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可変風量（VAV）は、暖房、換気、および/または空調（HVAC）システムの一種です。一定の風量を可変温度で供給する定風量（CAV）システムとは異なり、VAVシステムは一定または変化する温度で風量を変化させます。[ 1 ] [ 2 ]定風量システムに対するVAVシステムの利点には、より精密な温度制御、コンプレッサーの摩耗の低減、システムファンのエネルギー消費量の低減、ファンの騒音の低減、および追加のパッシブ除湿が含まれます。[ 3 ]
VAVボックスは、空気の流れを制御するユニットです。最もシンプルな構成はシングルダクトターミナル構成で、VAVボックスは単一の供給空気ダクトに接続され、空調機（AHU）からボックスがサービスを提供する空間に処理済みの空気を供給します。[ 2 ]この構成では、空間に必要な暖房および冷房負荷と換気量を満たすために、可変温度または可変風量の空気を供給できます。[ 2 ]
一般的に、VAV ボックスは圧力に依存しない方式であり、VAV ボックスは制御を使用して、VAV 入口で発生するシステム圧力の変動に関係なく一定の流量を供給します。[ 2 ]これは、VAV 入口に設置された気流センサーによって実現され、VAV ボックス内のダンパーを開閉して気流を調整します。[ 2 ] CAV と VAV ボックスの違いは、VAV ボックスは空間の状態に応じて異なる流量設定値の間で調整するようにプログラムできる点です。VAV ボックスは最小気流設定値と最大気流設定値の間で動作するようにプログラムされ、在室状況、温度、またはその他の制御パラメータに応じて空気の流れを調整できます。[ 4 ] CAV ボックスは、一定値、最大値、または「オフ」状態の間でのみ動作できます。[ 5 ]この違いにより、VAV ボックスは、はるかに少ないエネルギーでより厳密な空間温度制御を提供できます。 VAVボックスがより多くのエネルギーを節約できるもう1つの理由は、ファンに可変速ドライブが組み込まれているため、VAVボックスが部分負荷状態になるとファンの回転数を下げることができるからです。[ 6 ] [ 7 ]
VAVボックスには、電気式または温水式の加熱コイルのいずれかの再加熱機構が含まれているのが一般的です。[ 4 ]電気コイルは電気抵抗加熱の原理に基づいて動作し、電気エネルギーが電気抵抗によって熱に変換されますが、温水加熱は温水を使用してコイルから空気へ熱を伝達します。再加熱コイルを追加することで、ボックスは必要な換気量を提供しながら、空間の暖房負荷に合わせて供給空気温度を調整できます。[ 2 ]アプリケーションによっては、空間の換気回数が非常に多くなり、過冷却のリスクが生じる場合があります。[ 5 ]このような場合、再加熱コイルは空気温度を上昇させて、空間内の温度設定値を維持することができます。[ 2 ]このような状況は、外周ゾーンと内部ゾーンがある建物の冷房シーズン中に発生する傾向があります。日照量の多い外周ゾーンは、日照量が少なく、空調されていない状態では外周ゾーンよりも涼しくなる傾向がある内部ゾーンよりも、空調ユニットからの供給空気温度を低くする必要があります。両ゾーンに同じ供給空気温度が供給されるため、再加熱コイルは過冷却を避けるために内部ゾーンの空気を加熱する必要があります。[ 8 ]
送風機の風量は可変です。複数の暖房ゾーンに空調を供給する単一のVAV式空調機の場合、各ゾーンへの風量も可変にする必要があります。
VAV端末ユニット[ 9 ]は、VAVボックスとも呼ばれ、ゾーンレベルの流量制御装置です。基本的には、自動アクチュエータを備えた校正済みのエアダンパーです。VAV端末ユニットは、ローカル制御システムまたは中央制御システムに接続されます。従来は空気圧制御が一般的でしたが、特に中規模から大規模の用途では、電子直接デジタル制御システムが普及しています。例えば、空気圧アクチュエータとデジタルデータ収集を組み合わせたハイブリッド制御も普及しています。[ 10 ]
図には、一般的な商業用途の例が示されています。このVAVシステムは、VAVボックス、ダクト、および4つのエアターミナルで構成されています。
VAVシステムでは、システムのファン容量の制御が非常に重要です。適切な流量制御を迅速に行わないと、システムのダクトやシールが過圧によって容易に損傷する可能性があります。冷房運転モードでは、室内の温度が満たされると、VAVボックスが閉じて冷気の室内への流入を制限します。室内の温度が上昇すると、ボックスが開いて温度を下げます。ファンは、VAVボックスの位置に関係なく、吐出ダクト内の静圧を一定に保ちます。したがって、ボックスが閉じると、ファンは速度を落とし、供給ダクトに入る空気の量を制限します。ボックスが開くと、ファンは速度を上げてダクトへの空気の流れを増やし、静圧を一定に保ちます。[ 11 ]
VAVシステムにおける課題の一つは、建物のガラス張りの外周にあるオフィスと廊下の奥にあるオフィスなど、環境条件の異なる複数のゾーンに対して適切な温度制御を提供することです。デュアルダクトシステムは、一方のダクトで冷気を、もう一方のダクトで温気を供給することで、各ゾーンに適切な温度の混合供給空気を提供します。しかし、追加のダクトは扱いにくく、費用もかかります。電気ヒーターや温水ヒーターを使用して単一のダクトからの空気を再加熱する方が、多くの場合、より費用対効果の高い解決策となります。[ 12 ]
従来のVAV再加熱システムでは、設計風量の30%から50%の最小風量を使用します。これらの最小風量は、換気不足や熱的快適性の問題のリスクを回避するために選択されています。しかし、このアプローチの有効性を裏付ける発表済みの研究はほとんどありません。より低い最小風量範囲（設計風量の10%から20%）で動作するシステムは、従来のシステムに比べてファンと再加熱コイルのエネルギー消費が少なく、最近の研究では、これらの低い最小風量でも熱的快適性と適切な換気が達成できることが示されています。[ 13 ]
より高い最小風量を使用するVAV再加熱システムでは、通常、従来の「単一最大」制御シーケンスが採用されます。この制御シーケンスでは、設計冷却条件に対して単一の冷却最大風量設定値が選択されます。冷却風量は徐々に最小風量設定値まで下げられ、室内温度が冷却温度設定値を超えて低下すると、その設定値に維持されます。暖房設定値に達すると、電気または温水加熱コイルが作動し、設計暖房温度で最大暖房能力に達するまで徐々に熱を供給します。[ 14 ]
研究によると、従来の「単一最大」制御シーケンスと比較して、異なる「二重最大」制御シーケンスを使用すると、エネルギーを大幅に節約できることがわかっています。これは、「二重最大」シーケンスでより低い最小風量を使用することによって実現されます。[ 14 ]この制御シーケンスでは、同じ冷却最大風量が選択され、室温が低下するにつれて同様に低下します。室温が冷却温度設定値まで低下すると、風量は「単一最大」シーケンスで使用される最小値よりも低い値に達します（最大冷却風量の 30% ～ 50% に対して 10% ～ 20%）。室温が暖房温度設定値に達すると、暖房コイルが作動し、その電力（電気コイルの場合）または温水バルブの位置（温水コイルの場合）が増加しますが、風量は最小設定値のままです。加熱コイルが最大加熱能力に達すると、さらに室温が下がると、最大加熱風量設定値（通常は最大冷却風量の約50%）に達するまで風量が増加します。[ 5 ]