随着楼宇控制技术的发展和建筑节能要求的不断提高,变风量（VAV）空调系统越来越广泛地用于各类公共建筑中,但变风量系统在实际运行中也存在以下迫切要解决的问题。首先,变风量末端风量的实时测量是该系统末端变风量箱实现高性能控制的前提条件,现有的变风量末端风量测量方式无法满足低风速和流速分布不均时的末端风量测量需求,导致低负荷时无法真正实现按需调控,不但消耗空调系统大量的运行能耗,而且降低了室内热舒适性。其次,现有变风量空调系统风量控制方法大多是基于运行和调试经验,缺乏较准确的动态数学模型作为支撑,导致系统控制过程粗糙、风量波动较大,也影响了系统运行能效的进一步提高。因此,为实现宽量程范围的空气流量测量,并在此基础上以低能耗实现变风量系统送风量的稳定控制,本文提出利用阀门力学特性进行变风量空调系统风量测量和控制的新方法。首先,建立了变风量空调系统末端阀门的力学-流量数学模型,并对模型中的关键参数的特性进行研究;然后,利用变风量空调系统末端风量精准监测的优势,建立了变风量送风管网的风量预测控制模型和方法。具体研究内容如下。（1）在分析变风量系统送风管网阻力特性的基础上,本文提出了利用末端阀门压差或扭矩等力学特性测量风量的风量测量新方法,包括压差式、扭矩式阀门风量传感器数学模型的建立和结构设计;提出了风量传感器输出灵敏度和输出量程比两项性能评价指标,并利用上述两项指标验证了阀门风量测量方法的有效性。（2）本文建立了计算流体力学（CFD）和固体有限元静力学（FEM）相结合的阀门风量传感器力学特性仿真模型,研究了阀门数学模型中开度、风量、压差、压损、扭矩、流量系数等关键参数变化规律,为指导试验设备选型提供了理论支持;为验证仿真结果的正确性并开展阀门风量传感器的性能测试试验研究,建立了阀门风量传感器研发试验系统,试验系统调试结果表明,风量测试试验系统的测量不确定度为±1.38%。（3）针对压差式阀门风量传感器,本文仿真研究了不同阀盘开度和雷诺数工况下的压差流量系数C、阀门的压差和压损特性;在此基础上,设计开发了压差式阀门风量传感器样机,通过实测试验,对仿真结果和样机实测误差进行了部分验证;结果表明,在紊流工况下,不同开度和雷诺数时的流量系数C基本为定值,实测样机风量控制误差小于±5%。（4）本文提出了扭矩式阀门风量传感器阀盘压差面测量方法,取代了压差点测量方法,进一步解决了非理想条件下的阀门流量测量问题;仿真研究了不同阀盘开度对扭矩流量系数K的影响、上游非理想安装条件（90°弯头）对阀门扭矩所产生的影响;在仿真结果基础上,设计开发了扭矩传感器和扭矩式阀门风量传感器样机,对样机的扭矩流量系数K和测量误差进行了实测;结果表明,扭矩流量系数K随开度的增大而减小,非理想安装条件对扭矩测量影响小于1.88%,样机的风量实测误差小于±5%。（5）本文建立了变风量系统送风管网设备仿真模型,提出了两种目标需求风量下的阀门开度预测算法,并利用仿真模型对算法进行了验证,其中,第一种算法是基于管网阻抗模型,仅需已知管网拓扑结构和少量样本数据即可实现较高精度的阀门开度预测;另一种算法是基于机器学习,无需任何管网信息,但需要一定量的样本数据对模型进行训练,预测精度略低于第一种。（6）本文提出了一种基于末端阀门开度预测的新型系统总风量控制方法—阀门开度预测法,并通过仿真对比分析了静压设定值法和阀门开度预测法的风量控制稳定性和节能效果,结果表明,阀门开度预测法具有较好的稳定性,可减少约50%的非稳定调控时间,相比于定静压设定值法节能21.6%;利用仿真结果,进一步分析了阀门风量传感器在系统中的应用性能,相比于皮托管式风量传感器,阀门风量传感器的输出灵敏度和输出量程比分别优化了 5.3倍和15.7倍以上,且当负荷下限设定值由额定负荷的30%调整为10%,阀门风量传感器带来的节能收益率高达10.8%。