現(xiàn)代辦公樓變風量空調(diào)系統(tǒng)新風量問題的探討

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摘要：指出保證室內(nèi)新風量的三個控制環(huán)節(jié)——新風總量、新風分配量、新風均勻性，著重分析單風機變風量系統(tǒng)的新風分配量問題，并對目前的幾種解決方法進行分析。關(guān)鍵詞：室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）變風量系統(tǒng)新風量新風分配量

  0引言隨著人們對建筑物室內(nèi)舒適性要求的提高，對建筑物室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）的重視，空調(diào)系統(tǒng)為人們創(chuàng)造一個健康、良好的室內(nèi)空氣環(huán)境，成為大家共同追求的目標?，F(xiàn)代建筑物室內(nèi)裝修和家具涂料中可能含有有毒、有害的揮發(fā)性有機污染物（V.O.C）；室內(nèi)人員產(chǎn)生CO2、異味等污染物，這些都需要向室內(nèi)引入足夠的新風，以稀釋室內(nèi)污染物?，F(xiàn)代建筑物的密閉性大大提高，如果室內(nèi)新風量不足，室內(nèi)污染物積聚、濃度增加，將使室內(nèi)人員感到不適，工作效率降低，甚至使人生病，稱謂“建筑物綜合癥”。因此，保證室內(nèi)新風量是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該重視的問題。1保證室內(nèi)新風量的控制環(huán)節(jié)1.1保證室內(nèi)新風量，首先，要選取合適的新風量標準。上海國際航運大廈取30m3/h·人；久事大廈取30m3/h·人；上海金茂大廈取34m3/h·人。根據(jù)國內(nèi)的設(shè)計規(guī)范，一般取30m3/h·人。1.2保證室內(nèi)新風量需要控制3個環(huán)節(jié)：a.新風總量——控制整個系統(tǒng)的新風量，滿足該空調(diào)系統(tǒng)所有服務(wù)區(qū)域的人員標準新風量之和；b.新風分配量——控制送入系統(tǒng)各個末端服務(wù)區(qū)域的新風量，滿足區(qū)域內(nèi)人員的標準新風量；c.新風均勻性——控制送給服務(wù)區(qū)域內(nèi)所有人員新風，滿足人員需求新風量，避免區(qū)域內(nèi)一部分人得到多于標準的新風量，而另一部分人得到少于標準的新風量。1.3三個控制環(huán)節(jié)的關(guān)系如圖1所示。1.4控制新風均勻性，則要求處理好風口布置，氣流組織問題，復雜空間尚需對流場進行模擬分析。控制難度較大（本文不做分析）。2VAV系統(tǒng)中新風量問題對于單風機定風量全空氣系統(tǒng)，和風機盤管加新風系統(tǒng)，將系統(tǒng)新風總量和新風分配量，根據(jù)要求設(shè)定并調(diào)試好，也就控制了第一環(huán)節(jié)（新風總量）和第二環(huán)節(jié)（新風分配量）。而對于變風量全空氣系統(tǒng)，送風量隨負荷減小而減少，如何控制第一環(huán)節(jié)新風總量，目前已有不少文章對此進行了論述，本文著重討論變風量系統(tǒng)中新風控制第二環(huán)節(jié)：新風分配量。新風分配量與室內(nèi)負荷變化有關(guān)，以下分析設(shè)備、燈光和人員負荷變化和建筑負荷變化對新風分配量的影響。2.1設(shè)備、燈光和人員負荷變化對新風分配量的影響設(shè)備、燈光和人員負荷變化往往是由人員流動而引起的，因此負荷與區(qū)域人數(shù)同步變化，即該區(qū)域送風量與人員變化近似成正比。當區(qū)域人員減少，該區(qū)域末端實際送入新風量GO與該區(qū)域末端所需送入新風量GO.N的比值大于等于1時，則該區(qū)域新風量滿足要求。反之，則該區(qū)域新風量不滿足要求。(1)式中:GT為末端的設(shè)計風量；R為系統(tǒng)新風比；RMIN為系統(tǒng)最小新風比；K1：為人員減少時，末端服務(wù)區(qū)域送風量與設(shè)計送風量的比值。K1≤1；K2:為該區(qū)域人數(shù)與設(shè)計人數(shù)的比值。K2≤1；K1=（QA+QI）/（QA+QI。D）;K2=QI/QI。D；QA為該區(qū)域建筑負荷；QI為該區(qū)域設(shè)備、燈光和人員負荷；QI。D為該區(qū)域設(shè)計設(shè)備、燈光和人員負荷。(2)由于K2≤1，則≥1。當QA=0時，該區(qū)域建筑負荷為零（如內(nèi)區(qū)），則=1。對于式(1)，因為≥1，又≥1，所以式(1)≥1，則區(qū)域新風分配量滿足要求。同時由以上分析可知：對于外區(qū)，人員減少越多，K2越小，越大，該區(qū)域新風分配量越富裕；對于內(nèi)區(qū)，人員減少越多，區(qū)域送風量越小，系統(tǒng)新風比R越大，該區(qū)域新風分配量越富裕。因此，設(shè)備、燈光和人員負荷變化一般不會造成新風分配量不足的問題。 2.2建筑負荷變化對新風分配量的影響采用虛擬工程來說明。虛擬工程（見圖2）：內(nèi)區(qū)面積900m2，外區(qū)面積900m2，內(nèi)走道200m2，芯筒400m2。人員密度7m2/p。內(nèi)外區(qū)采用一套單風機變風量系統(tǒng)，外區(qū)變風量末端采用并聯(lián)型風機動力箱（ParallelFanTerminals）帶熱水盤管（1～2排），內(nèi)區(qū)設(shè)單風管變風量末端（SingleDuctTerminalsVAV.T）。系統(tǒng)需求新風總量7714m3/h，系統(tǒng)送風量為30000m3/h。系統(tǒng)新風總量由定風量裝置來保證 2.3建筑負荷變化之一：年建筑負荷變化對新風分配量產(chǎn)生的影響。由于室外溫度變化，外區(qū)負荷隨之變化，由于內(nèi)外區(qū)送風參數(shù)相同，外區(qū)送風量隨外區(qū)負荷發(fā)生變化，而內(nèi)區(qū)送風量不隨室外溫度變化。內(nèi)外區(qū)的新風分配比發(fā)生變化：當外區(qū)送風量增加時，內(nèi)區(qū)的新風分配量不足，而外區(qū)新風分配量過剩，為避免這種差異，我們將系統(tǒng)送風量為70%時，內(nèi)外區(qū)新風分配比滿足要求。當送風量由70%增大時，外區(qū)新風供需比增大，最高達130%，當負荷減小時，外區(qū)送風量減小，新風量嚴重不足發(fā)生在系統(tǒng)送風量為48%時，僅為需求新風量的54%。詳細計算結(jié)果見表1。如內(nèi)區(qū)面積所占比例放大，問題更加嚴重；而內(nèi)區(qū)正相反，當系統(tǒng)送風量最大時，其新風量為需求量的70%。系統(tǒng)送風量為70%,新風分配量滿足要求。系統(tǒng)送風量為48%時，其新風量為需求量的146%。故如限制系統(tǒng)送風量調(diào)幅在100%~60%，內(nèi)區(qū)新風量將控制在70%~117%的盈虧范圍內(nèi),外區(qū)新風量將控制在130%~83%的盈虧范圍內(nèi)。內(nèi)外區(qū)新風量供需關(guān)系詳見圖4。表1送風量（m3/h）新風量（m3/h）送風量變化（%）內(nèi)區(qū)外區(qū)內(nèi)區(qū)內(nèi)區(qū)得到需求（%）外區(qū)外區(qū)得到需求（%）100105001950027007050141308510500150003176824538118701050010500385710038571006010500750045001173214835610500630048211252893754810500390056251462089542.4建筑負荷變化之二：日建筑負荷變化對新風分配量的影響。（虛擬工程的外墻窗墻比為55%）夏季由于東西向建筑負荷變化最大，因此僅分析東西向。東向外區(qū)從11：00開始，新風分配量出現(xiàn)不足現(xiàn)象，18：00時僅為需求新風量的51%。而西向外區(qū)僅在8：00時，出現(xiàn)新風分配量不足現(xiàn)象。詳細計算結(jié)果見表2。由表2可見，即使同一天，不同時刻，不同朝向的新風分配量也存在嚴重問題。建筑負荷占室內(nèi)負荷比重較大的建筑，比如采用較大玻璃幕墻的建筑，此問題更顯突出。表2時刻—次風量（m3/h）得到新風量（m3/h）得到新風量/需求新風量（%）東西東西東西8：003939228213577861.270.7310：0035613684112011591.051.0812：002682390780211680.751.0914：002779561976515470.711.4416：002735694770617930.661.6718：001640426554114070.511.313解決新風分配量問題的幾種辦法3.1方法一，大空間辦公劃分采用隔斷*，不采用隔墻*。由于采用隔斷，新風量分配不均區(qū)域吊頂下空氣相通，共享新風。新風分配量問題降為新風均勻性問題，可通過對氣流組織的改善，風口布置的調(diào)整（圖一中c）來解決。本方法簡便，無須改變空調(diào)系統(tǒng)，但內(nèi)區(qū)和外區(qū)之間的隔斷受租售用戶裝修影響，有些工程較難保證能夠?qū)嵭小Ｈ绺魤Ρ仨毚嬖?，可考慮采用其他方法。 3.2方法二，內(nèi)外區(qū)分設(shè)空調(diào)機組（AHU）。內(nèi)外區(qū)分別設(shè)AHU后，內(nèi)區(qū)和外區(qū)可能不會出現(xiàn)表1中內(nèi)外區(qū)新風量分配盈虧問題，內(nèi)外區(qū)新風量依靠控制內(nèi)外區(qū)系統(tǒng)新風總量（圖1a）來保證。本方法只解決了內(nèi)外區(qū)之間新風量分配不均的問題，對于外區(qū)之間新風量分配不均的問題仍無法解決。而且，本方法需設(shè)置兩臺AHU,一般將增加機房面積，增加吊頂內(nèi)管道的交叉，影響層高。由于內(nèi)區(qū)負荷變化不大，可采用定風量空調(diào)系統(tǒng)；外區(qū)變風量空調(diào)系統(tǒng)須進行供冷供熱的模式轉(zhuǎn)換。 3.3方法三，設(shè)專用新風機組。專用新風機組可采用定風量，亦可采用變風量系統(tǒng)。VAV末端廠商，有生產(chǎn)設(shè)專用新風接口的VAV末端。如采用定風量，為滿足不同季節(jié)、不同時刻、各個區(qū)域的新風量，將增加空調(diào)能耗。因此，專用新風機組多采用根據(jù)有害物濃度（一般采用CO2濃度）控制采用變風量系統(tǒng)。本方法解決了內(nèi)外區(qū)新風量分配盈虧問題和外區(qū)之間新風量分配不均的問題。當然，本方法將增加VAV末端的投資，增加大樓BAS的控制點數(shù)，有時由于人的嗅覺和綜合感覺能力比測試儀器靈敏，有時會出現(xiàn)即使室內(nèi)已知有害物濃度均不超標，人員仍感不適的情況。一般，本方法也將增加機房面積，增加吊頂內(nèi)管道的交叉，影響層高。 3.4方法四，增加系統(tǒng)新風需求量，即增加新風標準。增加新風標準，通過適當提高系統(tǒng)新風比和冬季轉(zhuǎn)換風量以保證系統(tǒng)內(nèi)任何時刻所有人員均享有至少滿足衛(wèi)生標準的新風量來實現(xiàn)。一般，增加新風量必然增加能耗，增加機組裝機容量和盤管處理能力，增加初投資，因此，新風標準增加的數(shù)值須經(jīng)過詳細計算確定。ASHARE手冊IAQ章節(jié)中有詳細論述。計算復雜，對控制依賴性大。但如建筑所在地區(qū)，一年中大多數(shù)時間可利用新風供冷，則本方法結(jié)合熱回收裝置使用，是可行的解決方法。4結(jié)論4.1保證室內(nèi)的新風量需要控制3個環(huán)節(jié)：新風總量、新風分配量和新風均勻性。 4.2新風分配量與室內(nèi)負荷變化有關(guān)。設(shè)備、燈光和人員負荷變化一般不會造成新風分配量不足的問題。建筑負荷變化對新風分配量的影響，以虛擬工程進行了分析。對于單風機變風量系統(tǒng)，新風總量能夠得以較好的控制，而新風分配量的確存在問題。根據(jù)對虛擬工程的計算結(jié)果：夏季外區(qū)最高負荷時得到新風量高達130%（需求量為100%，下同），但內(nèi)區(qū)得到新風量卻只有70%，負荷較低時則相反，內(nèi)區(qū)得到新風量高達146%，但外區(qū)得到新風量僅為54%。從朝向影響分析：西向外區(qū)上午8：00得到新風量只有73%，東向外區(qū)自中午12：00以后得到新風量均小于100%，18：00只有51%。 4.3本文討論了4種解決方法，需結(jié)合實際工程特征來選擇具體處理辦法。筆者認為，就目前國內(nèi)的經(jīng)濟狀況和大樓BAS的控制、調(diào)試水平而言，方法一應(yīng)作為首選。 方法一，簡單、經(jīng)濟。另外，限制變風量調(diào)幅，也可達到較好的效果。 4.4對于設(shè)送回風機的雙風機變風量系統(tǒng)，同樣也存在控制新風量的問題，本文亦可衍用至雙風機變風量系統(tǒng)。雙風機變風量系統(tǒng)的控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)是新風總量。*隔斷為高度不到吊頂?shù)膭澐郑桓魤楦叨戎恋蹴敾驑前宓膭澐帧?參考文獻：1趙榮義、范存養(yǎng)、薛殿華、錢以明編空氣調(diào)節(jié)（第三版）中國建筑工業(yè)出版社，19942陸耀慶主編，實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1993