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
2017-09-08
變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)設(shè)計
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，各朝向的房間都會出現(xiàn)新風(fēng)量小于設(shè)計要求的最小新風(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，同時在過渡季節(jié)也會節(jié)省一部分能量；但新風(fēng)量加大以后夏季和冬季又會多消耗處理新風(fēng)的冷熱量，因此應(yīng)該選取一個全年運行模式下的最佳新風(fēng)量。
例如：夏季，除了內(nèi)熱冷負荷外，外區(qū)變風(fēng)量末端裝置還承擔(dān)圍護結(jié)構(gòu)冷負荷，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)量會相對不足（對于空氣流通的大開間沒問題，但是對于分割成小房間的 系統(tǒng)，內(nèi)區(qū)新風(fēng)供給會不足），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)量空氣處理機組從機房或就近外圍護結(jié)構(gòu)的進風(fēng)口吸入，與系統(tǒng)回風(fēng) 混合并處理后再送入各個空調(diào)區(qū)域。
在該方式下，新風(fēng)由變風(fēng)量空氣處理機組（單、雙風(fēng)機系統(tǒng)均可）自行、分散地從 外圍護結(jié)構(gòu)上的百頁口吸入并進行處理；由于具備全新風(fēng)運行的條件，在排風(fēng)量與新風(fēng) 量匹配的條件下可實現(xiàn)變新風(fēng)比運行；空調(diào)箱風(fēng)量變頻調(diào)小時，進口負壓值也會減小， 導(dǎo)致新風(fēng)量減小，常在新風(fēng)進風(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；機房一般需有直接對外的百頁進風(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)機房一般設(shè)置在核心筒，各標(biāo)準(zhǔn)層通常不單獨設(shè)置對外的 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)處理機組一般設(shè)置在屋頂 層、避難層或地下層的設(shè)備機房內(nèi)，并且就近集中開設(shè)對外的新風(fēng)和排風(fēng)口。新風(fēng)經(jīng)新 風(fēng)機組處理后送至各個樓層的新風(fēng)入口，在樓層空氣處理機組內(nèi)與回風(fēng)混合后進行熱濕 處理，如圖 2-8 所示。集中新風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)了大部分新風(fēng)負荷，使樓層空調(diào)器負荷比較穩(wěn) 定；樓層空調(diào)器變頻調(diào)速時，對本系統(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，因此難以實現(xiàn)較大幅度的變新風(fēng)比運行。但是，也 可以另外加設(shè)一路新風(fēng)支管，該新風(fēng)支管上配置電動開關(guān)閥，在過渡季節(jié)打開，可以實 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)負荷作為全空氣系統(tǒng)負荷的重要部分，而且 一個全空氣系統(tǒng)往往管轄著若干個不同的通風(fēng)區(qū)域，每個區(qū)域的新風(fēng)比又不盡相同，如 何確定變風(fēng)量系統(tǒng)一個合理的新風(fēng)量的同時又保證滿足系統(tǒng)所管轄的每個通風(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)計標(biāo)準(zhǔn)》“4.3 輸配系統(tǒng)”中的 4.3.12 條指出：當(dāng)一 個空氣調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)多個使用空間時，系統(tǒng)的新風(fēng)量應(yīng)按下列公式計算確定
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)中給出一個系統(tǒng)負責(zé)多個 不同送風(fēng)區(qū)域時系統(tǒng)新風(fēng)的修正計算公式，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?！靶枨笞畲蟮姆块g” 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)量的計算方法，即 Y=X/（1+X-Z）， 而引進了新定義“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 對于公式中的每一項都給予了充分的解釋及 計算方法，同時引進了新的新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，由于篇幅原因設(shè)計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，該兩項的取值可參閱國內(nèi)有關(guān)變 風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計文件。則計算式為
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性，比如辦公室的人員會去會議室、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)計總?cè)藬?shù)的累價值作為系統(tǒng)的計算 總?cè)藬?shù)顯然會導(dǎo)致系統(tǒng)需求新風(fēng)量變大。則計算式為
D=Pa /∑Pz
式中Ps——系統(tǒng)計算總?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)負荷計算確定或 Vps=LDF·∑Vpz·Vpz 為各房 間的設(shè)計一次送風(fēng)量（m3/h），LDF 為系統(tǒng)負荷參差系數(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)是指人員活動的一個區(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，實際到達呼 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，夏季時外區(qū)的負荷較大導(dǎo) 致送風(fēng)量較大，相比之下內(nèi)區(qū)的負荷較小導(dǎo)致送風(fēng)量小，內(nèi)區(qū)房間就會成為“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)房間就會成為“臨界分區(qū)”，所以 在供冷、供熱設(shè)計工況下，需通過計算，明確出臨界分區(qū)，并以此分別計算系統(tǒng)新 風(fēng)量。
上述新標(biāo)準(zhǔn) ANSI/ASHRAE Std 62—2004 的計算方法與國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范的計算方法相比，新方法對于新風(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， 對于高人員密度的辦公室，采用新方法計算出的人均新風(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性大的問題，不單純地累 計空調(diào)房間最大設(shè)計人員，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，新方法給出了各項效率更為合理 的計算方法。
各位設(shè)計師可嚴格按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)計算方法，也可借鑒比較成熟的 ANSI/ ASHRAE Std 62—2004 的計算方法。
