098一次回風全空氣系統(tǒng)的全年運行模式

1、一次回風全空氣系統(tǒng)的全年運行模式北京市建筑設(shè)計研究院第三設(shè)計所3M3工作室 王威摘要：本文通過對室外氣候和室內(nèi)熱濕比線的全年過程的分析，提出了對于一次回風全空氣系統(tǒng)全年的運行模式；說明了在不同的氣候條件下，各個典型工況的空氣處理過程以及轉(zhuǎn)換點；得到了風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)措施。根據(jù)這個模式，簡化了系統(tǒng)，明確了調(diào)節(jié)目標，節(jié)約了能耗。關(guān)鍵詞： 運行調(diào)節(jié) 一次回風全空氣系統(tǒng) 節(jié)能1.概述隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平日益提高，大型公用建筑逐步在全國各地廣泛興建起來，人們對建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適要求也愈加提高。為滿足人們對室內(nèi)環(huán)境的要求，目前大型建筑中常采用中央空調(diào)系統(tǒng)，特別是對高大空間或使用功能和時

2、間比較一致的區(qū)域，采用一次回風的全空氣系統(tǒng)是理想的選擇。另一方面，我國建筑能耗也隨建筑的發(fā)展而大大增加，因而如何利用室內(nèi)外天然能源來降低全年建筑能耗成為當前研究的重點之一。本文就工程中應用的一次回風全空氣系統(tǒng)，根據(jù)室外氣候條件以及室內(nèi)熱濕比狀態(tài)進行混風比和冷熱盤管水閥調(diào)節(jié)進行分析，得到盡可能利用室內(nèi)外能源條件下明確的運行模式。2.問題引入目前采用的一次回風空氣系統(tǒng)，常分為兩種運行模式，即全新風運行和調(diào)節(jié)新風比（含最小新風比）運行。在一般的設(shè)計過程中，只分析最大負荷時的處理過程和送風狀態(tài)，當室外條件比較理想時，則按照過渡季全新風的概念運行，并且以此為據(jù)，選擇雙風機的空調(diào)機組，配置相應的控制閥門。

3、但是，在全年室外氣候和室內(nèi)熱濕狀況變化的過程中，如何協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系，并且最大可能的利用室內(nèi)外的免費冷熱量對送風進行處理，同時又照顧到在節(jié)能的前提下盡量多地采用室外新風，以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，成為運行調(diào)節(jié)中的重要問題。在全年空調(diào)的前提下，室外氣候可以根據(jù)室內(nèi)外空氣狀態(tài)點的相對位置分為冬、夏和過渡（春、秋）季等不同類型，本文就從此入手，分析一次回風全空氣系統(tǒng)在不同季節(jié)的處理過程和各過程的轉(zhuǎn)換點。3.運行模式分析3.1分析背景為了明確分析過程，突出主要矛盾，對于全年運行的一次回風全空氣系統(tǒng)作如下簡化：室內(nèi)四季設(shè)計參數(shù)相同，回風、排風的空氣狀態(tài)點全年不變。室內(nèi)熱負荷主要隨室外氣候變化，即室內(nèi)的余熱量按照

4、室外氣候的變化而一致變化，冬季余熱為負值，應加熱，夏季余熱為正值，應供冷。采用定風量系統(tǒng)，且不采用再熱處理過程，節(jié)省能耗，如需要嚴格滿足室內(nèi)濕度要求，則采用等焓加熱冷卻等過程。（實際中可以用轉(zhuǎn)輪除濕或濕膜等設(shè)備近似實現(xiàn)。）空調(diào)機組的末端處理設(shè)備為理想設(shè)備，風閥和水閥可以由0%100%連續(xù)調(diào)節(jié)，加熱和冷卻的設(shè)備為盤管。根據(jù)以上的簡化，室內(nèi)負荷的熱濕比線（線）在全年的過程中為一條以室內(nèi)狀態(tài)點（N點）為圓心做圓周往復運動的直線。如以夏秋冬春為序分析，則熱濕比線方向由右上方（夏季）作順時針旋轉(zhuǎn)到右下方（冬季），再由右下方作逆時針旋轉(zhuǎn)到右上方，其旋轉(zhuǎn)幅度與室內(nèi)熱負荷有關(guān)，即與室外氣候條件有關(guān)。在以下各工

5、況中，熱濕比線標識為，W標識為室外點，N標識為室內(nèi)點，C標識為混風點，S標識為送風點。I為空氣焓值， t為空氣干球溫度，d為空氣含濕量。3.2夏季典型過程圖3.2 夏季典型過程焓濕圖夏季典型過程如圖3.2，此時，應采用最小新風比的混風模式。這種工況的特征是，室外空氣狀態(tài)點（W點）的焓值高于室內(nèi)空氣狀態(tài)點（N點）（即回風狀態(tài)點）的焓值，而送風點（S點）位于室內(nèi)點的左下側(cè)；室內(nèi)熱濕比線指向右上方，數(shù)值為正且較大。因此，若想花費較小的能耗來完成空氣處理過程，需要盡可能的降低盤管入口的空氣狀態(tài)點（混風狀態(tài)點C點）的焓值，所以采用最小新風比得到的混風點是最經(jīng)濟的。此時，冷水閥門應全部打開，全力供冷。圖3

6、.2 夏季典型過程焓濕圖3.3夏季到過渡季前期的轉(zhuǎn)換隨著氣候變化，室外空氣狀態(tài)點（W點）逐步向左下方移動，同時，由于室外氣候變冷，室內(nèi)熱濕比線（線）逐步變得平緩，但其方向依然指向右側(cè)，其值為正。參見圖3.3。圖3.3 夏季到過渡季前期轉(zhuǎn)換點焓濕圖在夏季過程的后期，在某一時刻，當室外點（W點）移動到與室內(nèi)點（N點）處于相同的等焓線上的時候，意味著過渡季前期的到來。此時，室內(nèi)外點的混合線上任意一點的焓值都相同，處理到相同的送風狀態(tài)點所消耗的能量也是一致的。因此，此時應盡量多的利用新風以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，所以這個狀態(tài)是空調(diào)機組由最小新風向全新風的轉(zhuǎn)換點。應當說明的是，這個過程是階躍的。在這個時刻，室

7、內(nèi)仍需要供冷，冷水閥門位于全開的狀態(tài)。圖3.3 夏季到過渡季前期轉(zhuǎn)換點焓濕圖3.4過渡季前期典型過程圖3.4 過渡季前期過程焓濕圖過渡季前期的典型過程參見圖3.4。此時，室外狀態(tài)點（W點）的焓值低于室內(nèi)狀態(tài)點（N點）的焓值，熱濕比線繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，變得更加平緩，但仍指向右側(cè)，送風點（S點）的焓值仍低于室外狀態(tài)點的焓值。由于送風點低于室內(nèi)外狀態(tài)點，因此室內(nèi)仍然有余熱產(chǎn)生，需要供冷。圖3.4 過渡季前期過程焓濕圖在這個過程中，無論如何混風，混風點都必然高于室內(nèi)狀態(tài)點，所以在混風比不同的各狀態(tài)點中，焓值最低的是室外狀態(tài)點，采用該點作為盤管的入口狀態(tài)點是最合理的。在這個過程中，應該一直采用全新風的運行

8、模式。隨著氣候的逐漸變冷，室外點（W點）不斷向左下方移動，熱濕比線也逐步變得平緩，其數(shù)值也逐漸變小，使得送風點（S點）也逐步沿熱濕比線向右移動，室外點和送風點的差值也隨之變小。因此，在這個過程中，冷水閥門的開度也應隨供冷量的減少而減小。直至室外點和送風點焓值相同時，冷水閥完全關(guān)閉，進入過渡季前期到過渡季后期的轉(zhuǎn)換點。這里需要指出的是，送風點隨熱濕比線移動的過程中，已經(jīng)偏離了機器露點。因此，采用一般的冷卻除濕方法，只能得到與送風點相同焓值的機器露點作為盤管處理的終狀態(tài)點。若對室內(nèi)濕度控制要求不是很嚴格的區(qū)域，可以用這一點作為送風點，這樣做，可能會導致室內(nèi)的濕度有一定的增加；若對室內(nèi)濕度要求比較嚴

9、格的區(qū)域，此時可采用轉(zhuǎn)輪除濕等技術(shù)，近似實現(xiàn)等焓升溫的過程，達到設(shè)定的送風點。3.5過渡季前期到后期的轉(zhuǎn)換當冷水閥門完全關(guān)閉時，過渡季應由前期轉(zhuǎn)換到后期，參見圖3.5。這一時刻的特征是，室外點（W點）的焓值與送風點（S點）的焓值相同，室內(nèi)的熱濕比仍為正值。在這個工況下，室內(nèi)雖然也需要供冷，但是室外的空氣狀態(tài)點的焓值較低，新風帶來的冷量足以抵消室內(nèi)的余熱。因此，冷水閥關(guān)閉，采用全新風模式運行。圖3.5 過渡季前期到后期轉(zhuǎn)換點焓濕圖圖3.5 過渡季前期到后期轉(zhuǎn)換點焓濕圖3.6過渡季后期典型過程過渡季后期的典型過程參見圖3.6，這種工況的特征是，室外狀態(tài)點（W點）位于送風點（S點）的左下方，熱濕比線

10、繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，位于熱濕比線上的送風點也更加上揚，焓值不斷增加。此時，雖然熱濕比線仍指向右側(cè)，但其值加速減小，甚至有可能為負值。在這個過程中，房間就應該供暖了。從焓濕圖中可以看到，送風點（S點）的焓值位于室外點（W點）的焓值與室內(nèi)點（N點）的焓值之間，因此，通過送風點的等焓線必然與室內(nèi)外狀態(tài)點的聯(lián)線交于某點（C點），而這個狀態(tài)點一定可以用調(diào)節(jié)新風比的手段得到。圖3.6 過渡季后期過程焓濕圖同前所述，可以把該點作為送風點，直接送入室內(nèi)；也可以通過一些方法把混風點處理到送風點，再送入室內(nèi)。由于混風點是由室內(nèi)外點混合而成的，且與送風點焓值相同，因此在過渡季后期的過程中，不需要開啟冷、熱盤管，室內(nèi)供暖

11、所需的能量來自于室內(nèi)排風的能量，是節(jié)能的。圖3.6 過渡季后期過程焓濕圖在過渡季后期過程中，室外狀態(tài)點不斷下移，而熱濕比線則繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)，送風狀態(tài)點則隨之向右移動。根據(jù)送風狀態(tài)點而確定的混風點則逐步遠離室外狀態(tài)點而靠近室內(nèi)狀態(tài)點。這意味著室內(nèi)所需的供暖量逐步加大，取自室內(nèi)的空氣量占有的比例也不斷加大，即新風比減小。整個過程中新風比是一個由全新風向最小新風比連續(xù)過渡的調(diào)節(jié)過程。3.7過渡季后期到冬季的轉(zhuǎn)換圖3.7 過渡季后期到冬季轉(zhuǎn)換點焓濕圖由于最小新風比的限制，這個過程結(jié)束于送風點的焓值投影移動到最小新風比混合點（C點）上時，參見圖3.7。 此時，送風狀態(tài)點（S點）如果再向右移，其混風點（C

12、點）卻不能更靠近室內(nèi)狀態(tài)點（N點），否則就無法達到室內(nèi)的空氣品質(zhì)要求。也就是說，來自室內(nèi)的免費熱源已經(jīng)取到極限，而室內(nèi)需要更多的熱量供應，就應該開啟熱盤管了。圖3.7 過渡季后期到冬季轉(zhuǎn)換點焓濕圖3.8冬季典型過程圖3.8 冬季過程焓濕圖當以室內(nèi)排風為熱源不足以滿足室內(nèi)需要時，就應該轉(zhuǎn)入冬季了。這個時期的典型過程如圖3.8。其特征是，送風點（S點）的等濕投影在最小新風比混合點的右側(cè)，熱濕比線指向右下方，為負值，室內(nèi)需要供熱。從能量的角度分析，距離送風點（S點）最近的混風點就是最小新風比點（C點），因此，在這個過程中，風系統(tǒng)一直以最小新風比模式運行。另一方面，由于送風點的濕度高于最小新風比的濕度

13、，如果利用最小新風比加熱，則達不到室內(nèi)濕度的要求，可能出現(xiàn)室內(nèi)空氣過干。處理方案仍為兩種，如果對室內(nèi)濕度沒有要求，則可以按照過渡季后期與冬季轉(zhuǎn)換點時的處理方式，將最小新風混合點加熱到與室內(nèi)熱濕比線的交點送風。如果對室內(nèi)濕度有較嚴格的要求，則要根據(jù)末端的加濕手段進行控制，加熱到與送風點等溫或等焓的狀態(tài)，經(jīng)加濕后，達到送風點，送入室內(nèi)。圖3.8 冬季過程焓濕圖3.9其他過程自此，由夏季經(jīng)過渡季前期、過渡季后期到冬季的過程已分析完畢，而從冬季到夏季的過程則與上述過程相反，室內(nèi)熱濕比線逆時針旋轉(zhuǎn)，室外狀態(tài)點也隨時間不斷向右上方移動。因此，所有處理過程及各個過程的轉(zhuǎn)換點、風系統(tǒng)的新風調(diào)節(jié)比例與冷熱水盤管的啟停調(diào)節(jié)都是逆向的，不再綴述。4.結(jié)論1.采用一次回風全空氣系統(tǒng)，可以根據(jù)室內(nèi)的熱濕比線和室外的空氣狀態(tài)將全年過程分為夏季、過渡季前期、過渡季后期和冬季幾個不同的典型過程。典型過程中，各風閥、水閥的狀態(tài)和開度有明確的調(diào)節(jié)范圍。2.在不同的過程中，根據(jù)末端設(shè)備的特點，存在明確地可以控制的轉(zhuǎn)換