淺談辦公樓變風量空調管理的論文

淺談辦公樓變風量空調管理的論文

　　摘要：指出保證室內新風量的三個控制環節——新風總量、新風分配量、新風均勻性，著重分析單風機變風量系統的新風分配量問題，並對目前的幾種解決方法進行分析。

　　關鍵詞：室內空氣品質（IAQ）變風量系統新風量新風分配量

　　引言

　　隨著人們對建築物室內舒適性要求的提高，對建築物室內空氣品質（IAQ）的重視，空調系統為人們創造一個健康、良好的室內空氣環境，成為大家共同追求的目標。現代建築物室內裝修和傢俱塗料中可能含有有毒、有害的揮發性有機汙染物（V.O.C）；室內人員產生CO2、異味等汙染物，這些都需要向室內引入足夠的新風，以稀釋室內汙染物。現代建築物的密閉性大大提高，如果室內新風量不足，室內汙染物積聚、濃度增加，將使室內人員感到不適，工作效率降低，甚至使人生病，稱謂“建築物綜合症”。因此，保證室內新風量是空調系統設計時應該重視的問題。

　　1保證室內新風量的控制環節

　　1.1保證室內新風量，首先，要選取合適的新風量標準。上海國際航運大廈取30m3/h·人；久事大廈取30m3/h·人；上海金茂大廈取34m3/h·人。根據國內的設計規範，一般取30m3/h·人。

　　1.2保證室內新風量需要控制3個環節：

　　a.新風總量——控制整個系統的新風量，滿足該空調系統所有服務區域的人員標準新風量之和；

　　b.新風分配量——控制送入系統各個末端服務區域的新風量，滿足區域內人員的標準新風量；

　　c.新風均勻性——控制送給服務區域內所有人員新風，滿足人員需求新風量，避免區域內一部分人得到多於標準的新風量，而另一部分人得到少於標準的新風量。

　　1.3三個控制環節的關係如圖1所示。

　　1.4控制新風均勻性，則要求處理好風口布置，氣流組織問題，複雜空間尚需對流場進行模擬分析。控制難度較大（本文不做分析）。

　　2VAV系統中新風量問題

　　對於單風機定風量全空氣系統，和風機盤管加新風系統，將系統新風總量和新風分配量，根據要求設定並除錯好，也就控制了第一環節（新風總量）和第二環節（新風分配量）。而對於變風量全空氣系統，送風量隨負荷減小而減少，如何控制第一環節新風總量，目前已有不少文章對此進行了論述，本文著重討論變風量系統中新風控制第二環節：新風分配量。新風分配量與室內負荷變化有關，以下分析裝置、燈光和人員負荷變化和建築負荷變化對新風分配量的影響。

　　2.1裝置、燈光和人員負荷變化對新風分配量的影響

　　裝置、燈光和人員負荷變化往往是由人員流動而引起的，因此負荷與區域人數同步變化，即該區域送風量與人員變化近似成正比。當區域人員減少，該區域末端實際送入新風量GO與該區域末端所需送入新風量GO.N的比值大於等於1時，則該區域新風量滿足要求。反之，則該區域新風量不滿足要求。

　　(1)式中:GT為末端的設計風量；R為系統新風比；RMIN為系統最小新風比；K1：為人員減少時，末端服務區域送風量與設計送風量的比值。K1≤1；K2:為該區域人數與設計人數的比值。K2≤1；K1=（QA+QI）/（QA+QI。D）;K2=QI/QI。D；QA為該區域建築負荷；QI為該區域裝置、燈光和人員負荷；QI。D為該區域設計裝置、燈光和人員負荷。

　　(2)由於K2≤1，則≥1。當QA=0時，該區域建築負荷為零（如內區），則=1。

　　對於式(1)，因為≥1，又≥1，所以式(1)≥1，則區域新風分配量滿足要求。同時由以上分析可知：對於外區，人員減少越多，K2越小，越大，該區域新風分配量越富裕；對於內區，人員減少越多，區域送風量越小，系統新風比R越大，該區域新風分配量越富裕。因此，裝置、燈光和人員負荷變化一般不會造成新風分配量不足的問題。

　　2.2建築負荷變化對新風分配量的影響採用虛擬工程來說明。

　　虛擬工程（見圖2）：內區面積900m2，外區面積900m2，內走道200m2，芯筒400m2。人員密度7m2/p。內外區採用一套單風機變風量系統，外區變風量末端採用並聯型風機動力箱（ParallelFanTerminals）帶熱水盤管（1～2排），內區設單風管變風量末端（SingleDuctTerminalsVAV.T）。系統需求新風總量7714m3/h，系統送風量為30000m3/h。系統新風總量由定風量裝置來保證（見圖3。

　　2.3建築負荷變化之一：年建築負荷變化對新風分配量產生的影響。

　　由於室外溫度變化，外區負荷隨之變化，由於內外區送風引數相同，外區送風量隨外區負荷發生變化，而內區送風量不隨室外溫度變化。內外區的新風分配比發生變化：當外區送風量增加時，內區的新風分配量不足，而外區新風分配量過剩，為避免這種差異，我們將系統送風量為70%時，內外區新風分配比滿足要求。當送風量由70%增大時，外區新風供需比增大，最高達130%，當負荷減小時，外區送風量減小，新風量嚴重不足發生在系統送風量為48%時，僅為需求新風量的54%。詳細計算結果見表1。如內區面積所佔比例放大，問題更加嚴重；而內區正相反，當系統送風量最大時，其新風量為需求量的70%。系統送風量為70%,新風分配量滿足要求。系統送風量為48%時，其新風量為需求量的'146%。故如限制系統送風量調幅在100%~60%，內區新風量將控制在70%~117%的盈虧範圍內,外區新風量將控制在130%~83%的盈虧範圍內。內外區新風量供需關係詳見圖4。

　　表1送風量（m3/h）新風量（m3/h）

　　送風量變化（%）內區外區內區內區得到需求（%）外區外區得到需求（%）

　　10010500195002700705014130

　　8510500150003176824538118

　　70105001050038571003857100

　　601050075004500117321483

　　561050063004821125289375

　　481050039005625146208954

　　2.4建築負荷變化之二：日建築負荷變化對新風分配量的影響。（虛擬工程的外牆窗牆比為55%）

　　夏季由於東西向建築負荷變化最大，因此僅分析東西向。東向外區從11：00開始，新風分配量出現不足現象，18：00時僅為需求新風量的51%。而西向外區僅在8：00時，出現新風分配量不足現象。詳細計算結果見表2。由表2可見，即使同一天，不同時刻，不同朝向的新風分配量也存在嚴重問題。建築負荷佔室內負荷比重較大的建築，比如採用較大玻璃幕牆的建築，此問題更顯突出。

　　表2時刻—次風量（m3/h）得到新風量（m3/h）得到新風量/需求新風量（%）

　　東西東西東西

　　8：003939228213577861.270.73

　　10：0035613684112011591.051.08

　　12：002682390780211680.751.09

　　14：002779561976515470.711.44

　　16：002735694770617930.661.67

　　18：001640426554114070.511.31

　　3解決新風分配量問題的幾種辦法

　　3.1方法一，大空間辦公劃分採用隔斷*，不採用隔牆*。

　　由於採用隔斷，新風量分配不均區域吊頂下空氣相通，共享新風。新風分配量問題降為新風均勻性問題，可透過對氣流組織的改善，風口布置的調整（圖一中c）來解決。本方法簡便，無須改變空調系統，但內區和外區之間的隔斷受租售使用者裝修影響，有些工程較難保證能夠實行。如隔牆必須存在，可考慮採用其他方法。

　　3.2方法二，內外區分設空調機組（AHU）。

　　內外區分別設AHU後，內區和外區可能不會出現表1中內外區新風量分配盈虧問題，內外區新風量依靠控制內外區系統新風總量（圖1a）來保證。本方法只解決了內外區之間新風量分配不均的問題，對於外區之間新風量分配不均的問題仍無法解決。而且，本方法需設定兩臺AHU,一般將增加機房面積，增加吊頂內管道的交叉，影響層高。由於內區負荷變化不大，可採用定風量空調系統；外區變風量空調系統須進行供冷供熱的模式轉換。

　　3.3方法三，設專用新風機組。

　　專用新風機組可採用定風量，亦可採用變風量系統。VAV末端廠商，有生產設專用新風介面的VAV末端。如採用定風量，為滿足不同季節、不同時刻、各個區域的新風量，將增加空調能耗。因此，專用新風機組多采用根據有害物濃度（一般採用CO2濃度）控制採用變風量系統。本方法解決了內外區新風量分配盈虧問題和外區之間新風量分配不均的問題。當然，本方法將增加VAV末端的投資，增加大樓BAS的控制點數，有時由於人的嗅覺和綜合感覺能力比測試儀器靈敏，有時會出現即使室內已知有害物濃度均不超標，人員仍感不適的情況。一般，本方法也將增加機房面積，增加吊頂內管道的交叉，影響層高。

　　3.4方法四，增加系統新風需求量，即增加新風標準。

　　增加新風標準，透過適當提高系統新風比和冬季轉換風量以保證系統內任何時刻所有人員均享有至少滿足衛生標準的新風量來實現。一般，增加新風量必然增加能耗，增加機組裝機容量和盤管處理能力，增加初投資，因此，新風標準增加的數值須經過詳細計算確定。ASHARE手冊IAQ章節中有詳細論述。計算複雜，對控制依賴性大。但如建築所在地區，一年中大多數時間可利用新風供冷，則本方法結合熱回收裝置使用，是可行的解決方法。

　　4結論

　　4.1保證室內的新風量需要控制3個環節：新風總量、新風分配量和新風均勻性。

　　4.2新風分配量與室內負荷變化有關。裝置、燈光和人員負荷變化一般不會造成新風分配量不足的問題。建築負荷變化對新風分配量的影響，以虛擬工程進行了分析。對於單風機變風量系統，新風總量能夠得以較好的控制，而新風分配量的確存在問題。根據對虛擬工程的計算結果：夏季外區最高負荷時得到新風量高達130%（需求量為100%，下同），但內區得到新風量卻只有70%，負荷較低時則相反，內區得到新風量高達146%，但外區得到新風量僅為54%。從朝向影響分析：西向外區上午8：00得到新風量只有73%，東向外區自中午12：00以後得到新風量均小於100%，18：00只有51%。

　　4.3本文討論了4種解決方法，需結合實際工程特徵來選擇具體處理辦法。筆者認為，就目前國內的經濟狀況和大樓BAS的控制、除錯水平而言，方法一應作為首選。方法一，簡單、經濟。另外，限制變風量調幅，也可達到較好的效果。

　　4.4對於設送回風機的雙風機變風量系統，同樣也存在控制新風量的問題，本文亦可衍用至雙風機變風量系統。雙風機變風量系統的控制關鍵環節是新風總量。

　　*隔斷為高度不到吊頂的劃分；隔牆為高度至吊頂或樓板的劃分。

　　參考文獻：

　　1趙榮義、範存養、薛殿華、錢以明編空氣調節（第三版）中國建築工業出版社，1994

　　2陸耀慶主編，實用供熱空調設計手冊，中國建築工業出版社，1993