摘要 本文介紹了兩種正在我國推廣和使用的變風量風口的基本結構與工作原理?？偨Y了變風量風口空調系統(tǒng)的特點。詳細地探討了變風量風口空調系統(tǒng)的設計方法。
關鍵詞 變風量風口 空調系統(tǒng) 設計方法
Abstract This paper introduces the basic configuration and operating principle of two kinds of VAV diffusers which are being extended and used in our country. It summarizes the characteristics of VAV diffuser air conditioning system and discusses design methods in detail about VAV diffuser air conditioning systems.
Keywords VAV diffuser air conditioning system design method
1. 概述
與單風道節(jié)流型、風機動力型、誘導型、旁通型變風量末端裝置一樣，變風量風口也是變風量末端裝置的一種型式。采用變風量風口也可實現空調系統(tǒng)的變風量運行。變風量風口是將室溫傳感器和風量調節(jié)機構等組合在送風散流器內的一種變風量末端裝置。變風量風口屬于壓力相關型變風量末端裝置。目前，在我國正在推廣和使用的變風量風口有德國TROX公司的DVV型變風量風口[1]、美國皇家空調設備工程有限公司的精美變風量風口（文中簡稱精美變風量風口）和美國Titus公司生產的 Zcom變風量風口等。本文著重介紹精美變風量風口與Zcom變風量風口的基本結構以及采用這些變風量風口的變風量空調系統(tǒng)的設計方式。
2. 變風量風口
2.1 精美變風量風口[2]
2.1.1 精美變風量風口基本結構與分類
精美風口是一種帶有內置溫度控制器、依靠熱敏感物質的膨脹與收縮作用推動風閥進行風量調節(jié)的熱動力型變風量末端裝置。該變風量風口基本結構見圖1。
精美變風量風口由模式轉換溫控器、房間溫控器、誘導噴嘴、調節(jié)風閥、傳動控制盤以及面板等組成。模式轉換溫控器設置在變風量風口入口處，用來控制風口供冷或供熱的模式轉換。誘導噴嘴的作用是在風口中產生局部負壓，把部分室內空氣（二次風）吸進風口，通過設置在二次風通路內溫控器感受進入風口的室內空氣的溫度。溫控器是一個充有石蠟狀物質的小銅柱，當其受熱時，蠟狀物會融化膨脹，向外推動柱塞；當其冷卻時，蠟狀物凝固收縮，彈簧將柱塞拉回。通過柱塞往回運動成比例地控制風閥的開度，調節(jié)送入房間的風量。風口調節(jié)原理見圖2。
精美變風量風口可分為：冷熱型、單冷帶快速供熱型以及單冷型三種基本類型。
冷熱型風口有三個溫控器，一個為設置在風口進風管處的模式轉換溫控器，另外兩個分別為供冷溫控器和供熱溫控器。
單冷帶快速供熱型變風量風口中除了有一個供冷溫控器外，在入口處，還有一個快速供熱溫控器。當集中空調器送出的空氣溫度達到23.3℃時，快速供熱溫控器開始動作，通過膨脹作用推動傳動臂打開風閥，使熱空氣進入房間，當送風溫度達到26.7℃時，風閥處于全開狀態(tài)。
單冷型變風量風口中僅有一個供冷溫控器，溫控器溫度調節(jié)范圍是：21～25.5℃。
精美變風量風口有方形和條縫形兩種基本形式。方形變風量風口：風閥采用四側風閥型或圓盤風閥型。四向出風，也可通過安裝氣流擋板改變成三向、二向或者單向送風。條縫型變風量風口：氣流方向分單向和雙向；條縫數分為單條縫和雙條縫。
2.1.2 精美冷熱型變風量風口工作原理
模式轉換溫控器位于入口處，檢測系統(tǒng)送風溫度，確定供冷和供熱模式轉換。當送風溫度升高，達到24.5℃時，風口由供冷模式開始向供熱模式轉換，并在送風溫度達到26.5℃時完成轉換。在此溫度以上，風口處于供熱模式，即供冷溫控器對風閥不起調節(jié)作用，風閥受供熱溫控器控制。當送風溫度降低到20℃以下時，風口由供熱模式轉換回供冷模式。在供冷模式下，由供冷溫控器負責控制風閥的開度，風閥的開度隨房間溫度的升高而增大；而在供熱模式下，風閥開度隨房間溫度的升高而減小。
2.1.3 精美變風量風口基本特點
精美變風量風口具有下列特點：
1） 每個風口內部均設置溫控器、執(zhí)行機構和調節(jié)風閥，構成一套獨立的區(qū)域溫度控制系統(tǒng)?？梢钥刂撇煌块g的空氣溫度，還可以控制同一空間內不同區(qū)域的空氣溫度；
2） 采用變風量風口的空調系統(tǒng)，移動、增加或拆除房間的分隔墻不會破壞系統(tǒng)分區(qū)，只需移動風口的位置；
3） 風口阻力與其它類型的風口阻力相同，是系統(tǒng)阻力最小的一種變風量末端裝置?？梢圆捎幂^低壓力的送風管道系統(tǒng)及較低功率的空調器風機，降低了送風機能耗；
4） 風口的控制調節(jié)完全依靠風口內部溫控器本身的熱敏元件提供的驅動力，無需消耗任何外部能量；
5） 風口隨空調負荷的變化自動調節(jié)風閥開度，在送風風速恒定的前提下，通過改變風口的流通面積調節(jié)送風量，能夠保證送風的高射程和良好的帖服能力，使室內空氣的流動更加充分；
6） 風口質量可靠、堅固耐用，一旦安裝調試完畢，幾乎不需要任何維護工作；
7） 較高的ADPI指數，更遠的射程，良好的貼附作用，均勻的溫度分布和通風效果；
8） 簡潔流暢的線條使風口與房間吊頂的裝修充分協(xié)調，保證了吊頂的整體效果。
2.1.4 精美變風量風口適用條件
精美變風量風口的適用條件：
1） 送風溫度：在供冷模式下，送風溫度不能低于10℃；當送風溫度低于10℃時，應選用低溫送風變風量風口。在供熱模式下，熱風的最高送風溫度不能高于50℃。
2） 入口靜壓：風口入口靜壓不小于12Pa，以獲得足夠的送風量，保證空氣誘導效果，維持溫度控制精度；入口最高靜壓取決于室內噪聲標準的要求，對于辦公建筑（NC35），其入口靜壓不大于62 Pa；當入口靜壓恒定時，隨著調節(jié)風閥的關小，噪聲值會逐漸降低。
2.2 Zcom變風量風口[3][4]
所謂Zcom（Zoom air conditioning communication），就是多區(qū)域空氣調節(jié)通信管理系統(tǒng)。Zcom變風量風口是一種內嵌溫度傳感器和風量傳感器、用于個人微環(huán)境控制、由直接數字控制的變風量末端裝置。它把變風量末端裝置的功能與高性能的送風散流器組合在一起。利用整體的溫度傳感器和先進的DDC控制算法，精確地調節(jié)送風量。
2.2.1 Zcom變風量風口的基本結構
Zcom變風量風口由上部蓋板、風閥調節(jié)盤、控制執(zhí)行機構和面板組成。上部蓋板多重邊框型式可以適合不同類型的吊頂設計；智能化曲線形設計可獲得理想的水平空氣流型；蓋板上的溝槽可隱蔽地布置電源線和通信線。風閥調節(jié)盤的設計使其在任何情況下產生均勻的氣流分布?？刂茍?zhí)行機構能夠通過室內空氣誘導孔精確和快速地檢測房間溫度、風道傳感器能檢測送風溫度并確定送風量、電子脈沖馬達非常安靜地調節(jié)送風量。面板的曲線邊界減少了散流器的噪聲，形成了光滑的外觀。
2.2.2 Zcom變風量風口特點
Zcom變風量風口具有下列特點：
1） 提供精確、個性化的環(huán)境溫度控制，改善辦公環(huán)境的工作效率；
2） 良好的氣流分布性能，提供更高的空氣分布性能指數（ADPI）與更好的通風效率；
3） 每個區(qū)域控制費用比使用單獨設置送風散流器的典型變風量末端裝置低；
4） 有利于現有辦公室的改建及在有問題的地方增加控制區(qū)以解決個人舒適性問題；
5） 將定風量空調系統(tǒng)很容易改造成多區(qū)域變風量系統(tǒng)；
6） 在重新分隔的區(qū)域中布置容易，費用較低；
7） 獨特的溫度傳感器即使在低風速下也能準確地讀取數據。
2.2.3 Zcom變風量風口的組合與配件
每個Zcom變風量風口配套有獨立的數字控制器和風閥驅動機構，風口配套的高精度空氣溫度和風量傳感器檢測一次風送風量和送風溫度，數字控制器配置的回風溫度傳感器測定吊頂附近的室內空氣溫度，實現變風量運行控制功能。Zcom變風量風口的設定和參數調整，全部通過TITUS專用遙控器完成，運行調試方便。 Zcom應用靈活，可實現獨立運行和網絡運行，通過RS-485雙向通訊，利用遙控器或網絡操作可調整設定點和風閥限位， Zcom適用于單冷、供冷/供熱自動轉換，也可輸出單級輔助加熱。
Zcom變風量風口可以分成主動型Zcom風口（Zmaster）和被動型Zcom風口（Zdrone）。
Zdrone是一種精確執(zhí)行的變風量風口。它必須與一個主動型Zcom風口一起使用，采用主動型Zcom風口的溫度傳感器和控制算法控制其送風量。一個主動型Zcom風口最多能控制三個被動型Zdrone風口。
被動型Zdrone變風量風口的使用對較大的空調區(qū)域提供了一個比較經濟的系統(tǒng)選擇。主動型Zcom風口和被動型Zcom風口的關系見圖4。
Zcom系統(tǒng)特征之一是允許雙向通信的Zapper溫度設定器。當按下按扭，可以獲得存儲在Zcom控制器中的設定模式。要重新設定Zcom的設定點，可簡單地按“上”和“下”鍵，Zapper溫度設定器將顯示已經設定的新的溫度值。
Zapper溫度設定器可以設置供冷和供熱最小風閥開度位置。在樓宇管理系統(tǒng)中，使用Zapper溫度設定器對單個Zcom進行地址編碼。整幢建筑物只需一個Zapper溫度設定器。
Zcom墻置式控制器（ZWMA）是一個用線連接的設定調節(jié)器。Zcom墻置式控制器允許室內人員無需使用Zapper溫度設定器就可以使溫度值偏離Zcom風口的設定點正/負3℃。單個Zcom墻置式控制器不能用于多區(qū)域Zcom系統(tǒng)。
3. 變風量風口空調系統(tǒng)設計
變風量風口的型號根據設計最大風量確定。選型方法與其它散流器一樣。布置變風量風口時，到達墻壁時氣流速度控制在0.25～0.5m/s之間，最大不超過0.76m/s。當房間內采用多個變風量風口時，風口的間距要求不小于0.76m/s氣流射程的兩倍，理想的間距是介于0.25m/s射程的兩倍與0.50m/s射程的兩倍之間。
3. 1 精美變風量風口空調系統(tǒng)設計要求
精美變風量風口的結構決定了這是一個低壓變風量末端裝置。如果在高壓或中壓風管系統(tǒng)中需采用精美變風量風口?？梢栽诳照{器和變風量風口之間加裝壓力無關型調節(jié)裝置（PIM）?？照{器和壓力無關型調節(jié)裝置之間的送風管可以設計成高壓或中壓風管，調節(jié)裝置與變風量風口之間的風管設計成低壓風管。變風量風口設置在調節(jié)裝置之后的低壓風管系統(tǒng)中。
在布置變風量風口時，應使距離空調器或調節(jié)裝置最近的一個風口入口靜壓不超過62 Pa，最遠的一個風口的入口靜壓不小于12 Pa。低壓風管系統(tǒng)的風速可選擇在3.6～6.6m/s之間；單位長度風管的阻力降控制在0.33～0.82Pa/m之間。
精美變風量風口空調系統(tǒng)的控制：
在定風量低壓空調系統(tǒng)中局部采用變風量風口，當變風量風口的設計風量之和不超過系統(tǒng)總風量的30％時，無需專門進行靜壓控制。靜壓控制可以采用以下方法實現。
1） 泄壓環(huán)控制：泄壓環(huán)是一種專門設計用于風口末端旁通多余風量的管箍。系統(tǒng)將恒定的風量送至變風量風口后，當風口的風閥關小時，泄壓環(huán)管箍與原有風管入口頸部之間的空隙用來旁通，使多余的風量進入吊頂。帶泄壓環(huán)的變風量風口也可應用在高壓或中壓風管系統(tǒng)中；
2） 通風閥控制：通過將送風管中的送風旁通到回風管或吊頂靜壓箱；
3） 風機送風管風閥控制：通過安裝在風機出口和低壓風管之間的壓力無關型自動控制風閥調節(jié)送風量，實現靜壓控制；
4） 在大的系統(tǒng)中，為了保證設置在各支管上的變風量風口能有效地工作，有必要在每個送風支管上設置區(qū)域調節(jié)風閥；
5） 風機控制：采用變頻驅動器對空調器風機進行調速。
送風溫度控制：采用送風溫度傳感器控制空調器的水閥門，維持送風溫度恒定。
系統(tǒng)模式控制：通過設置在最大負荷房間或最重要房間的溫度傳感器對系統(tǒng)供冷供熱模式的轉換進行自動控制。
3. 2 Zcom變風量風口空調系統(tǒng)設計要求
Zcom變風量風口使用在低壓空調系統(tǒng)中，風口入口靜壓一般不超過127Pa。這種風口可以使用在定風量空調系統(tǒng)中，也可以使用在靜壓控制的減壓式和旁通式變風量空調系統(tǒng)中。在定風量系統(tǒng)中，當30％以上的系統(tǒng)總送風量由Zcom變風量風口控制時，需要在送風系統(tǒng)上設置如Titus的ZECV/ZQCV靜壓控制裝置。使得風口入口處靜壓值控制在變風量風口的要求范圍內。
Zcom變風量風口的性能與送風入口靜壓和風口尺寸有關，如果送風靜壓維持恒定、變風量風閥調節(jié)在合適的范圍內變化，風口的氣流型式從最小風量的星形變化到最大風量的方形，氣流分布性能比普通散流器好。
3. 3 變風量風口空調系統(tǒng)基本形式
變風量風口空調系統(tǒng)一般使用在中、小型的空調系統(tǒng)中。系統(tǒng)方式基本與采用其它變風量末端裝置的變風量空調系統(tǒng)一致。變風量風口空調系統(tǒng)與其它變風量系統(tǒng)的差別主要在于變風量風口空調系統(tǒng)是低壓風管空調系統(tǒng)，而其它變風量空調系統(tǒng)往往是中、高壓風管空調系統(tǒng)。變風量風口只有在風口需要的低壓要求范圍內才能安全可靠地運行。
變風量風口空調系統(tǒng)一般有在干管上設置壓力無關型減壓閥或旁通閥兩種基本型式，其中旁通式系統(tǒng)主要應用在較小的系統(tǒng)中[5]。圖5為干管設置壓力無關型調節(jié)閥的變風量風口空調系統(tǒng)基本形式，圖6為旁通式變風量風口空調系統(tǒng)基本形式。
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