變風量空調系統設計工程實例

變風量空調系統特點：

變風量空調系統基本構成：變風量末端裝置，空氣處理及輸送設備，風管系統，自動控制系統。

變風量空調系統基本原理：

與傳統的風機盤管或定風量系統比較：

優點：區域溫度可控；空氣過濾等級高，空氣品質好；部分負荷時風機可實現變頻調速節能運行；可變新風比，利用低溫新風節能。

缺點：初投資大；設計、施工、和管理較復雜。

適用：區域溫度控制要求高；空氣品質要求高；高等級辦公、商業場所；大、中、小各類空間。暖通南社

應用：國外大部分辦公樓采用變風量空調系統；國內省會以上城市在逐步推廣。

如何進行內、外分區：

空調系統的外區與內區：

外區：直接受外圍護結構日射得熱、溫差傳熱、輻射換熱和空氣滲透影響的區域。

外區空調負荷包括外圍護結構冷負荷或熱負荷以及內熱冷負荷。

外區有時需要供熱有時需要供冷。

內區：與建筑物外圍護結構有一定距離，具有相對穩定的邊界溫度條件的區域。它不受外圍護結構的日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透等影響。

內區全年僅有內熱冷負荷，其隨區域內照明、設備和人員發熱量的狀況而變化，通常全年需要供冷。暖通南社

現代辦公樓的特點：

體量大 進深深；外圍護結構密閉性好。

外區與內區的劃分：

內外區的形成機理：外圍護結構在日射、溫差和空氣滲透的作用下形成外圍護結構負荷；

顯負荷由外圍護結構內表面主要以輻射形式傳遞；

外圍護結構向內，在輻射作用可忽略之處為內外分區線，其內為內區，其外為外區。

外區進深2-5m，取決于：內表面溫度。

氣候條件—改變內表面溫度；

外圍護結構熱工性能—改變內表面溫度；

內、外區空調系統情況；

受風口設置影響的室內氣流組織 ：

周邊有否空氣阻擋層—改變內表面溫度；

中空Low-E玻璃+簡易通風窗 Air Flow Window (AFW)。

無外區－有通風窗、雙層皮等新型外圍護結構

無內區－房間進深小于8m。

分區間的混合損失：

混合損失和混合得益：

外區的部分供熱量成為內區的冷負荷；內區的部分供冷量成為外區的熱負荷。

混合損失的主要原因：

外區溫度高于內區；外區空調設備過大；內區空調換氣過大；自動控制不好。

單風道型：

風機動力型：

風機動力型系統：

壓力相關與壓力無關：

末端風量受開度和靜壓雙重影響；

根據室溫控制開度，風量受靜壓波動—壓力相關；

根據室溫偏差計算設定風量；檢測風量并根據風量偏差控制開度；靜壓變化可以得到修正—壓力無關。

如何選擇變風量系統：

外區加熱量分析：

每米外窗熱負荷：寬1m；高4.3m；傳熱系數2.5w/m2/℃；

Q=K*F*(tn-tw)=2.5*1*4.3*0.7*[22-(-4)]=196w/m。

末端加熱量：

條件：外區寬1m；進深5 m；凈高3.0 m；熱風送風溫差△T＜8℃ (＜30℃)；換氣次數8次/h；

每米外區加熱量：Q =1.01*ρ* G *(ts-tn)

單風道=1.01*1.2*0.3*1*5*3*8/3600*(30-22)=97w/m；

并聯=1.01*1.2*0.9*1*5*3*8/3600*(30-22)=290w/m；

串聯=1.01*1.2*1.3*1*5*3*8/3600*(30-22)=420w/m。

系統選擇因素：

如何進行末端選型：

一次風**風量：

根據房間**顯熱負荷采用顯熱溫差法計算。

一次風最小風量：

最小風量不是按最小顯熱負荷確定：

風速傳感器限制；氣流組織需求；加熱風量需求；

新風分配需求；

最小風量：Gm=Vm*A為**風量的30-40%

最小風速：

可測動壓：

皮托管最小可測動壓△Pm=7.6Pa(0-375Pa氣電轉換器/8位模數轉換器)；

△Pm=1.0Pa (0-375Pa氣電轉換器/10位模數轉換器)。

放大系數：

產品樣本給出各末端裝置在250Pa動壓下的風量，求得該末端裝置風速傳感器的放大系數F。

理論上13/2.25=17.3%，工程上取30-40%。

非氣壓型風速傳感器：可測最小風速達1m/s。

風機風量：

串聯風機100-130%：

末端余量!!!

末端風量不可隨意放大，會減小風量調節范圍：

末端風量由2000-600m3/h，放大到2400-720 m3/h；

調節范圍由2000-600 m3/h；減小到2000-720 m3/h。

空調箱出風溫度可比設計溫度低0.5-1.0℃。

高速與低速末端：

新風系統設計：

處理方式：分散/集中；

分配方式：不定新風量/系統定新風量/末端定新風量。

系統有哪些自動控制？

末端控制：

系統送風量控制：

定靜壓法：變頻調節風機轉速使風管檢測靜壓滿足設定值。

變定靜壓法：

總風量法：

變靜壓法：

新風量控制：

控制實例：

設計實例：

1.設計條件：

空調冷、熱源：

冷 源：離心式冷水機組，3500kW×2臺；螺桿式冷水機組，1225kW×2臺。

熱 源：油氣兩用熱水鍋爐2800 kW×2臺；水-水板式換熱器5055 kW×5臺。

水系統：冷水系統：機組側定流量系統，用戶側變流量系統；冷凍機房側冷、熱4管制；標準層空調機房側單冷2管制；標準層空調，外區風機盤管機組季節性轉換冷、熱2管制。

用戶側冷、熱水溫度：一次冷水6～12℃；二次冷水（29層以上及B3～14層風機盤管機組用）7～13℃；熱水60～50℃。

室內、外設計參數：

夏季：34℃/28.2℃；冬季：-4℃/75%；

冬/夏季室外平均風：3.1/3.2m/s。

系統選擇與設置：

基本情況分析：夏熱冬冷地區，冬季外區需供熱，外圍護結構每米熱負荷約200W/m；常溫電制冷冷機組無冰蓄冷系統；避免采用價格昂貴且可能需進口的高誘導比低溫送風口；需保持較高的通風換氣次數；

標準辦公層空調機房比較狹小，變風量空調系統風量受限制；確定采用常溫變風量空調系統。

系統比較后采用風機盤管+單風道系統：

數層或整幢大樓組成的大型系統；

每層設一臺空調器的中型系統；每層設多臺空調器的小型系統。經分析采用“周邊風機盤管，東、西兩套內區單風道單冷型變風量空調系統”。

優點：東、西兩個系統，可較好地跟蹤朝向負荷變化、還可采用不同的送風溫度，保證足夠的送風量；

風管半徑較小、風管截面積較小，易于布置，系統從兩側集中回風，吊平頂內靜壓比較均勻。

外區采用低矮式風機盤管，有利于冬季減小窗邊區的溫度梯度，防止冷氣流下沉。

低矮式風機盤管機組設置在樓板溝槽內，降低了窗臺高度，增強了外窗的通透性。

缺點：與每層設置一套的空調系統比較，初投資較高；

由于空調機房設置在筒芯內，集中新風系統無法滿足秋、冬、春三季全（變）新風供冷需求。

內外分區與負荷風量計算：

內外分區：通透型Low-e玻璃，遮陽系數SC=0.6，大于《公共建筑節能設計標準》中規定的遮陽系數SC≤0.4/0.5（東、南、西向/北向），有窗邊風機盤管送風等改善窗邊熱環境的措施(簡易通風窗AFW)；確定外區進深3.5m為中等進深型，其余部分可確定為內區。將劃分好的內、外分區再細分成若干個空調區域。

負荷與風量計算：

采用負荷計算軟件對各空調區域的冷、熱負荷進行逐時計算，并計算散濕量；

按外區的圍護結構逐時冷、熱負荷的**值選擇周邊風機盤管；按相關內、外區內熱冷負荷合計值選擇內區變風量末端裝置。

作ε線交于相對濕度85％線，得送風溫度15℃ （不合適可調整室內相對濕度）

東系統空調區域負荷及風量計算表：

西系統空調區域負荷及風量計算表：

東、西側空調系統負荷風量計算表：

變風量末端裝置選型：

風量計算：一次風**風量：根據各區域**顯熱負荷計算（如東系統/東北1區）；

一次風最小風量：影響因素—新風分配（另行計算）、加熱需求與氣流組織要求（無）、末端裝置風速傳感器精度（校核計算）；

末端裝置采用皮托管式風速傳感器；8位模數轉換器；0～375Pa氣電轉換器，最小動壓ΔPM為7.6Pa。

末端裝置最小風量校核計算表：

新風設計：

系統選擇：空調機房設置在核心筒內，無對外新、排風進出口。因此，需采用集中新風系統。

為了避免新風管穿越核心筒，對應東、西兩個變風量空調系統各設一個集中新風系統。

每層利用新、排風定風量裝置控制新、排風量。

區域新風量計算（略）

風系統設計：

風系統設計要點：

變風量系統常采用矩形風管和圓形風管，圓形風管多用于鋼結構穿梁方式。本實例建筑物采用鋼筋混凝土結構，風管系統采用矩形風管；

變風量系統常用的風管布置形式有環狀和枝狀，環狀布置易于壓力平衡。本實例設置東側、西側兩個系統，采用枝狀風管系統布置形式；

由于空調系統較小，采用等摩阻法進行風管設計；

考慮到各房間回風的壓力平衡，采用吊平頂靜壓箱集中回風；

變風量末端裝置一次風進口接管采用等徑管連接，有4倍直徑長度的直管段，保證末端裝置一次風進口處風速傳感器氣流穩定；

送風散流器與支管間設置靜壓箱，保證靜壓出風并起消聲作用；

送風靜壓箱與末端裝置下游支管之間接2m左右消聲軟管，起消聲和方便接管的作用，也可適應風口在安裝時可適當移位。。

系統選擇：作為低速送風系統，空調送、回風管采用等摩阻法計算。

由于東側與西側變風量系統僅負擔內、外區的內熱冷負荷，與室外氣候與太陽輻射無關，因此可以按穩定的內熱負荷來計算風量并疊加計算管徑。

風管管徑計算：

風系統最不利環路沿程阻力和局部阻力計算與定風量系統一樣，此處從略。

周邊風機盤管機組設置。

空調器選型計算：

系統新風比（以東側系統為例）：X=1871/11082=17％；

空調器處理冷負荷：

冷卻盤管進風參數：干球溫度tc=25.6-0.17×（25.6-20）=24.6℃，濕球溫度tcs=18.3℃。

考慮冷卻盤管應有一定余量，盤管出風干球溫度再低0.5℃，即為13.1-0.5=12.6℃，濕球溫度為12.0℃。

風機選型：本實例采用單風機空調器，根據系統風量、

風壓情況，考慮到噪聲、體積等因素，選擇前向式離心風機。

風機風量考慮10％設計余量：1.1×11082=12190m3/h；

風機計算全壓為1000Pa。電機功率Np應為每層：

系統新風比（以東側系統為例）：X=1871/11082=17％；

空調器設計參數匯總：

變風量末端噪聲計算：

計算條件：以東2通風分區為例，房間面積為102㎡；房間內表面積為324㎡；末端裝置下游阻力為80Pa；主風管計算靜壓為400 Pa，單風道型末端裝置一次風進口直徑Ф為225mm；末端裝置的計算**風量為0.557kg/s(1671m3/h)。

查樣本，得出口噪聲和輻射噪聲的聲功率級。樣本上一般僅提供靜壓差△ps為250Pa和500Pa的數據，與本實例的△ps＝400－80＝320Pa工況不符，故取中間插值。

末端裝置聲功率值表

出口噪聲：末端裝置下游的風管較短且風速較低，設計時可忽略直管段的自然衰減量和管內氣流再聲噪聲。

末端裝置下游風管帶有一個彎頭和一個三通，可從相關手冊查得這些部件的自然衰減量；

支風管與送風散流器之間接有2m左右消聲軟管，其自然衰減量可從軟管生產廠的產品測試報告中查得；

送風散流器配有消聲靜壓箱，消聲靜壓箱的自然衰減量可從有關資料查得。

查圖14-13得房間常數20m2（取中度混響室）。

在考慮了房間自然衰減和聲功率級與聲壓級轉換后，以房間聲壓級對照房間等響曲線（見圖14-14），可得房間NC值等于25，符合該房間聲學計算要求（見表17－12）。

未端裝置出口噪聲計算 17－12

輻射噪聲：

末端裝置產生的輻射噪聲從吊平頂靜壓箱內穿過吊平頂傳到空調房間，吊平頂起著隔聲作用。本實例采用常見的13mm厚紙面石膏板，面密度為8.8kg/m2。

由表14-17查得吊平頂/靜壓箱/房間衰減量，結果列于表17-13。

房間聲壓級對應房間等響曲線（見圖14-15）NC30，符合房間聲學計算要求（見表17-12）。

末端裝置輻射噪聲計算表 表17－13

自動控制設計：

變風量末端裝置控制：

各溫度控制區內變風量末端裝置的墻置式溫感器設置在靠近內走廊的內墻上，用于檢測室內空氣溫度并供用戶操作；

變風量末端裝置根據室內空氣溫度與設定溫度的偏差計算出裝置一次風量設定值，根據其與一次風量測量值的偏差，比例積分調節裝置的一次風送風量；

變風量末端裝置可就地啟停，也可由系統空調器聯鎖啟停，或由中央BA系統遠程啟停；

末端裝置控制采用DDC控制器。DDC控制器應在末端裝置生產廠逐臺組合、調試并整定后作為機電一體化產品送到安裝現場；

末端裝置DDC控制器需與中央BA監控系統實現下述信號聯系：

室內溫度檢測值與設定值輸出，用于BA系統中央管理；且可接受BA系統室溫再設定；

風量檢測值與設定值輸出，用于BA系統中央管理和系統風量控制。

末端裝置運行狀態輸出，用于BA系統中央管理；且可接受BA系統啟停信號輸入或本系統空調器聯鎖信號輸入。

變風量空調系統控制：

系統風量采用變靜壓法控制：

根據各末端裝置設定風量之和預設定風機轉速；

根據各末端裝置閥位狀況微調系統風機轉速。

根據送風溫度檢測值與設定值的偏差，比例積分調節用于冷卻盤管的電動二通閥。電動二通閥的流量系數為：

式中：W—冷卻盤管的**流量（取自表17-10），l/min；G—流體的比重，水取1；

h—二通閥全開時壓力降，與冷卻盤管的壓力降相同(取自表17-10)，kg/cm2；

空氣過濾器淤塞壓差報警；

回風溫度檢測顯示；空調器風機與冷卻盤管調節閥、新、排風定風量裝置聯鎖；

空調系統與中央BA監控系統實現下述信號聯系：

系統送風溫度檢測與設定值輸出，用于BA系統中央管理，且可接受BA系統送風溫度再設定；

系統運行狀態監測及啟停控制；

新風及排風系統控制：

系統風量控制采用定靜壓法，根據新、排風系統主風管內靜壓檢測值與設定值的偏差變頻調節新、排風機轉速；

根據新風送風溫度檢測值與設定值的偏差，比例積分調節用于冷、熱水盤管的電動二通閥；

新風空調器內空氣過濾器淤塞報警；

新風溫濕度檢測；

新風風機與冷、熱水調節閥，新風進風閥聯鎖；

當新風出風溫度低于3℃時，關閉新風進風閥，開啟熱水閥，實現防凍控制；

新、排風系統與中央BA監控系統實現下述信號聯系：

系統送風溫濕度檢測值與設定值輸出，用于BA系統中央管理，且可接受BA系統送風溫、濕度再設定輸入；系統運行狀態監測及啟停控制。