空調系統真正在國內大范圍得以推廣使用的時間還很短，缺少實踐經驗，加之該控制技術相對復雜，控制環節多，尤其是對VAV空調系統控制部件的復雜性還存在研究上的困難，關鍵部件還需國外產品支持，另外價格較高、實際工程效果不理想等客觀原因也阻礙了VAV空調系統的推廣使用。
3 變風量空調(VAV)系統末端控制與裝置
VAV空調系統的控制機理并不是很復雜，末端送風裝置是實現變風量功能的關鍵，而選擇何種控制系統并與末端送風裝置進行有機結合是整個VAV空調系統最重要的環節之一。VAV空調系統并非是簡單地在定風量系統上加裝可調變速風機及末端裝置，它還包括由多個控制回路所組成的控制系統，要保證VAV空調系統運行隨著空調負荷變化而進行相應改變就必須依靠自動控制系統。變風量控制系統的主要作用是：自動調節系統送風量以適應房間空調負荷變化；通過相對獨立的控制單元分別實現對不同房間、不同功能區域的不同溫度參數要求；能夠根據負荷變化自動調節送風主機的運行頻率以降低空調系統運行能耗，實現節能目的。
目前在過程控制領域中應用最為廣泛的控制器是常規PID(比例，積分，微分)控制器，簡單、穩定性好、可靠性高等特點使其對于線性定常的控制是非常有效的，一般都能夠得到比較滿意的控制效果，至今在全世界的過程控制中有84％的控制器仍是PID控制器，VAV系統末端裝置也大多采用PID)控制器。
PID控制以其巧妙的構思和良好的控制效果一度成為應用最廣泛，實現最簡單的控制策略。PID控制理論內涵給人們留下了較大的研究空間，關于PID參數自整定的方法也相繼問世，但隨著控制理論及應用范圍的不斷發展，控制對象也日趨復雜，有些系統的過程模型難以建立，并且具有高度的非線性、時變性；比如VAV變風量空調系統的時變控制，因此傳統的PID控制策略就顯露了它的不足。雖然研究人員試圖通過簡化控制算法或采取優化集合控制等來解決這一不足，但效果并不很理想。
基于PID控制所存在的問題，相關研究人員根據變風量空調系統的特點結合控制技術在不斷改進PID控制算法的基礎上積極尋找其它更為高級的控制方式，通過實踐，逐步將最優控制、自適應控制、模糊控制及神經網絡控制等智能化控制手段應用于VAV空調系統的控制實踐。
隨著控制技術、空調技術的發展以及將二者相結合運用于建筑系統的發展趨勢來看，VAV空調系統控制技術從最初的定靜壓控制到變靜壓控制再到后來直接數字控制、總風量控制再到智能化控制已經取得了很大的發展，其中清華大學有關學者提出的總風量控制法具有一定影響，該方法不采用靜壓送風量，而是根據壓力無關型VAV空調系統末端裝置的設定風量來確定系統送風總量并據此計算出送風風機的轉速，從而對送風量進行控制。他們通過對總風量控制法與定靜壓控制法、變靜壓控制法的節能效果比較，認為雖然總風量控制法的節能效果雖不如變靜壓控制法，但因其沒有壓力控制環節，所以運行穩定性很好。另外，還有學者通過分析變VAV空調系統的局部控制，利用其送風末端裝置風閥的開度作為各空調區域相關負荷的指示信號，提出送風靜壓優化控制方法。
4 變風量空調(VAV)控制系統模型
VAV空調系統主要應用于大中型建筑物，它是全空氣空調系統與控制技術相結合并不斷發展的產物。與常規的全空氣空調系統相比，VAV空調系統最主要的特點就是在每個空調房間的送風管處設置一個VAV空調系統末端裝置(VAV Box)，該末端裝置的主要功能部件是一個風量調節閥門或末端調速風機。
在總風量控制下的VAV系統中, 當室內溫空器實時監測到實際溫度超出設定溫度時，通過A／D轉換將溫差信號由各分支饋線傳輸給末端裝置控制器，并同時將信號傳輸給VAV系統主控制器。通過對信號的比較處理，改變送風主機運行頻率，改變送風量。而末端裝置通過調整閥門開度或風機轉速來控制進入房間的送風量，進而實現對各個房間的溫度控制。末端裝置的風量調節是通過其自身的控制系統來實現的，最簡單的控制方式就是根據比較房間內實際溫度值與設定溫度值之間的差值來調節末端裝置的風閥開度。但這種控制也存在一些問題：當某個房間達到設定溫度而相應末端裝置風閥開度保持穩定時，由于其它房間末端裝置響應相應空調狀況而做出調整時就會影響整個VAV空調系統送風壓力，進而改變已調整穩定的房間末端裝置，而空調負荷的熱惰性又致使末端裝置不會立刻進行調整性動作，等房間空調負荷交得較大并出現溫度波動時，末端裝置才采取動作，而動作的結果又反過來影響其它房間末端裝置的控制效果。這樣一種以動態響應為主連續參量、多環節的控制方式來保證環境溫度與設定溫度相一致是很困難的，其中任何一個環節年問題都會導致運行出現故障或是令系統功能大打折扣。比如，在送風管道上選擇檢測點的位置如何，能否準確代表系統送風狀況，是否失真，再比如送風管道異常漏風時，還有，假如信號抗電磁干擾能力差等都會導致系統送風紊亂，送風主機運行頻率異常，原有送風平衡被破壞，甚至無法進行系統運行調整等等問題。
5 結語
變風量末端裝置是VAV空調系統直接作用于被控環境的設備，通過末端裝置的即時響應來調節環境的溫、濕度，同時又是通過末端裝置將預調整狀態前饋給VAV系統控制器對系統送風主機，進而改變送風量響應末端裝置的即時變化。所以末端裝置是VAV空調系統最為關鍵的設備，其控制環節也是VAV控制系統的重要組成部分。本文對于變風量空調(VAV)及其控制系統相關研究，有利于提高變風量空調控制水平。