連載· 12 |《變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)》——2.6變風(fēng)量空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2017-09-08
變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)設(shè)計(jì)
變風(fēng)量系統(tǒng)中新風(fēng)量的分配和空調(diào)系統(tǒng)的分區(qū)形式有很大的關(guān)系，無論采用何種分 區(qū)形式，在總新風(fēng)量固定的情況下，各朝向的房間都會(huì)出現(xiàn)新風(fēng)量小于設(shè)計(jì)要求的最小新風(fēng)量的情況。要想讓所有房間的新風(fēng)量都滿足要求，這時(shí)總的新風(fēng)量需要加大；加大 新風(fēng)量可以滿足所有房間的新風(fēng)量要求，同時(shí)在過渡季節(jié)也會(huì)節(jié)省一部分能量；但新風(fēng)量加大以后夏季和冬季又會(huì)多消耗處理新風(fēng)的冷熱量，因此應(yīng)該選取一個(gè)全年運(yùn)行模式下的最佳新風(fēng)量。
例如：夏季，除了內(nèi)熱冷負(fù)荷外，外區(qū)變風(fēng)量末端裝置還承擔(dān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷，它 多耗用了一部分含有新風(fēng)的送風(fēng)量。如果仍按照系統(tǒng)總?cè)藬?shù) × 新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)來確定總新風(fēng) 量，內(nèi)區(qū)新風(fēng)量會(huì)相對(duì)不足（對(duì)于空氣流通的大開間沒問題，但是對(duì)于分割成小房間的 系統(tǒng)，內(nèi)區(qū)新風(fēng)供給會(huì)不足），因此夏季需要附加新風(fēng)量。
2.6.1分散處理方式
新風(fēng)通過變風(fēng)量空氣處理機(jī)組從機(jī)房或就近外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)風(fēng)口吸入，與系統(tǒng)回風(fēng) 混合并處理后再送入各個(gè)空調(diào)區(qū)域。
在該方式下，新風(fēng)由變風(fēng)量空氣處理機(jī)組（單、雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)均可）自行、分散地從 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的百頁口吸入并進(jìn)行處理；由于具備全新風(fēng)運(yùn)行的條件，在排風(fēng)量與新風(fēng) 量匹配的條件下可實(shí)現(xiàn)變新風(fēng)比運(yùn)行；空調(diào)箱風(fēng)量變頻調(diào)小時(shí)，進(jìn)口負(fù)壓值也會(huì)減小， 導(dǎo)致新風(fēng)量減小，常在新風(fēng)進(jìn)風(fēng)管上設(shè)風(fēng)量傳感器，反饋小新風(fēng)量，或者采用回風(fēng)管 CO2 濃度控制新回風(fēng)閥的開度；機(jī)房一般需有直接對(duì)外的百頁進(jìn)風(fēng)口（見圖 2-7）。
2-7 新風(fēng)分散處理方式圖
2.6.2 集中處理方式
高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層的空調(diào)機(jī)房一般設(shè)置在核心筒，各標(biāo)準(zhǔn)層通常不單獨(dú)設(shè)置對(duì)外的 新風(fēng)和排風(fēng)口，因此一般采用新風(fēng)集中處理方式。集中新風(fēng)處理機(jī)組一般設(shè)置在屋頂 層、避難層或地下層的設(shè)備機(jī)房內(nèi)，并且就近集中開設(shè)對(duì)外的新風(fēng)和排風(fēng)口。新風(fēng)經(jīng)新 風(fēng)機(jī)組處理后送至各個(gè)樓層的新風(fēng)入口，在樓層空氣處理機(jī)組內(nèi)與回風(fēng)混合后進(jìn)行熱濕 處理，如圖 2-8 所示。集中新風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)了大部分新風(fēng)負(fù)荷，使樓層空調(diào)器負(fù)荷比較穩(wěn) 定；樓層空調(diào)器變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)本系統(tǒng)新風(fēng)量有影響，一般在新風(fēng)管上設(shè)定風(fēng)量閥以保 證新風(fēng)量；另外，受豎向管道井空間的限制，集中新風(fēng)系統(tǒng)分配到各層的新風(fēng)一般只能 滿足最小新風(fēng)量，很難大幅度增加，因此難以實(shí)現(xiàn)較大幅度的變新風(fēng)比運(yùn)行。但是，也 可以另外加設(shè)一路新風(fēng)支管，該新風(fēng)支管上配置電動(dòng)開關(guān)閥，在過渡季節(jié)打開，可以實(shí) 現(xiàn) 50%~70% 新風(fēng)比的要求。
圖 2-8 新風(fēng)集中處理方式圖圖
2.6.3 新風(fēng)計(jì)算方法
變風(fēng)量系統(tǒng)屬于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)負(fù)荷作為全空氣系統(tǒng)負(fù)荷的重要部分，而且 一個(gè)全空氣系統(tǒng)往往管轄著若干個(gè)不同的通風(fēng)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的新風(fēng)比又不盡相同，如 何確定變風(fēng)量系統(tǒng)一個(gè)合理的新風(fēng)量的同時(shí)又保證滿足系統(tǒng)所管轄的每個(gè)通風(fēng)區(qū)域需求 的新風(fēng)比是本節(jié)致力要解決的問題。
GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》“4.3 輸配系統(tǒng)”中的 4.3.12 條指出：當(dāng)一 個(gè)空氣調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)多個(gè)使用空間時(shí)，系統(tǒng)的新風(fēng)量應(yīng)按下列公式計(jì)算確定
Y=X/（1+X-Z）
Y=Vot / Vst
X=Von / Vst
Z=Voc / Vsc
式中Y ——修正后系統(tǒng)新風(fēng)量在送風(fēng)量中的比例；
Vot ——修正后的總新風(fēng)量，m /h；
Vst ——總送風(fēng)量，即系統(tǒng)中所有房間送風(fēng)量之和，m /h；
X ——未修正的系統(tǒng)新風(fēng)量在送風(fēng)量中的比例；
Von ——系統(tǒng)中所有房間的新風(fēng)量之和，m /h；
Z ——需求最大的房間新風(fēng)比；
Voc ——需求最大的房間的新風(fēng)量，m /h；
Vsc ——需求最大的房間的送風(fēng)量，m /h。
該標(biāo)準(zhǔn)是參照 ANSI/ASHRAE Std 62—2001 制定的，標(biāo)準(zhǔn)中給出一個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個(gè) 不同送風(fēng)區(qū)域時(shí)系統(tǒng)新風(fēng)的修正計(jì)算公式，但公式中“Vst——總送風(fēng)量，即系統(tǒng)中所有 房間送風(fēng)量之和（m3/h）”和“V ——系統(tǒng)中所有房間的新風(fēng)量之和（m3/h）”的計(jì)算方 法及“Z——需求最大的房間新風(fēng)比”的定義也逐漸暴露出一些問題。“需求最大的房間” 是指需求新風(fēng)量最大的房間還是指新風(fēng)比最大的房間，變風(fēng)量系統(tǒng)中如何確定“需求最 大的房間”。
為此，ASHRAE 于 2005 年頒布了最新版本 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。 新規(guī)范刪除了ANSI/ASHRAE Standard 62—2001 中新風(fēng)量的計(jì)算方法，即 Y=X/（1+X-Z）， 而引進(jìn)了新定義“臨界分區(qū)（critical zone）”和新公式
Vot=Vou / Ev
式中Vot——修正后系統(tǒng)送出的新風(fēng)量，m /h；
Vou——系統(tǒng)需求的新風(fēng)量，m /h；
Ev——系統(tǒng)的通風(fēng)效率。
其中 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004 對(duì)于公式中的每一項(xiàng)都給予了充分的解釋及 計(jì)算方法，同時(shí)引進(jìn)了新的新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，由于篇幅原因設(shè)計(jì)手冊在此只做簡略的介紹，讀 者若有興趣可參看 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。
新標(biāo)準(zhǔn)考慮到新型建筑中污染源不單來自人體，也來自建筑材料，明確地將新風(fēng)標(biāo) 準(zhǔn)分為人均所需新風(fēng)量 Rp 和單位面積所需新風(fēng)量 Ra，該兩項(xiàng)的取值可參閱國內(nèi)有關(guān)變 風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件。則計(jì)算式為
Vou=D·∑（RpPz）+∑（RaAz）
式中Pz——各房間的最大（預(yù)期）人數(shù)，人；
Az——各房間的凈使用面積，m 。
其中 D 的引入是考慮到人員的流動(dòng)性，比如辦公室的人員會(huì)去會(huì)議室、休息室、 接待區(qū)、茶水區(qū)等，也可能外出，將各區(qū)域的最大預(yù)計(jì)總?cè)藬?shù)的累價(jià)值作為系統(tǒng)的計(jì)算 總?cè)藬?shù)顯然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)需求新風(fēng)量變大。則計(jì)算式為
D=Pa /∑Pz
式中Ps——系統(tǒng)計(jì)算總?cè)藬?shù)，人。
Ev=1+Xs-Zdc
式中Xs——系統(tǒng)平均新風(fēng)比；
Zdc——臨界分區(qū)送風(fēng)新風(fēng)比。
Xs=Vou /Vps
式中Vps——系統(tǒng)的一次送風(fēng)量，由系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算確定或 Vps=LDF·∑Vpz·Vpz 為各房 間的設(shè)計(jì)一次送風(fēng)量（m3/h），LDF 為系統(tǒng)負(fù)荷參差系數(shù)。
要確定“臨界分區(qū)送風(fēng)新風(fēng)比 Zdc”首先明確“臨界分區(qū)”的概念。變風(fēng)量多分區(qū) 空調(diào)系統(tǒng)所管轄的各通風(fēng)房間所需新風(fēng)比是不同的，其中必有一個(gè)需求新風(fēng)比最大的通 風(fēng)房間，稱為“臨界分區(qū)”。
由于Zd=Voz / Vdz
式中Zd——通風(fēng)房間的新風(fēng)比； Vdz——通風(fēng)房間的預(yù)期最小送風(fēng)量，m3/h（包括一次風(fēng)和就地回風(fēng)）； Voz——通風(fēng)房間所需新風(fēng)量，m3/h。
Voz=Vbz / Ez
式中 Vbz——通風(fēng)房間呼吸區(qū)的新風(fēng)量，m3/h，所謂呼吸區(qū)是指人員活動(dòng)的一個(gè)區(qū)域， 通風(fēng)房間內(nèi)距地面高度為 75~1800mm、距墻或固定空調(diào)設(shè)備 600mm 的區(qū) 域（Vbz=RpPz+RaAz）；Ez——通風(fēng)房間空氣分布效率（在一定送、回風(fēng)形式及送風(fēng)溫度下，實(shí)際到達(dá)呼 吸區(qū)的風(fēng)量與送入房間空氣量之比），取值可查閱國內(nèi)有關(guān)變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè) 計(jì)文件。
故Zdc=Vozc / Vdzc
考慮到變風(fēng)量系統(tǒng)的特殊性：“臨界分區(qū)”是變化的，夏季時(shí)外區(qū)的負(fù)荷較大導(dǎo) 致送風(fēng)量較大，相比之下內(nèi)區(qū)的負(fù)荷較小導(dǎo)致送風(fēng)量小，內(nèi)區(qū)房間就會(huì)成為“臨界 分區(qū)”，而冬季內(nèi)區(qū)供冷，風(fēng)量較大，外區(qū)供熱一般采取其他加熱輔助設(shè)備，此時(shí)外 區(qū)末端裝置僅保證最小送風(fēng)量，送風(fēng)量較小，外區(qū)房間就會(huì)成為“臨界分區(qū)”，所以 在供冷、供熱設(shè)計(jì)工況下，需通過計(jì)算，明確出臨界分區(qū)，并以此分別計(jì)算系統(tǒng)新 風(fēng)量。
上述新標(biāo)準(zhǔn) ANSI/ASHRAE Std 62—2004 的計(jì)算方法與國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范的計(jì)算方法相比，新方法對(duì)于新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)的拆分，更加符合不同人員密度建筑新風(fēng)量的需求情況， 對(duì)于高人員密度的辦公室，采用新方法計(jì)算出的人均新風(fēng)量比 30m3/h 少 10m3/h 左右， 可降低新風(fēng)能耗近 30%，新方法考慮到了辦公建筑人員流動(dòng)性大的問題，不單純地累 計(jì)空調(diào)房間最大設(shè)計(jì)人員，在系統(tǒng)人員中引入人員參數(shù)系數(shù)，更為合理，同時(shí)新方法 明確了“臨界分區(qū)”的概念，避免了理解上的誤解，新方法給出了各項(xiàng)效率更為合理 的計(jì)算方法。
各位設(shè)計(jì)師可嚴(yán)格按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，也可借鑒比較成熟的 ANSI/ ASHRAE Std 62—2004 的計(jì)算方法。
