变风量空调系统设计浅谈:空调系统

时间:2019-09-01 09:49:36 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

变风量空调系统设计浅谈

变风量空调系统设计浅谈 4.1 变风量比 空调系统全年大部分时间运行在部分负荷工况下,也就是说,变风量系统的 风机、风道以及末端的风量大部分时间都处于最大风量和最小风 4 设计中几个值得注意的问题 量两种极限状态之间。根据经验,如果在这两种极限状态下不发生问题,那 么基本上可以保证系统大部分时间运行正常。最小设计风量与最大设计风量之比 定义为变风量比(K v)。一般地,房间的K v值最好不要小于0.4~0.5,否则容易导致房间气流组织恶化、噪声和通风 问题;
系统的K v值最好也不要小于0.4~0.5,否则会导致系统新风严重不足以及控制不稳 定等问题。

一般来说,房间的最大设计风量比较容易确定,面对于像会议室、影剧院、 餐厅这类负荷变化不确定的地方,确定最小设计风量相对要困难一些。其实,在 确定最小风量时除了要考虑负荷变化特点之外,还要考虑房间气流组织和室内空 气品质要求。房间送风量太小会产生冷风下沉、新风不足、换气次数不够等问题。

为保证风速的测量精度,压力无关型末端装置也有最小风量要求。

另外,对于采用灯具回风的房间,一部分灯光负荷没有直接进入房间,而是 被回风带走,提高了送回风温差,计算风量是不能包括这部分负荷。所以,在确 定设计风量时,还要考虑房间回风方式的影响。

不论是房间还是系统,变风量比都是表征变风量系统一个比较重要的动态特 性参数。

4.2 新风问题不过,由于压力无关型末端比压力有关型末端多了一个风速测量装置(如均 速管),所以设计时通常要考虑入口前有足够长的直管道,同时施工和运行水平 要求也较高(如管道吹灰,更新过滤器)。当然,压力无关型末端的价格也较高。

变风量空调系统的设计和控制系统的设计是密不可分的。前面提到,图1所 示的变风量系统中采用了房间温度控制、送风量控制、送回风风量匹配控制、新 排风风量控制和送风温度控制5个控制环路。直接数字控制DDC虽然不一定采用反 馈环路控制,但是也包含这5部分控制内容。它们是变风量空调控制系统的必要 组成部分。当然,系统不定期会有预冷、预热等其他控制。

5.1 VAV控制系统的组成 5.1.1 房间温度控制 本文第2部分已经介绍过了,在此不再赘述。

5.1.2 送风量控制 在变风量系统中,通常根据静压传感器的信号来感知系统风量的变化,并通 过控制器调节风机送风量。静压控制器通过调节风机转速或入口导叶来恒定静压 控制点的静压值,以满足以下游风道、末端装置及送风口的压力损失。恒定静压 的目的是保证任何一个末端入口的设计资用压力。由于要恒定静压,送风机不能 无限制地减少风量,所以风机功耗并不与风量的3次方成正比。由于存在风道阻 力损失,静压传感器越靠近管路末端,静压设定值就越小,就越能节约风机功耗。

我们希望将静压传感器放在系统最不利的末端入口。由于变风量系统动态特性, 实际上不容易定义一个最不利的末端装置。任何一个都可能成为最不利。ASHRAE 建议,在使用压力无关型末端的场合,把静压传感器放在送风机到系统末端的2/3 处 5 变风量系统的控制[5] 。笔者认为,这只是个折衷的考虑。不过,对于中小规模的低速送风系 统,风道远近压差不大太大,所以矛盾不很突出。

5.1.3 新排风风量的控制 前面说过,系统风量的调节会导致总新风量的变化,为此,在需要维持新风 量不变的场合,有必要采取恒定新风量的措施,下面列举两种:
①将最小新风道和循环新风道分开,分设新风阀,并在最小新风道上安装流 量传感器,以此来调节3个风阀的开度,维持最小新风量。通常,为保证测量精 度,流量传感器前后要保证一定的直管段 [6] 。但是,由于现场情况比较复杂,经常很难完全满足所要求的直管段。

这样,必然对测量和控制效果产生很大影响。据说,现场最好的测量准确度只有 20%左右 [1] 。

②混风压力变化是造成新风量变化的直接原因,所以,恒定新回风混合箱内 压力就能够保证新风量。在需要最小新风量的时候,关闭经济循环新风阀,通过 调节回风阀来恒定混风压力;
在过渡季的时候,由混风温度控制器调节经济循环 风阀的开度,随着新风量的增大,混风压力减小,这时,混风压力控制器关小混 风阀直至完全关闭,整个系统采用全新风 员先设计空调部分,再由控制工程人员或公司承包控制部分的做法似乎是行 不能的。

变风量系统设计比定风量系统容易还是难呢? 有这样一种认识:虽然变风量系统的工况是不断变化的,但不知道风道里气 流的压力、流量具体是怎么变化的,所以无法、也没有必要仔细计算和设计风道, 况且压力无关型变风量末端又能够自行补偿上游气流压力的变化,末端装置的尺 寸选择过大、风道大了小了都不会出问题。

不用仔细作风道计算和设备选择,设计当然简单了,可实际并非如此。此是由于变风量系统工况随时变化,原先定风量系统设计那种以设计日为基础的方法 似乎在这行不能,需要引入动态分析设计的思想和方法。不仅需要考虑设计日情 况,还要分析过渡的工况,既要计算最大负荷,又要计算最小负荷,甚至必须进 行全年分析。否则,系统将来可能会产生大问题,比如前面提到的新风不足和噪 声偏大。定风量系统设计同样需要考虑新风、噪声和全年运行调节等问题。但是 相对而言,变风量系统分析计算的工作量和难度要大得多。从这个意义上说,变 风量系统的设计向设计人员、向原有的设计思想和设计方法提出了挑战。

变风量系统虽然已经发展了30年,但是技术还不很成熟,还存在不少问题亟 待解决。本文的一些建议和观点只是笔者的管窥之见,仅供参考。变风量系统有 很强的动态特性,加之空调系统固有的非线性,使问题的解决变得非常困难。头 痛医头、脚痛医脚的做法,菜谱式的表态分析和设计的方法不会从根本上解决问 题。设计人员要想使系统运行中少出或不出问题,就需要对变风量系统的特性有 足够的认识,并能够做出较准确的定量分析。可目前这方面的研究还比较滞后, 设计人员在设计时缺少有效的分析计算手段。国内变风量系统的实践正在兴起, 迫切需要可行的、有效的辅助设计的分析方法(design method by analysis)。

1 Chen Steve, Stanley Damster. Variable air Vloume System for Environmental Quality. Mcgraw-Hill Company, 1996. 2 部第十设计院,空气调节设计手册(第二版),北京:中国工业出版社, 1995。

3 Haines Roge, Ventilation Air, the Economizer Cycle, and VAV. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Oct 1994. 4 Wendes Herb. Supply outlets for VAV Systems. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Feb 1989. 5 ASHRAE Handbook/ HVAC Systems and Equipment, 1996. 6 Haines Roger. Outside Air Volume Control in a VAV System. Heating/ Piping/Air Conditioning, Oct 1986. 7 Graves Larry. VAV Mixed Air Plenum Pressure Control. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Aug 1985. 8 Avery Gil. VAV Economizer Cycle: Don"t Use a Return Fan. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Aug 1984. 9 Haines Roger. Control Strategies for VAV Systems. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Sept 1984. 10 Avery Gil. The Instability of VAV Systems. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Feb 1992. 11 Hartman Thomas. TRAV-A New HVAC Concept. Heating/ Piping/ Air Conditioning, July 1986. 12 Goswami Dave. VAV Fan Static Pressure Control with DDC. Heating/ Piping/ Air Conditioning, Dec 1986.. 13 Wendes Herbet. Variable Air Volume System Manual. Prentice-Hall, 1991. 14 ASHRAE Standard. ANSI/ASHRAE 113-1990. 6

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