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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
陆海东☆ 周根堂 (信息产业电子第十一设计研究院有限公司)
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 3530m , 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。
2

图 2 (东 立 面 效 果 图 )

图 3(西 立 面 效 果 图 )

179

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图 1(平面图)

180

3. 主 要 设 计 参 数
室 内 外 设 计 参 数 见 下 表 ( 表 1) :

筑 龙 网 www.zhulong.com
夏季

表 1 室外 室外计算干球温度 室外计算湿球温度 室外计算干球温度 室外计算相对湿度 室内

34.0 ℃ 28.2 ℃ -4.0 ℃ 75%

夏季

室内温度 室内湿度 室内温度 室内湿度

22 ~ 26 ℃
无要求

冬季

冬季

20 ~ 24 ℃
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 941 m 2 , 人 员 密 度 :

6.7m 2 /p , 经 逐 时 负 荷 计 算 最 大 冷 负 荷 时 , 建 筑 围 护 结 构 冷 负 荷 40W/m 2 , 照 明 冷 负 荷 20W/m 2 , 设 备 散 热 冷 负 荷 36W/m 2 , 人 员 冷 负 荷 25W/m 2 , 因 此 室 内 冷 负 荷 合 计 121W/m 2 ;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/m 2 ;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/m 2 、22W/m 2 ,人 员 冷 负 荷 为 25W/m 2 ,因 此 冬 季 正 常 上 班 时 室 内 热 负 荷 <10W/m 2 。

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 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 17

m 3 /h.p , 因 此 采 用 比 较 法 确 定 最 小 新 风 比 10% , 按 照 现 行 规 范 最 小 新 风 比 应 确 定 为
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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

35000m 3 /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/m 2 , 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 )

图 5( 控 制 原 理 图 ) 现对控制过程进行详细说明:
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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 i w ; 回 风 焓 值 为 i h , 最 小 新 风 比 10%) 。
新 风 焓 值 i w 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 i h 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 i w >i h 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 i w <i h 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.i w ≤ i h , 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 温 满 足 20 ~ 26 ℃ ;

b. 当 i w ≤ i h , 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 i w ≤ i h , 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 ( 表 2) :

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表 2
名称 编号

运行条件

控制阀开度 工况 室温范围

D1

D2

F1/ F2

F3

1

i w >i h

夏季

0~ 100%

0

10%

90%

22 ~ 26


2

i w ≤ i h , D1 、 D2 关


过渡季

0

0

10 ~ 100%

100 ~ 0% 0

20 ~ 26


3

i w ≤ i h , D1 开 启 , F1/F2 全 开 ,F3 关 闭

过渡季

0~ 100%

0

100%

22 ~ 26


4

i w <i h , F1/F2 开 度
最 小 ,F3 全 开

冬季

0

0~ 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 , 季 工 况 60 天 , 渡 季 工 况 150 天 计 算 ; 冬 过 5. 过 渡 季 运 行 时 按 照 平 均 新 风 量 17500m 3 /h 计 算 ; 6. 室 内 参 数 : t=24.0 ℃ , φ =55% , 即 焓 值 i n =50.26kj/kg ;
, , 7. 室 外 参 数 : t=15.5 ℃ ( 年 平 均 ) φ =82% ( 年 平 均 ) 即 焓 值 i w =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% 。 过 渡 季 节 室 内 负 荷 按 照 平 均 100W/m 2 计 算 。
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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 , 此 在 2003 年 抗 击 SARS 病 毒 的 斗 争 中 还 发 挥 了 重 因 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。

作者简介 ☆ 陆 海 东 , 男 , 1975 年 6 月 生 , 大 学 , 工 学 学 士 , 副 主 任 工 程 师 、 总 设 计 师 214071 (0510) 江 苏 省 无 锡 市 湖 滨 路 54 号 5100454-361

E-mail:luhd@edri.cn

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