摘要 本文介紹了兩種正在我國(guó)推廣和使用的變風(fēng)量風(fēng)口的基本結(jié)構(gòu)與工作原理?？偨Y(jié)了變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)。詳細(xì)地探討了變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞 變風(fēng)量風(fēng)口 空調(diào)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)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(fēng)道節(jié)流型、風(fēng)機(jī)動(dòng)力型、誘導(dǎo)型、旁通型變風(fēng)量末端裝置一樣，變風(fēng)量風(fēng)口也是變風(fēng)量末端裝置的一種型式。采用變風(fēng)量風(fēng)口也可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的變風(fēng)量運(yùn)行。變風(fēng)量風(fēng)口是將室溫傳感器和風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組合在送風(fēng)散流器內(nèi)的一種變風(fēng)量末端裝置。變風(fēng)量風(fēng)口屬于壓力相關(guān)型變風(fēng)量末端裝置。目前，在我國(guó)正在推廣和使用的變風(fēng)量風(fēng)口有德國(guó)TROX公司的DVV型變風(fēng)量風(fēng)口[1]、美國(guó)皇家空調(diào)設(shè)備工程有限公司的精美變風(fēng)量風(fēng)口（文中簡(jiǎn)稱精美變風(fēng)量風(fēng)口）和美國(guó)Titus公司生產(chǎn)的 Zcom變風(fēng)量風(fēng)口等。本文著重介紹精美變風(fēng)量風(fēng)口與Zcom變風(fēng)量風(fēng)口的基本結(jié)構(gòu)以及采用這些變風(fēng)量風(fēng)口的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。
2. 變風(fēng)量風(fēng)口
2.1 精美變風(fēng)量風(fēng)口[2]
2.1.1 精美變風(fēng)量風(fēng)口基本結(jié)構(gòu)與分類
精美風(fēng)口是一種帶有內(nèi)置溫度控制器、依靠熱敏感物質(zhì)的膨脹與收縮作用推動(dòng)風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)的熱動(dòng)力型變風(fēng)量末端裝置。該變風(fēng)量風(fēng)口基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
精美變風(fēng)量風(fēng)口由模式轉(zhuǎn)換溫控器、房間溫控器、誘導(dǎo)噴嘴、調(diào)節(jié)風(fēng)閥、傳動(dòng)控制盤(pán)以及面板等組成。模式轉(zhuǎn)換溫控器設(shè)置在變風(fēng)量風(fēng)口入口處，用來(lái)控制風(fēng)口供冷或供熱的模式轉(zhuǎn)換。誘導(dǎo)噴嘴的作用是在風(fēng)口中產(chǎn)生局部負(fù)壓，把部分室內(nèi)空氣（二次風(fēng)）吸進(jìn)風(fēng)口，通過(guò)設(shè)置在二次風(fēng)通路內(nèi)溫控器感受進(jìn)入風(fēng)口的室內(nèi)空氣的溫度。溫控器是一個(gè)充有石蠟狀物質(zhì)的小銅柱，當(dāng)其受熱時(shí)，蠟狀物會(huì)融化膨脹，向外推動(dòng)柱塞；當(dāng)其冷卻時(shí)，蠟狀物凝固收縮，彈簧將柱塞拉回。通過(guò)柱塞往回運(yùn)動(dòng)成比例地控制風(fēng)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)送入房間的風(fēng)量。風(fēng)口調(diào)節(jié)原理見(jiàn)圖2。
精美變風(fēng)量風(fēng)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(fēng)口有三個(gè)溫控器，一個(gè)為設(shè)置在風(fēng)口進(jìn)風(fēng)管處的模式轉(zhuǎn)換溫控器，另外兩個(gè)分別為供冷溫控器和供熱溫控器。
單冷帶快速供熱型變風(fēng)量風(fēng)口中除了有一個(gè)供冷溫控器外，在入口處，還有一個(gè)快速供熱溫控器。當(dāng)集中空調(diào)器送出的空氣溫度達(dá)到23.3℃時(shí)，快速供熱溫控器開(kāi)始動(dòng)作，通過(guò)膨脹作用推動(dòng)傳動(dòng)臂打開(kāi)風(fēng)閥，使熱空氣進(jìn)入房間，當(dāng)送風(fēng)溫度達(dá)到26.7℃時(shí)，風(fēng)閥處于全開(kāi)狀態(tài)。
單冷型變風(fēng)量風(fēng)口中僅有一個(gè)供冷溫控器，溫控器溫度調(diào)節(jié)范圍是：21～25.5℃。
精美變風(fēng)量風(fēng)口有方形和條縫形兩種基本形式。方形變風(fēng)量風(fēng)口：風(fēng)閥采用四側(cè)風(fēng)閥型或圓盤(pán)風(fēng)閥型。四向出風(fēng)，也可通過(guò)安裝氣流擋板改變成三向、二向或者單向送風(fēng)。條縫型變風(fēng)量風(fēng)口：氣流方向分單向和雙向；條縫數(shù)分為單條縫和雙條縫。
2.1.2 精美冷熱型變風(fēng)量風(fēng)口工作原理
模式轉(zhuǎn)換溫控器位于入口處，檢測(cè)系統(tǒng)送風(fēng)溫度，確定供冷和供熱模式轉(zhuǎn)換。當(dāng)送風(fēng)溫度升高，達(dá)到24.5℃時(shí)，風(fēng)口由供冷模式開(kāi)始向供熱模式轉(zhuǎn)換，并在送風(fēng)溫度達(dá)到26.5℃時(shí)完成轉(zhuǎn)換。在此溫度以上，風(fēng)口處于供熱模式，即供冷溫控器對(duì)風(fēng)閥不起調(diào)節(jié)作用，風(fēng)閥受供熱溫控器控制。當(dāng)送風(fēng)溫度降低到20℃以下時(shí)，風(fēng)口由供熱模式轉(zhuǎn)換回供冷模式。在供冷模式下，由供冷溫控器負(fù)責(zé)控制風(fēng)閥的開(kāi)度，風(fēng)閥的開(kāi)度隨房間溫度的升高而增大；而在供熱模式下，風(fēng)閥開(kāi)度隨房間溫度的升高而減小。
2.1.3 精美變風(fēng)量風(fēng)口基本特點(diǎn)
精美變風(fēng)量風(fēng)口具有下列特點(diǎn)：
1） 每個(gè)風(fēng)口內(nèi)部均設(shè)置溫控器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)風(fēng)閥，構(gòu)成一套獨(dú)立的區(qū)域溫度控制系統(tǒng)。可以控制不同房間的空氣溫度，還可以控制同一空間內(nèi)不同區(qū)域的空氣溫度；
2） 采用變風(fēng)量風(fēng)口的空調(diào)系統(tǒng)，移動(dòng)、增加或拆除房間的分隔墻不會(huì)破壞系統(tǒng)分區(qū)，只需移動(dòng)風(fēng)口的位置；
3） 風(fēng)口阻力與其它類型的風(fēng)口阻力相同，是系統(tǒng)阻力最小的一種變風(fēng)量末端裝置?？梢圆捎幂^低壓力的送風(fēng)管道系統(tǒng)及較低功率的空調(diào)器風(fēng)機(jī)，降低了送風(fēng)機(jī)能耗；
4） 風(fēng)口的控制調(diào)節(jié)完全依靠風(fēng)口內(nèi)部溫控器本身的熱敏元件提供的驅(qū)動(dòng)力，無(wú)需消耗任何外部能量；
5） 風(fēng)口隨空調(diào)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥開(kāi)度，在送風(fēng)風(fēng)速恒定的前提下，通過(guò)改變風(fēng)口的流通面積調(diào)節(jié)送風(fēng)量，能夠保證送風(fēng)的高射程和良好的帖服能力，使室內(nèi)空氣的流動(dòng)更加充分；
6） 風(fēng)口質(zhì)量可靠、堅(jiān)固耐用，一旦安裝調(diào)試完畢，幾乎不需要任何維護(hù)工作；
7） 較高的ADPI指數(shù)，更遠(yuǎn)的射程，良好的貼附作用，均勻的溫度分布和通風(fēng)效果；
8） 簡(jiǎn)潔流暢的線條使風(fēng)口與房間吊頂?shù)难b修充分協(xié)調(diào)，保證了吊頂?shù)恼w效果。
2.1.4 精美變風(fēng)量風(fēng)口適用條件
精美變風(fēng)量風(fēng)口的適用條件：
1） 送風(fēng)溫度：在供冷模式下，送風(fēng)溫度不能低于10℃；當(dāng)送風(fēng)溫度低于10℃時(shí)，應(yīng)選用低溫送風(fēng)變風(fēng)量風(fēng)口。在供熱模式下，熱風(fēng)的最高送風(fēng)溫度不能高于50℃。
2） 入口靜壓：風(fēng)口入口靜壓不小于12Pa，以獲得足夠的送風(fēng)量，保證空氣誘導(dǎo)效果，維持溫度控制精度；入口最高靜壓取決于室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于辦公建筑（NC35），其入口靜壓不大于62 Pa；當(dāng)入口靜壓恒定時(shí)，隨著調(diào)節(jié)風(fēng)閥的關(guān)小，噪聲值會(huì)逐漸降低。
2.2 Zcom變風(fēng)量風(fēng)口[3][4]
所謂Zcom（Zoom air conditioning communication），就是多區(qū)域空氣調(diào)節(jié)通信管理系統(tǒng)。Zcom變風(fēng)量風(fēng)口是一種內(nèi)嵌溫度傳感器和風(fēng)量傳感器、用于個(gè)人微環(huán)境控制、由直接數(shù)字控制的變風(fēng)量末端裝置。它把變風(fēng)量末端裝置的功能與高性能的送風(fēng)散流器組合在一起。利用整體的溫度傳感器和先進(jìn)的DDC控制算法，精確地調(diào)節(jié)送風(fēng)量。
2.2.1 Zcom變風(fēng)量風(fēng)口的基本結(jié)構(gòu)
Zcom變風(fēng)量風(fēng)口由上部蓋板、風(fēng)閥調(diào)節(jié)盤(pán)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)；智能化曲線形設(shè)計(jì)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(fēng)閥調(diào)節(jié)盤(pán)的設(shè)計(jì)使其在任何情況下產(chǎn)生均勻的氣流分布?？刂茍?zhí)行機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)室內(nèi)空氣誘導(dǎo)孔精確和快速地檢測(cè)房間溫度、風(fēng)道傳感器能檢測(cè)送風(fēng)溫度并確定送風(fēng)量、電子脈沖馬達(dá)非常安靜地調(diào)節(jié)送風(fēng)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(fēng)量風(fēng)口特點(diǎn)
Zcom變風(fēng)量風(fēng)口具有下列特點(diǎn)：
1） 提供精確、個(gè)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(shù)（ADPI）與更好的通風(fēng)效率；
3） 每個(gè)區(qū)域控制費(fèi)用比使用單獨(dú)設(shè)置送風(fēng)散流器的典型變風(fēng)量末端裝置低；
4） 有利于現(xiàn)有辦公室的改建及在有問(wèn)題的地方增加控制區(qū)以解決個(gè)人舒適性問(wèn)題；
5） 將定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)很容易改造成多區(qū)域變風(fēng)量系統(tǒng)；
6） 在重新分隔的區(qū)域中布置容易，費(fèi)用較低；
7） 獨(dú)特的溫度傳感器即使在低風(fēng)速下也能準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)。
2.2.3 Zcom變風(fēng)量風(fēng)口的組合與配件
每個(gè)Zcom變風(fēng)量風(fēng)口配套有獨(dú)立的數(shù)字控制器和風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，風(fēng)口配套的高精度空氣溫度和風(fēng)量傳感器檢測(cè)一次風(fēng)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度，數(shù)字控制器配置的回風(fēng)溫度傳感器測(cè)定吊頂附近的室內(nèi)空氣溫度，實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量運(yùn)行控制功能。Zcom變風(fēng)量風(fēng)口的設(shè)定和參數(shù)調(diào)整，全部通過(guò)TITUS專用遙控器完成，運(yùn)行調(diào)試方便。 Zcom應(yīng)用靈活，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，通過(guò)RS-485雙向通訊，利用遙控器或網(wǎng)絡(luò)操作可調(diào)整設(shè)定點(diǎn)和風(fēng)閥限位， Zcom適用于單冷、供冷/供熱自動(dòng)轉(zhuǎn)換，也可輸出單級(jí)輔助加熱。
Zcom變風(fēng)量風(fēng)口可以分成主動(dòng)型Zcom風(fēng)口（Zmaster）和被動(dòng)型Zcom風(fēng)口（Zdrone）。
Zdrone是一種精確執(zhí)行的變風(fēng)量風(fēng)口。它必須與一個(gè)主動(dòng)型Zcom風(fēng)口一起使用，采用主動(dòng)型Zcom風(fēng)口的溫度傳感器和控制算法控制其送風(fēng)量。一個(gè)主動(dòng)型Zcom風(fēng)口最多能控制三個(gè)被動(dòng)型Zdrone風(fēng)口。
被動(dòng)型Zdrone變風(fēng)量風(fēng)口的使用對(duì)較大的空調(diào)區(qū)域提供了一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)選擇。主動(dòng)型Zcom風(fēng)口和被動(dòng)型Zcom風(fēng)口的關(guān)系見(jiàn)圖4。
Zcom系統(tǒng)特征之一是允許雙向通信的Zapper溫度設(shè)定器。當(dāng)按下按扭，可以獲得存儲(chǔ)在Zcom控制器中的設(shè)定模式。要重新設(shè)定Zcom的設(shè)定點(diǎn)，可簡(jiǎn)單地按“上”和“下”鍵，Zapper溫度設(shè)定器將顯示已經(jīng)設(shè)定的新的溫度值。
Zapper溫度設(shè)定器可以設(shè)置供冷和供熱最小風(fēng)閥開(kāi)度位置。在樓宇管理系統(tǒng)中，使用Zapper溫度設(shè)定器對(duì)單個(gè)Zcom進(jìn)行地址編碼。整幢建筑物只需一個(gè)Zapper溫度設(shè)定器。
Zcom墻置式控制器（ZWMA）是一個(gè)用線連接的設(shè)定調(diào)節(jié)器。Zcom墻置式控制器允許室內(nèi)人員無(wú)需使用Zapper溫度設(shè)定器就可以使溫度值偏離Zcom風(fēng)口的設(shè)定點(diǎn)正/負(fù)3℃。單個(gè)Zcom墻置式控制器不能用于多區(qū)域Zcom系統(tǒng)。
3. 變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
變風(fēng)量風(fēng)口的型號(hào)根據(jù)設(shè)計(jì)最大風(fēng)量確定。選型方法與其它散流器一樣。布置變風(fēng)量風(fēng)口時(shí)，到達(dá)墻壁時(shí)氣流速度控制在0.25～0.5m/s之間，最大不超過(guò)0.76m/s。當(dāng)房間內(nèi)采用多個(gè)變風(fēng)量風(fēng)口時(shí)，風(fēng)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(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
精美變風(fēng)量風(fēng)口的結(jié)構(gòu)決定了這是一個(gè)低壓變風(fēng)量末端裝置。如果在高壓或中壓風(fēng)管系統(tǒng)中需采用精美變風(fēng)量風(fēng)口?？梢栽诳照{(diào)器和變風(fēng)量風(fēng)口之間加裝壓力無(wú)關(guān)型調(diào)節(jié)裝置（PIM）?？照{(diào)器和壓力無(wú)關(guān)型調(diào)節(jié)裝置之間的送風(fēng)管可以設(shè)計(jì)成高壓或中壓風(fēng)管，調(diào)節(jié)裝置與變風(fēng)量風(fēng)口之間的風(fēng)管設(shè)計(jì)成低壓風(fēng)管。變風(fēng)量風(fēng)口設(shè)置在調(diào)節(jié)裝置之后的低壓風(fēng)管系統(tǒng)中。
在布置變風(fēng)量風(fēng)口時(shí)，應(yīng)使距離空調(diào)器或調(diào)節(jié)裝置最近的一個(gè)風(fēng)口入口靜壓不超過(guò)62 Pa，最遠(yuǎn)的一個(gè)風(fēng)口的入口靜壓不小于12 Pa。低壓風(fēng)管系統(tǒng)的風(fēng)速可選擇在3.6～6.6m/s之間；單位長(zhǎng)度風(fēng)管的阻力降控制在0.33～0.82Pa/m之間。
精美變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)的控制：
在定風(fēng)量低壓空調(diào)系統(tǒng)中局部采用變風(fēng)量風(fēng)口，當(dāng)變風(fēng)量風(fēng)口的設(shè)計(jì)風(fēng)量之和不超過(guò)系統(tǒng)總風(fēng)量的30％時(shí)，無(wú)需專門(mén)進(jìn)行靜壓控制。靜壓控制可以采用以下方法實(shí)現(xiàn)。
1） 泄壓環(huán)控制：泄壓環(huán)是一種專門(mén)設(shè)計(jì)用于風(fēng)口末端旁通多余風(fēng)量的管箍。系統(tǒng)將恒定的風(fēng)量送至變風(fēng)量風(fēng)口后，當(dāng)風(fēng)口的風(fēng)閥關(guān)小時(shí)，泄壓環(huán)管箍與原有風(fēng)管入口頸部之間的空隙用來(lái)旁通，使多余的風(fēng)量進(jìn)入吊頂。帶泄壓環(huán)的變風(fēng)量風(fēng)口也可應(yīng)用在高壓或中壓風(fēng)管系統(tǒng)中；
2） 通風(fēng)閥控制：通過(guò)將送風(fēng)管中的送風(fēng)旁通到回風(fēng)管或吊頂靜壓箱；
3） 風(fēng)機(jī)送風(fēng)管風(fēng)閥控制：通過(guò)安裝在風(fēng)機(jī)出口和低壓風(fēng)管之間的壓力無(wú)關(guān)型自動(dòng)控制風(fēng)閥調(diào)節(jié)送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)靜壓控制；
4） 在大的系統(tǒng)中，為了保證設(shè)置在各支管上的變風(fēng)量風(fēng)口能有效地工作，有必要在每個(gè)送風(fēng)支管上設(shè)置區(qū)域調(diào)節(jié)風(fēng)閥；
5） 風(fēng)機(jī)控制：采用變頻驅(qū)動(dòng)器對(duì)空調(diào)器風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
送風(fēng)溫度控制：采用送風(fēng)溫度傳感器控制空調(diào)器的水閥門(mén)，維持送風(fēng)溫度恒定。
系統(tǒng)模式控制：通過(guò)設(shè)置在最大負(fù)荷房間或最重要房間的溫度傳感器對(duì)系統(tǒng)供冷供熱模式的轉(zhuǎn)換進(jìn)行自動(dòng)控制。
3. 2 Zcom變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
Zcom變風(fēng)量風(fēng)口使用在低壓空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)口入口靜壓一般不超過(guò)127Pa。這種風(fēng)口可以使用在定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，也可以使用在靜壓控制的減壓式和旁通式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中。在定風(fēng)量系統(tǒng)中，當(dāng)30％以上的系統(tǒng)總送風(fēng)量由Zcom變風(fēng)量風(fēng)口控制時(shí)，需要在送風(fēng)系統(tǒng)上設(shè)置如Titus的ZECV/ZQCV靜壓控制裝置。使得風(fēng)口入口處?kù)o壓值控制在變風(fēng)量風(fēng)口的要求范圍內(nèi)。
Zcom變風(fēng)量風(fēng)口的性能與送風(fēng)入口靜壓和風(fēng)口尺寸有關(guān)，如果送風(fēng)靜壓維持恒定、變風(fēng)量風(fēng)閥調(diào)節(jié)在合適的范圍內(nèi)變化，風(fēng)口的氣流型式從最小風(fēng)量的星形變化到最大風(fēng)量的方形，氣流分布性能比普通散流器好。
3. 3 變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)基本形式
變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)一般使用在中、小型的空調(diào)系統(tǒng)中。系統(tǒng)方式基本與采用其它變風(fēng)量末端裝置的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)一致。變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)與其它變風(fēng)量系統(tǒng)的差別主要在于變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)是低壓風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)，而其它變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)往往是中、高壓風(fēng)管空調(diào)系統(tǒng)。變風(fēng)量風(fēng)口只有在風(fēng)口需要的低壓要求范圍內(nèi)才能安全可靠地運(yùn)行。
變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)一般有在干管上設(shè)置壓力無(wú)關(guān)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(yīng)用在較小的系統(tǒng)中[5]。圖5為干管設(shè)置壓力無(wú)關(guān)型調(diào)節(jié)閥的變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)基本形式，圖6為旁通式變風(fēng)量風(fēng)口空調(diào)系統(tǒng)基本形式。
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