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

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摘要：指出保證室內(nèi)新風(fēng)量的三個(gè)控制環(huán)節(jié)——新風(fēng)總量、新風(fēng)分配量、新風(fēng)均勻性，著重分析單風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)的新風(fēng)分配量問題，并對目前的幾種解決方法進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）變風(fēng)量系統(tǒng)新風(fēng)量新風(fēng)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(gè)健康、良好的室內(nèi)空氣環(huán)境，成為大家共同追求的目標(biāo)?，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(jī)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(fēng)，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(fēng)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(fēng)量是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重視的問題。1保證室內(nèi)新風(fēng)量的控制環(huán)節(jié)1.1保證室內(nèi)新風(fēng)量，首先，要選取合適的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)。上海國際航運(yùn)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(jì)規(guī)范，一般取30m3/h·人。1.2保證室內(nèi)新風(fēng)量需要控制3個(gè)環(huán)節(jié)：a.新風(fēng)總量——控制整個(gè)系統(tǒng)的新風(fēng)量，滿足該空調(diào)系統(tǒng)所有服務(wù)區(qū)域的人員標(biāo)準(zhǔn)新風(fēng)量之和；b.新風(fēng)分配量——控制送入系統(tǒng)各個(gè)末端服務(wù)區(qū)域的新風(fēng)量，滿足區(qū)域內(nèi)人員的標(biāo)準(zhǔn)新風(fēng)量；c.新風(fēng)均勻性——控制送給服務(wù)區(qū)域內(nèi)所有人員新風(fēng)，滿足人員需求新風(fēng)量，避免區(qū)域內(nèi)一部分人得到多于標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量，而另一部分人得到少于標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量。1.3三個(gè)控制環(huán)節(jié)的關(guān)系如圖1所示。1.4控制新風(fēng)均勻性，則要求處理好風(fēng)口布置，氣流組織問題，復(fù)雜空間尚需對流場進(jìn)行模擬分析。控制難度較大（本文不做分析）。2VAV系統(tǒng)中新風(fēng)量問題對于單風(fēng)機(jī)定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，和風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，將系統(tǒng)新風(fēng)總量和新風(fēng)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(fēng)總量）和第二環(huán)節(jié)（新風(fēng)分配量）。而對于變風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，送風(fēng)量隨負(fù)荷減小而減少，如何控制第一環(huán)節(jié)新風(fēng)總量，目前已有不少文章對此進(jìn)行了論述，本文著重討論變風(fēng)量系統(tǒng)中新風(fēng)控制第二環(huán)節(jié)：新風(fēng)分配量。新風(fēng)分配量與室內(nèi)負(fù)荷變化有關(guān)，以下分析設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷變化和建筑負(fù)荷變化對新風(fēng)分配量的影響。2.1設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷變化對新風(fēng)分配量的影響設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷變化往往是由人員流動而引起的，因此負(fù)荷與區(qū)域人數(shù)同步變化，即該區(qū)域送風(fēng)量與人員變化近似成正比。當(dāng)區(qū)域人員減少，該區(qū)域末端實(shí)際送入新風(fēng)量GO與該區(qū)域末端所需送入新風(fēng)量GO.N的比值大于等于1時(shí)，則該區(qū)域新風(fēng)量滿足要求。反之，則該區(qū)域新風(fēng)量不滿足要求。(1)式中:GT為末端的設(shè)計(jì)風(fēng)量；R為系統(tǒng)新風(fēng)比；RMIN為系統(tǒng)最小新風(fēng)比；K1：為人員減少時(shí)，末端服務(wù)區(qū)域送風(fēng)量與設(shè)計(jì)送風(fēng)量的比值。K1≤1；K2:為該區(qū)域人數(shù)與設(shè)計(jì)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(fù)荷；QI為該區(qū)域設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷；QI。D為該區(qū)域設(shè)計(jì)設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷。(2)由于K2≤1，則≥1。當(dāng)QA=0時(shí)，該區(qū)域建筑負(fù)荷為零（如內(nèi)區(qū)），則=1。對于式(1)，因?yàn)?ge;1，又≥1，所以式(1)≥1，則區(qū)域新風(fēng)分配量滿足要求。同時(shí)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(fēng)分配量越富裕；對于內(nèi)區(qū)，人員減少越多，區(qū)域送風(fēng)量越小，系統(tǒng)新風(fēng)比R越大，該區(qū)域新風(fēng)分配量越富裕。因此，設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷變化一般不會造成新風(fēng)分配量不足的問題。 2.2建筑負(fù)荷變化對新風(fēng)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(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)，外區(qū)變風(fēng)量末端采用并聯(lián)型風(fēng)機(jī)動力箱（ParallelFanTerminals）帶熱水盤管（1～2排），內(nèi)區(qū)設(shè)單風(fēng)管變風(fēng)量末端（SingleDuctTerminalsVAV.T）。系統(tǒng)需求新風(fēng)總量7714m3/h，系統(tǒng)送風(fēng)量為30000m3/h。系統(tǒng)新風(fēng)總量由定風(fēng)量裝置來保證 2.3建筑負(fù)荷變化之一：年建筑負(fù)荷變化對新風(fēng)分配量產(chǎn)生的影響。由于室外溫度變化，外區(qū)負(fù)荷隨之變化，由于內(nèi)外區(qū)送風(fēng)參數(shù)相同，外區(qū)送風(fēng)量隨外區(qū)負(fù)荷發(fā)生變化，而內(nèi)區(qū)送風(fēng)量不隨室外溫度變化。內(nèi)外區(qū)的新風(fēng)分配比發(fā)生變化：當(dāng)外區(qū)送風(fēng)量增加時(shí)，內(nèi)區(qū)的新風(fēng)分配量不足，而外區(qū)新風(fēng)分配量過剩，為避免這種差異，我們將系統(tǒng)送風(fēng)量為70%時(shí)，內(nèi)外區(qū)新風(fēng)分配比滿足要求。當(dāng)送風(fēng)量由70%增大時(shí)，外區(qū)新風(fēng)供需比增大，最高達(dá)130%，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，外區(qū)送風(fēng)量減小，新風(fēng)量嚴(yán)重不足發(fā)生在系統(tǒng)送風(fēng)量為48%時(shí)，僅為需求新風(fēng)量的54%。詳細(xì)計(jì)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(yán)重；而內(nèi)區(qū)正相反，當(dāng)系統(tǒng)送風(fēng)量最大時(shí)，其新風(fēng)量為需求量的70%。系統(tǒng)送風(fēng)量為70%,新風(fēng)分配量滿足要求。系統(tǒng)送風(fēng)量為48%時(shí)，其新風(fēng)量為需求量的146%。故如限制系統(tǒng)送風(fēng)量調(diào)幅在100%~60%，內(nèi)區(qū)新風(fēng)量將控制在70%~117%的盈虧范圍內(nèi),外區(qū)新風(fēng)量將控制在130%~83%的盈虧范圍內(nèi)。內(nèi)外區(qū)新風(fēng)量供需關(guān)系詳見圖4。表1送風(fēng)量（m3/h）新風(fēng)量（m3/h）送風(fēng)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(fù)荷變化之二：日建筑負(fù)荷變化對新風(fēng)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(fù)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(fēng)分配量出現(xiàn)不足現(xiàn)象，18：00時(shí)僅為需求新風(fēng)量的51%。而西向外區(qū)僅在8：00時(shí)，出現(xiàn)新風(fēng)分配量不足現(xiàn)象。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可見，即使同一天，不同時(shí)刻，不同朝向的新風(fēng)分配量也存在嚴(yán)重問題。建筑負(fù)荷占室內(nèi)負(fù)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(shí)刻—次風(fēng)量（m3/h）得到新風(fēng)量（m3/h）得到新風(fēng)量/需求新風(fēng)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(fēng)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(fēng)量分配不均區(qū)域吊頂下空氣相通，共享新風(fēng)。新風(fēng)分配量問題降為新風(fēng)均勻性問題，可通過對氣流組織的改善，風(fēng)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?。如隔墻必須存在，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(jī)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(fēng)量分配盈虧問題，內(nèi)外區(qū)新風(fēng)量依靠控制內(nèi)外區(qū)系統(tǒng)新風(fēng)總量（圖1a）來保證。本方法只解決了內(nèi)外區(qū)之間新風(fēng)量分配不均的問題，對于外區(qū)之間新風(fēng)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(jī)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(fù)荷變化不大，可采用定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)；外區(qū)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)須進(jìn)行供冷供熱的模式轉(zhuǎn)換。 3.3方法三，設(shè)專用新風(fēng)機(jī)組。專用新風(fēng)機(jī)組可采用定風(fēng)量，亦可采用變風(fēng)量系統(tǒng)。VAV末端廠商，有生產(chǎn)設(shè)專用新風(fēng)接口的VAV末端。如采用定風(fēng)量，為滿足不同季節(jié)、不同時(shí)刻、各個(gè)區(qū)域的新風(fēng)量，將增加空調(diào)能耗。因此，專用新風(fēng)機(jī)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(fēng)量系統(tǒng)。本方法解決了內(nèi)外區(qū)新風(fēng)量分配盈虧問題和外區(qū)之間新風(fēng)量分配不均的問題。當(dāng)然，本方法將增加VAV末端的投資，增加大樓BAS的控制點(diǎn)數(shù)，有時(shí)由于人的嗅覺和綜合感覺能力比測試儀器靈敏，有時(shí)會出現(xiàn)即使室內(nèi)已知有害物濃度均不超標(biāo)，人員仍感不適的情況。一般，本方法也將增加機(jī)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(fēng)需求量，即增加新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。增加新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，通過適當(dāng)提高系統(tǒng)新風(fēng)比和冬季轉(zhuǎn)換風(fēng)量以保證系統(tǒng)內(nèi)任何時(shí)刻所有人員均享有至少滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。一般，增加新風(fēng)量必然增加能耗，增加機(jī)組裝機(jī)容量和盤管處理能力，增加初投資，因此，新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)增加的數(shù)值須經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算確定。ASHARE手冊IAQ章節(jié)中有詳細(xì)論述。計(jì)算復(fù)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(shí)間可利用新風(fēng)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(fēng)量需要控制3個(gè)環(huán)節(jié)：新風(fēng)總量、新風(fēng)分配量和新風(fēng)均勻性。 4.2新風(fēng)分配量與室內(nèi)負(fù)荷變化有關(guān)。設(shè)備、燈光和人員負(fù)荷變化一般不會造成新風(fēng)分配量不足的問題。建筑負(fù)荷變化對新風(fēng)分配量的影響，以虛擬工程進(jìn)行了分析。對于單風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)，新風(fēng)總量能夠得以較好的控制，而新風(fēng)分配量的確存在問題。根據(jù)對虛擬工程的計(jì)算結(jié)果：夏季外區(qū)最高負(fù)荷時(shí)得到新風(fēng)量高達(dá)130%（需求量為100%，下同），但內(nèi)區(qū)得到新風(fēng)量卻只有70%，負(fù)荷較低時(shí)則相反，內(nèi)區(qū)得到新風(fēng)量高達(dá)146%，但外區(qū)得到新風(fēng)量僅為54%。從朝向影響分析：西向外區(qū)上午8：00得到新風(fēng)量只有73%，東向外區(qū)自中午12：00以后得到新風(fēng)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(shí)際工程特征來選擇具體處理辦法。筆者認(rèn)為，就目前國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)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(jì)。另外，限制變風(fēng)量調(diào)幅，也可達(dá)到較好的效果。 4.4對于設(shè)送回風(fēng)機(jī)的雙風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)，同樣也存在控制新風(fēng)量的問題，本文亦可衍用至雙風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)。雙風(fēng)機(jī)變風(fēng)量系統(tǒng)的控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)是新風(fēng)總量。*隔斷為高度不到吊頂?shù)膭澐?；隔墻為高度至吊頂或樓板的劃分?參考文獻(xiàn)：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(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1993