165双风机及其控制系统在某工程中的应用

双风机及其控制系统在某工程中的应用信息产业电子第十一设计研究院有限公司陆海东☆周根堂摘要介绍了双风机系统在实际工程中的应用，同时对于控制系统的原理及逻辑进行了说明。推广双风机系统作为一种节能技术在工程中的应用。关键词双风机控制焓值电动风阀1.前言随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，能源问题一直是制约经济发展的一个瓶颈。但是在合理利用有限资源、发挥最大经济效益这一关键环节上我们国家还远远落后于发达国家，因此提高能源的利用水平，采取节能措施越来越受到人们的重视。双风机系统在国内许多工程中都有应用，但许多适用的场合并未采用，因此笔者在此介绍一个比较成功的工程，以推广双风机系统在工程中的应用。同时也希望借这一机会与业内同行进行交流和沟通，促进节能技术的发展。2.工程概况本文所介绍的建筑座落于上海外高桥保税区，属于全厂建筑中的一个单体，2000年6月设计，2000年11月竣工并投入使用。该建筑为单层结构，建筑面积3530m2，房间主要为办公、会议、餐厅、娱乐中心、设备机房、网络机房等。其平面布置详见图1。该建筑在国内首次采用大跨度航空铝骨架拱形膜结构形式，属于轻型结构，墙体及屋面均为双层膜结构内填150mm厚离心玻璃棉。建成后的外观效果见图2、3。图1(平面图)1图2(东立面效果图)图3(西立面效果图)3.主要设计参数室内外设计参数见下表：室外室内室外计算干球温度34.0℃室内温度22～26℃夏季室外计算湿球温度28.2℃夏季室内湿度无要求室外计算干球温度-4.0℃室内温度20～24℃冬季室外计算相对湿度75%冬季室内湿度无要求本文主要对办公1房间空调系统进行详细介绍，该房间面积941m2，人员密度：6.7m2/p，经逐时负荷计算最大冷负荷时，建筑围护结构冷负荷40W/m2，照明冷负荷20W/m2，设备散热冷负荷36W/m2，人员冷负荷25W/m2，因此室内冷负荷合计121W/m2；最大热负荷时，出现在上班前，热负荷为建筑围护结构负荷66W/m2；正常上班时，热负荷比较小，将照明及设备散热冷负荷进行打折扣计算(60%)分别为12W/m2、22W/m2，人员冷负荷为25W/m2，因此冬季正常上班时室内热负荷10W/m2。4.冷热源本建筑集中空调系统夏季冷负荷为726KW，冬季热负荷为302KW。冷冻水供回水温度7/12℃，加热采用0.3MPa蒸汽。由于全厂设有两个冷冻站和一个备用锅炉房（主要由保税区集中供热）集中供应全厂的空调动力需求,因此本项目实施时冷热源能够满足新增用量的需求。5.空调系统设计在确定空调系统前，笔者对建筑进行了仔细分析及计算，最终确定采用双风机系统的方案。在此笔者有必要将该方案的形成原因进行说明，便于与同行们进行交流。①室内负荷明显呈现夏季冷负荷高，冬季热负荷低的特点，说明完全可以在过渡季甚至冬季利用室外新风消除室内余热，可以达到节能的目的；②该建筑密闭性比较好，除门上设有固定观察窗外，四周均无外窗，因此需要考虑必要的送排风装置，采用双风机系统是比较好的选择之一；③必要时可以兼作排烟系统；④由于办公类新建建筑除本身的装修气味在短时间内难以消除外，新家具、人员及复印机等均要散发气味，需要加大换气；⑤根据该项目EHS（环境、健康、安全）部门提供的信息，原有厂房办公区域内的工作人员经常抱怨新风量不足，空气质量比较差。因此希望在本项目实2施时能够加以重视，并适当加大新风量以改善工作环境。根据以上的分析最终采用了双风机系统，其空调机组的组段形式见图4，其中活性炭过滤段仅作为低新风量（当时暖通规范规定办公室最小新风量设计标准仅为17m3/h.p[1]，因此采用比较法确定最小新风比10%[2]，按照现行规范[3]最小新风比应确定为12%）运行及系统运行之初时消除室内异味的一种措施，正常运转后经室内环境检测达标后可以不安装。设计时办公室1房间设置独立的双风机空调系统其送风量35000m3/h，换气次数12h-1，气流组织形式采用方形散流器顶送风蛋格式风口顶回风方式。由于建筑承载能力非常低，允许吊挂荷载只有15kg/m2，因此设计时室内部分全部采用超级风管（高密度离心玻璃棉材料）作为送回（排）风的风管。另外，建筑内不设专用的空调机房，所有空调机全部采用防水型直接置于室外。空调用冷冻水及蒸汽管道通过架空支架直接由原有站房引至空调机组旁。图4（空调机组示意图）6.空调自控简述本建筑采用DDC控制系统，办公室1空调系统的控制原理图如下（图5）：3图5（控制原理图）现对控制过程进行详细说明：1.防火调节阀与送、排风机联锁,当风管内空气温度达到70℃时,防火调节阀自动关闭,同时切断送、排风机电源,并将信号传至值班室。另外,当消防值班室接到火警信号时,也可由消防人员手动远距离关闭防火调节阀,并切断送、排风机电源。2.空调系统的初效，中效过滤器的压差现场显示，当初效过滤器的压差100Pa，中效过滤器的压差160Pa时需要更换或清洗过滤器。3.室内温度控制(注：设定新风焓值为iw；回风焓值为ih,最小新风比10%)。新风焓值iw由室外温湿度传感器测得数据后，通过DDC内部运算后所得；回风焓值ih也由设于回风管内的温湿度传感器测得数据后，通过DDC内部运算后所得。⑴.当iwih时，判定为夏季工况，此时新风比控制为最小值10%（即风阀F1、F2开度处于最小，F3开度处于最大），室内温度（设于回风管上的温度传感器测得）由空调器冷冻水管上的电动二通阀D1控制。室内温度高于26℃时，D1开大；温度低于22℃时，D1关闭。⑵.当iwih时，尚不能判定为何种工况，此时需要引入其余条件来判断。假定新风比处于最小值10%，蒸汽电动二通阀D2处于关闭状态时，传感器测得室内温度已低于20℃,此时可以判定为冬季工况，那么室内温度应由阀门D2控制。当室内温度低于20℃时，D2开大；温度高于24℃时，D2关闭。⑶.排除⑴和⑵两种工况外，其余均为过渡季工况。对于过渡季工况的控制较为复杂，也需要分以下几种情况：a.iw≤ih，室内温度优先由风阀F1、F2、F3控制，阀门D1、D2处于关闭状态，室4温满足20～26℃；b.当iw≤ih，F1、F2全开，F3关闭时，室温仍然高于26℃，此时再转由冷冻水电动二通阀D1来控制室温；c.当iw≤ih，F1、F2处于最小开度，F3全开时，室温仍然低于20℃，此时可以判定为冬季工况。4.电动风阀F1～F3联锁控制，F1、F2动作保持一致，F3动作正好相反。根据以上的分析结果可以将几种运行情况列表表示：控制阀开度名称编号运行条件工况D1D2F1/F2F3室温范围1iwih夏季0～100%010%90%22～26℃2iw≤ih，D1、D2关闭过渡季0010～100%100～0%20～26℃3iw≤ih，D1开启，F1/F2全开,F3关闭过渡季0～100%0100%022～26℃4iwih，F1/F2开度最小,F3全开冬季00～100%10%90%20～24℃7.运行经济性比较从空调运行的经济性上来讲，采用双风机系统肯定是节能的，那么究竟能比定新风量系统节省多少呢，不妨做一个简单的估算，以便分析。笔者提供两种估算方法以供参考。方法一：在此需要设定一些参数，具体如下：1.仅简单比较上述一套空调系统的数据；2.比较双风机与定新风量（10%新风比）系统减少的冷量消耗以及节省的电力；3.空调系统按照每天运行12h，全年运行360天计算；4.根据本项目情况按照夏季工况150天，冬季工况60天，过渡季工况150天计算；5.过渡季运行时按照平均新风量17500m3/h计算；6.室内参数：t=24.0℃，φ=55%，即焓值in=50.26kj/kg；7.室外参数：t=15.5℃（年平均），φ=82%（年平均），即焓值iw=38.36kj/kg；8.制冷系统的能效比按照4.5计算。由此可见，双风机系统少消耗的冷量计算式即为1.2*(17500-3500)*(50.26-38.36)/3600=55.5kw全年制冷系统减少的电力消耗即为55.5*12*150/4.5=22200kwh方法二：设定的参数同方法一中的1、2、3、4、6、8双风机系统可以在过渡季节将室内负荷部分或全部由新风消除，而定新风量系统必须由冷冻机来负担，在此可以假定过渡季节新风消除室内负荷占总负荷的50%。5过渡季节室内负荷按照平均100W/m2计算。因此双风机系统少消耗的冷量计算式即为100*941*50%/1000=47.05kw全年制冷系统减少的电力消耗即为47.05*12*150/4.5=18820kwh从以上的分析结果来看，采用双风机系统带来的经济效益是十分明显的，而且从实际运行情况来看，节能效果比上述分析的结果肯定还要好得多，当然这与我们假定的一些条件有关，比如空调每天运行时间一般都在12h以上，每年过渡季运行工况不只150天等等。8.结束语本工程空调系统自2000年11月投入使用以来，整个系统已运行将近五年，运行效果非常好，完全达到了设计要求，同时实现了节能与最大新风量供给的目的。由于双风机系统新风量可以随时调整，因此在2003年抗击SARS病毒的斗争中还发挥了重要作用。鉴于双风机系统的优点所在，笔者建议在室内负荷较高的办公室、车间等要求舒适性空调的场合可以大胆采用此方案，但设计时也要进行分析和比较，毕竟双风机系统不是全能的。比如对于层高比较小的建筑(双风机系统风管所占空间比较大)，沙尘暴易发地区，过渡季时间较短的地区，室内温湿度精度要求较高的场合，以及绝大部分的洁净室采用双风机系统都不太适合。这种情况可以采用其它方式如热回收、变风量空调等途径解决，总之随着空调的越来越普遍节能技术也要相应发展和普及。参考文献(1)中国有色金属工业总公司.GBJ19-87采暖通风与空气调节设计规范.北京：中国计划出版社，1988(2)赵荣义，范存养等.空气调节.北京：中国建筑工业出版社，1994(3)中国有色工程设计研究总院.GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范.北京：中国计划出版社，20046