付遂波,徐寬新,郭佳全,黃春杰,房電偉
(1.61016部隊,湖北 襄陽 441500;2.61578部隊,山西 忻州 035513;3.陸軍工程大學 國防工程學院,江蘇 南京 210007;4.軍事科學院 國防工程研究院,北京 100000)
在人防工程中,空調(diào)系統(tǒng)能夠處理工程內(nèi)部空氣,促使空氣溫度、濕度、氧氣濃度、流速等滿足人員使用需求,其重要性不言而喻。
目前大部分人防工程所使用的空調(diào)系統(tǒng)是同一類型,即為集中處理的定風量系統(tǒng)。這種空調(diào)方式最主要的特征是各空調(diào)房間熱濕處理所需空氣都是由工程內(nèi)部的空調(diào)室統(tǒng)一處理后再通過送風管道和風口定量供給[1]。然而,變風量系統(tǒng)在近幾年得到了迅猛發(fā)展,關(guān)于變風量系統(tǒng),國內(nèi)外學者做了大量的研討工作。2014年,李蕾等[2]為改造某空調(diào)系統(tǒng),研究了一種低溫送風及變風量空調(diào)技術(shù)方案,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),低溫變風量空調(diào)系統(tǒng)的能耗較常溫變風量空調(diào)系統(tǒng)低,節(jié)能效果明顯。2016年,葛俊伶等[3]提出了一種改進總風量法,改進了對末端風量的控制效果。梁芯萌等[4]為解決變風量空調(diào)末端系統(tǒng)非線性、難以建立精確模型的問題,提出了一種基于改進的PID參數(shù)整定方法,并取得較好的結(jié)果。
定風量系統(tǒng)簡單有效,但在實際使用過程中效果不是特別理想。在此,筆者以某一工程空調(diào)系統(tǒng)為例,探討變風量空調(diào)系統(tǒng)在工程中應用的可行性。
理想狀態(tài)下,在某一特定通風方式時,空調(diào)系統(tǒng)給每個空調(diào)房間的供給量是按照設計要求恒定不變的,不管房間內(nèi)熱濕負荷是否變化,也不管房間內(nèi)人員多少。若每個空調(diào)房間內(nèi)的狀態(tài)符合設計條件而不發(fā)生變化,這種空調(diào)形式是最簡單且最有效的,如圖1所示。
圖1 工程集中式空調(diào)原理
但在實際工程使用中,房間內(nèi)配置的各類大發(fā)熱量設備,比如計算機、服務器等的數(shù)量、位置、安裝形式、工作狀態(tài)等,都不是完全按照設計之初的要求進行設置的,這就造成空調(diào)房間內(nèi)部的負荷與計算負荷的不一致;人員聚集也不是按照設計之初分散聚集的,比如會議室、中央大廳和休辦房間,尤其是在常態(tài)化工程內(nèi),具有明顯的時間規(guī)律特性,這就導致空房間內(nèi)可能仍然按照設計新風供給,而人員較多的房間缺乏新風量的現(xiàn)象;工程中人員使用房間和指控設備房間處在同一空調(diào)區(qū)域,使用同一空調(diào)系統(tǒng),對送風參數(shù)要求差異較大,難以滿足多方面的需求。因此,在實際工程使用中,負荷變化較大的情況下仍然按照定風量系統(tǒng)固定送風量,很難較好地滿足內(nèi)部人員生活工作、設備正常運行的需求。
通過工程改造,該空調(diào)系統(tǒng)在熱負荷集中的區(qū)域,比如計算機房、數(shù)據(jù)處理機房以及會議室等,增加了制冷主機和風機盤管或單元式空調(diào)機,主要用作降低局部房間溫度,如圖2所示,形成了“集中空調(diào)系統(tǒng)+風機盤管系統(tǒng)”。使用一段時間后發(fā)現(xiàn),這種方式能在一定程度上改善熱負荷房間溫度和相對濕度,但是整個空調(diào)區(qū)域的送風量沒有改變,風機盤管熱濕負荷處理量大,制冷系統(tǒng)負荷大,運行時間長,會議室等重要要素房間的風機盤管因為風速增加引起噪聲增大。
圖2 集中空調(diào)系統(tǒng)加風機盤管系統(tǒng)原理
以無限增加空調(diào)系統(tǒng)制冷量的方式暫不考慮,因為隨著制冷量的增加,相應的冷卻系統(tǒng)所需的通風量、耗水量將增大,且難以實現(xiàn),不符合工程實際情況,而如何更好地對現(xiàn)有系統(tǒng)進行調(diào)整優(yōu)化更具有現(xiàn)實意義。
筆者針對目前存在的不同功能房間共用一套空調(diào)系統(tǒng)、制冷負荷計算值與實際值不匹配、人員周期性變化的問題,提出以下改善措施。
(1)將不同功能房間從同一套空調(diào)系統(tǒng)中分離出去。該空調(diào)系統(tǒng)中熱量集中的區(qū)域主要有計算機房、數(shù)據(jù)機房、會議室,人員聚集區(qū)域主要有會議室,人員有規(guī)律的聚集區(qū)域主要有休辦房間、會議室?,F(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)主要起著除濕和輸送新風的功能,將處理后的空氣輸送至以上各個房間。而這里主要將計算機房、數(shù)據(jù)機房的送風、回風從系統(tǒng)中分離出來??照{(diào)機組主要為休辦房間、會議室處理空氣、輸送新風,計算機房、數(shù)據(jù)機房的熱負荷主要由風機盤管系統(tǒng)處理,如圖3所示。
圖3 優(yōu)化后的工程空調(diào)系統(tǒng)原理
(2)引入變風量空調(diào)系統(tǒng),即引入變風量末端裝置。因為人防工程的特殊性,新風量保持不變,只是通過末端裝置調(diào)整空氣的處理區(qū)域,主要是休辦房間和會議室,計算機房等因為沒有人員長期駐留,或者只有個別值班人員,新風可以用末端裝置引入,但輸送量減少。
(3)會議室等大空間調(diào)整采用下送風上回風形式。由于會議室屬于高大空間,采用散流器送風,送風風速偏小,不能到達人員所處的下層工作區(qū)域。采用下送上回方式符合氣流流動特征,可以直接送冷風至人員工作區(qū)域,經(jīng)過熱濕交換后從上部回風口返回。
變風量空調(diào)系統(tǒng)(Variable Air Volume System,VAV系統(tǒng))是一種有明顯節(jié)能效果的空調(diào)系統(tǒng)。定風量系統(tǒng)的送風量是不變的,可根據(jù)房間的最大熱濕負荷來確定送風量。變風量系統(tǒng)是通過送入房間的風量來適應負荷變化的系統(tǒng)。當室內(nèi)空調(diào)負荷改變或室內(nèi)空氣參數(shù)設定值發(fā)生變化時,空調(diào)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)進入房間的風量,將被調(diào)節(jié)區(qū)域的溫度、濕度參數(shù)調(diào)整到設定值,從而降低風機能源的消耗,降低整體空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。20世紀60年代,VAV技術(shù)誕生于美國,隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展得到了快速發(fā)展和完善。根據(jù)相關(guān)文獻顯示,相較于傳統(tǒng)的定風量空調(diào)系統(tǒng)(CAV系統(tǒng)),VAV系統(tǒng)可節(jié)約30%~70%的能耗[5]。
在地面建筑中,VAV系統(tǒng)有如下優(yōu)點:房間溫度能夠單獨控制;風量自動變化,系統(tǒng)自動平衡;沒有水系統(tǒng)的情況下,可以采用電加熱;大部分時間在低于其最大風量的狀態(tài)下運行;對于負荷變化較大,或同時使用系數(shù)較低的場所節(jié)能效果尤其顯著;全空氣的空調(diào)方式;空氣品質(zhì)好,沒有冷凝水污染;溫度控制準確快速,精度高;運行節(jié)能,風機、制冷設備、循環(huán)水泵等能耗降低;沒有水管系統(tǒng),施工方便;可以與多種空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合。
但同樣存在以下不足:新風量缺乏;房間正壓時,房門(內(nèi)開門)開啟困難;室內(nèi)噪聲較大;系統(tǒng)初投資較大;在室內(nèi)濕負荷變化較大的場合,如果僅使用室溫控制而沒有其余手段加以輔助,則難以確保室內(nèi)溫濕度同時滿足使用要求;與CAV系統(tǒng)相比,加入了末端裝置和風量調(diào)節(jié)功能,致使系統(tǒng)從設計到設備選型、安裝等比較復雜。
由于VAV系統(tǒng)存在上述優(yōu)缺點,結(jié)合人防工程通風空調(diào)系統(tǒng)的特點和重要性,將整個系統(tǒng)照搬進工程中是不現(xiàn)實的,在工程使用期間,安全、穩(wěn)定、可靠的空調(diào)系統(tǒng)才是重點。筆者認為可重點在以下幾個方面考慮:定風量空調(diào)機組不變化,仍然按照額定進風量進風、送風,僅使用變風量末端裝置,按整體來調(diào)控送至各個房間的風量,使其總風量一定。新風控制方面,在會議室、人員休辦房間、計算機房、數(shù)據(jù)機房設置傳感器,控制參數(shù)采用CO2濃度優(yōu)先,其次為相對濕度:當房間傳感器CO2濃度超過設定值,末端裝置的控制風閥開大,送風量增加;當CO2濃度降至設定值以下,末端裝置的控制風閥關(guān)小,送風量減少。溫度控制方面,由會議室、計算機房、數(shù)據(jù)機房設置的風機盤管負責處理。總風量不變的情況下,計算機房、數(shù)據(jù)機房內(nèi)部循環(huán)降溫;之前送至設備機房的新風可以優(yōu)先調(diào)整送至會議室;在會議室送風管壓力增大的情況下,分配至人員休辦房間。
(1)新建工程在設計階段將不同功能房間分區(qū)設置,以區(qū)別對象主要控制參數(shù),并且充分考慮工程使用后可能增加的熱濕負荷。
(2)優(yōu)化設置房間的氣流組織,避免送風尚未達到功能區(qū)就返回空調(diào)機房,降低空調(diào)系統(tǒng)的效率。
(3)系統(tǒng)操作要正確??照{(diào)系統(tǒng)的進風量要符合要求,以確保工程中O2,CO2含量符合要求;制冷機組和風機盤管系統(tǒng)的冷卻水量、水溫要符合要求,以確保熱負荷房間中溫度符合要求。
(4)末端設備參數(shù)設置要合理。CO2、溫度、濕度等控制參數(shù)要合理設置,避免設置過高或過低,比如:CO2濃度設置過高,可能引起送風量減少,最終導致缺乏新風量的情況;CO2濃度設置過低,可能引起送風量過大,出現(xiàn)噪聲過大的問題。