变风量系统中新风量的计算和控制方法

变风量系统中新风量的计算和控制方法
作者：于建伟
来源：《城市建设理论研究》2013年第11期
摘要：本文简短介绍了变风量系统中新风量的计算方法及分配存在的问题，并简短叙述了常用的新风量控制策略，并进行了比较。

关键词：变风量系统、新风量、控制策略
中图分类号：TD722 文献标识码： A 文章编号：
前言
随着人们对建筑物室内舒适性要求的提高，对室内空气品质(IAQ)也开始关注。

现代建筑物室内装修和家具涂料中可能含有有毒、有害的挥发性有机污染物VOC、室内人员产生
CO2、异味等污染物，这些都需要向室内送入足够的新风，以稀释这些污染物。

同时，为保证人体健康，对新风量也有硬性要求。

因此，保证室内新风量供给是空调系统设计时应该重视的问题。

近些年，变风量(Variable Air Volume, VAV)空调系统因其具有分区温度控制、运行能耗低及结合二次装修方便的特点在高档写字楼中应用越来越多。

在变风量系统的实际运行过程中，该系统也暴露出一些问题，一个突出的问题是：新风量不能按需求分配，即使总新风量充足，个别区域也存在新风量不足的问题。

变风量系统中新风量的问题
变风量空调系统因其独有的特点在高档写字楼中应用越来越多，甚至成为一条能否评为高档写字楼的硬件标准。

在VAV空调系统中，各空调区域的朝向、照明、人员等都不尽相同，从而导致各区域冷（热）负荷和新风量的需求也各不相同。

对同一空调机组(Air Handle Unit, AHU)服务的各区域而言，送风的新风比是相同的。

这种情况下，就会出现有的区域新风量过多，而有的区域新风量有明显不足的现象。

同时，VAV系统中各空调区域送风量的分配随各区域负荷的变化而等比例变化，这就导致负荷波动较大时，新风量随送风量的波动而变化，致使新风量不能按需分配。

解决最不利区域新风量不足的最佳方法是设置独立的新风系统，这种方法实质上是把变风量系统与新风系统分开设置，使新风量的分配完全不受房间负荷的影响，而只与各房间内的设计人数及稀释污染物有关。

这种方法对新风量的按需分配与控制最为有利，但这种方法要求较大的机房面积，需另增加一套新风系统，这样会增加占用吊顶空间的高度，同时初投资也有增加。

在实际工程中，往往由于机房面积及管井等条件所限，无法单独设新风系统。

而不单独设
置新风的系统则全年运行灵活，在供冷和供热季节可采用最小新风运行，而在过渡季节则可加大新风量，甚至可全新风运行。

故后一种方式在实际工程中应用较多。

变风量系统中基于多区域方程的新风量的计算
为了保证最不利区域能有足够的新风量，总的新风量可以按最不利区域的新风比进行计算。

这一最不利区域一般为实际所需新风比最大的区域。

实际上，按照最不利区域的新风比送风时，最不利区域能够获得实际所需的新风量，其他区域所获得的新风量也要比实际所需的新风量多。

也就是说其他区域有过余的新风量。

这样会增加系统的新风负荷，尤其是在炎热的夏季和寒冷的冬季。

因此，在满足最不利区域所需新风量的条件下，计算VAV系统的最小的新风比成为节能的有效措施。

目前，我国现行舒适性空调系统新风标准主要依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)和《公共建筑节能设计标准》(GB 50189—2005)，以人均需求新风量的方式给出了民用建筑主要房间的设计新风量标准。

关于多分区空调系统新风量的计算，《公共建筑节能设计标准》参照ANSI／ASHRAE标准62—2001作出规定：当一个空气调节风系统负担多个使用空间时，系统的新风比按下式计算确定。

[1] [2]
Y=Vot/Vst
X=Von/Vst
Z=Voc/Vsc
式中Y——修正后的系统新风量在送风量中的比例；
Vot——修正后的系统总新风量，(m3／h)；
Vst——总送风量，即系统中所有房间送风量之和，(m3／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，(m3／h)；
Z——新风需求最大的房间的新风比；
Voc——新风需求最大的房间的新风量，(m3／h)；
Vsc——新风需求最大的房间的送风量，(m3／h)。

变风量系统中新风量的控制策略
新风量控制的目的是既要提供满足人体所需新风量，提高室内空气质量(IAQ)，同时又要尽可能地减少能耗，节约运行费用。

目前，在VAV系统中，对新风量控制所使用的方法主要有：
1 送、回风机跟踪控制
此方法的控制原理是：送风量减去回风量等于新风量，并维持其不变，等于常量，一般常用于双风机系统。

这样，在VAV系统运行期间不论送风量如何变化，只需跟踪调节回风量，保持两者之差不变，即可维持新风量不变。

因此，要求同时测量送风量和回风量，控制送风机和回风机风量的差值，间接控制新风量。

对送、回风机的控制有许多方法，如送、回风机用送风道静压进行控制；用送风道中出口动压控制回风机；动压差法，即在送风机出口和回风机入口设置流量测点，测出各自的流量，并保持固定的差值，一旦出现超差现象，则调节回风机以维持固定的风量差；室内压力直接控制法等。

目前，对风机跟踪控制存在两种看法，一种认为风机控制误差太大，实测表明误差一般都在20％～35％以上，而且由于多个控制环路之问的相互干扰，存在运行不稳定的现象，另外能耗也较高，因而建议用排风机代替回风机或采用其它控制方法。

而另一种观点则认为控制新风量的目的是为了保证IAQ，而不是为了达到某一个数值，因而，只要系统能提供良好的通风，控制误差并不重要；至于运行不稳定现象，不能只看某一段时间的运行情况，而要看整个运行期间的平均情况。

有实测数据表明，在一个很短的时间内，新风确实变化很大，但是总体上看，新风量的加权平均值却保持得很好。

[3]
2 设置独立的新风机
它通过设置最小新风风管并测量新风量来调节风阀，维持系统最小新风量。

该法简单实用，只需在新风风道中，安装一台管道风机。

风机全压应满足克服管道系统（包括入口、阀门及管件）的总阻力加混合箱正压（按50Pa考虑）要求。

风量满足最小新风量即可。

当采用这种控制时，可以不用回风机，而采用排风机。

这样控制起来更容易，也更稳定。

在最小新风工况下，当房间负荷减小时维持新风量不变而设置的，风机按定风量方式运行。

新风管和最小新风管之间的切换由回风阀开度控制，即回风阀全开即表示系统进入最小新风工况；反之，则表示系统进入最大新风工况。

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。

此外，通过另一根新风管还可在过渡季节最大限度地使用新风来制冷。

该方法的缺点是：需要额外的新风管道。

不适于改建工程。

[4]
此外，随着定风量阀的应用普及，用定风量阀可以代替新风机也成为一种可能，这样可以省去新风机的能耗。

3 室内CO2浓度控制法。

这种控制办法是利用室内CO2浓度作为衡量新风量是否达到要求的参数，在一定CO2浓度范围内对新风实行比例控制，例如通过设定CO2浓度的上、下限，当CO2浓度高于上限，则新风阀全开；当CO2浓度低于下限，则新风阀处在最小新风量阀位；这种控制方法适合于人员密度较大的建筑。

但是，室内的CO2浓度并不是确定新风量的唯一依据。

这种方法忽略了CO2以外的室内污染物的影响，显然这是不很合理的，具有一定的局限性。

[5]
此外，基于估计室内人数的控制方法在一定程度上弥补了CO2浓度控制方法的缺陷。

通过近似准确的动态估计，能保证室内新风量的需求，获得较好的室内空气品质。

结论
在VAV空调系统中，新风量的控制是一个关键问题。

如何保证在空调季的最小新风量，又能满足过渡季节全新风运行，新风量的确定和控制就是显得非常重要。

上述各种方法是目前较为常用的新风量控制方法，各有优点和缺点，对于不同的情况应采用不同的控制方法，以满足不同要求。

参考文献：
[1]《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005
[2] ASHRAE. (2001). ASHRAE Standard 62-2001，Ventilation for acceptable indoor quality
[3]钱以明，杨书明．VAV系统中新风量的控制[J]．暖通空调，1999，(3)，39-41
[4]宋宏光．变风量系统最小新风量控制方法的讨论[J]．暖通空调，1999，(3)，36-38
[5]曾艺，龙惟定．变风量空调系统的新风[J]．暖通空调，2001，(6)，35-38。