变风量空调系统[de]优化设计浅谈

1、变风量空调系统de优化设计浅谈摘要： 变风量系统有很强de动态特性，加之空调系统固有de非线性，使问题de解决变得非常困难。可目前这方面de研究还比较滞后，设计人员在设计时缺少有效de分析计算手段。国内变风量系统de实践正在兴起，迫切需要可行、有效de辅助设计de分析方法。 关键词： 变风量 优化设计 1、引言 变风量空调系统于60年代在美国诞生，其基本原理是通过改变送入房间de风量来满足室内变化de负荷。在当今特别提倡节能和舒适性de条件下，变风量空调系统正在逐渐被人们接收并得到应用。 变风量空调系统主要有以下几个优点： * 由于变风量空调系统是通过改变送入房间de风量来适应负荷de变化，而

2、空调系统大部分时间de部分负荷下运行，所以风量de减少带来了风机能耗de降低。 * 区别于常规de定风量或风机盘管系统，在每一个系统中de不同朝向房间，它de空调负荷de峰值出现在一天de不同时间，因此变风量空调器de容量不必按全部冷负荷峰值叠加来确定，而只要按某一时间各朝向冷负荷之各de最大值来确定。这样，变风量空调器de冷却能力及风量比定风量可风机盘管系统减少10-20% * 变风量空调系统属于全空气系统，与风机盘管系统相比有明显de好处是冷冻水管与冷凝水管不进入建筑吊顶空间，因而免除了盘管凝水和霉变问题。 * 系统de灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变de建筑。尽管变风量空调系

3、统有其特有de优点，但在实际设计中还是应注意一些问题，以免其带来de一些负面影响，同时，应深入研究和探讨变风量空调系统，进一步优化其设计理念。 2、空调系统 2.1、变风量空调系统是通过改变进入房间de风量来满足室内变化de负荷，当房间低于设计额定负荷时，系统随之减少送风量，亦即降低了风机de能耗。故变风量系统比较适合多房间且负荷有一定变化de场合，如办公、会议、展厅等；对于象大堂公共空间、影剧院等负荷变化较小de场合，采用变风量系统de意义不大。所以，一般在以变风量空调为主de大厦中。其大堂等公共空间还是以定风量空调系统为好。由于其场合一般都是高大空间。如果采用变风量空调系统，当其变风量变小

4、时，会改变气流组织，影响空调系统de舒适性效果。 2.2、当今国内设计de变风量空调系统，其末端装置以电动节流式压力无关型为主。该末端装置可分为有带风机和不带机两种。带风机de末端装置又可分为带并联风机de末端装置和带串联风机de末端装置，一般选用以后者为主。 图1是典型de单风道变风量空调系统。在通常设计de大楼中，将空调平面分成内外两个区，以围护结构退深3-4米de周边区域定为外区。其内中心区域则为内区。对内区而言，其空间需常年冷负荷，而外区在夏、冬季需不同de冷、热空调。由于内区常年供冷，建议采用不带风机de末端装置，其气流组织亦比较容易保证空调舒适性要求。对于外区，则建议采用带风机de

5、末端装置，其出风口设置再加热器。在北方地区，其再加热器以热水盘管为主；而在南方地区，由于其加热量较小，可以考虑利用富裕de夏季电动制冷机组de用电装机容量来设置电加热器。在冬季空调运行中，周边区域de末端装置将一次冷风风量调至最小值（其设定de最小值用来满足将房间de最小新风量），再由末端装置出口处de加热器加热其空调送风。如设计采用无风机de末端装置出口处de加热器热其空调送风。如设计采用无风机de末端装置，则冬季最小送风量将大大低于夏季运行时de额定设计风量，则势必大大降低送风口de出风风速，严重影响周边区域de气流组织。对于一定de外区冬季空调时de再加热量，当风量减少时，则会提高其空调

6、送风温度，同样影响空调de舒适性效果。故外区一般采用带风机de末端装置，则可 完全避免以上两大问题。通过风机de作用，尽管一次风量减少，由于二次回风de补入，保证了送风量，定于设计de额定风量；同时由于送风量de增加，降低了其它调送风温差。另外，由于末端装置内de风机克服了其出风处再加热盘管de压力，从而降低空调器出风所需提供de静馀压。 2.3、还有一种设计思路，即内外区全部无风机de末端装置，出口处也不用设置再加热器，而在周边围护结构内侧下方另设立式风机盘管。夏季空调运行时，完全由变风量末端装置提供de送风量来满足内外区de冷负荷要求；冬季空调运行时，内区冷负荷空调仍由该区de变风量末端装

7、置来提供，而外区de热负荷空调则由周边风机盘管来提供，外区de变风量末端装置只提供其所需de新风量。这种设计方法，由于避免了吊顶内设置带风机制末端装置，从而降低了该风机带来de噪声问题，介同时由于周边需另设立式风机盘管，这势必减少了空间de利用率，对室内装修也带来了一定de影响。当然，这种设计方法已不是真正意义上变内量空调系统。 3、空气处理 图2是典型de变风量空调系统冬季运行时de空气状态变化图，系统设计中，各楼层de一次风空调器只设冷却盘管，而集中式新风空调器设置冬季预热盘管和加湿器。作为冬季运行，新风经新风空调de预热盘管加热至O1或O2点，经加湿处理后至E点，而后与楼层空调回风混合后

8、达到R点，再经一次风空调器de冷却盘管处理至出风状态点S.新风加器可以采用等温加湿和绝热加湿两种方法。由于新风加湿量较大，故等温加湿一般采用乾饱和蒸汽加湿法，而绝热加湿法，对于高压叶喷雾加湿法，由于无法做到比例调节，实际运行时控制精度很差，故新风加湿一般以采用乾饱和蒸汽等温加湿为主。该空调系统夏季运行时，新风空调器不作任何处理过程由楼层空调器各自承担，其空气处理过程如图3所示。这种设计方法de优点是，所有楼层空调器只设冷却盘管，而由新风空调器集中处理冬季室外新风de加热和加湿过程。这样，简化了整个大楼de空调系统，也大大节约了系统de初投资费用。但其缺点是，为了室内新风de集中加湿，必需先对其

9、等湿加热，而楼层空调器对其混风空气进行冷却处理才能达到空调所需de一次风出风状态点。如此空气处理过程，势必产生空气先加热扣冷却de抵消作用，造成大楼空调系统运行时能耗de大量浪费。 针对上述空调系统de缺点，笔者建议集中式新风空调器只设预热盘管，不设加湿器。大楼标准层de空调器只设冷却盘管和高压喷雾加湿器，而对于其它楼层有额定热负荷de情况下再加设加热盘管。该空调系统夏季运行时，其空气处理过程也如图3所示。而作为冬季运行，新风空调器只对室外新风进行预加热，新回风混合后进入楼层空调器，空调器则根据控制要求对其加热或冷却（对于不同楼层，回热或冷却可能同时存在）当然，新风加热处理后温度设定值de前提

10、是大于+5C，且保证标准层空调器de入风空气状态R2de焓值不低于S点，避免其加热过程。经盘管后de空气状态点，其空气处理过程如图4所示。该变风量空调系统，由于充分利用了冬季室外新风集中加湿而产生de大量冷热抵消作用，是一种比较节能de空调形式。 4、冷热源 对于变风量空调系统，冬季和过渡季节运行时需同时满足内外区de冷、热负荷要求，故空调水系统采用四管制。由于系统要求同时提供冷、热源，除采用常规de电动制冷机组加蒸汽或热水锅炉外，可以考虑采用直燃式溴化锂冷热不机组，其具有运转时无振动，无磨损，运行经济可靠等优点。不过，如采用直燃机组需注意以下几个问题： * 机组供水温度 因为溴化锂机组de冷

11、冻水供水温一般只能达到+7C左右，当变风量空调系统设计低温系统时，系统需提供足够低温de冷冻水，而这对于溴化锂组而言就难以胜任了。 * 直燃机组需采用分隔式供热机组 如果采用主体供热式直燃机组，由于无法同时制冷和制热，不能满足变风量空调系统需同时提供冷、热源de要求。 * 配置低负荷运行时只有内区少量冷负荷，其总冷负荷大大低于夏季空调时de总负荷，如在此低负荷情况下运行，直燃机组将大大降低其运行de经济性和可靠性。故此时，低负荷制冷由独立de电动冷水机组承担为好，直燃机组只作制热用。 在空调水系统设计中，冷却塔可以设计采用独立小塔不分彼此、统一组合de形式，所有冷却塔风机采用双速风机。实现运行

12、时，不管入塔水量及水温如何变化，冷却塔通过调节风机风量以保证出塔却水de温度，这样可以有效降低冷却塔de运行能耗。由于变风量空调系统冬季亦需提供冷源，可考虑在室外空气条件允许de情况下，利用冷却塔de冷却能力，通过板式热交换器，提供一定低温de冷冻水，以达到不开冷水机能de节能空调运行。 5、风量平衡 图5是典型de变风量系统de经济运行。对于采用混风de空调系统，新风量在各个房间是按风量分配de。也就是说，即使总新风量达到要求，在de房音也会有新风不足de问题，对于变风量系统，由于送入房间de要求，总新风量将会增加，基至在有de时候可能超过空调需要de送风量。为此可这样考虑，在一定de新风量下，总回风中二氧化碳de含量不一定超标，可以利用回风以减少总新风量。图示空调系统运行时，送风机根据空调负荷确定送风量，新风机则根据回风de空气品质确定提供de新风量，而排风机则根据房间de所需正压值匹配新风机de运转。在过渡季节，调节新风机和排风机de运转风量来维持一定de新回风混风温度，这样做法是充利用室外新风de低湿冷却作用以减少冷机de开启时间。但在实际采用时，