ระบบ ปรับปริมาณอากาศแบบแปรผัน ( VAV ) เป็นระบบทำความร้อน ระบายอากาศ และ/หรือปรับอากาศ ( HVAC ) ประเภทหนึ่ง ซึ่งแตกต่างจาก ระบบ ปรับปริมาณอากาศแบบคงที่ (CAV) ที่จ่ายปริมาณอากาศคงที่ที่อุณหภูมิแปรผัน ระบบ VAV จะปรับปริมาณอากาศที่อุณหภูมิคงที่หรือแปรผันได้^{[ 1 ] [ 2 ]}ข้อดีของระบบ VAV เมื่อเทียบกับระบบปรับปริมาณอากาศแบบคงที่ ได้แก่ การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำยิ่งขึ้น การสึกหรอของคอมเพรสเซอร์ลดลง การใช้พลังงานของพัดลมระบบลดลง เสียงพัดลมน้อยลง และการลดความชื้นแบบพาสซีฟเพิ่มเติม^{[ 3 ]}

กล่อง VAV เป็นหน่วยที่ควบคุมการไหลของอากาศ การกำหนดค่าปลายทางท่อเดี่ยวเป็นแบบที่ง่ายที่สุด โดยกล่อง VAV จะเชื่อมต่อกับท่อจ่ายอากาศ เพียงท่อเดียว ที่ส่งอากาศที่ผ่านการปรับอุณหภูมิแล้วจากหน่วยจัดการอากาศ (AHU) ไปยังพื้นที่ที่กล่องนั้นให้บริการ^{[ 2 ]}การกำหนดค่านี้สามารถส่งอากาศที่อุณหภูมิหรือปริมาตรอากาศที่แปรผันได้เพื่อตอบสนองความต้องการด้านความร้อนและความเย็น รวมถึงอัตราการระบายอากาศที่พื้นที่ต้องการ^{[ 2 ]}

โดยทั่วไปแล้ว กล่อง VAV จะไม่ขึ้นกับแรงดัน หมายความว่ากล่อง VAV ใช้การควบคุมเพื่อส่งอัตราการไหลคงที่โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันระบบที่เกิดขึ้นที่ทางเข้า VAV ^{[ 2 ]}การทำงานนี้ทำได้โดยเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศที่ติดตั้งไว้ที่ทางเข้า VAV ซึ่งจะเปิดหรือปิดแดมเปอร์ภายในกล่อง VAV เพื่อปรับการไหลของอากาศ^{[ 2 ]}ความแตกต่างระหว่างกล่อง CAV และ VAV คือ กล่อง VAV สามารถตั้งโปรแกรมให้ปรับเปลี่ยนอัตราการไหลได้หลายระดับขึ้นอยู่กับสภาพของพื้นที่ กล่อง VAV ถูกตั้งโปรแกรมให้ทำงานระหว่างค่าการไหลของอากาศต่ำสุดและสูงสุด และสามารถปรับการไหลของอากาศได้ขึ้นอยู่กับจำนวนคน อุณหภูมิ หรือพารามิเตอร์ควบคุมอื่นๆ^{[ 4 ]}กล่อง CAV สามารถทำงานได้เฉพาะค่าคงที่ ค่าสูงสุด หรือสถานะ "ปิด" เท่านั้น^{[ 5 ]}ความแตกต่างนี้หมายความว่ากล่อง VAV สามารถควบคุมอุณหภูมิในพื้นที่ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นในขณะที่ใช้พลังงานน้อยลงมาก อีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้กล่อง VAV ประหยัดพลังงานมากขึ้นก็คือ กล่อง VAV จะเชื่อมต่อกับไดรฟ์ปรับความเร็วรอบของพัดลมทำให้พัดลมสามารถลดความเร็วลงได้เมื่อกล่อง VAV อยู่ในสภาวะโหลดบางส่วน^{[ 6 ] [ 7 ]}

โดยทั่วไปแล้ว กล่อง VAV มักจะมีระบบทำความร้อนซ้ำ ไม่ว่าจะเป็นขดลวดทำความร้อนไฟฟ้าหรือขดลวดทำความร้อนแบบไฮดรอลิก^{[ 4 ]}ขดลวดไฟฟ้าทำงานบนหลักการของการทำความร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้า โดยที่พลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นความร้อนผ่านความต้านทานไฟฟ้า ในขณะที่การทำความร้อนแบบไฮดรอลิกใช้น้ำร้อนในการถ่ายเทความร้อนจากขดลวดไปยังอากาศ การเพิ่มขดลวดทำความร้อนซ้ำช่วยให้กล่องสามารถปรับอุณหภูมิอากาศที่จ่ายให้ตรงกับภาระความร้อนในพื้นที่ในขณะที่ส่งมอบอัตราการระบายอากาศที่ต้องการ^{[ 2 ]}ในบางแอปพลิเคชัน พื้นที่อาจต้องการอัตราการเปลี่ยนอากาศที่สูงมากจนทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการเย็นเกินไป^{[ 5 ]}ในสถานการณ์นี้ ขดลวดทำความร้อนซ้ำสามารถเพิ่มอุณหภูมิอากาศเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิที่ตั้งไว้ในพื้นที่^{[ 2 ]}สถานการณ์นี้มักเกิดขึ้นในช่วงฤดูทำความเย็นในอาคารที่มีโซนรอบนอกและโซนภายใน โซนรอบนอกซึ่งได้รับแสงแดดมากกว่า ต้องการอุณหภูมิอากาศที่จ่ายจากหน่วยจัดการอากาศที่ต่ำกว่าโซนภายในซึ่งได้รับแสงแดดน้อยกว่าและมักจะเย็นกว่าโซนรอบนอกเมื่อไม่ได้ปรับสภาพอากาศ เนื่องจากอุณหภูมิอากาศที่ส่งไปยังทั้งสองโซนเท่ากัน คอยล์ทำความร้อนจึงต้องทำให้อากาศภายในโซนร้อนขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการเย็นเกินไป^{[ 8 ]}

อัตราการไหลของพัดลมสามารถปรับเปลี่ยนได้ สำหรับเครื่องปรับอากาศ แบบ VAV เครื่องเดียว ที่ให้บริการหลายโซนความร้อน อัตราการไหลไปยังแต่ละโซนก็ต้องปรับเปลี่ยนด้วยเช่นกัน

หน่วยปลายทาง VAV ^{[ 9 ]}ซึ่งมักเรียกว่ากล่อง VAVเป็นอุปกรณ์ควบคุมการไหลระดับโซน โดยพื้นฐานแล้วคือแดมเปอร์ อากาศที่ปรับเทียบแล้ว พร้อมแอคทูเอเตอร์ อัตโนมัติ หน่วยปลายทาง VAV เชื่อมต่อกับระบบควบคุมท้องถิ่นหรือระบบควบคุมส่วนกลาง ในอดีต การควบคุม ด้วยลมเป็นเรื่องปกติ แต่ระบบควบคุมดิจิทัลโดยตรงแบบ อิเล็กทรอนิกส์ ได้รับความนิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานขนาดกลางถึงขนาดใหญ่ การควบคุมแบบไฮบริด เช่น การมีแอคทูเอเตอร์แบบลมพร้อมการเก็บรวบรวมข้อมูลดิจิทัล ก็ได้รับความนิยมเช่นกัน^{[ 10 ]}

แผนภาพแสดงการใช้งานเชิงพาณิชย์ทั่วไป ระบบ VAV นี้ประกอบด้วยกล่อง VAV ท่อลม และหัวจ่ายอากาศสี่หัว

การควบคุมกำลังของพัดลมในระบบมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบ VAV หากไม่มีการควบคุมอัตราการไหลที่เหมาะสมและรวดเร็ว ท่อลมหรือซีลของระบบอาจเสียหายได้ง่ายจากแรงดันเกิน ในโหมดการทำงานทำความเย็น เมื่ออุณหภูมิในพื้นที่ถึงระดับที่ต้องการ กล่อง VAV จะปิดลงเพื่อจำกัดการไหลของอากาศเย็นเข้าไปในพื้นที่ เมื่ออุณหภูมิในพื้นที่เพิ่มขึ้น กล่องจะเปิดออกเพื่อลดอุณหภูมิลง พัดลมจะรักษาแรงดันสถิตคงที่ในท่อส่งอากาศโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของกล่อง VAV ดังนั้น เมื่อกล่องปิดลง พัดลมจะหมุนช้าลงหรือจำกัดปริมาณอากาศที่ไหลเข้าสู่ท่อส่งอากาศ เมื่อกล่องเปิดออก พัดลมจะหมุนเร็วขึ้นและอนุญาตให้มีการไหลของอากาศเข้าไปในท่อมากขึ้น โดยรักษาแรงดันสถิตคงที่^{[ 11 ]}

หนึ่งในความท้าทายของระบบ VAV คือการควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับหลายโซนที่มีสภาพแวดล้อมแตกต่างกัน เช่น สำนักงานที่อยู่บริเวณขอบกระจกของอาคาร เทียบกับสำนักงานภายในอาคารที่อยู่ถัดไป ระบบท่อคู่จะส่งอากาศเย็นในท่อหนึ่งและอากาศอุ่นในท่อที่สอง เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่เหมาะสมของอากาศผสมสำหรับทุกโซน อย่างไรก็ตาม ท่อเพิ่มเติมนั้นยุ่งยากและมีราคาแพง การทำความร้อนอากาศจากท่อเดียวโดยใช้ไฟฟ้าหรือน้ำร้อน มักเป็นวิธีแก้ปัญหาที่คุ้มค่ากว่า^{[ 12 ]}

ระบบทำความร้อน VAV แบบดั้งเดิมใช้ปริมาณการไหลของอากาศขั้นต่ำที่ 30% ถึง 50% ของปริมาณการไหลของอากาศที่ออกแบบไว้ ปริมาณการไหลของอากาศขั้นต่ำเหล่านี้ถูกเลือกเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของการระบายอากาศไม่เพียงพอและปัญหาความสบายทางความร้อน อย่างไรก็ตาม งานวิจัยที่ตีพิมพ์ซึ่งสนับสนุนประสิทธิภาพของวิธีการนี้มีน้อย ระบบที่ทำงานที่ช่วงปริมาณการไหลของอากาศขั้นต่ำที่ต่ำกว่า (10% ถึง 20% ของปริมาณการไหลของอากาศที่ออกแบบไว้) มีแนวโน้มที่จะใช้พลังงานพัดลมและคอยล์ทำความร้อนน้อยกว่าเมื่อเทียบกับระบบแบบดั้งเดิม และงานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่ายังคงสามารถบรรลุความสบายทางความร้อนและการระบายอากาศที่เพียงพอได้ที่ปริมาณการไหลของอากาศขั้นต่ำที่ต่ำกว่าเหล่านี้^{[ 13 ]}

ระบบทำความร้อน VAV ที่ใช้ปริมาณลมขั้นต่ำที่สูงกว่าโดยทั่วไปจะใช้ลำดับการควบคุมแบบ "ค่าสูงสุดเดียว" ทั่วไป ภายใต้ลำดับการควบคุมนี้ จะมีการเลือกจุดตั้งค่าปริมาณลมสูงสุดสำหรับการทำความเย็นเพียงจุดเดียวสำหรับสภาวะการทำความเย็นตามการออกแบบ ปริมาณลมสำหรับการทำความเย็นจะค่อยๆ ลดลงจนถึงจุดตั้งค่าปริมาณลมขั้นต่ำ ซึ่งจะคงอยู่ที่จุดนั้นเมื่ออุณหภูมิในพื้นที่ลดลงต่ำกว่าจุดตั้งค่าอุณหภูมิสำหรับการทำความเย็น เมื่อถึงจุดตั้งค่าการทำความร้อน ขดลวดทำความร้อนไฟฟ้าหรือไฮดรอลิกจะทำงานและค่อยๆ ให้ความร้อนมากขึ้นจนกว่าจะถึงความสามารถในการทำความร้อนสูงสุดที่อุณหภูมิการทำความร้อนตามการออกแบบ^{[ 14 ]}

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการใช้ลำดับการควบคุมแบบ "ค่าสูงสุดคู่" ที่แตกต่างกันสามารถประหยัดพลังงานได้เป็นจำนวนมากเมื่อเทียบกับลำดับการควบคุมแบบ "ค่าสูงสุดเดี่ยว" ทั่วไป ซึ่งทำได้เนื่องจากลำดับแบบ "ค่าสูงสุดคู่" ใช้ปริมาณการไหลของอากาศขั้นต่ำที่ต่ำกว่า^{[ 14 ]}ภายใต้ลำดับการควบคุมนี้ จะเลือกปริมาณการไหลของอากาศสูงสุดสำหรับการทำความเย็นแบบเดียวกันและลดลงในทำนองเดียวกันเมื่ออุณหภูมิของพื้นที่ลดลง เมื่ออุณหภูมิของพื้นที่ลดลงถึงจุดตั้งค่าอุณหภูมิการทำความเย็น ปริมาณการไหลของอากาศจะถึงค่าต่ำสุดที่ต่ำกว่าที่ใช้ในลำดับแบบ "ค่าสูงสุดเดี่ยว" (10% - 20% เทียบกับ 30% - 50% ของปริมาณการไหลของอากาศสูงสุดสำหรับการทำความเย็น) เมื่ออุณหภูมิของพื้นที่ถึงจุดตั้งค่าอุณหภูมิการทำความร้อน ขดลวดทำความร้อนจะทำงานและเพิ่มกำลังไฟฟ้า (สำหรับขดลวดไฟฟ้า) หรือตำแหน่งวาล์วน้ำร้อน (สำหรับขดลวดไฮดรอลิก) ในขณะที่ปริมาณการไหลของอากาศยังคงอยู่ที่จุดตั้งค่าขั้นต่ำ เมื่อขดลวดทำความร้อนถึงความสามารถในการทำความร้อนสูงสุด เมื่ออุณหภูมิในพื้นที่ลดลงอีก การไหลของอากาศจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดตั้งค่าการไหลของอากาศทำความร้อนสูงสุด (โดยทั่วไปประมาณ 50% ของการไหลของอากาศทำความเย็นสูงสุด) ^{[ 5 ]}