連載· 12 |《變風量空調系統》——2.6變風量空調新風系統設計
2017-09-08
變風量空調系統新風設計
變風量系統中新風量的分配和空調系統的分區形式有很大的關系，無論采用何種分 區形式，在總新風量固定的情況下，各朝向的房間都會出現新風量小于設計要求的最小新風量的情況。要想讓所有房間的新風量都滿足要求，這時總的新風量需要加大；加大 新風量可以滿足所有房間的新風量要求，同時在過渡季節也會節省一部分能量；但新風量加大以后夏季和冬季又會多消耗處理新風的冷熱量，因此應該選取一個全年運行模式下的最佳新風量。
例如：夏季，除了內熱冷負荷外，外區變風量末端裝置還承擔圍護結構冷負荷，它 多耗用了一部分含有新風的送風量。如果仍按照系統總人數 × 新風標準來確定總新風 量，內區新風量會相對不足（對于空氣流通的大開間沒問題，但是對于分割成小房間的 系統，內區新風供給會不足），因此夏季需要附加新風量。
2.6.1分散處理方式
新風通過變風量空氣處理機組從機房或就近外圍護結構的進風口吸入，與系統回風 混合并處理后再送入各個空調區域。
在該方式下，新風由變風量空氣處理機組（單、雙風機系統均可）自行、分散地從 外圍護結構上的百頁口吸入并進行處理；由于具備全新風運行的條件，在排風量與新風 量匹配的條件下可實現變新風比運行；空調箱風量變頻調小時，進口負壓值也會減小， 導致新風量減小，常在新風進風管上設風量傳感器，反饋小新風量，或者采用回風管 CO2 濃度控制新回風閥的開度；機房一般需有直接對外的百頁進風口（見圖 2-7）。
2-7 新風分散處理方式圖
2.6.2 集中處理方式
高層建筑標準層的空調機房一般設置在核心筒，各標準層通常不單獨設置對外的 新風和排風口，因此一般采用新風集中處理方式。集中新風處理機組一般設置在屋頂 層、避難層或地下層的設備機房內，并且就近集中開設對外的新風和排風口。新風經新 風機組處理后送至各個樓層的新風入口，在樓層空氣處理機組內與回風混合后進行熱濕 處理，如圖 2-8 所示。集中新風系統負擔了大部分新風負荷，使樓層空調器負荷比較穩 定；樓層空調器變頻調速時，對本系統新風量有影響，一般在新風管上設定風量閥以保 證新風量；另外，受豎向管道井空間的限制，集中新風系統分配到各層的新風一般只能 滿足最小新風量，很難大幅度增加，因此難以實現較大幅度的變新風比運行。但是，也 可以另外加設一路新風支管，該新風支管上配置電動開關閥，在過渡季節打開，可以實 現 50%~70% 新風比的要求。
圖 2-8 新風集中處理方式圖圖
2.6.3 新風計算方法
變風量系統屬于全空氣空調系統，新風負荷作為全空氣系統負荷的重要部分，而且 一個全空氣系統往往管轄著若干個不同的通風區域，每個區域的新風比又不盡相同，如 何確定變風量系統一個合理的新風量的同時又保證滿足系統所管轄的每個通風區域需求 的新風比是本節致力要解決的問題。
GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》“4.3 輸配系統”中的 4.3.12 條指出：當一 個空氣調節風系統負擔多個使用空間時，系統的新風量應按下列公式計算確定
Y=X/（1+X-Z）
Y=Vot / Vst
X=Von / Vst
Z=Voc / Vsc
式中Y ——修正后系統新風量在送風量中的比例；
Vot ——修正后的總新風量，m /h；
Vst ——總送風量，即系統中所有房間送風量之和，m /h；
X ——未修正的系統新風量在送風量中的比例；
Von ——系統中所有房間的新風量之和，m /h；
Z ——需求最大的房間新風比；
Voc ——需求最大的房間的新風量，m /h；
Vsc ——需求最大的房間的送風量，m /h。
該標準是參照 ANSI/ASHRAE Std 62—2001 制定的，標準中給出一個系統負責多個 不同送風區域時系統新風的修正計算公式，但公式中“Vst——總送風量，即系統中所有 房間送風量之和（m3/h）”和“V ——系統中所有房間的新風量之和（m3/h）”的計算方 法及“Z——需求最大的房間新風比”的定義也逐漸暴露出一些問題。“需求最大的房間” 是指需求新風量最大的房間還是指新風比最大的房間，變風量系統中如何確定“需求最 大的房間”。
為此，ASHRAE 于 2005 年頒布了最新版本 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。 新規范刪除了ANSI/ASHRAE Standard 62—2001 中新風量的計算方法，即 Y=X/（1+X-Z）， 而引進了新定義“臨界分區（critical zone）”和新公式
Vot=Vou / Ev
式中Vot——修正后系統送出的新風量，m /h；
Vou——系統需求的新風量，m /h；
Ev——系統的通風效率。
其中 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004 對于公式中的每一項都給予了充分的解釋及 計算方法，同時引進了新的新風標準，由于篇幅原因設計手冊在此只做簡略的介紹，讀 者若有興趣可參看 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。
新標準考慮到新型建筑中污染源不單來自人體，也來自建筑材料，明確地將新風標 準分為人均所需新風量 Rp 和單位面積所需新風量 Ra，該兩項的取值可參閱國內有關變 風量系統設計文件。則計算式為
Vou=D·∑（RpPz）+∑（RaAz）
式中Pz——各房間的最大（預期）人數，人；
Az——各房間的凈使用面積，m 。
其中 D 的引入是考慮到人員的流動性，比如辦公室的人員會去會議室、休息室、 接待區、茶水區等，也可能外出，將各區域的最大預計總人數的累價值作為系統的計算 總人數顯然會導致系統需求新風量變大。則計算式為
D=Pa /∑Pz
式中Ps——系統計算總人數，人。
Ev=1+Xs-Zdc
式中Xs——系統平均新風比；
Zdc——臨界分區送風新風比。
Xs=Vou /Vps
式中Vps——系統的一次送風量，由系統負荷計算確定或 Vps=LDF·∑Vpz·Vpz 為各房 間的設計一次送風量（m3/h），LDF 為系統負荷參差系數。
要確定“臨界分區送風新風比 Zdc”首先明確“臨界分區”的概念。變風量多分區 空調系統所管轄的各通風房間所需新風比是不同的，其中必有一個需求新風比最大的通 風房間，稱為“臨界分區”。
由于Zd=Voz / Vdz
式中Zd——通風房間的新風比； Vdz——通風房間的預期最小送風量，m3/h（包括一次風和就地回風）； Voz——通風房間所需新風量，m3/h。
Voz=Vbz / Ez
式中 Vbz——通風房間呼吸區的新風量，m3/h，所謂呼吸區是指人員活動的一個區域， 通風房間內距地面高度為 75~1800mm、距墻或固定空調設備 600mm 的區 域（Vbz=RpPz+RaAz）；Ez——通風房間空氣分布效率（在一定送、回風形式及送風溫度下，實際到達呼 吸區的風量與送入房間空氣量之比），取值可查閱國內有關變風量系統設 計文件。
故Zdc=Vozc / Vdzc
考慮到變風量系統的特殊性：“臨界分區”是變化的，夏季時外區的負荷較大導 致送風量較大，相比之下內區的負荷較小導致送風量小，內區房間就會成為“臨界 分區”，而冬季內區供冷，風量較大，外區供熱一般采取其他加熱輔助設備，此時外 區末端裝置僅保證最小送風量，送風量較小，外區房間就會成為“臨界分區”，所以 在供冷、供熱設計工況下，需通過計算，明確出臨界分區，并以此分別計算系統新 風量。
上述新標準 ANSI/ASHRAE Std 62—2004 的計算方法與國內現行規范的計算方法相比，新方法對于新風量標準的拆分，更加符合不同人員密度建筑新風量的需求情況， 對于高人員密度的辦公室，采用新方法計算出的人均新風量比 30m3/h 少 10m3/h 左右， 可降低新風能耗近 30%，新方法考慮到了辦公建筑人員流動性大的問題，不單純地累 計空調房間最大設計人員，在系統人員中引入人員參數系數，更為合理，同時新方法 明確了“臨界分區”的概念，避免了理解上的誤解，新方法給出了各項效率更為合理 的計算方法。
各位設計師可嚴格按照國家現行標準計算方法，也可借鑒比較成熟的 ANSI/ ASHRAE Std 62—2004 的計算方法。
