淺析空調(diào)變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)中新風(fēng)量的設(shè)計(jì)及控制

禹超 李鑫

摘要：本文作者介紹了國(guó)內(nèi)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱VAV）新風(fēng)量的研究現(xiàn)狀，針對(duì)幾種主要控制方法的研究現(xiàn)狀、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并指出了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量控制設(shè)計(jì)中應(yīng)特別關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：VAV變風(fēng)量；新風(fēng)量；控制方式；節(jié)能

隨著十二五建設(shè)的全面鋪開(kāi)，人們對(duì)于工作及生活環(huán)境的品質(zhì)要求也日益提高。當(dāng)前的各類公共建筑物都開(kāi)始有針對(duì)性的配置不同特點(diǎn)的各類中央空調(diào)系統(tǒng)。在我國(guó)民用建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的三分之二左右。一方面由于存在世界性的能源危機(jī)，節(jié)能降耗成為目前建設(shè)發(fā)展的需要，另一方面，大量礦物燃料的燃燒過(guò)程對(duì)大氣污染嚴(yán)重，不符合環(huán)保的要求。如何節(jié)約能源，減少污染，使得空調(diào)系統(tǒng)更加低碳環(huán)保，日益引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在不同氣候特點(diǎn)的不同地區(qū)，新風(fēng)負(fù)荷一般占空調(diào)負(fù)荷的30%～50%，因此減少新風(fēng)負(fù)荷具有巨大的節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)能耗的潛力。

無(wú)論是基于節(jié)能，還是為了提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)的控制都是重中之重。一種有效合理的新風(fēng)控制策略，可以在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，盡量降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。如何在滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求下控制新風(fēng)量并保證舒適度及健康，是目前暖通空調(diào)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

一、VAV新風(fēng)控制的研究狀況

1、國(guó)外

國(guó)外VAV空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)研究較早，如美國(guó)上世紀(jì)80年代出現(xiàn)“病態(tài)建筑癥候”以后，對(duì)滿足健康的最小新風(fēng)量及室內(nèi)空氣質(zhì)量（以下簡(jiǎn)稱IAQ）的研究顯得尤為重要。目前對(duì)VAV空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的問(wèn)題研究主要集中在以下幾方面。

1.1 VAV空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量合理取值問(wèn)題及動(dòng)態(tài)變化。

1.2 VAV空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制問(wèn)題。

1.3 解決VAV空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量問(wèn)題需以滿足需求側(cè)的通風(fēng)為出發(fā)點(diǎn)。

2、國(guó)內(nèi)

國(guó)內(nèi)VAV空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)研究文獻(xiàn)始于20世紀(jì)90年代中期。目前新風(fēng)量控制的研究集中在最小新風(fēng)量的控制問(wèn)題上，對(duì) VAV 空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量問(wèn)題的重要性已有認(rèn)識(shí)，但研究相對(duì)較少，成功的工程實(shí)例也有限，而且在討論時(shí)多局限于理論范圍內(nèi)，缺乏令人信服的數(shù)據(jù)。對(duì)新風(fēng)節(jié)能控制研究也已經(jīng)開(kāi)始，但起步相對(duì)較晚，且絕大多數(shù)以理論分析為主。隨著國(guó)內(nèi)一二線城市建設(shè)步伐的加快，越來(lái)越多的高檔公共建筑選擇配置具有節(jié)能意義的VAV系統(tǒng)，因此，對(duì)于VAV系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)就尤為重要。

二、幾種VAV新風(fēng)控制方式

變風(fēng)量系統(tǒng)的新風(fēng)量控制，是本世紀(jì) 90 年代以來(lái)變風(fēng)量系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)問(wèn)題在于：新風(fēng)需求量與人數(shù)成正比，起供給量與送風(fēng)量（負(fù)荷）成正比，但人數(shù)與送風(fēng)量不一定成正比，于是產(chǎn)生了新風(fēng)需求與供給的矛盾。

對(duì)于變風(fēng)量系統(tǒng)新風(fēng)量的控制既要考慮室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ），又要考慮節(jié)能。新風(fēng)量的有效控制對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能意義重大。其新風(fēng)主要處理方式有四種：分散處理方式、集中處理方式、系統(tǒng)定新風(fēng)式新風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)、末端定新風(fēng)式新風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)。

為了解決新風(fēng)量不足的問(wèn)題相繼提出了各種控制方法，主要有以下幾種基本形式：CO2濃度控制法、風(fēng)機(jī)跟蹤控制法、穩(wěn)壓控制法、設(shè)置獨(dú)立的新風(fēng)風(fēng)機(jī)。

1、CO2濃度控制法

以 CO2濃度作為指標(biāo)來(lái)控制新風(fēng)量最早是由Kusuda提出的，他認(rèn)為 CO2的濃度不僅代表 CO2本身作為污染物對(duì)室內(nèi)空氣的污染程度，而且還能反映室內(nèi)人員的狀況，即人數(shù)及活動(dòng)狀況，能體現(xiàn)室內(nèi)人員對(duì)新風(fēng)的要求。針對(duì)這種以 CO2濃度作為指標(biāo)的DCV 通風(fēng)控制方案，Haghigha，Warren等分別在辦公樓、音樂(lè)廳以及住宅樓中進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的固定新風(fēng)量的控制方案相比，在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)不變的前提下，這種控制方案有潛在的節(jié)能效果，最大可達(dá) 50%以上，其通過(guò)調(diào)整風(fēng)量實(shí)現(xiàn)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)得到了公認(rèn)。但是近年來(lái)眾學(xué)者認(rèn)為該方法的缺點(diǎn)主要是二氧化碳不能作為衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量好壞的指標(biāo)。因?yàn)橛绊懭说氖孢m及健康的氣體污染物還包括人、建筑物、家具、裝飾材料散發(fā)的種類復(fù)雜的有機(jī)污染物。這種控制方法在空調(diào)發(fā)展中有一定的局限性，有待于進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)出空氣綜合質(zhì)量傳感器，通過(guò)此信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)新風(fēng)量以滿足要求。目前這種方法適用于人員密度比較大的場(chǎng)合。

2、風(fēng)機(jī)跟蹤控制法

該法通過(guò)控制送、回風(fēng)的差值，間接控制最小風(fēng)量，在理論上沒(méi)有問(wèn)題。但實(shí)際應(yīng)用中由于誤差的積累和擴(kuò)大，將使實(shí)際新風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)定值而不能滿足要求。例如，一系統(tǒng)送風(fēng)量為 100000 m3/h，回風(fēng)量為75000m3/h，則最小新風(fēng)量（100000-75000）=25000m3/h，現(xiàn)假定送風(fēng)測(cè)量誤差為 -5%。回風(fēng)測(cè)量誤差為 +5%，則送風(fēng)量變?yōu)?95000 m3/h，回風(fēng)量變?yōu)?78750 m3/h，新風(fēng)量變?yōu)?16250 m3/h，僅為原最小風(fēng)量的 65%，減小了35%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了設(shè)定值。而測(cè)量誤差要控制在±5%，則意味著送風(fēng)動(dòng)壓測(cè)量誤差不超過(guò) 1 mm 水柱（10 Pa），

回風(fēng)動(dòng)壓測(cè)量誤差不超過(guò) 0.17 mm 水柱（1.70 Pa），這樣的精度在實(shí)踐中是很難達(dá)到的。

通過(guò)對(duì)總、送回風(fēng)風(fēng)量及相關(guān)參數(shù)的分析，指出在系統(tǒng)運(yùn)行中要保持新風(fēng)量不變必須精確測(cè)量送回風(fēng)管的動(dòng)壓，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)換，用得出的風(fēng)量差去控制回風(fēng)機(jī)，以保持這個(gè)風(fēng)量差即新風(fēng)量不變。盡管這種方法雖然簡(jiǎn)單易行，但是實(shí)際操作中控制精度難以保證，還有待于進(jìn)一步研究。

3、穩(wěn)壓控制法

這種壓差檢測(cè)控制的方法能夠既精確又方便地控制 VAV 空調(diào)系統(tǒng)中的最小新風(fēng)量，而且能耗小，適用性強(qiáng)，在國(guó)外已經(jīng)逐漸得到了廣大工程師們的接受和贊同，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。該方法是通過(guò)壓差傳感器 DPI 測(cè)量新風(fēng)遮板和閥門前后的壓力差來(lái)控制回風(fēng)閥門。其新風(fēng)閥門的最小位置是按照在最大送風(fēng)量時(shí)所需要的最小新風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)置的，并在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中始終保持不變。當(dāng)送風(fēng)量減小時(shí)，新風(fēng)遮板和閥門前后的壓力差將會(huì)降低，控制系統(tǒng)就調(diào)整回風(fēng)閥門的開(kāi)度，減小回風(fēng)量，以維持所需的新風(fēng)量不被減小。新風(fēng)閥的最小新風(fēng)量設(shè)定開(kāi)度在小于極大最小新風(fēng)量設(shè)定的開(kāi)度的范圍內(nèi)可通過(guò)減小循環(huán)風(fēng)閥開(kāi)度來(lái)重新設(shè)置。壓力差的設(shè)定值可以在 37 Pa 到 87 Pa這樣一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)精確控制的范圍之間變化，這種方法在大量的實(shí)踐工程中已經(jīng)被證明可以達(dá)到很高的控制精度。另外，該該方法還具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①它帶來(lái)的能量損耗很??；②它適用性強(qiáng)，在有或沒(méi)有回風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)都可以使用，而且無(wú)論是新系統(tǒng)還是對(duì)已有系統(tǒng)的改造都很方便。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究也有了突破性的進(jìn)展，相信在原來(lái)的控制基礎(chǔ)上再結(jié)合一些先進(jìn)的自動(dòng)控制算法，該控制系統(tǒng)的運(yùn)行將更穩(wěn)定應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。

4、設(shè)置獨(dú)立的新風(fēng)機(jī)

目前認(rèn)為設(shè)置獨(dú)立的新風(fēng)機(jī)是變風(fēng)量系統(tǒng)新風(fēng)量控制最好的方法之一。它通過(guò)新風(fēng)機(jī)入口處的風(fēng)速傳感器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)閥，維持最小新風(fēng)量。該法簡(jiǎn)單實(shí)用，只需在新風(fēng)風(fēng)道中，安裝一臺(tái)風(fēng)量等于所需新風(fēng)量、全壓等于新風(fēng)風(fēng)道阻力的新風(fēng)風(fēng)機(jī)即可。當(dāng)采用這種控制時(shí)，可以不用回風(fēng)機(jī)，或代之以排風(fēng)機(jī)，這樣控制起來(lái)更容易，也更穩(wěn)定。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：因直接測(cè)定新風(fēng)量，因此誤差比通過(guò)測(cè)定送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)新風(fēng)量要小得多。該方法的缺點(diǎn)是：需要另設(shè)最小新風(fēng)風(fēng)管，從而需要額外的新風(fēng)管道。不適于改建工程。不論采用何種方法，都必須結(jié)合系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，對(duì)于不同的情況應(yīng)采用不同的控制方法，以滿足不同的要求。另外隨著設(shè)備品種的增加和控制技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)有更多的控制方法可供選擇。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)因?yàn)槠滹@著的節(jié)能效果以及可以分區(qū)調(diào)節(jié)等許多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)則是影響變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能的重要因素。因此對(duì)一個(gè)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，節(jié)能效果很大程度上取決于對(duì)最小新風(fēng)量的有效控制?；谀壳皩?duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)最小新風(fēng)量的控制研究現(xiàn)狀，對(duì)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制時(shí)，須注意以下幾個(gè)方面：

1、VAV空調(diào)系統(tǒng)的分析仍采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，和實(shí)際的逐時(shí)情況出入較大，不能真實(shí)的反映VAV 空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的修正。

2、針對(duì)不同性質(zhì)的建筑物及其房間類型，其對(duì)應(yīng)的最小新風(fēng)量控制的指標(biāo)也是不同的，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

3、缺乏全年運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)運(yùn)行策略。

4、新風(fēng)機(jī)組的控制與其他空調(diào)系統(tǒng)控制的優(yōu)化匹配問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋宏光，變風(fēng)量系統(tǒng)最小新風(fēng)量控制方法的討論[J].暖通空調(diào)，2010，（03）.

[2]邱少陵，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的控制技術(shù)[J].鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（02）.