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1、户式中央空调变风量系统设计探讨 提要 本文分析了户式中央空调的各种形式及存在的问题，指出住宅采用变风量系统是提高住宅室内空气品质的最佳手段，文章重点对户式中央空调变风量的构成及控制进行了详细论述。关键词 户式中央空调 变风量系统 设计 一 户式中央空调概述户式中央空调是介于中央空调系统和家用空调设备（窗式空调机 分体空调机等）之间，为高级住宅、别墅、小型办公用房等场所提供供暖、空调的一种方式。市场上出现的户式中央空调的形式可归纳为以下几类： 1可变冷媒直接蒸发式一拖多系统，如VRV系统。此种方式具有多种室内机类型可供选择，安装方便，但价格较高，冷媒入户，氟利昂用量大且有泄漏危险。 2室外机为小
2、型空气-水热泵机组，制备冷（热）水供应室内多台风机盘管。其优点是水管较细，容易拐弯或穿墙；风机盘管容易控制，较易实现节能运行。缺点是水管入户，存在漏水危险，对施工要求严格；风机盘管集水盘容易滋生细菌。 3室外机为小型空气-空气热泵，制备冷（热）风，通过风管送到每个房间。其优点是采用空气系统没有漏水危险；可引入新风，可对室内空气过滤、加湿、除臭等处理，空气品质好，是最为接近中央空调的系统形式。其缺点是风管加保温管径较大，房间层高应加大；分室温度控制较难实现，普遍的应用情况是一开全开，一关全关，造成耗能较高，噪音较大。有的虽采用电动风阀调节，但对主机并没有联动控制，效果较差。如能提高控制水平，实现
3、分室温控，降低运行费用，该种形式应是最为理想的户式中央空调系统。本文将探讨利用变风量控制技术，改进这种全空气型的户式中央空调形式。二 中央空调变风量系统简介中央空调变风量（VAV）系统具有以下特点： 1舒适性 能实现各个空调区域的灵活控制，可以根据负荷变化或个人的要求自行设定环境温度。 2节能 由于空调系统绝大部分时间是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此能够合理的分配风量，减少空调机组的风机能耗，明显降低运行电费，并可降低空调机组的总装机容量。 3 不会发生过冷或过热 由于温度控制的灵活、有效，可以避免常规空调常见的局部区域过冷或过热，既提高了舒适感，又节约了
4、能量。 4系统噪声低 由于风量减小是通过风机转速降低实现的，可使系统噪声大幅降低。 5无冷凝水烦恼 变风量系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，可以避免冷冻水、冷凝水滴漏污染吊顶。 6系统灵活性好 其送风管与风口之间采用软管，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增减风口，使系统结构变得十分灵活。 变风量系统的基本组成是带有变频调节风机的空气处理器、风道、变风量末端装置以及控制系统，后两者是构成变风量系统的核心部分。常见的变风量末端装置可归纳为二大类：风阀调节型及风机动力型，各有特点。风机动力型提高了室内气流的诱导特性，但一次风的控制仍采用风阀调节。风阀调节风量存在
5、如下问题：1当流量减少时，流过风阀的空气与阀门叶片摩擦，会产生噪音；2为使末端风量满足要求并具有良好的调节特性，就需要使阀门的压降占支管总压降较大的比例，即增加风阀所消耗的能量。由于户式中央空调室内机的送风余压本身就很小，在使用阀门调节风量时，会将风量阻隔在风管内，减少进入房间的风量，降低空调系统的送风能力；3对于户式中央空调，若采用风阀控制，而机组总送风量不加以控制，则不能同时将所有房间的阀门关闭，否则会烧毁机组。而当部分阀门关闭时，迫使空气流到未关闭的房间，造成空调系统紊乱，局部送风过大，温度超差等一系列问题；4阀门容易变形、机械故障率高。因此常规的变风量末端对户式中央空调是不适合的。变风
6、量系统一般采用静压控制法，有定静压控制、变静压控制等，但由于户式中央空调送风管路较段，送风压头较小，控制的误差必然较大，失去实际应用的价值。因此，户式中央空调要实现变风量控制，必须要寻找新的末端控制装置及新的控制方法。 三 户式中央空调变风量控制系统（rVAV） 3.1系统介绍rVAV是专为家庭住宅、商住两用房等户式中央空调设计的一套变风量控制系统。它配合风冷空调机组、热水盘管或暖风炉，达到控制室温、节约能耗的目的。rVAV系统是采用风机取代风阀、总风量控制法下的变风量控制系统，它运用现代计算机控制技术，多变量控制理论对户式中央空调进行集散控制。通过各房间的数字式温控器，采用模糊逻辑控制技术无
7、级调节相应的变风量箱风机的转速，从而调节房间的送风量，以达到控制室内温度的目的。通过系统中央控制器实现两个控制功能：一方面采集各房间温度和风量参数，来控制空调机组室内机的送风量以及室外机的变频或启停；另一方面，与小区进行网络连接，实现远程集中管理。rVAV系统的末端变风量箱采用带动力的风机箱，可使每个出风口的压力提高6090Pa,明显提高送风能力，降低空调室内机对机外余压的需求。由于做到分室独立调节和控制，风机自动变风量以及机组的自动控制等控制手段，实现连续工况的调节，彻底杜绝普通户式空调系统一开全开的不合理状况，主机装机容量考虑同时使用系统可以明显降低，空调耗电量、噪声、空间占用等均可减少。
8、 3.2系统构成 rVAV系统构成见图1，它由以下四个主要部分组成。 1空调机组可选择任何型号的风冷冷风或热泵空调机组，定速机组或变频机组均可。资金许可时，尽量选用变频机组。2末端数字控制器采用微处理器及人工智能的模糊逻辑控制技术，瞬态响应时间快。rEDC控制器集温控器与执行器于一体，由置于温控器内的温度传感器实时检测室内温度，与用户预先设定的室内温度进行比较，实时自动平滑地调节风机转速，从而实现风机送风量的自动控制和无级调节，控制精度可达0.75，能够准确地调整风量，并使其随负荷变化保持动态平衡。 3变风量终端箱变风量终端箱是带有动力的风机箱，风压60Pa（标准型）90Pa（高静压型），构造
9、如图2所示，由低噪声离心风机、电容式电机、吸音箱体、保温吸声板等组成。 4中央控制器用于实时采集所有末端控制器的控制信号，判断温度变化趋势，在加以总解耦计算后控制室内风机的送风量，同时对室外压缩机进行变频控制或启停控制。中央控制器上带有通信接口，可以通过网络进行计算机远程监控，实现小区户式空调的集中管理。 3.3控制过程 在每个独立温区安装变风量末端（变风量终端箱+末端数字控制器），在机组室内机处安装一台主控器。主控器上带有两个RS-485通讯接口，其中一个与各室控制器的通讯接口通过一对双绞线相联，另一个接口可直接通过网络线与小区的微机相联。 原空调机组自带的控制面板，可作为机组的总电源开关，
10、并用于选择工作模式（制冷、制热、除湿、通风等）。面板上的风速调节键无效，现由系统主控器实时根据各个房间空调的运行情况，用户设置温度与实际室温的温差来自动控制空调机组室内机送风量大小。以下以空调机组制冷状态为例，说明该系统的控制过程： 当第一台末端控制器打开时，设定温度低于室内温度0.5以上，室外机启动。当最后一台末端控制器关闭，或所有工作的末端数字控制器的室内温度低于设定温度0.5以上时，室外机停机。为防止室外机频繁启停，每次停开机时，系统都有检测程序，保证一定的连续运转或停机时间。 当不打开空调机组面板上的电源开关，只打开末端控制器时，空调机组压缩机不工作，只有室内风机工作，此时可作为房间通
11、风换气之用。 每一台末端控制器实时检测设置温度与室内温度的温差，根据温度差值及差值的变化趋势，来自动调节变风量箱风机转速的无级变化，以控制该温区的送风量，达到调节温度的目的。 系统主控器实时检测每个末端控制器的运行参数，根据每个温区所需风量总和及温度变化趋势来控制机组室内机运行在高档、中档或低档风速状态下或采用无级风量调节。 当空调系统有新风引入，在新风口处可安装一个手动调节阀或比例调节阀，当安装新风比例调节阀后，可由主控器根据室内机送风量大小来控制新风风阀开度。3.4 设计步骤 1 收集建筑资料，初步划分系统 同其他型式的空调系统设计一样，户式中央空调变风量系统设计前要完整准确地收集那些对冷
12、热负荷会产生影响的建筑设计资料，对住宅建筑来说，除常规的一些资料如气候条件、热工性能等，还应对以下内容重点了解：（1） 住宅的类型，如为多层、小高层、高层住宅，还是属别墅、度假村、或是为出租公寓类等；（2） 住宅户型设置情况，如户内面积、房间有无二次分隔可能等；（3） 未来住户的基本情况，如职业、收入、生活习惯等；（4） 住宅区的能源情况，可以采用的热源种类；（5） 开发单位的物业管理要求。在收集和研究了上述各项资料的基础上，应初步确定：（1） 采用何种户式空调；（2） 室外主机及室内末端设备的安装位置；（3） 辅助加热设备的类型及安装位置；（4） 初步划分系统，勿庸置疑，对于普通住宅，应按户
13、设置系统，但对于面积较大的跃层式住宅、别墅，或商住办公性质的公寓等，系统的划分应予考虑，如按层、按功能区、或采用一个系统。2 冷热负荷计算 冷负荷计算分二步，首先计算每个房间的逐时负荷，其最大负荷用来确定每个房间需要的最大送风量，据此选择末端送风装置的规格。然后根据每个房间的逐时负荷，考虑人员、灯光、家用电器等的同时使用系数，计算每户（一户一个系统）或每个系统（一户多个系统）的逐时空调冷负荷，取最大值作为选取制冷主机容量的依据。 冬季热负荷计算与常规空调相同。3 风机箱选择 根据每个房间需要的送风量选择末端风机箱规格，房间送风量按下列计算： L= 3.6Qq = 3.6Qx (hn-hs) c
14、(tn-ts)式中： L-送风量，m3/h； Qq, Qx-空调房间的全热冷负荷和显热冷负荷，W； - 空气密度，Kg/m3，可取=1.2； hn,hs-室内空气焓值和送风状态空气焓值，KJ/kg； tn,ts-室内空气温度和送风温度，。 空调系统的送风温度为表面冷却空气处理器后露点温度并考虑风机和管道的温升得热，全空气型户式中央空调均采用直接蒸发式的表面冷却器，实际运行时机器露点温度处在1014范围内，风机较小，管道较短，温升可基本不考虑。当房间设定温度在2428时日，送风温差在1018。对于住宅来说，房间进深一般较小，送风射程短，即使在变风量末端装置送风量减小的情况下，一般也不会在室内产生
15、不舒适的下降气流，送风温差可以取较大值，以减小设备，提高经济性。4空气处理装置 户式中央空调的空气处理装置有分体管道机、分体柜机、穿墙机组等几种形式，一般按所负担房间的逐时冷负荷最大值并考虑一定的裕量系数选取，并按冬季空调工况较核。对于北方寒冷季节，冬季热泵出力一般不能满足热负荷要求，此时应设辅助加热装置。常用辅助加热的方式有：（1）在室内机组内增设纯电阻式加热器；（2）在室内机组内增设热水盘管，利用用户自备的电或燃油、燃气的热水器加热；（3）冬季将送风管道切换到燃油、燃气的暖风炉等。5风管系统设计 由于户式中央空调风量小、流程短、余压小、室内噪声要求高，不采用中央空调变风量系统常用的高速送风。送风系统的设计可按常规低速系统，风管尺寸按等摩阻法计算，风速一般不大于5m/s。回风有条件时宜设专用的回风管，也可利用相通的吊顶空间回风。仅靠门窗缝隙回风的做法，当晚间房门全部关闭时可能造成送不进风的情况，尽量避免采用。考虑防火需要，每个系统应至少设置一个70自动关闭的防火阀。高层建筑应按现行高层建筑设计防火规范设计。3.5设计实例及经济比较 图（3）所示为某三室二厅户型（套内建筑面积约1
