變風量系統在科研建筑中的應用實踐

摘要：受能源危機影響，空調系統節能化已成為建筑業實現節能的關鍵點。而變風量系統及相關空調技術的應用呈現良好的發展態勢，并廣泛應用于科研建筑中且效果較為突出。因此，本文主要研究科研建筑中變風量系統的應用實踐，為相關研究者提供參考。

關鍵詞：建筑；變風量系統；實踐

科研建筑最為典型的特點是實驗室、工作室、休閑區域設于同一層，工作室環繞著實驗室，且和休閑區域實行分區設置。相較常規建筑形式，科研建筑對氣流的流向控制、實驗室內部回風初中效的過濾處理、最低的換氣次數方面有著特殊要求。然而，某些實驗室具體使用過程中會散發出大量的有害氣體，要求內部設獨立的排風設備，如生物的安全柜、通風柜等，還有些實驗室需要內設低溫冰箱相關發熱設備等。因而，對科研建筑中變風量系統應用實踐開展綜合分析十分必要。

一、變風量系統概述

變風量系統主要設于室內變風量的末端裝置，有著較多種類，現階段以單風道、變風量的風口、誘導、旁通、風機動力等各種類型為主。本文主要探討科研建筑中使用相對較多的一種單風道型，針對單風道類型變風量的空調系統，其內設風管系統、空氣處理裝置、再熱盤管、單風道定及變風量的末端裝置、普通風口、自動化控制系統等。如圖1所示，此控制系統主要是通過室內所設溫度傳感裝置，把室內溫度信息均傳回至單風道類型變風量的末端裝置所設控制器內，控制器結合所接收信息，對末端裝置實際風閥開度予以自動調節，調節室內溫度至所需范圍。

在夏季，送入室內的均是冷風，室內溫度倘若比設定溫度高，末端裝置則將風閥開大，使送入室內部冷風量增加；室內溫度倘若比設定溫度低，末端裝置則會把風閥開小，使送入室內實際冷風量下降；達到最小的送風量情況下，室內溫度仍然比設定溫度低，則此時需啟動末端位置再熱盤管，以此實現送風再熱，一直至室內溫度逐漸穩定至所設溫度即可。在冬季，則各項操作控制均相反。因送入室內風量均與室外氣候、設備使用及人員舒適度實際需求等各種情況相結合，故空調機組內部風機應設變頻裝置，便于結合不同風量需求，對送風量予以合理調整，結合送風量對冷熱盤管內部冷熱水的電動閥實際開度予以有效控制。可以說，借助變風量系統，能夠使空調機組中風機和冷熱源的整個系統能耗得以減少，應用效果較為顯著。

二、科研建筑中變風量系統的實踐應用

（一）在系統劃分層面

空調系統依照內外分區及使用功能可以劃分成三個系統，即主功能的試驗室和環形走廊、環形走廊四周辦公區和設于樓層一角位置的休閑區。

（二）在計算負荷及確定風量層面

系統總體的最大負荷，即系統內部各房間一天內時刻的最大數值，而最小負荷則是各房間內的最小數值，最小負荷是最大負荷的約30%～40%。所有區域除常規負荷外，針對實驗區域范圍還包含散熱設備實際散熱量以及生物的安全柜、通風柜等單獨排風設施設備新風的補風負荷。在夏季和冬季，辦公和休閑兩個區域均依照計算負荷確定風量，再結合房間內部壓力關系予以合理修正。實驗區域依照負荷計算和最小的換氣次數計算風量，選定最大值作為最大風量。

開啟單獨排風設施設備期間，為保證房間內部壓力系統維持穩定狀態，系統應當對相應房間內予以補風；在夏季考慮到以上各項因素的情況下，需要選定較小的新風比，冬季新風比應適當增加，將室內散熱帶走。房間內部散熱設備實際散熱量倘若超過空調系統所能帶走的熱量，需單獨設全年全天侯運行VRV系統制冷設備，確保大量廢熱均能夠被排到室外環境中。針對最大風量，在夏季依照負荷計算，即：

G=Qs/1.01×（tN-ts）=QT/（hN-hs）

式中，hN、hs分別代表室內空氣所設計焓值及送風空氣實際空氣焓值；tN、ts分別代表室內空氣所設干球溫度及送風干球實際溫度；QT、Qs分別代表系統全熱及顯熱負荷。

冬季應當依照最大送風量對供熱實際送風溫差予以校核，即：

tSH-tN=QSH/（1.01×G）

式中，G代表供熱期間末端裝置實際送風量；QSH代表溫度控制整個區域范圍顯熱實際熱負荷；tSH和tN分別代表供熱送風實際溫度、冬季室內環境中所設空氣溫度。送風溫差tSH-tN倘若超過 8℃或tSH超過30℃，末端裝置實際供熱的送風量需適當調高，那么，最小風量一般依照最大風量約30%～40%予以計算。但所需考慮因素較多，如應當考慮到部分房間內部人員密集所致內熱負荷并非較大的情況，為持續滿足新風供給需求，應將最小風量適當調高，末端裝置加熱過程中，對風量有特定需求，實際送風溫度一般要求在30℃以。針對送風溫度，需依照tSH-tN=QSH/（1.01×GR）予以計算，在該式中，GR代表末端裝置實際送風量；

QSH代表溫控區內顯熱實際熱負荷；tSH合tN分別代表供熱實際送風溫度、冬季室內環境中所設空氣溫度。tSH實際溫度倘若在30℃以上，最小的送風量應適當調高，一直確保可充分滿足需求。

針對微壓力實際控制，因考慮科研建筑極具特殊性，使用功能對于房間內部氣流走向要求比較特殊。實驗室、辦公區域及公共走廊這些場所通常同時使用，短時間內還存在著一定的互通性，所以需充分考慮影響因素，氣流走向依次是辦公區域、公共走廊區域、實驗室，實際設計中，辦公區域范圍相對于公共走廊實際微正壓是0～5Pa，而公共走廊是0Pa，實驗室區相對于公共走廊的微負壓是-5～0Pa。此外，要求各系統均配置好空氣處理相應機組、普通風口、送風的再熱盤管、單風道式變風量的末端裝置，且房間末端需設單風道的定風量，要求房間內部與具體情況結合，注重溫控器的合理配置及利用。

（三）在風管配置及末端的再熱盤管選定層面

在主風管具體配置層面上，應依照系統內部的最大風量，保證風速處于可允許范圍內，經計算后合理確定。針對支風管，應依照房間內最大負荷總和、末端風管結合房間內部的最大負荷，均需保證風速處于可允許范圍。

科研建筑中，實驗室內具有較高的隔音需求，通常需實行低速風管專項系統，單位長度實際阻力損失把控在 0.8～1.5Pa/m范圍，支風管把控在3～6.5m/s范圍，主風管實際風速則需維持5～8m/s范圍。針對末端風管實際風速需結合 CAV或VAV末端裝置實際需求合理設定。大部分VAV及CAV末端裝置廠家的產品均對前端直管段有著特定風管長度要求，使用過程中需參照產品詳細說明。針對末端位置的再熱盤管，通常需與定/變風量的末端裝置等配合利用，且需設置好分電再熱的盤管及熱水再熱相應盤管，電再熱類型盤管所具備的優勢集中表現為房間末端位置不存在水管檢修和漏水問題，占據吊頂位置空間通常較小，但耗電量較大，無法滿足節能需求。

科研樓通常設于工業園區中，熱水資源相對充足，故通常使用熱水再熱類型盤管系統。這種再熱盤管在冬、夏季具有不同的用途，夏季可發揮過冷再熱系統功能，而冬季可發揮輔助加熱系統功能。再熱盤管實際再熱量值計算工作，通常會選定夏季的再熱量值，結合QR=1.01Gm（tN-ts）-Qm予以計算，該式當中，Qm代表過冷再熱整個區域最小顯熱實際冷負荷；tN和ts分別代表室內空氣實際干球溫度及送風溫度；Qm代表末端位置的最小風量；QR代表末端裝置實際過冷的再熱量。

（四）在空氣處理層面

科研建筑中房間類型通常包含三種，即實驗室、辦公會議、休閑三個區域。對空氣處理實際需求包括初效過濾、混風、中效、加熱/冷卻、加濕、風機加壓等。

（五）在空調水和風系統層面

在變風量的末端裝置有效控制層面上，末端裝置內溫度傳感裝置需設于靠近走廊內墻位置，便于對室內的溫度檢測，也便于使用者進行各項操作。結合圖2所示，針對變風量的末端裝置，其設有旁通調節風閥，自帶控制裝置，溫度傳感裝置把室內溫度實測數值傳輸至自控器中，與前期設定值比較分析，計算出偏差，自控裝置將信號發送到風量調節系統裝置中，調節風量到實際所需風量數值。

針對變風量的空調系統有效控制層面，變風量的空調系統現階段以定靜壓的控制手段最為常用。所謂定靜壓的控制方法，即對送風管中最低靜壓位置設靜壓傳感裝置。各區域中顯熱負荷倘若減小，且末端裝置所設調節風閥已經調至相應最小風量情況下，管道阻力增加，風機運行風量降低，壓頭增加，系統內部DDC控制裝置需對比分析實測靜壓值、所設靜壓值，對于風機轉速實施變頻調節，確保可及時調節至所需的設定值。降低風機轉速，確保風機處于較小風量條件下輸出全壓，降低總體的運行功率；針對水系統有效控制層面，需結合回風溫度實際檢測值和設定值之間的偏差，對冷卻盤管或加熱盤管部位上電動式調節閥實際開度合理調節；針對排風系統，可實行定靜壓方法予以有效控制，針對排風主管部位靜壓實際測定值和設定值之間的偏差，對排風機實際轉速予以變頻調節。

三、結語

變風量系統屬于全空氣式的一類空調系統，是由單風道的定風量形式空調系統所開發出來的。若要更好地應用于科研建筑中，需廣大設計者考慮到此類建筑的特殊性及各項需求，從系統劃分、計算負荷及確定風量、風管配置及末端的再熱盤管選定、空氣處理、空調水和風系統調控等層面著手，合理調控并運用變風量系統，便于充分滿足科研建筑的實際需求。

參考文獻：

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