连载· 12 |《变风量空调系统》——2.6变风量空调新风系统设计
2017-09-08
变风量空调系统新风设计
变风量系统中新风量的分配和空调系统的分区形式有很大的关系，无论采用何种分 区形式，在总新风量固定的情况下，各朝向的房间都会出现新风量小于设计要求的最小新风量的情况。要想让所有房间的新风量都满足要求，这时总的新风量需要加大；加大 新风量可以满足所有房间的新风量要求，同时在过渡季节也会节省一部分能量；但新风量加大以后夏季和冬季又会多消耗处理新风的冷热量，因此应该选取一个全年运行模式下的最佳新风量。
例如：夏季，除了内热冷负荷外，外区变风量末端装置还承担围护结构冷负荷，它 多耗用了一部分含有新风的送风量。如果仍按照系统总人数 × 新风标准来确定总新风 量，内区新风量会相对不足（对于空气流通的大开间没问题，但是对于分割成小房间的 系统，内区新风供给会不足），因此夏季需要附加新风量。
2.6.1分散处理方式
新风通过变风量空气处理机组从机房或就近外围护结构的进风口吸入，与系统回风 混合并处理后再送入各个空调区域。
在该方式下，新风由变风量空气处理机组（单、双风机系统均可）自行、分散地从 外围护结构上的百页口吸入并进行处理；由于具备全新风运行的条件，在排风量与新风 量匹配的条件下可实现变新风比运行；空调箱风量变频调小时，进口负压值也会减小， 导致新风量减小，常在新风进风管上设风量传感器，反馈小新风量，或者采用回风管 CO2 浓度控制新回风阀的开度；机房一般需有直接对外的百页进风口（见图 2-7）。
2-7 新风分散处理方式图
2.6.2 集中处理方式
高层建筑标准层的空调机房一般设置在核心筒，各标准层通常不单独设置对外的 新风和排风口，因此一般采用新风集中处理方式。集中新风处理机组一般设置在屋顶 层、避难层或地下层的设备机房内，并且就近集中开设对外的新风和排风口。新风经新 风机组处理后送至各个楼层的新风入口，在楼层空气处理机组内与回风混合后进行热湿 处理，如图 2-8 所示。集中新风系统负担了大部分新风负荷，使楼层空调器负荷比较稳 定；楼层空调器变频调速时，对本系统新风量有影响，一般在新风管上设定风量阀以保 证新风量；另外，受竖向管道井空间的限制，集中新风系统分配到各层的新风一般只能 满足最小新风量，很难大幅度增加，因此难以实现较大幅度的变新风比运行。但是，也 可以另外加设一路新风支管，该新风支管上配置电动开关阀，在过渡季节打开，可以实 现 50%~70% 新风比的要求。
图 2-8 新风集中处理方式图图
2.6.3 新风计算方法
变风量系统属于全空气空调系统，新风负荷作为全空气系统负荷的重要部分，而且 一个全空气系统往往管辖着若干个不同的通风区域，每个区域的新风比又不尽相同，如 何确定变风量系统一个合理的新风量的同时又保证满足系统所管辖的每个通风区域需求 的新风比是本节致力要解决的问题。
GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》“4.3 输配系统”中的 4.3.12 条指出：当一 个空气调节风系统负担多个使用空间时，系统的新风量应按下列公式计算确定
Y=X/（1+X-Z）
Y=Vot / Vst
X=Von / Vst
Z=Voc / Vsc
式中Y ——修正后系统新风量在送风量中的比例；
Vot ——修正后的总新风量，m /h；
Vst ——总送风量，即系统中所有房间送风量之和，m /h；
X ——未修正的系统新风量在送风量中的比例；
Von ——系统中所有房间的新风量之和，m /h；
Z ——需求最大的房间新风比；
Voc ——需求最大的房间的新风量，m /h；
Vsc ——需求最大的房间的送风量，m /h。
该标准是参照 ANSI/ASHRAE Std 62—2001 制定的，标准中给出一个系统负责多个 不同送风区域时系统新风的修正计算公式，但公式中“Vst——总送风量，即系统中所有 房间送风量之和（m3/h）”和“V ——系统中所有房间的新风量之和（m3/h）”的计算方 法及“Z——需求最大的房间新风比”的定义也逐渐暴露出一些问题。“需求最大的房间” 是指需求新风量最大的房间还是指新风比最大的房间，变风量系统中如何确定“需求最 大的房间”。
为此，ASHRAE 于 2005 年颁布了最新版本 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。 新规范删除了ANSI/ASHRAE Standard 62—2001 中新风量的计算方法，即 Y=X/（1+X-Z）， 而引进了新定义“临界分区（critical zone）”和新公式
Vot=Vou / Ev
式中Vot——修正后系统送出的新风量，m /h；
Vou——系统需求的新风量，m /h；
Ev——系统的通风效率。
其中 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004 对于公式中的每一项都给予了充分的解释及 计算方法，同时引进了新的新风标准，由于篇幅原因设计手册在此只做简略的介绍，读 者若有兴趣可参看 ANSI/ASHRAE Standard 62—2004。
新标准考虑到新型建筑中污染源不单来自人体，也来自建筑材料，明确地将新风标 准分为人均所需新风量 Rp 和单位面积所需新风量 Ra，该两项的取值可参阅国内有关变 风量系统设计文件。则计算式为
Vou=D·∑（RpPz）+∑（RaAz）
式中Pz——各房间的最大（预期）人数，人；
Az——各房间的净使用面积，m 。
其中 D 的引入是考虑到人员的流动性，比如办公室的人员会去会议室、休息室、 接待区、茶水区等，也可能外出，将各区域的最大预计总人数的累价值作为系统的计算 总人数显然会导致系统需求新风量变大。则计算式为
D=Pa /∑Pz
式中Ps——系统计算总人数，人。
Ev=1+Xs-Zdc
式中Xs——系统平均新风比；
Zdc——临界分区送风新风比。
Xs=Vou /Vps
式中Vps——系统的一次送风量，由系统负荷计算确定或 Vps=LDF·∑Vpz·Vpz 为各房 间的设计一次送风量（m3/h），LDF 为系统负荷参差系数。
要确定“临界分区送风新风比 Zdc”首先明确“临界分区”的概念。变风量多分区 空调系统所管辖的各通风房间所需新风比是不同的，其中必有一个需求新风比最大的通 风房间，称为“临界分区”。
由于Zd=Voz / Vdz
式中Zd——通风房间的新风比； Vdz——通风房间的预期最小送风量，m3/h（包括一次风和就地回风）； Voz——通风房间所需新风量，m3/h。
Voz=Vbz / Ez
式中 Vbz——通风房间呼吸区的新风量，m3/h，所谓呼吸区是指人员活动的一个区域， 通风房间内距地面高度为 75~1800mm、距墙或固定空调设备 600mm 的区 域（Vbz=RpPz+RaAz）；Ez——通风房间空气分布效率（在一定送、回风形式及送风温度下，实际到达呼 吸区的风量与送入房间空气量之比），取值可查阅国内有关变风量系统设 计文件。
故Zdc=Vozc / Vdzc
考虑到变风量系统的特殊性：“临界分区”是变化的，夏季时外区的负荷较大导 致送风量较大，相比之下内区的负荷较小导致送风量小，内区房间就会成为“临界 分区”，而冬季内区供冷，风量较大，外区供热一般采取其他加热辅助设备，此时外 区末端装置仅保证最小送风量，送风量较小，外区房间就会成为“临界分区”，所以 在供冷、供热设计工况下，需通过计算，明确出临界分区，并以此分别计算系统新 风量。
上述新标准 ANSI/ASHRAE Std 62—2004 的计算方法与国内现行规范的计算方法相比，新方法对于新风量标准的拆分，更加符合不同人员密度建筑新风量的需求情况， 对于高人员密度的办公室，采用新方法计算出的人均新风量比 30m3/h 少 10m3/h 左右， 可降低新风能耗近 30%，新方法考虑到了办公建筑人员流动性大的问题，不单纯地累 计空调房间最大设计人员，在系统人员中引入人员参数系数，更为合理，同时新方法 明确了“临界分区”的概念，避免了理解上的误解，新方法给出了各项效率更为合理 的计算方法。
各位设计师可严格按照国家现行标准计算方法，也可借鉴比较成熟的 ANSI/ ASHRAE Std 62—2004 的计算方法。
