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讨论现代办公楼变风量空调系统新风量的问题
讨论现代办公楼变风量空调系统新风量的问题
来源:中制冷设备网    2009-9-24
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摘要: 指出保证室内新风量的三个控制环节——新风总量、新风分配量、新风均匀性,着重分析单风机变风量系统的新风分配量问题,并对目前的几种解决方法进行分析。

关键词: 室内空气品质(IAQ) 变风量系统 新风量 新风分配量

 

0 引言
随着人们对建筑物室内舒适性要求的提高,对建筑物室内空气品质(IAQ)的重视,空调系统为人们创造一个健康、良好的室内空气环境,成为大家共同追求的目标。现代建筑物室内装修和家具涂料中可能含有有毒、有害的挥发性有机污染物(V.O.C);室内人员产生CO2、异味等污染物,这些都需要向室内引入足够的新风,以稀释室内污染物。现代建筑物的密闭性大大提高,如果室内新风量不足,室内污染物积聚、浓度增加,将使室内人员感到不适,工作效率降低,甚至使人生病,称谓“建筑物综合症”。因此,保证室内新风量是空调系统设计时应该重视的问题。

 

1 保证室内新风量的控制环节
1.1 保证室内新风量,首先,要选取合适的新风量标准。上海国际航运大厦取30m3/h·人;久事大厦取30m3/h·人;上海金茂大厦取34m3/h·人。根据国内的设计规范,一般取30m3/h·人。

1.2 保证室内新风量需要控制3个环节:

a. 新风总量——控制整个系统的新风量,满足该空调系统所有服务区域的人员标准新风量之和;

b. 新风分配量——控制送入系统各个末端服务区域的新风量,满足区域内人员的标准新风量;

c. 新风均匀性——控制送给服务区域内所有人员新风,满足人员需求新风量,避免区域内一部分人得到多于标准的新风量,而另一部分人得到少于标准的新风量。

1.3 三个控制环节的关系如图1所示。

1.4 控制新风均匀性,则要求处理好风口布置,气流组织问题,复杂空间尚需对流场进行模拟分析。控制难度较大(本文不做分析)。

 

2 VAV系统中新风量问题
对于单风机定风量全空气系统,和风机盘管加新风系统,将系统新风总量和新风分配量,根据要求设定并调试好,也就控制了第一环节(新风总量)和第二环节(新风分配量)。而对于变风量全空气系统,送风量随负荷减小而减少,如何控制第一环节新风总量,目前已有不少文章对此进行了论述,本文着重讨论变风量系统中新风控制第二环节:新风分配量。新风分配量与室内负荷变化有关,以下分析设备、灯光和人员负荷变化和建筑负荷变化对新风分配量的影响。

 

2.1 设备、灯光和人员负荷变化对新风分配量的影响

设备、灯光和人员负荷变化往往是由人员流动而引起的,因此负荷与区域人数同步变化,即该区域送风量与人员变化近似成正比。当区域人员减少,该区域末端实际送入新风量GO与该区域末端所需送入新风量GO.N的比值大于等于1时,则该区域新风量满足要求。反之,则该区域新风量不满足要求。

  (1)

式中 :GT为末端的设计风量;R为系统新风比;RMIN为系统最小新风比;K1:为人员减少时,末端服务区域送风量与设计送风量的比值。K1≤1;K2: 为该区域人数与设计人数的比值。K2≤1; K1=(QA QI)/(QA QI。D); K2 = QI / QI。D;QA为该区域建筑负荷;QI为该区域设备、灯光和人员负荷;QI。D为该区域设计设备、灯光和人员负荷。

  (2)

由于K2≤1,则≥1。当QA=0时,该区域建筑负荷为零(如内区),则=1。

对于式(1),因为≥1,又≥1,所以式(1)≥1,则区域新风分配量满足要求。同时由以上分析可知:对于外区,人员减少越多,K2越小,越大,该区域新风分配量越富裕;对于内区,人员减少越多,区域送风量越小,系统新风比R越大,该区域新风分配量越富裕。因此,设备、灯光和人员负荷变化一般不会造成新风分配量不足的问题。

 

2.2 建筑负荷变化对新风分配量的影响采用虚拟工程来说明。

虚拟工程(见图2):内区面积900m2,外区面积900m2,内走道200m2,芯筒400m2。人员密度7m2/p。内外区采用一套单风机变风量系统,外区变风量末端采用并联型风机动力箱(Parallel Fan Terminals)带热水盘管(1~2排),内区设单风管变风量末端(Single Duct Terminals VAV.T)。 系统需求新风总量7714m3/h,系统送风量为30000m3/h。系统新风总量由定风量装置来保证(见图3。

 


2.3 建筑负荷变化之一:年建筑负荷变化对新风分配量产生的影响。

由于室外温度变化,外区负荷随之变化,由于内外区送风参数相同,外区送风量随外区负荷发生变化,而内区送风量不随室外温度变化。内外区的新风分配比发生变化:当外区送风量增加时,内区的新风分配量不足,而外区新风分配量过剩,为避免这种差异,我们将系统送风量为70%时,内外区新风分配比满足要求。当送风量由70%增大时,外区新风供需比增大,最高达130%,当负荷减小时,外区送风量减小,新风量严重不足发生在系统送风量为48%时,仅为需求新风量的54%。详细计算结果见表1。如内区面积所占比例放大,问题更加严重;而内区正相反,当系统送风量最大时,其新风量为需求量的70%。系统送风量为70%,新风分配量满足要求。系统送风量为48%时,其新风量为需求量的146%。故如限制系统送风量调幅在100%~60%,内区新风量将控制在70%~117%的盈亏范围内, 外区新风量将控制在130%~83%的盈亏范围内。内外区新风量供需关系详见图4。

表1

送风量(m3/h )
新风量(m3/h)
送风量变化(%)
内区
外区
内区
内区得到需求(%)
外区
外区得到需求(%)
100
10500
19500
2700
70
5014
130
85
10500
15000
3176
82
4538
118
70
10500
10500
3857
100
3857
100
60
10500
7500
4500
117
3214
83
56
10500
6300
4821
125
2893
75
48
10500
3900
5625
146
2089
54

 


2.4 建筑负荷变化之二:日建筑负荷变化对新风分配量的影响。(虚拟工程的外墙窗墙比为55%)

夏季由于东西向建筑负荷变化最大,因此仅分析东西向。东向外区从11:00开始,新风分配量出现不足现象,18:00时仅为需求新风量的51%。而西向外区仅在8:00时,出现新风分配量不足现象。详细计算结果见表2。由表2可见,即使同一天,不同时刻,不同朝向的新风分配量也存在严重问题。建筑负荷占室内负荷比重较大的建筑,比如采用较大玻璃幕墙的建筑,此问题更显突出。

表2

时刻
—次风量(m3/h )
得到新风量(m3/h )
得到新风量/需求新风量(%)
西
西
西
8:00
3939
2282
1357
786
1.27
0.73
10:00
3561
3684
1120
1159
1.05
1.08
12:00
2682
3907
802
1168
0.75
1.09
14:00
2779
5619
765
1547
0.71
1.44
16:00
2735
6947
706
1793
0.66
1.67
18:00
1640
4265
541
1407
0.51
1.31

 

3 解决新风分配量问题的几种办法
3.1 方法一,大空间办公划分采用隔断*,不采用隔墙*。 由于采用隔断,新风量分配不均区域吊顶下空气相通,共享新风。新风分配量问题降为新风均匀性问题,可通过对气流组织的改善,风口布置的调整(图一中c)来解决。本方法简便,无须改变空调系统,但内区和外区之间的隔断受租售用户装修影响,有些工程较难保证能够实行。如隔墙必须存在,可考虑采用其他方法。

 

3.2 方法二,内外区分设空调机组(AHU)。 内外区分别设AHU后,内区和外区可能不会出现表1中内外区新风量分配盈亏问题,内外区新风量依靠控制内外区系统新风总量(图1a)来保证。本方法只解决了内外区之间新风量分配不均的问题,对于外区之间新风量分配不均的问题仍无法解决。而且,本方法需设置两台AHU, 一般将增加机房面积,增加吊顶内管道的交叉,影响层高。由于内区负荷变化不大,可采用定风量空调系统;外区变风量空调系统须进行供冷供热的模式转换。

 

3.3 方法三,设专用新风机组。专用新风机组可采用定风量,亦可采用变风量系统。VAV末端厂商,有生产设专用新风接口的VAV末端。如采用定风量,为满足不同季节、不同时刻、各个区域的新风量,将增加空调能耗。因此,专用新风机组多采用根据有害物浓度(一般采用CO2浓度)控制采用变风量系统。本方法解决了内外区新风量分配盈亏问题和外区之间新风量分配不均的问题。当然,本方法将增加VAV末端的投资,增加大楼BAS的控制点数,有时由于人的嗅觉和综合感觉能力比测试仪器灵敏,有时会出现即使室内已知有害物浓度均不超标,人员仍感不适的情况。一般,本方法也将增加机房面积,增加吊顶内管道的交叉,影响层高。

 

3.4 方法四,增加系统新风需求量,即增加新风标准。增加新风标准,通过适当提高系统新风比和冬季转换风量以保证系统内任何时刻所有人员均享有至少满足卫生标准的新风量来实现。一般,增加新风量必然增加能耗,增加机组装机容量和盘管处理能力,增加初投资,因此,新风标准增加的数值须经过详细计算确定。ASHARE手册IAQ章节中有详细论述。计算复杂,对控制依赖性大。但如建筑所在地区,一年中大多数时间可利用新风供冷,则本方法结合热回收装置使用,是可行的解决方法。

 

4 结论
4.1 保证室内的新风量需要控制3个环节:新风总量、新风分配量和新风均匀性。

 

4.2 新风分配量与室内负荷变化有关。设备、灯光和人员负荷变化一般不会造成新风分配量不足的问题。建筑负荷变化对新风分配量的影响,以虚拟工程进行了分析。对于单风机变风量系统,新风总量能够得以较好的控制,而新风分配量的确存在问题。根据对虚拟工程的计算结果:夏季外区最高负荷时得到新风量高达130%(需求量为100%,下同),但内区得到新风量却只有70%,负荷较低时则相反,内区得到新风量高达146%,但外区得到新风量仅为54%。从朝向影响分析:西向外区上午8:00得到新风量只有73%,东向外区自中午12:00以后得到新风量均小于100%,18:00只有51%。

 

4.3 本文讨论了4种解决方法,需结合实际工程特征来选择具体处理办法。笔者认为,就目前国内的经济状况和大楼BAS的控制、调试水平而言,方法一应作为首选。方法一,简单、经济。另外,限制变风量调幅,也可达到较好的效果。

 

4.4 对于设送回风机的双风机变风量系统,同样也存在控制新风量的问题,本文亦可衍用至双风机变风量系统。双风机变风量系统的控制关键环节是新风总量。

 

*隔断为高度不到吊顶的划分;隔墙为高度至吊顶或楼板的划分。

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