地下車庫通風的變頻控制研究

1、暖通空調(diào)HV&AC 2005年第35卷第7期 技術交流 113地下車庫通風的變頻控制研究湖南大學 張 泠 尹應德 黃文勝 張盼月*摘要 針對目前地下車庫變風量系統(tǒng)中常用的間歇控制法和雙速風機法存在的控制過于簡單、不能很好地改善地下車庫內(nèi)的空氣品質(zhì)、不能最大限度地節(jié)能的問題,提出了根據(jù)車庫內(nèi)CO濃度的實時變化情況,采用風機變頻控制地下車庫通風量的方法。介紹了某地下車庫通風系統(tǒng)的風機變頻控制改造工程。結果表明,風機變頻控制改造在技術上是可行的,能節(jié)約電能,且投資回收期較短。關鍵詞 地下車庫 變頻控制 節(jié)能改造Frequencycontrolofventilatingsysteminanun

2、dergroundgarageByZhangLing ,YinYingde,HuangWenshengandZhangPanyueAbstract Commonintermittentcontrolmethodanddual speedfanmethodforVAVsystemsofundergroundgaragesaretoosimplified,cannotremarkablyimproveairqualityandcannotfurthestsaveenergy.Putsforwardaventilationquantitycontrolmethodbyvariable frequen

3、cyfanaccordingtothereal timeconcentrationofCOinundergroundgarages.Presentsthealterationofventilationsystemtoadoptafrequencycontrolfaninanundergroundgarage.Theresultshowsthatthereformingistechnicallyfeasible,andthatitcansaveenergywithshortinvestmentrecoveryperiod.Keywords undergroundgarage,frequencyc

4、ontrol,energysavingreformingHunanUniversity,Changsha,Chinay0 引言在地下車庫通風設計中,通常采用定風量通風系統(tǒng)。設計者往往是按不小于(通常取等于)6h-1的體積換氣次數(shù)法或單位地面面積換氣次數(shù)法,先確定車庫的通風量,然后按確定的通風量選取風機進行通風系統(tǒng)的設計。文獻13指出,這種設計方法往往不能根據(jù)車庫的具體情況對其通風系統(tǒng)進行管理和控制,有時不能滿足車庫內(nèi)的空氣品質(zhì)要求,也不節(jié)能。目前,一些地下車庫采用了簡單變風量控制方法,主要有間歇控制法和雙速風機法。前者根據(jù)不同時段出入地下車庫車輛數(shù)的變化,來確定開啟或關閉風機。當車庫內(nèi)汽車出入

5、頻繁時,開啟風機,反之,關閉風機。后者則是切換風機的運行方式,當車庫內(nèi)汽車出入頻繁時,開啟風機的高速擋,反:之,開啟風機的低速擋。但是,這兩種控制方法都過于簡單,不能很好地改善地下車庫內(nèi)的空氣品質(zhì),也不能最大限度地節(jié)能。本文針對車庫實時所需通風量隨時間的變化情況,對地下車庫通風系統(tǒng)的風機變頻控制改造策略進行了分析,并介紹某商務大廈地下車庫的風機變頻控制改造工程。1 通風系統(tǒng)的風機變頻控制策略用體積換氣次數(shù)法和單位地面面積換氣次數(shù)法確定的是地下車庫的最大通風量。對于地下車庫來說,汽車出入地下車庫的情況往往隨時間的不y!張泠,女,1969年5月生,工學博士,副教授410082湖南大學土木工程學院(

6、0731)2213119E mail:zhlsmile收稿日期:20030317一次修回:20040927:114 技術交流 暖通空調(diào)HV&AC 2005年第35卷第7期的CO傳感器(探頭)測得車庫內(nèi)實時CO的濃度后,反饋給中央控制器PCD。通過與設定值的比較,PCD發(fā)出指令,指示變頻器對風機實行變頻調(diào)速,改變風機的轉速,從而改變風機的通風量,使其與實際需要的通風量相匹配。由于風機通風量的改變,使得其他風口的通風量也相應改變,此時,PCD控制風閥執(zhí)行器的動作,使通風系統(tǒng)阻力平衡。上位機的作用是遠程監(jiān)控送、排風機系統(tǒng)的運行,并記錄通風系統(tǒng)的運行情況。2 工程實例2.1 工程概況某商務大廈

7、地下車庫共3層,每層建筑面積為6800m,層高為3 6m。車庫內(nèi)共有車位370個,其中,地下1層110個,地下2層130個,地下3層130個,車庫只有一個汽車出入口。由于車庫的形狀不規(guī)則及車道布置的不合理,使得地下1層和地下2層車道上的車流量分布很不均勻,從而導致各車道上方的CO濃度有很大的差異;同時各時間段里車庫內(nèi)各車道上方的CO濃度也不同。該工程原為定風量系統(tǒng),因系統(tǒng)和設備老化需要更新,改造成變風量系統(tǒng)。2.2 車庫通風量的確定地下車庫內(nèi)汽車排放的污染物中主要含有CO,HC及NOx等有害物質(zhì)。測試表明,在怠速狀態(tài)下,以上污染物發(fā)散量的體積比分別為71 50 2。由此可見,只要把CO的濃度稀

8、釋到衛(wèi)生標準規(guī)定的濃度,其他污染物的濃度也能滿足衛(wèi)生要求3,78。根據(jù)該地區(qū)的建筑規(guī)范,該工程采用ASHRAE的標準,規(guī)定地下車庫CO允許最高體積分數(shù)為35#10-6(40 55mg/m3)7。車庫的通風量確定方法和計算結果詳見文獻9。2.3 通風系統(tǒng)風機的變頻控制改造根據(jù)CO傳感器測得的實際CO濃度對風機進行變頻控制。通風系統(tǒng)各風閥始終處于最大開度位置(滿足系統(tǒng)平衡需要),以減小系統(tǒng)阻力。在總風管道長度的2/3處安裝壓差傳感器,設定風機的最低運行頻率以保證系統(tǒng)所需的最小壓力。在每天的大部分時間里,車庫內(nèi)進出的車輛很少,風機在保證滿足衛(wèi)生要求的通風量狀態(tài)下運行。在上、下班時間段里,車庫進出的車

9、輛最多,車同而變化,其所需通風量也相應不同。特別是多層地下車庫,每一層的停車數(shù)量和密集度往往不同,因此,汽車的有害氣體排放量不同,其通風量也相應不同。根據(jù)特征和用途,各種性質(zhì)的地下停車場停車情況也有很大的區(qū)別。一般地,商務、辦公大樓地下車庫,上下班時間段內(nèi)是汽車出入車庫的高峰時期,也是汽車污染物排放的高峰時期,此時,車庫需要稀釋污染物濃度的通風量就多些;而在其他時間里,需要的通風量會少些。因此,采用定風量的通風系統(tǒng)顯然會造成能源的大量浪費。文獻5表明,定風量、間歇控制和變頻控制這三種通風方法中,變頻控制是最節(jié)能的控制方法,且車庫內(nèi)CO濃度能滿足衛(wèi)生要求。1.1 風機變頻控制法的節(jié)能原理通常,通

10、風系統(tǒng)是在風口設置電動風閥,通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)風量。該方法雖能減小風量,但是增加了系統(tǒng)的局部阻力,使大部分的能量消耗在閥門上。而采取變頻調(diào)節(jié)改變風機轉速的做法,則效果截然不同。由流體力學知識可知,風機的風量與轉速成正比,輸入功率與轉速的3次方成正比。當風機風量為原來的75%時,風機消耗功率僅為原來的42 2%,節(jié)能57 8%。而用閥門調(diào)節(jié)時,僅節(jié)能5%左右。因此,地下停車庫采用風機變頻技術,風機節(jié)能效果顯著。對地下停車庫的送、排風機進行變頻控制,不僅可以根據(jù)實際需求的送、排風量來控制風機轉速,達到節(jié)能效果,而且可實現(xiàn)風機電機的軟啟動、軟停機,減小電流對電機的沖擊以及設備的振動、噪聲和磨損,

11、延長設備的使用壽命,并減小對電網(wǎng)的沖擊,提高系統(tǒng)的可靠性。1.2 風機變頻的控制原理圖1為風機變頻控制原理圖。當某一風口處64暖通空調(diào)HV&AC 2005年第35卷第7期 技術交流 115量的需要。為了防止由于測得的CO濃度短時大幅波動(如通信干擾、某處CO短時聚集等原因)而引起風機頻繁變頻,風機調(diào)頻采用一定的滯后性以排除干擾。由于該大廈地下車庫通風系統(tǒng)采用縱向分區(qū),一臺風機同時對地下3層停車庫進行送、排風。同時,由于各層停車數(shù)量的不同,故各層排風、送風量不同。因此,車庫采取通風分區(qū)方式,即一個風機負責一定區(qū)域的通風,所有送、排風機由上位機統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。具體說明如下:a)在各排風機的

12、每層總風管上安裝CO傳感器,檢測該層分區(qū)內(nèi)的CO濃度,根據(jù)該濃度計算出該層該區(qū)排風量,3層排風量的總和即為排風機排出的總風量。b)在各排風機的每層總風管上安裝風閥和風閥驅動器,根據(jù)每層排風量與總風量的比值調(diào)節(jié)風閥的開度,使每層排風量與實際需求的排風量相等(參見圖2)。圖3 送、排風機聯(lián)合控制圖工程需要的改造設備和軟件見表1。表1 工程所用主要設備和軟件設 備CO傳感器壓差傳感器風閥風閥驅動器變頻器型 號ACI/CO DACI/LP(5)20)根據(jù)風管具體尺寸選取GBB161.1EATV38HD25N4(18 5kW)ATV38HD23N4(15kW)ATV38HD16N4(11kW)ATV38

13、HU72N4(4kW)定制定制定制定制數(shù)量27個12個36個36個5臺2臺4臺1臺15個3套1套1套1套變頻器、PCD控制柜中央控制器控制軟件檢測軟件上位機軟件2.4 通風系統(tǒng)的變頻控制及其經(jīng)濟分析車庫通風系統(tǒng)的風機參數(shù)見表2。整個通風系統(tǒng)按照排風機的位置,分為9個通風子區(qū)域,各風機負責相應區(qū)域的排風,同時,又可以相互協(xié)調(diào)、補充。3個送風機分別向整個地下車庫送風。根PCD中央控制器 M風閥執(zhí)行器COSCO探頭VVVF變頻器圖2 排風機變頻改造控制圖據(jù)所需排風量的變化,送風量也相應變化,以滿足送風和保持地下車庫一定負壓的要求。當車庫所需的通風量少時,風機在保證車庫衛(wèi)生條件所需的通風量狀況下運行。

14、表2 風機部分參數(shù)編號風機制動器功率/kW115213 8313 843 15515 97611 2579 2389 5399 53106 97116 971215 97配套電機功率/kW18 518 518 5418 515 011 251111111118 5流量/(m3/s)17 912 7412 742 8314 213 210 98 498 497 087 0816 52c)在各送風機的每層總風管上安裝風閥和風閥驅動器,按照各層實際所需的送風量調(diào)節(jié)風閥的開度,送入相應的新風量。d)排風機中央控制器與送風機的中央控制器相互通訊,使得各層的排風量與送風量成一定比例(參見圖3)。該工程為改

15、造工程,為了方便控制和管理,在原來的風機控制電柜旁設置另一套控制設備,與原來的設備實現(xiàn)互鎖控制。即如果原控制電柜工作,則改造設置的控制電柜不能控制和監(jiān)控風機的工作;反之,后者工作,通過互鎖,前者不能工作。同時,兩者又可以互補,可以切換使用,有利于系統(tǒng)的注:1)風機為離心式;2)1#,4#,12#風機為送風機;其余為排116 技術交流 暖通空調(diào)HV&AC 2005年第35卷第7期UndergroundSpaceTechnology,1996,11(3):3333432 ChanMY,BurnettJ,ChowWK.Energyuseforventilationsystemsinunder

16、groundcarparks.BuildingandEnvironment,1998,33(5):3033 HoJC,XueH,TayKL.314Afieldstudyon風機的額定總功率為166 75kW,平均每天運行18h。根據(jù)現(xiàn)場測試分析可知,風機的平均負荷為其最大風量時的75%。改造前,風機的耗電量為1095548kWh/a,改造后,風機的耗電量減少到460134kWh/a,節(jié)約電量635414kWh/a,節(jié)電率為58 0%,節(jié)電款為635414元(電費按1元/(kWh)計),該改造工程費用約為110萬元,投資回收期為2年左右,其回收期較短,有很好的節(jié)能效果。3 結語3.1 大型地下車

17、庫內(nèi)風機的總功率很大,其節(jié)能空間也很大,但是人們卻往往忽視這點,因此,在實際工程中,通常采用定風量系統(tǒng)或簡單的變風量系統(tǒng)。3.2 具體工程的變頻改造表明,該地下車庫內(nèi)的CO濃度能得到很好的控制,能滿足地下車庫的通風要求;同時,改造投資回收期較短,節(jié)能可觀。3.3 該改造技術適用于需要大量通風、且通風量變化大的場所。參考文獻1 ChowWK,WongLT,FungWY.Fieldstudyontheindoorthermalenvironmentandcarbonmonoxidelevelsinalargeundergroundcarpark. 會訊Tunnellinganddeterminat

18、ionofcarbonmonoxidelevelandthermalenvironmentinanundergroundcarpark.BuildingandEnvironment,2004,39(1):67754 AyariArseleneM,GrotDickA,MoncefKrarti.Fieldevaluationofventilationsystemperformanceinenclosedparkinggarages.In:ASHRAETrans.2000,106(1).2282375 AyariArseleneM,MoncefKrarti.Evaluationofdesignven

19、tilationrequirementsforenclosedparkingfacilities.In:ASHRAETrans.2000,106(1).216筑工業(yè)出版社,19997 MoncefKrarti,AyariArseleneM.Overviewofexistingregulationsforventilationrequirementsofenclosedvehicularparkingfacilities.In:ASHRAETrans.1999,105(2).1819999 張泠,尹應德,黃文勝,等.基于箱式模型的地下車庫通風量確定方法.建筑熱能通風空調(diào),2004,23(5):1268 ASHRAE.ASHRAEHandbook.HVACapplication.2276 蔡增基,龍?zhí)煊?主編.流體力學泵與風機.北京:中國建商用/家用集中空調(diào)技術研討會2004年12月30日,由西安制冷學會主辦在西安古都大酒