诠释变风量空调系统的优化设计

3、空气处理

图2是典型的变风量空调系统冬季运行时的空气状态变化图，系统设计中，各楼层的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，新风经新风空调的预热盘管加热至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达到R点，再经一次风空调器的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。这种设计方法的优点是，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的加热和加湿过程。这样，简化了整个大楼的空调系统，也大大节约了系统的初投资费用。但其缺点是，为了室内新风的集中加湿，必需先对其等湿加热，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的一次风出风状态点。如此空气处理过程，势必产生空气先加热扣冷却的抵消作用，造成大楼空调系统运行时能耗的大量浪费。

针对上述空调系统的缺点，笔者建议集中式新风空调器只设预热盘管，不设加湿器。大楼标准层的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的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的前提是大于+5°C，且保证标准层空调器的入风空气状态R2的焓值不低于S点，避免其加热过程。经盘管后的空气状态点，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的大量冷热抵消作用，是一种比较节能的空调形式。

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的冷、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，除采用常规的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的冷冻水供水温一般只能达到+7°C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的冷冻水，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、热源的要求。

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的总负荷，如在此低负荷情况下运行，直燃机组将大大降低其运行的经济性和可靠性。故此时，低负荷制冷由独立的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、统一组合的形式，所有冷却塔风机采用双速风机。实现运行时，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的温度，这样可以有效降低冷却塔的运行能耗。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的情况下，利用冷却塔的冷却能力，通过板式热交换器，提供一定低温的冷冻水，以达到不开冷水机能的节能空调运行。

5、风量平衡

图5是典型的变风量系统的经济运行。对于采用混风的空调系统，新风量在各个房间是按风量分配的。也就是说，即使总新风量达到要求，在的房音也会有新风不足的问题，对于变风量系统，由于送入房间的要求，总新风量将会增加，基至在有的时候可能超过空调需要的送风量。为此可这样考虑，在一定的新风量下，总回风中二氧化碳的含量不一定超标，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，新风机则根据回风的空气品质确定提供的新风量，而排风机则根据房间的所需正压值匹配新风机的运转。在过渡季节，调节新风机和排风机的运转风量来维持一定的新回风混风温度，这样做法是充利用室外新风的低湿冷却作用以减少冷机的开启时间。但在实际采用时，如大楼标准层独立设置一套变风量空调时间。但在实际采用时，如大楼标准层独立设置一套变风量空调系统，这种做法需在每个楼层设两台变频调速风机(新风机和排风机)。这势必增加了每个空调机房所占的空间，也大大增加了初投资费用。为保证室内空气品质，系统实际运行时，是通过探测回风空气中的CO2浓度来控制新风量的，但CO2浓度达到要求并不能代表室内建筑空气品质合格，室内还会存大其它挥发性污染物。

鉴于以上两点原因，在实际设计时，往往确定一个满足额定空调状态时室内空气品质所需的固定新、排风量。特别是在大楼存在大量分层空调的标准层系统时，通常各设置一套新风系统和一套空调排风系统，其总管统一设置的新、排风机采用变频调速风机，且系统在每个楼层的新、排风支管接口处各设一个定风量控制器，新风机的转速控制匹配于新风机的运转，保证整个大楼的风量平衡。当然，大楼内还需设置一套厕所不间断定风量排风系统，保证厕所内异味的排除。

在一些设计实例中，往往忽略了楼层内排风支管接口年设置定风量控制器，并把空调排风与厕所排风合为一个排风系统，对于这种设计，虽然排风机仍为变频调速控制，能达到整个大楼的新、排风总量平衡。但对于每个楼层而言，排风系统理论上各楼层排风量是平均分配的，而其馀空调运行的楼层所分配到的排风量减少，造成房间过高的正压。对于大楼的大堂等公共空间的空调设计，一般采用常规的定送风量、定新风量的空调系统。考虑到冬季空调运行时，对于楼体较高的大楼，会产生较大的热升效应，从而造成大堂冬季空调运行时产生较大的负压。为此，大堂等公共空间的空调可以考虑采用定送风量、变新风量的系统，空调新风由变频调速的新风风机提供，通过调整新风送入量来保证不同季节空调运行时室内，定正压(公共空间室内压力设定值应满足最小新风量所需的风量)。