|
一、变风量系统
在讨论变风量这种空调技术时,应该注意将系统和末端装置区分开来。
变风量系统的分类,(1)如按服和区间分类可以分为单区和多区系统;(2)如按风量布置方式分类可以分为单风道和双风道系统;(3)如按风机风量是否可以变化分类可以分为“真”变风量系统(VAV)和“准”变风量系统(BVV),即旁通式系统;(4)如按风管内静压控制的方式分类可以分为定静压控制、变静压控制、直接数字式控制和静压不控制系统(控制系统的说明见变风量控制部分)。
1.单区变风量系统
这是目前最简单的一种变风量系统,它是通过改变风机盘管机组或空调机组中的风机的转速来达到变风量的目的。风机盘管机组、空调机组安放在空调房间内或靠近空调房间的机房内,由置于空调房间的温控器来控制机组风机的转速,改善送入房间的风量。由于是同一区间,房间空调负荷变化变化规律相同,故各送风口不再设变风量末端装置,送风量根据房间负荷的变化均匀变化。温控器除控制机组的风量外,还可同时控制机组送风温度(调节机组的水温或水量)。
将三级调速改为无级调节的方法来控制风机盘管机组的风机转速,节能效果十分明显,它可以让风机盘机组大部分时间都处于低速运转,因此对降低室内噪声和延长风机盘管机组的电机寿命均十分有利。对于单区系统,一台温控器可以同时控制多台风机盘管机组。
2.多区变风量系统
单区变风量系统的送风口的送风量一般是相等的,当空调系统向不同的区间送风,而这些区间的负荷变化又不同,而且需要采用变风量方式进行控制时,多区变风量系统就充分显示了其优越性。
多区变风量系统与单区变风量的主要区别是,除了空调机组风量可以调节外,每间空调房间的送风口都安有变风量末端装置,由置于空调房间内的温控器来控制送入房间的风量,达到变风量的控制室温度的目的。
目前所指的变风量系统一般都是指多区变风量系统,因为单区变风量系统一般都是指多区变风量系统,因为单区变风量系统只有风机调速部分,而无末端装置,因此往往将单区变风量系统简单的归于风机的风量调节方法中。
多区变风量系统具有变风量系统的所有特点,因此在国外又称这种变风量系统为“真正” 的变风量系统。
多区变风量系统的优点是:
(1)每一间空调房间或区间都安有变风量末端装置,因此可以进行个别控制和分区控制;
(2)考虑同时使用率,因此与单风道系统比较,空调设备的容量和风管尺寸可以减小;
(3)由于完全根据室内负荷的变化进行室温控制,冷、热源设备高效率工作;
(4)部分负荷时,风机低速运行,节能效果明显;
(5)区间间隔发生变化或负荷在一定范围内增加时,较易处理。
多区变风量系统的缺点是:
(1)室内送风量减少时,室内气流组织易恶化;
(2)采用一般的控制方式,风管内压力较难控制,有可能影响到变风量系统的使用效果;
(3)变风量系统的新风量控制困难;
(4)系统调试复杂,维护管理不便,需有专门的技术人员进行管理;
(5)现行的变风量系统一次投资明显高于带独立新风的风机盘管系统。
3.双风道变风量系统
双风管变风量系统是多区变风量系统的一种变型。与多区变风量系统不同之处大于空调机组是采用双风管送风,一根风管送热风,一根风管送冷风,通过变风量末端装置混合后送入室内。
双风管变风量系统可以是单风机也可以是双风机。
双风道变风量系统的优点是:
(1)可以进行个别控制;(2)可以同进供冷和供暖,不需要进行季节转换;(3)对于建筑物的间隔变更,有较大的灵活性。
双风道变风量系统的缺点是:
(1)冷热混合造成能源浪费;
(2)双风道造成一次投资增加;
(3)双风道所占空间大;
(4)湿度控制困难。
4.旁通式变风量系统
当房间负荷发生变化时,空调机组送入房间的空气通过风管、或末端装置、或送风口,将部分处理过的空气在进入房间之前旁通到回风中,改变送入房间的风量,达到变风量和控制室内温度的目的。
旁通式变风量系统在国外被称作“准”变风量系统(QVV),其原因是这种系统并不具有变风量系统的全部优点,旁通式变风量系统主要优点是可以在不控制风机转速的前提下控制室内温度,同时,风管内的静压也不会发生变化,所以这种系统简单,控制方便,维护容易,其最大的缺点是风机的能耗不能减少。
在国内已完成和已设计的变风量工程中末见这种系统的实例。
二、变风量末端装置
如前所述,变风量系统的风量调节通过改变空调机组风机的送风量调节外,主要是通过变风量末端装置来进行调节。变风量末端装置有很多种形式,对单风道系统,如按风量调节的方式分类,可以分为节流式、旁通式和风机调速式;如按有无加热器分器可以分为单冷式、带电加热式的带热水加热式;如按有无风机分类可以分为无风机式和有风机式、无风机式又有节流式、旁通式,有风机式根据风机是否可以调速又可以分为转速不变和转速可调式、转速不变式又可分为风机驱动串联式、风机驱动并联式,转速可调式有风机无级调速式。双风道系统采用的末端装置主要有两类,即混合式和不混合式,两种都可带加热器。下面介绍这些变风量末端装置中的几种主要形式。
1.节流式
这是目前使用最多的一种变风量末端装置,其中节流装置单叶阀(蝶阀)为最多,如美国TITUS公司、ENVIRO-TEC公司、YORK公司,瑞典Flakt公司和绝大部分日本公司的产品采用的都是这利节流阀门,国际跨国公司Nailor的全部变风量末端装置采用的则是对开式调节风阀,美国TRANE公司、WARREN公司则采用了自已的专利节流风阀,不管哪种风阀,都应具备以下功能:(1)平滑的调节曲线,应尽可能呈线性;(2)低噪声;(3)全闭时,在一定的静压作用下,空气泄漏量小。因此即使都是类似的单叶阀,各家公司都为达到这三项性能而费尽心机,尽出高招。
节流式的缺点:(1)增加系统的能耗,变风量系统的主要目的之一是节能,可是节能式末端装置反其道而行之,由于节流,而增加了系统的能耗;(2)增加系统的噪声,由于节流,而增加了系统的噪声;(3)增加系统的复杂性,当采用变静压控制方式时,应给出实际阀位信号,对于目前的技术发展水平,要低价格、简单的实现有相当大的难度。
2.旁通式
旁通式末端装置一般由分流器式风阀、执行器、旁通风口和控制器组成,如图6所示。当房间处于设计负荷时,末端装置中的分流风阀将一次空气送入空调房间中,当房间负荷下降时,分流风阀增加进入旁通风口的一次空气量,部分一次空气被排入天花内回风箱内,结果送入空调房间的空气成为变风量,而空调机则是定风量送风。
旁通式变风量末端装置主要用于中、小型空调系统,尤其是与屋顶式空调机、单元式空调机等带直接式蒸发器的空调设备配套,用于多区变风量系统,由于空调机是定风量,因此避免了冻结的危险,同时由于控制简单,一次投资低于其他的末端装置。旁通式的最大缺点,如前所述,就是风机不节能。
3.风机驱动式
风机驱动式有两种形式,并联式和串联式。
(1)串联式
串联式风机驱动式变风量末端装置由一次冷空气风阀、执行器、风机和电机、控制器组成,压力无关型还包括风量(风速)传感器组成,压力无关型还包括风量(风速)传感器,加热器是作为可选附件供选择,如图7所示。一次冷空气风阀根据房间温控器的指令调节一次风量和二次热空气(回风)预先混合,然后再通过装置内的送风机送出,风机送风量不变。当房间负荷减少时,为维持室内设定的温度,一次冷风相应减少,二次热空气增加,但总送风量仍然不变,当房间有人时风机是连续运转。
串联式风机驱动末端装置的特点是:一次空气处理装置(中央空调机组)是变风量,而送入空调房间的空气是定风量。
(2)并联式
并联式风机驱动变风量末端装置由一次冷风风量调节阀、执行器、风机和电机、控制器组成,压力无关型还包括风量(风速)传感器,加热器是作为可选附件供选择,如图所示。
一次冷风风阀根据房间温控器的指令调节一次冷风量,当房间负荷减少时,为维持室内设定的温度,一次冷风相当应减少,当一次空气的风量低于某一最小值时,与一次冷风并联的风机投入运行,从开花中将二次热空气(回风)抽入末端装置与一次冷风混合,然后再送入室内。房间温度进一步下降,辅助加热器投入运行。
并联式风机驱动式末端装置的特点是:一次空气处理装置(中央空调机组)是变风量,而送入空调房间的空气也是变风量。
表1是串联式和并联式风机驱动式末端装置地性能比较。
表1 串联式和并联式风机驱动式末端装置地性能比较
| |
串联 |
并联 |
| 风机运行 |
边续运行,采暖和制冷时均运行 |
间歇运行,只有采暖、低冷负荷和夜间才运行 |
| 送入房间的风量 |
不变。包括末端装置风机和空气处理机组的风机 |
在中、高冷负荷时变风量;在低冷负荷,采暖时不变。 |
| 送风温度 |
变化。有制冷时,一次冷风和回风混合;采暖时,再热器逐级加热。 |
在中、高冷负荷时不就,所有的风量均来自空调机组;在低冷负荷和采暖时变,再热器逐级加热。 |
| 末端装置风机尺寸 |
按制冷设计负荷设计,风机需克服风阀、风管和风口的阻力损失,静压较高。 |
按采暖负荷设计(一般是制冷负荷的60%),风机需克服风管和风口的阻力损失,因风量减少,末端装置风机静压相应减少。 |
| 噪声 |
1.房间有人时,末端装置风机连续运转,噪声连续发生;
2.末端装置风机静压较高;
3.入口静压较低(25Pa~100Pa ),只克服风阀阻力损失,噪声与入口静压成正比。 |
1.在设计冷负荷时,末端装置风机不运转,在采暖时,风机间歇运转,噪声间歇发生;
2.末端装置风机静压较低;
3.并联式需要较高的入口静压(100Pa~180Pa),需克服风阀,风阀后风管和风口阻力损失。 |
| 能耗 |
风机连续运转,耗能大;
入口静压较低,节约了集中空气处理装置的能量。 |
风机间歇运行,风机风量按采暖负荷确定,耗能低。 |
| 风机控制 |
为防止压力过高,与中央空气处理机组连锁。 |
由温控器信号控制,与中央空气处理机组无连锁。 |
| 机组风机 |
只需克服末端装置风阀阻力损失。 |
需要克服风阀、风管和风口阻损失。 |
串联式风机驱动式变风量末端装置主要用于:(1)内部区,也可以用于周边区,可以带辅助加热,也可以不加热;(2)适用于人体舒适感要求高的地方,因为送入室内的风量不变,所以室内气流组织好,通风效果好;(3)利用一次空气与回风混合提高送风温度,适用于低温送风。
并联式风机驱动式变风量末端装置主要用于:(1)带辅助加热的周边区;(2)制冷时,末端装置风机停止运转,类似于无风机的变风量末端装置,适用于对噪声有较高要求的场所。
4.可变风口工
风口送风量改变时,风口出风面积同时改变,以保持出风速度不变。图9是一种有代表性的这种形式的变风量末端装置,由美国Acuthem公司生产。
5.诱导式
诱导式变风量末端装置由诱导喷嘴和再热器组成,当房间负荷减少时,为维持室内设定的温度,一次冷风相应减少,诱导的二次(室内回风)热风增加,送入室内的总风量不变,如果需要时,再热器可以投入运行。
6.再热式
作为可选附件时用于各种变风量末端装置。这种变风量末端装置由于先变风量,后回热,所以较之定风量再热式系统要节能。
7.压力相关型和压力无关型
以上各种变风量末端装置按补偿系统压力变化来分类,又可分为压力相关型的压力无关型两类。
压力相关型的变风量末端装置的风量调节是室内温控器进行控制,送入室内的风量除与室内负荷有关,还受到系统内压力变化的影响。
压力无关型变风量末端装置的风量调节阀由室内温控器进行主控制,控制风阀执行元件的启动和关闭,由速度控制器(或流量测量装置)进行辅控制,控制送入室内的风量,使送风量与室内负荷相匹配。
压力无关型和压力有关型末端装置的控制见4.1.(1)部分,图10为压力有关型变风量控制装置示意图,图11为压力无关型变风量末端装置示意图。
8.风机无级调整型
这种变风量末端装置是我国专利产品,其最大特点是:以无级调速的低噪声风机替代传统的风阀来调节送风量,完全避免了风阀在调节风量时,能耗和噪声增加的缺点,风量愈小,耗电愈低,噪声愈小。如图12所示,由于风机的转速与电压呈线性关系,使控制进一步简化。
风机无级调速变风量末端装置彻底改变了传统的变风量末端装置的控制方法,使变风量系统的节能效果进一步提高,性能进一步完善。
9.双管式(非混合式)
实际上是由两台单风管节流型变风量末端装置并联而成,冷和热风管独立,有自已的进风口,风量控制系统(风阀、执行机构、流量传感器和控制器),当房间温度高于冷风设定值,冷风量增加,低于设定值停止送冷风;房间温度降低,低于热风设定值,热风增加。风量和设定值对有人、无人和夜间工况可以不同。
主要用于建筑物外区(如医院),这里同时需要制冷和采暖,但是又无法使用热水盘管,有冷热转热时,风量可以很低,可不送风。
10.双管式(混合式)
(1)非冷、热风道型
非冷热风道型双管式变风量末端装置有两个送风通道,一次空气全年定风量变温度运行,一般只在供冷季节和采暖设计负荷期间运行,消除室外传热冷或热负荷,二次空气全年供冷,变风量运行,主要用于消除室外太阳负荷和室内负荷。
(2)冷、热风道型
与非混合型相似,只是调节后的冷、热空气混合后再送入室内。根据室内负荷的变化,调节冷热风量,送入室内的风量可以是变风量,也可以是定风量。
主要用于建筑物外区和内区(如医院),这里同时需要制冷和采暖,但是无法使用热水管盘管。
三、变风量系统控制方法
图13是一个典型的单风管定静压变风量系统的控制系统示意图。变风量系统的控制系统一般可以分成四部分:(1)室内温度控制(包括变风量末端装置控制和送风机控制);(2)室内正压控制;(3)送风参数控制;(4)新风量控制,四部分相对独立,又互相关联。
1.室内温度控制
(1)变风量末端装置控制
变风量末端装置的控制如果按基本控制模式分类,有:
a.压力在关型:VAV末端装置的风阀的执行机构直接由温控器根据室内实测温度与设定值之间的差值进行控制,最大和最小风量的调节是由手工设定。风管内压力发生变化时,即使室内温度未发生变化,风量也可能发生变化,压力有关型主要用于风管压力可以保持不变的场合。
b.带最大和最小风量设定的压力无关型:VAV末端装置内的风量传感器(或风速传感器)检测风管内的风量传感器(或风速传感器)检测风管内风量(风速),室内温控器根据室内温度的变化重新修正控制器的风量设定值,控制器根据实测和设定值之间的差值调节风阀的开度。风阀的最大流量和最小流量是可调的,送风量与管内压力变化无关。
c.最大风量设定的压力无关型:空气压力开关通过流量传感器检测流量,温控器根据室内温度变化控制VAV末端装置风阀,调节送风量,空气压力开关可调节最大风量的设定值,限制最大风量,最小风量可以手工调节。
按控制形式变风量系统的控制可以分为四类:
a.气动控制:利用压缩空气驱动控制元件,如温控器、执行元件、控制器和种子继电器,该系统可以提供任何所需的控制程序。
b.电动控制:通过24伏温控器完成浮点、风阀多位控制,该温控器控制24伏双向执行器,确定风阀位置。电子继电器、空气压力开关、时间继电器提供了很大范围内的控制程序和功能。
c.电子模拟控制:调节控制是由固态、模拟电子线路完成,同时检测温度和流量,使用24伏双向执行器,确定风阀位置提供不同的控制程序和功能。
d.电子DDC控制:类似于电子模拟控制,只是输入和设定值是由计算机进行处量和计算,还可能讯线路和建筑中央自动控制系统连接。
(2)变风量系统送风机控制
a.无静压控制
图14(a)是一个最简单的无静压控制的单风道变风量送风系统;(b)是设计风量下风管内的压力分布;(c)是通过风口风阀减少送风量时风管内的压力分布。
由图14可以看出,当通过风阀减少风口送风量时,风机的压力增加,当采用BDZ400离风机时,风机风量从10000m3/h减少到5000m3/h时,风机压力从320Pa增加到800Pa,虽然风管阻力减少,但风阀压力损失急剧增加,但采用SV-ER变风量风口时,噪声由23dB(A)
上升到52dB(A),因此变风量系统的送风机的风量和压力均应根据系统的变化作相应的变化。
b.定静压控制
变风量系统的送风机应由两部分组成:(1)风管阻力损失;(2)变风末端装置阻力损失。为保证所有的变风量末端装置在任何时候都能正常工作,风管内各点的静压都应大于变风量末端装置的最低工作压力。所谓定静压传感器,测量该点静压,并调节风机的转速,使该点的静压恒定在变风量末端的最低工作压力。
定静压控制的关键在于静压传感器置于何处?在复杂管路中究竟设置多少个静夺传感器?从变风量系统诞生以来,对这些问题开始进行争论,至今末有定论。图15是定静压系统示意图。
c.变静压控制
为了解决静压传感器的设置和数量问题,日本首先推出了变静压控制系统,所谓变静压控制,就是使用带风阀开度传感器、风量传感器和室内温控器的变风量末端装置,根据风阀的开度控制送风机的选择,使任何时候系统中至少有一个变风量末端装置的风阀是全开的。图16是变静压系统示意图。
变静压系统的控制方法:当变风量末端装置的风阀全部处于中间状态时,表明系统静压过高,需要调节并降低风机转速;当系统中有一台变风量末端装置的风阀处于全开状态,且风量传感器检测的实际风量等于温控器设定值,表明系统静压适合,风机转速按最小静压运行;当系统中有一台变风量末端装置的风阀处于全开状态,且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值,表明系统静压偏低,需要调节并提高风机转速。
变静压控制方法的优点是:(1)解决了静压传感器的设值和数量问题;(2)节省了静压控制系统的投资;(3)节能效果更加明显,据日本Topre公式称,单风道系统,采用定静压系统后,全年风机能耗可以减
少48.8%,而变静压系统则可减少78.4%。
变静压控制方法的缺点是:(1)因为增加了风阀开度控制,变风量末端装置的成本相应增加;(2)据了解目前作为产品的风阀开度传感器给出的并非实际阀位信号,而是阀位控制信号,这就给调试带来很大的麻烦,现场调试工作周期很长,至少要经过冬夏两季的调试,要想得到比较满意的结果的话,一般要三年;(3)系统复杂,运行、管理和维修不便,需专门的高水平的管理人员。
d.直接数字控制系统(DDC)
所谓直接数字控制系统(DDC),即计算机在参加闭环的控制过程中,不需要中间环节(调节器),而用计算的输出(断续的形式)去直接控制与中央集中监控相结合的分层控制形式,对局部的数据首次处理,再将有限的数据传送到中央计算机进行数据交换。
变风量系统风机静压DDC控制,在具体方法上目前已有数种方法已用于工程实践。下面介绍最小静压法。
最小静压法需具备以下条件:各房间设有温控器,各末端装置中设有风量计,各末端装置的风阀开度和送风机的转速均可以进行控制,控制器可以进行计算。
控制步骤:①给出各末端装置要求的风量
房间温控器根据室内温度差给出要求风量。一般常用比例积分控制方式,因此无论温控器为模拟式自动器还是数字式自动控制器,均可输出要求风量信号;
②计算风管阻力
根据各末端装置要求的风量和风管流量-阻力特性计算风阀全开时的各风管回路的阻力;
③选择最不利回路和计算最小静压状态的送风机扬程,该回路的总阻力为送风机所需扬程;
④计算送风机转速,送风机所需风量为各末端装置要求风量之和,根据风机的转速-扬程-流量特性计算出送风机转速设定值,同时可以算出耗电量;
⑤控制
根据送风机转速设定值控制送风机的转速,但对风机的转速的变化率必须加以限制,以免电机过载。
e.多风机变风量控制(MFVAV)
不管是采用前述定静压控制,变静压控制还是系统的DDC控制,风机的转速的调节采用的都是通用变频器,控制方法如图17所示。传统的变频器仅仅是电机调速装置,作为计算机控制系统的执行机构,与计算机控制系统一起组成通用变频控制系统。
MFVAV系统彩和智能变频控制系统,控制方法如图18所示。智能变频控制器具有采样、运算和执行三种功能,处理房间温控制送入的多组信号,输出信号给功率逆变部件,控制空调机组风机的转速,使空调机组的总风量与各房间的风量之和相等。智能变频控制器的第二个功能是按照预先设定的新风量,控制新风风机的转速,向系统送入设定的新风量。智能变频控制器的第三个功能是按照预先设定的新风量和排风量,控制新风风机和排风风机的转速,保持室内设定的压力。
MFVAV系统如图19所示,中央空调机组风机只承担克服主风道的阻力,变风量末端装置的阻力(空气过滤器、再热器)完全由末端装置风机承担,主风道的静压变化不会影响末端装置的送风量,同时由于采用静压复得去设计风道,更不会因为风道静压的变化,而无法将空气送到阻力最大的地方。
2.新风量控制
变风量系统的新风量控制是当前国际变风量系统研究中的一个难题,是90年代来变风量系统的研究重点。最小新风量的控制问题对定风量系统目前已不是问题,但是对于变风量系统,由于风量调节阀的流量特性随通过风阀的风量变化而变化,因此使得最小新风量的问题变得复杂起来,为解决这个问题,相继提出了各种控制方法,归纳起来目前现行的变风量系统的最小新风量控制方法主要有以下几种基本形式:(1)新风量直接测量法;(2)风机跟踪法;(3)新风风机风量控制法;(4)小室压力控制法;(5)二氧化碳浓度控制法;(6)MFVAV新风控制法。
(1)新风量直接测量法
这是目前最简单的变风量系统新风量控制方法,它是通过测量进入空调系统的新风量,并直接控制该量来达到最小新风量控制的目的。风量测量的方法见第四节。
这种测量方法最大的问题就是测量精度问题,当空调系统采用全新风冷却经济运转法运行,而新风风管尺寸按最大新风量设计时,在最小新风量运行时,因风管内风速过低,风量测定误差势必很大。
(2)送风机、回风机风量测量控制法(风机跟踪法)
同时测量送风机和回风机风量,一般认为由于送风机和回风机风量远大于新风量,风管内风速较高,所以测量误差相对较小,新风量应该等于送风机和回风机风量之差,控制这一差值即可。
这种测量方法最大的问题仍然是测量精度问题,当新风比较小时,送风机和回风机风量的测量误差将明显影响到新风量的大小,当新风比为10%,送风机和回风机风量的测量误差为1%时,新风量的最大误差将达到19%。另一方面,由地缺少符合风量精确测量的标准风管直管段,送风机和回风机风量的测量误差有可能达到20%~35%,因此文献认为:风机跟踪法实际上的效果与理论上的推断有一定的差距,因此工程界认识它尚需一般时间。
(3)新风风机新风量控制法
由于通过典型的新风风阀的风速太低,难于准确测量,同时也很难在空调机房获得合理测量新风量的直风管和提供安装风量测量装置的地方,为解决这些问题,除送风机(回风机)外,设立单独的新风风机和新风管,新风风机与空调系统同步运转,由安装在新风管内的速度传感器调节风阀维持最小新风量,该方法的优点是:因直接测定新风量,因此误差比通过测定送风机和回风机的风量来调节新风量要小得多,该法一般应采特性较软的风机。该方法的缺点是:需要另设最小新风风管,仍然需要风速测定装置来测定新风负管的内风速;仍然需要用风量调节阀来控制最小新风量,新风阀加上新增加的新风风使用一次投资明显增加。但文献认为本方法是目前变风量系统新风量控制最好的方法。
(4)小室压力控制法
由于风阀的制造精度有限,又未充分考虑新风、回风和排风小室压力对通过新风阀、回风阀和排风阀的风量的影响,因此以控制新风阀、回风阀和排风阀为基础的最小新风量控制法的精度是不高的,新风、回风和排风小室压力控制法就是为了解决这一问题提出来的。
因为对于任一给定的风阀位置,通过该风阀的流量与风阀两侧的压降的平方根成正比,所以如果能精确地控制新风、回风阀和排风阀前后风管(小室)内的压力,就可以控制所需要的新风量。
该方法的缺点是:增加了能量消耗,因为小室内的压力必须高到可以准确的测量和控制,否则此方法将无法运行,另一方面,在实际工程中使用这种控制方法,压力测量和控制仍然是过于复杂。
(5)二氧化碳浓度监控法浓度
将CO2传感器置于空调房间具有代表性之处,当CO2浓度高于整定值时,即增大新风量,这种按需求进行控制的方法是目前认为最先进的新风量控制方法,文献提出的CO2浓度上限控制法,将二氧化碳浓度监控法进一步完善。
二氧化碳浓度监控法的主要问题是:(1)该法完全忽略了二氧化碳以外的室内污染物的影响,ASHRAE标准62的1996年修订版,已将室内最小新风量的确定方法,更改为:
DVR=RPPDD+RBAB
(1)
式中 DVR---设计新风量;
RP---每人必须的新风量;
PD---人数;
D---同时在房间内的人数的比率;
RB---单位地板面积所需新风量;
AB---地板面积。
由式(1)可以看出,新风量仅仅考虑二氧化碳的污染,显然这是不合理的;(2)控制滞后问题,因为二氧化碳浓度无法有用瞬时采样,在一般的通风换气房间内,室内产生的二氧化碳要几小时才能达到平衡浓度,所以以二氧化碳浓度控制新风量,将有时间滞后问题发生,同时新风量的增加和减少也不会立刻改变室内CO2浓度值;(3)当室内逗留人数低于设计值时,因为新风量减少,室内空气品质问题将更突出。
(6)MFVAV新风风量控制法
取得中国专利的多风机变风量系统(MVAVA)在新风控制上采用了与目前国际上不同的控制立法,MFVAV新风风量控制法的基本原理是:在新风风量管内安装有独立的变风量新风风机,如果空调系统过渡季节采用新风冷却(economizer
controls)运行模式,该风机的最大风量即为全新风冷却时所需要的新风量,最小风量即为满足卫生要求的最小新风量,如果空调系统采用全年新风量不变运行模式,该风机的风量就是为满足卫生要求的最小新风量,但一般应稍高于最小新风量,这样做的优点是,一是可以在最小新风量标准变化时,有可能改变设定的最小新风量来满足要求;二是风机可以在较低的频率下运行,不但节能,而且对降低风机噪声大有好处;三是由于风机的额定风量和风压很难正好与设计相符,因此可以通过调整风机的频率使风量与设计值相符。新风风机的压头应等于新风管段的阻力。
当采用新风冷却运行模式时,智能变频中央控制器根据排风温度,调节新风风机的转速,改变新风量的大小,使室内温度保持在设定范围。如果空调系统采用全年新风量不变运行模式,则新风风机风量,一旦调节设定后全年固定不变。新风风机的最小新风量是根据有关规范和标准设定的,最小新风量与空调系统的送风量无关。本方法用的新风风机特性参数(包括不同频率下的风量和风压)是由实验确定,并在生产中严格控制特性参数的相似性,因此计算机可以准确地控制所需要风量。
最小新风量的规定,不同国家有着不同的标准,而且这些标准还在不断的修订和重新制定,即使是同一个国家,例如在中国,设计规范、设计手册、卫生标准对不同的建筑物,其新风量的规定也是不同的,之所以出现这种局面,关键是室内空气品质的研究,所括最小新风量的研究,目前还处在逐渐认识之中,对于设计者来说,目前只能根据用户的需要,参照有关规范和标准确定合理的最小新风量。
MFVAV系统采用的最小新风量控制方法由于采用了变风量的新风风机,因此在控制定内空气品质方面具有了很大的灵活性,由于最小新风量可以根据需要任意确定,这样就克服了目前因研究不够,导致的最小新风量取值变化的被动局面。
MFVAV系统采用了变风量新风风机取代风量调节阀控制新风量,反而明显下降,因为,低压轴流风机(或低压离心风机)较之高精度的自动控制风量调节阀价格要低的多,而对控制设备来说,因为变风量新风风机的风量控制和排风风机的风量控制均由中央空调机组的智能变频控制器控制,其价格低于带风速(或风量)测量装置的其他新风量控制系统。在运行费用方面,由于耗电量与转速的立方成正比,风机压力与转速的平方成正比,因此采用降低转速控制风量的方法较之增加风量调节阀阻力(减少风阀的开度)控制风量的方法要节能得多。
噪声大是现行变风量系统的主要特点之一。除风机和风管系统固有的噪声的来源主要是:为能较准确的测量风管内风速不得不提高管内风速而增加的噪声,减少风阀开度造成的气流噪声声。MFVAV系统由于采用的是变风量新风风机,风机绝大部分时间都是在低速度下运转,所以尽管增加了新风风机的噪声,但由于新风风机的噪声明显低于系统送、回风机的噪声,根据噪声迭加原则,当两台风机的噪声差值超过9分贝,噪声增加值小于0.5分贝,系统噪声几乎未发生变化。
3.室内压力控制
如前所述,变风量系统在进行新风量控制时,需要同时考虑室内压力,也不应出现过低的压力,即采用变风量系统时,空调房间内的压力应进行控制。目前采用的室内压力控制方法有:(1)通过送风静压信号控制回风机风量;(2)由室内压力控制回风机风量;(3)测量送风风风管和回风风管内的流量,由两者差值控制回风机风量;(4)由房间的压力控制排风风机风量;(5)由新风阀的开度控制排风风机风量;(6)由房间压力控制排风风阀排风量;(7)不设回风机,只设新风机和排风风机,以新风和排风之间的固定压力比为基础控制排风风机风量。这些方法是ASHRAE研究课题590提出的,该课题还提供了用于这些控制方面比较的计算机程序。
虽然从理论上可以有多种室内压力控制方法,但是,实际运作起来有大部分控制方法难于进行,其中最大的困难就是由于室内空气的泄漏,室内压力过低(2.5Pa~7.5Pa),难以测量,如以室内压力作为控制参数,控制起来就十分困难。另外,门的开启常常会对室内压力控制造成破坏或干扰。目前主要采用第三种控制方法,即风机跟踪法,新风量和室内压力同时控制。
MFVAV的室内压力控制采用的是新风风机和排风风机风量控制法,由于新风风机和排风风机特性参数(包括不同频率下的风量和风压)均由实验确定,因此计算机可以准确地通过控制所需新风量和排风量之差来控制所需的室内压力值。
4.送风温度控制
变风量系统的基本特点是变送风量,定送风温度,变风量末端装置的送风量是由室内温度设定值控制,与送风温度无关。早期的变风量系统对如何合理的设定送风温度,未给于足够的重视,送风温度设定不合理有可能造成末端装置的噪声过大,耗能过高。因此进入90所代后,在变风量系统的研究中,加强了送风温度控制的研究。
送风温度控制方法以日本山武霍尼韦尔公司提出的投票法最具有代表性。
|