變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)[de]優(yōu)化設(shè)計淺談

1、變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)de優(yōu)化設(shè)計淺談?wù)?變風(fēng)量系統(tǒng)有很強(qiáng)de動態(tài)特性，加之空調(diào)系統(tǒng)固有de非線性，使問題de解決變得非常困難?？赡壳斑@方面de研究還比較滯后，設(shè)計人員在設(shè)計時缺少有效de分析計算手段。國內(nèi)變風(fēng)量系統(tǒng)de實(shí)踐正在興起，迫切需要可行、有效de輔助設(shè)計de分析方法。 關(guān)鍵詞： 變風(fēng)量 優(yōu)化設(shè)計 1、引言 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)于60年代在美國誕生，其基本原理是通過改變送入房間de風(fēng)量來滿足室內(nèi)變化de負(fù)荷。在當(dāng)今特別提倡節(jié)能和舒適性de條件下，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)正在逐漸被人們接收并得到應(yīng)用。 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： * 由于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是通過改變送入房間de風(fēng)量來適應(yīng)負(fù)荷de變化，而

2、空調(diào)系統(tǒng)大部分時間de部分負(fù)荷下運(yùn)行，所以風(fēng)量de減少帶來了風(fēng)機(jī)能耗de降低。 * 區(qū)別于常規(guī)de定風(fēng)量或風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，在每一個系統(tǒng)中de不同朝向房間，它de空調(diào)負(fù)荷de峰值出現(xiàn)在一天de不同時間，因此變風(fēng)量空調(diào)器de容量不必按全部冷負(fù)荷峰值疊加來確定，而只要按某一時間各朝向冷負(fù)荷之各de最大值來確定。這樣，變風(fēng)量空調(diào)器de冷卻能力及風(fēng)量比定風(fēng)量可風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)減少10-20% * 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)屬于全空氣系統(tǒng)，與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相比有明顯de好處是冷凍水管與冷凝水管不進(jìn)入建筑吊頂空間，因而免除了盤管凝水和霉變問題。 * 系統(tǒng)de靈活性較好，易于改、擴(kuò)建，尤其適用于格局多變de建筑。盡管變風(fēng)量空調(diào)系

3、統(tǒng)有其特有de優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際設(shè)計中還是應(yīng)注意一些問題，以免其帶來de一些負(fù)面影響，同時，應(yīng)深入研究和探討變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化其設(shè)計理念。 2、空調(diào)系統(tǒng) 2.1、變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是通過改變進(jìn)入房間de風(fēng)量來滿足室內(nèi)變化de負(fù)荷，當(dāng)房間低于設(shè)計額定負(fù)荷時，系統(tǒng)隨之減少送風(fēng)量，亦即降低了風(fēng)機(jī)de能耗。故變風(fēng)量系統(tǒng)比較適合多房間且負(fù)荷有一定變化de場合，如辦公、會議、展廳等；對于象大堂公共空間、影劇院等負(fù)荷變化較小de場合，采用變風(fēng)量系統(tǒng)de意義不大。所以，一般在以變風(fēng)量空調(diào)為主de大廈中。其大堂等公共空間還是以定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)為好。由于其場合一般都是高大空間。如果采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)其變風(fēng)量變小

4、時，會改變氣流組織，影響空調(diào)系統(tǒng)de舒適性效果。 2.2、當(dāng)今國內(nèi)設(shè)計de變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，其末端裝置以電動節(jié)流式壓力無關(guān)型為主。該末端裝置可分為有帶風(fēng)機(jī)和不帶機(jī)兩種。帶風(fēng)機(jī)de末端裝置又可分為帶并聯(lián)風(fēng)機(jī)de末端裝置和帶串聯(lián)風(fēng)機(jī)de末端裝置，一般選用以后者為主。 圖1是典型de單風(fēng)道變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。在通常設(shè)計de大樓中，將空調(diào)平面分成內(nèi)外兩個區(qū)，以圍護(hù)結(jié)構(gòu)退深3-4米de周邊區(qū)域定為外區(qū)。其內(nèi)中心區(qū)域則為內(nèi)區(qū)。對內(nèi)區(qū)而言，其空間需常年冷負(fù)荷，而外區(qū)在夏、冬季需不同de冷、熱空調(diào)。由于內(nèi)區(qū)常年供冷，建議采用不帶風(fēng)機(jī)de末端裝置，其氣流組織亦比較容易保證空調(diào)舒適性要求。對于外區(qū)，則建議采用帶風(fēng)機(jī)de

5、末端裝置，其出風(fēng)口設(shè)置再加熱器。在北方地區(qū)，其再加熱器以熱水盤管為主；而在南方地區(qū)，由于其加熱量較小，可以考慮利用富裕de夏季電動制冷機(jī)組de用電裝機(jī)容量來設(shè)置電加熱器。在冬季空調(diào)運(yùn)行中，周邊區(qū)域de末端裝置將一次冷風(fēng)風(fēng)量調(diào)至最小值（其設(shè)定de最小值用來滿足將房間de最小新風(fēng)量），再由末端裝置出口處de加熱器加熱其空調(diào)送風(fēng)。如設(shè)計采用無風(fēng)機(jī)de末端裝置出口處de加熱器熱其空調(diào)送風(fēng)。如設(shè)計采用無風(fēng)機(jī)de末端裝置，則冬季最小送風(fēng)量將大大低于夏季運(yùn)行時de額定設(shè)計風(fēng)量，則勢必大大降低送風(fēng)口de出風(fēng)風(fēng)速，嚴(yán)重影響周邊區(qū)域de氣流組織。對于一定de外區(qū)冬季空調(diào)時de再加熱量，當(dāng)風(fēng)量減少時，則會提高其空調(diào)

6、送風(fēng)溫度，同樣影響空調(diào)de舒適性效果。故外區(qū)一般采用帶風(fēng)機(jī)de末端裝置，則可 完全避免以上兩大問題。通過風(fēng)機(jī)de作用，盡管一次風(fēng)量減少，由于二次回風(fēng)de補(bǔ)入，保證了送風(fēng)量，定于設(shè)計de額定風(fēng)量；同時由于送風(fēng)量de增加，降低了其它調(diào)送風(fēng)溫差。另外，由于末端裝置內(nèi)de風(fēng)機(jī)克服了其出風(fēng)處再加熱盤管de壓力，從而降低空調(diào)器出風(fēng)所需提供de靜馀壓。 2.3、還有一種設(shè)計思路，即內(nèi)外區(qū)全部無風(fēng)機(jī)de末端裝置，出口處也不用設(shè)置再加熱器，而在周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)下方另設(shè)立式風(fēng)機(jī)盤管。夏季空調(diào)運(yùn)行時，完全由變風(fēng)量末端裝置提供de送風(fēng)量來滿足內(nèi)外區(qū)de冷負(fù)荷要求；冬季空調(diào)運(yùn)行時，內(nèi)區(qū)冷負(fù)荷空調(diào)仍由該區(qū)de變風(fēng)量末端裝

7、置來提供，而外區(qū)de熱負(fù)荷空調(diào)則由周邊風(fēng)機(jī)盤管來提供，外區(qū)de變風(fēng)量末端裝置只提供其所需de新風(fēng)量。這種設(shè)計方法，由于避免了吊頂內(nèi)設(shè)置帶風(fēng)機(jī)制末端裝置，從而降低了該風(fēng)機(jī)帶來de噪聲問題，介同時由于周邊需另設(shè)立式風(fēng)機(jī)盤管，這勢必減少了空間de利用率，對室內(nèi)裝修也帶來了一定de影響。當(dāng)然，這種設(shè)計方法已不是真正意義上變內(nèi)量空調(diào)系統(tǒng)。 3、空氣處理 圖2是典型de變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)冬季運(yùn)行時de空氣狀態(tài)變化圖，系統(tǒng)設(shè)計中，各樓層de一次風(fēng)空調(diào)器只設(shè)冷卻盤管，而集中式新風(fēng)空調(diào)器設(shè)置冬季預(yù)熱盤管和加濕器。作為冬季運(yùn)行，新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)空調(diào)de預(yù)熱盤管加熱至O1或O2點(diǎn)，經(jīng)加濕處理后至E點(diǎn)，而后與樓層空調(diào)回風(fēng)混合后

8、達(dá)到R點(diǎn)，再經(jīng)一次風(fēng)空調(diào)器de冷卻盤管處理至出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S.新風(fēng)加器可以采用等溫加濕和絕熱加濕兩種方法。由于新風(fēng)加濕量較大，故等溫加濕一般采用乾飽和蒸汽加濕法，而絕熱加濕法，對于高壓葉噴霧加濕法，由于無法做到比例調(diào)節(jié)，實(shí)際運(yùn)行時控制精度很差，故新風(fēng)加濕一般以采用乾飽和蒸汽等溫加濕為主。該空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行時，新風(fēng)空調(diào)器不作任何處理過程由樓層空調(diào)器各自承擔(dān)，其空氣處理過程如圖3所示。這種設(shè)計方法de優(yōu)點(diǎn)是，所有樓層空調(diào)器只設(shè)冷卻盤管，而由新風(fēng)空調(diào)器集中處理冬季室外新風(fēng)de加熱和加濕過程。這樣，簡化了整個大樓de空調(diào)系統(tǒng)，也大大節(jié)約了系統(tǒng)de初投資費(fèi)用。但其缺點(diǎn)是，為了室內(nèi)新風(fēng)de集中加濕，必需先對其

9、等濕加熱，而樓層空調(diào)器對其混風(fēng)空氣進(jìn)行冷卻處理才能達(dá)到空調(diào)所需de一次風(fēng)出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。如此空氣處理過程，勢必產(chǎn)生空氣先加熱扣冷卻de抵消作用，造成大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時能耗de大量浪費(fèi)。 針對上述空調(diào)系統(tǒng)de缺點(diǎn)，筆者建議集中式新風(fēng)空調(diào)器只設(shè)預(yù)熱盤管，不設(shè)加濕器。大樓標(biāo)準(zhǔn)層de空調(diào)器只設(shè)冷卻盤管和高壓噴霧加濕器，而對于其它樓層有額定熱負(fù)荷de情況下再加設(shè)加熱盤管。該空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行時，其空氣處理過程也如圖3所示。而作為冬季運(yùn)行，新風(fēng)空調(diào)器只對室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)加熱，新回風(fēng)混合后進(jìn)入樓層空調(diào)器，空調(diào)器則根據(jù)控制要求對其加熱或冷卻（對于不同樓層，回?zé)峄蚶鋮s可能同時存在）當(dāng)然，新風(fēng)加熱處理后溫度設(shè)定值de前提

10、是大于+5C，且保證標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)器de入風(fēng)空氣狀態(tài)R2de焓值不低于S點(diǎn)，避免其加熱過程。經(jīng)盤管后de空氣狀態(tài)點(diǎn)，其空氣處理過程如圖4所示。該變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，由于充分利用了冬季室外新風(fēng)集中加濕而產(chǎn)生de大量冷熱抵消作用，是一種比較節(jié)能de空調(diào)形式。 4、冷熱源 對于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，冬季和過渡季節(jié)運(yùn)行時需同時滿足內(nèi)外區(qū)de冷、熱負(fù)荷要求，故空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制。由于系統(tǒng)要求同時提供冷、熱源，除采用常規(guī)de電動制冷機(jī)組加蒸汽或熱水鍋爐外，可以考慮采用直燃式溴化鋰?yán)錈岵粰C(jī)組，其具有運(yùn)轉(zhuǎn)時無振動，無磨損，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)。不過，如采用直燃機(jī)組需注意以下幾個問題： * 機(jī)組供水溫度 因?yàn)殇寤嚈C(jī)組de冷

11、凍水供水溫一般只能達(dá)到+7C左右，當(dāng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計低溫系統(tǒng)時，系統(tǒng)需提供足夠低溫de冷凍水，而這對于溴化鋰組而言就難以勝任了。 * 直燃機(jī)組需采用分隔式供熱機(jī)組 如果采用主體供熱式直燃機(jī)組，由于無法同時制冷和制熱，不能滿足變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)需同時提供冷、熱源de要求。 * 配置低負(fù)荷運(yùn)行時只有內(nèi)區(qū)少量冷負(fù)荷，其總冷負(fù)荷大大低于夏季空調(diào)時de總負(fù)荷，如在此低負(fù)荷情況下運(yùn)行，直燃機(jī)組將大大降低其運(yùn)行de經(jīng)濟(jì)性和可靠性。故此時，低負(fù)荷制冷由獨(dú)立de電動冷水機(jī)組承擔(dān)為好，直燃機(jī)組只作制熱用。 在空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計中，冷卻塔可以設(shè)計采用獨(dú)立小塔不分彼此、統(tǒng)一組合de形式，所有冷卻塔風(fēng)機(jī)采用雙速風(fēng)機(jī)。實(shí)現(xiàn)運(yùn)行

12、時，不管入塔水量及水溫如何變化，冷卻塔通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量以保證出塔卻水de溫度，這樣可以有效降低冷卻塔de運(yùn)行能耗。由于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)冬季亦需提供冷源，可考慮在室外空氣條件允許de情況下，利用冷卻塔de冷卻能力，通過板式熱交換器，提供一定低溫de冷凍水，以達(dá)到不開冷水機(jī)能de節(jié)能空調(diào)運(yùn)行。 5、風(fēng)量平衡 圖5是典型de變風(fēng)量系統(tǒng)de經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對于采用混風(fēng)de空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)量在各個房間是按風(fēng)量分配de。也就是說，即使總新風(fēng)量達(dá)到要求，在de房音也會有新風(fēng)不足de問題，對于變風(fēng)量系統(tǒng)，由于送入房間de要求，總新風(fēng)量將會增加，基至在有de時候可能超過空調(diào)需要de送風(fēng)量。為此可這樣考慮，在一定de新風(fēng)量下，總回風(fēng)中二氧化碳de含量不一定超標(biāo)，可以利用回風(fēng)以減少總新風(fēng)量。圖示空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時，送風(fēng)機(jī)根據(jù)空調(diào)負(fù)荷確定送風(fēng)量，新風(fēng)機(jī)則根據(jù)回風(fēng)de空氣品質(zhì)確定提供de新風(fēng)量，而排風(fēng)機(jī)則根據(jù)房間de所需正壓值匹配新風(fēng)機(jī)de運(yùn)轉(zhuǎn)。在過渡季節(jié)，調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)de運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)量來維持一定de新回風(fēng)混風(fēng)溫度，這樣做法是充利用室外新風(fēng)de低濕冷卻作用以減少冷機(jī)de開啟時間。但在實(shí)際采用時，