空调与制冷设备安装技术.docx
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1、3.1变风量空调系统3.1.1变风量空调系统工作原1.变风量空调系统概念变风量(variableAirVolume-VAV)一统是利用改变常内的送风量来实现对室内温度主空空调系统,它的送风状态保持不空。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行,变风量空调系统可以根据室内负荷变化目动调节送风量,而风量的减少可以带来风机能的降低,提高了设备和系统的效能,因而变风量空调系统是一种较先进的空调系统.适用于新建的智能化办公大楼。2.变风量空调系统工作原理图3-1是典型的变风量单风道空调系统。变风量空调系统由空气处理机组、送(回)风系统、变风量末端及自动控制系统组成。其中空气处理机组与定风量空调系统一样。送
2、人每个区或房间的送风量由变风量末端(VAVTerminalDevice)控制。每个变风量末端机租可带若干个风口。当室内负荷变化时,则由变风量末端机组根据室内温度调节送风量,以维持室内刘摩。空调机组内的送风机、回风机应是变就风机,根据系统控制器的指令,改为学r土到好如风量、节约电能的目的。如图3-2所示单风道变风量空调系统夏季工一语的热冷负荷和湿负福的变化并不一定同步,即随着室内负荷的变化,室内的热湿比也在变化,那么根据温度调节的结果,就不一定满足房间湿度调节的要求,调节后室内状态点N1,N2的湿度偏离了原来N点的湿度。当房间负荷空得覆小时,数靠可能使送风量过小,导致房间得不到足够量的新风,或导
3、致室内气流分配不均匀,最终使室内温度不均匀,影响人体舒适感。因此变风量未小了。通常变风量末端机组的风量可减少到30%50%。在最小负荷时,变风量末端机组已在最小风量下运行,有可能出现室内温度过低。为此,可以在风量末端机组中增加再加热器,在最小风量时启动再加热器进行补充加热,以维持室内温度。3.变风量空调系统节能分析变风量空调系统最主要的特点是,由于风量随负荷的变化而变化,可以有落诗节有风能耗,运行经济。变风量空调系统实现风量减小的节能过程主吸话。的设备是变频器。变频器是把工频电流(50Hz)变换成各种变换成各种频率的交流电流,以实现对电机变速运行的设备。风机的运行工况点是由管路特性曲线和风机特
4、性曲线来确定的。点随着空调系统负荷的变化而变化,根据流体力学中的原理,其风量、风压、轴功率与转速关系满足下列公式若空调系统的冷负荷下降,可以通过变额调速装置来调节风机的转连,从而或小风机的运行输出风量,节省电机的耗电量,节约能源。3.1.2变风量空调系统特点1.分区温度控制全空气定风量(CAV)系统只能控制某一特定区域的温度,对于一个风系统照务干个房间时,定风量系统不可能满足每个房间的温度要求。若采用VAV系统,由于每个房向内变风量末端装置可随该房间温度的变化自动控制送风量,使得空调房间过冷或过热现象得以消除,也使能量得以合理利用。2.设备容量减小,运行能耗节省采用一个定风量系统担负多个房间的
5、空调时,系统的总冷(热)量是各房间最大冷(热)量之和,总送风量也应是各房间最大送风量之和。采用VAV系统时,由于各房间变风量末端艾解独立控制,系统的冷、热量或风量应为各房间逐时冷、热量和风量之和的最大值,而非各房间最大值之和。因此,在设计工况下,VAV系统的总送风量及冷(热)量少装容措高小上面新的而积也因此而减小。总装机容量可以减少10%30%左右。在空调系给本生运行中,只有极少时间处于设计工况,绝大多数时间均是在部分负荷下运行听各考面成负行减少时,备未端装置的风量将自动减少,系统对总风量的需求也会下降,通过变频控制手段,降低空调机组送风的转速,使其能耗降低,节省系统运行的能量。3.房间分隔灵
6、活对于较大规模的高档写字楼来说,一般采用大间设计。带起出租或出售后,用户通常会根据各自的使用要求对房间进行二次分隔及装修。VAV系统由于其末端装置的灵活。南比较方便的满足用户的要求。4.维修工作量少VAV系统只有风管或者热水管而没有冷水管,空气冷凝水管进入空调房间,避免由于水管阀门漏水和冷水管保温未做好以及空气冷凝水管的坡度为按照设置要求,排水堵塞而使凝结水滴下损坏吊顶的现象,减少日常的维修工作量。公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)规定,下列全空气空气两节系统宜采用变风量空气调节系统:同一个空气调节风系统中,各空调区的冷、热负荷差异和受前的低负荷运行时间较长,且需要分别控制各空调
7、区温度。建筑内区全年需要送冷风。3.2VAV末端装置类型及其选型3.2.1变风量末端装置的分类变风量末端发置(VAVTermeinalDeevce)是指在空调系统中,自动调节空调管道系统风量和(或)空气温很度,以保持室内空气所需参数的空调末端设备,简改VAV末端装置。1.分词和标记(l)按风量调节方式分1)节流型VAV末端装置,代号为T、2)旁通型VAV末端装置,代号为Bp3)诱导型VAV末端装置,代号为1。4)可调散流器VAV末端装置,代号为MD(2)按风道数量分1)单风道VAV末端装置,代号为s。2)双风道VAV末端装置,代号为D。3)按与压力相关性分1)压力相关型VAV未端装置,代号为所
8、)2)压力无关型VAV末烟装置,代号为P(4)按附属部件分1)带风机VAV未端装置,代号为P2.风机串联VAV未项装置,代号为SFP2风机并联YAv末烟装置,代号方PFP3.带热交换器VAV本编装置,代号为HE带水盘管VAV末端装置,代号考WHE2带电加热器VAV未端装置,代号为EHHE。(5)按进口尺寸分整得的VAV进口尺寸及额定风量见表3-1。注:1.其他尺寸VAV太端校置额定风量按进口风道尺寸对应面积(m2)乘以10m/s风速确定。2.对中联风机动力VAV未精装置,一次风额定风量应小手风机解定风量或依据表中数据3.可调散流器型变风量未病疑定风量取艰部风连为4m/s的流量.表3-2列举了变
9、风量末端装置的分类。目前国内最常用的是事联与并联式风机动力型和单风管节流型末端装置。申联式风机动力型VAV末端装置串联式风机动力型VAV末端装置(简称末端装置,如图3.5所示,在生风量箱内,次m3-5sPP未端装置此类末端也可增设热求或中热加热器,用于外区冬季供热和区版过一”,出于e时一好风保持最小风量。未端装置运行性能随负荷变化的情况如图3-6所示。因生有周热过1、2、3.当加热量采用双位调节时(如电加热器)为水平线1(开居时)或2(关闭时)出风口温度呈阶跃变。当采用比例调节时(如热水盘管)为斜线3,出风口混度呈连续变化。 供冷时,SFP末端装置一,二次混合风可提高出风温度,适用于低温送风,
10、因为送风量稳定,即使采用普通送风口也可以防止冷风下沉,保持室内气流分布均匀性。供热时二次回风有两个作用,一是保持足够的风量,降低出风温度防止热风分成。二是可减少一次风再起热损失。当一是冷风调到最小值区域人有过冷现象必须在热。二次回风可以利用吊顶内部照明冷负荷产生的热量越高,于是内内2摄氏度,抵消一次风部份工冷量。以减少区域过了再过热量。 SFP末端装置一般用于送风低温送风空调系统中或冰蓄冷空调房系统中,它较低温度的一次送风系统与同温度的顶棚内空气混合所成的空气送到空调房间内。采用大温差,低温送风系统具有集中式空气处理机组较小。可减小送风,回风管及配件的尺寸。节省设备初投资费用和降低吊顶空间等优
11、点。 SFP末端装置始终以恒定的风量运行,因此该变风量箱还可以用于需要一定换气次数的场所。如民用建筑中的大堂休息室会议室商场及高大的空间场所的。现在国内外各种SFP末端装置的静压值一般为75-150pa,设计风量为160-5000m/h,正常情况下,sfp的增压风机每年需用行3000-6000h。3.并联式风机动力型并联式风机动力型VAV末端装置简称(PFP,末端装置)是指回风空气通过风机后和一次风混合的VAV末端装置,PFP末端装置的增压风机与一次风风阀并排设置,经集中式空气处理机组处理后一次风只通过一次风阀不通过增压风机。一次风经末端装置的一次风风阀调节后,直接送入空调区域。大风量供冷末端
12、风机不运行,风机出口止回阀关闭。此类末端装置常带热水或加热器,用于外区冬季供热和区域过冷再热。供热时一次风保持最小风量。在最小风量供冷或供热时,启动末端风机吸入二次回风,与一次风混合后送入空调区域。和SFP末端装置一样,二次回风加大了送风量,保证了供热和室内气流组织的需要。对于区域过冷现象,二次回风可以利用吊顶部分照明冷负荷产生的热量(约高于室内2)抵消一次风部份工冷量。以减少区域过了再过热量。该型末端装置性能随负荷变化情况如图所示,图中加热过程线1、2、3的含义同串联风机动力型末端装置。 PFP末端装置增压风机仅在为了保持最小循环风量或加热时运行。因此,其风机小于SFP末端装置。PFP末端装
13、置的增压风机根据空调房间所需最小循环空气量或按所F末端装置设计风量的50%-80%选型。在大多数项目中,并联型FPB的增压风机缸年运行在5002500h之间。 PFP末端装置的风机也可在冷热工况下连续运行,用于低温送风系统。PFP末端装置的机也可变风量运行,与一次风量反比调节,用以保持末端送风量稳定、室内气流分布均匀。4.节流型VAV末端装置 常用的节流型VAV未端装置的基本构成比较简单,它主要由箱体、控制器、风速传感器、室温控制器、电动风阀等组成(图3-9)。系统运行时,由变风量空调箱送出一次风,经末端内置的风阀调节后送人空调区域。 箱体由0.7-1.0mm的镀锌薄钢板制成,内贴经特殊化学材
14、料处理过的离心玻璃棉或其他保温吸声材料。装置入口处设风速传感器用以检测经变风量箱的风量。有的在人口处设一多孔均流板板以使空气能够比较均匀地流经风速传感器,保证装置的风量控制精度。调节风量的风阀的轴伸到箱体的侧做外边,与传动机构或执行器和连;电源电路、经窗和执行品置在箱体外侧的控制河内控制新一般由电源、安这器、定机控制电路等组成,有的公司把执行器同控制器等在一起,为变风量箱生产厂家组艺控制器提供了方便。变风量装置控制器须配有与微型计文|机和楼宁控制系统相连的接口电路,便于与楼宁控制系统进行数据通信或现场设置、修改风量装置的参数。电动风阀是VAV变风量箱对送风进行节流的唯一部件,风阀的流量特性的优
15、劣直接差响到变风量装置的控制效果。大多数生产厂家采用单片蝶阀作为变风量箱风阀,而有的生产厂家采用自己研制的专利产品,如以两片网片的位移来调节风量的ZEBRA型风阀和仿文后两种风阀的流量特性和风量控制精度要优于前者。 节流型VAV末端还可细分为三种形式:单冷型、单冷再热型和冷热型。前两型运行性能如图3-10所示,供冷时送风量随室温降低(冷负荷减小)而减小,直至最小风量。单冷再热型加热器有电热、热水之分,供热时末端保持最小风量。图中加热过程线1、2、3的含义同串联式风机动力型末端。受送风温度和一次风量限制,单冷再热型VAV供热量有限仅适合于部分内热负荷小且人员密集的房间(如会议室)的区域过冷再热,
16、用以调节送温度。单冷再热型VAV也可用于冬季外围护结构热负荷很小的夏热冬暖地区的外区供然此之外,一般单风管型VAV宜与其他空调措施结合,分别处理冬季的冷、热负荷。冷热型单风道末端依靠系统送来的冷风或热风实现供冷或供热。与前述供冷工况相反,供热时送风量随室温降低(热负荷增大)而增大,运行性能如图311所示。这种形式多用于不分内、外区的夏季送冷风,冬季送热风的空调系统中。 对于各种机型的节流型VAV末端装置,各生产厂家格提供了装置的公称风量、最大量设定范围、最小风量设定范围等参数,有的广家还据供子超大风量设定维存值保计工程师选用。实际使用时变风量要置的最小风量必须大于装置的最小风量设定界风量设定界
17、限、且变风量装置的实际使用最小风量和好最大风量也可通过手提计算机在安装现场进行设定或修改。 节流型VAV末端装置也可作为定风量装置使用,其要把变风量装置的实际使用最大风量与最小风量设定为相同的值即可、因此,节流型VAV末缩装置可以使用在定风空调系统中,也可设置在新风系统或排风系统中来确保系统的新风远风量和排风量。3.2.2变风量末端装置的主要部件1.风量检测装置采用欧美技术的末端,常用举托管型风量检测装置,其优点是结构简单、价格便宜:映点是只输出压差(邮全压与静压之差、或称筹功版)信驶,再由气电较编器转换为电信因受普通型压关传感器精度限制,它不能灼测较低环速,采用目本装未的末端,常用风车型、热
18、线热膜型、超点波型等风量检测装置,可点接输其电信号、能栓随较凝风速,缺点是价格较贵。2.风量调节阀早期变风量末端的风量调节依赖机械装置,调节阀的流量随开度线性变化,如文丘里管型调节阀、皮囊式调节阀等。随着DDC控制技术的发展,风量调节阀日趋简单,多采用单叶或多叶平板调节阀。3.加热器变风量未端的辅助加热器有热水型和电热型两种。对于大中型系统,热水加热器在经济性和消防安全性方面都优于电加热器。4. 末端风机风机动力型变风量末端的风机,一般采用单相交流外转子电机,电机效率较低(n30%-40%),有此生产厂采用直流无刷电机,电机效率提高至n=70%-80%。提高电机效率不仅可以节电,而且可以减少风
19、机散热量。由于直流无刷电机价格较高,工程中使用尚少。未然风机一每设有由子调速器,供现场调试使用以达到设计风量与风压。未端风机设计可选择高、中、低不同转速,出厂先粗定转速,现场再由电子调速器细调。5. 控制执行器压力相关型末端,末端不设风量检测装置,风阀开度仅受室温控制器调节,在一定开度下,末端送风量随主风管内静压P波动而变化,室内温度不稳定,其控制原理如图3.12所示。压力无关型末端,末端增设风量检测装置,由测出家温与设定室温之差计算出需求风量按其与检测方面之差,计算出风阀开启调节量,主风管内静压P波动引起的风量变化将立即被检测并反馈末端控制器。而内组度比较稳定,其控制原如因3-l3所示,目前
20、国内原少量与主风管内静压P无关,家内温度比较稳定,其控制原理如图3-13所示。目前国内除少数压力相关型变风量风口外,常用的变风量末端几乎都是压力无关型。例如:T-S-PD-SFP/WHE-100表示节流型、单风道、压力相关、风机串联/水盘管、规格为100的VAV末端装置2.几种末端装置性能参数(1)45系列风机动力式末端装置美国开利(Carer)公司生产的45系列风机动力式末端装置,分为45T系列并联风机动力式末端装置和455系列串联风机动力式末端装置两大类。它们的构造大体相同,都由箱体(内村1.25cm厚玻璃纤维隔热吸声层)、多叶调节阀、再循环风机及电或热水再热器、控制器几部分组成。 45T
21、系列并联风机动力式末端装置构造及外形尺寸如图3-14所示,性能规格见表3-4.一次冷空气可控制的最大风量和最小风量见表3-52.空气处理机组选用详见单元2组合式空调机组安装中各功能段选用,本节重点介绍风机的选择。空飞处理机组(简称AHU)风机的最大风量G一即为系统风量G式t(3-4));风机的气流组织和末端最小风量限制,末端风量不可太小见式(3-8)、式(3-9)1,故相应的的AHU风机最小风量一般为最大风量的30%-40%,即G.=(0.3-0.4)C.之和。在厂商样本中,各种末端在不同风量下的入口最小静压差的含文是:空气在木端风问全开时流经末端的静压力降,最大风量时该值一般在50Pa左右。
22、相同风量下,风阀较小开度与全开时相比,流经末端的空气静压令也会增加,末端风阀在较小开度下最大风量流经末端的全降压。根据国外资料,在综合考虑了初投资、能耗和全专命问后,末端所需的全压降建议取125-150pa。风机应根据C_.和扣C.以及系统最大阻力选择。变风量空气处理机组的送风机般为离心式风机,风机叶轮有前向,后向之别。前向式风机强声低、体积小、价格低,但效率低。20000m/h或1200Pa以下时建议用前向式风机,反之可用后向式风机,变风量系统常在部分风量下工作,一般宜系统额定风量的80%值作为风机最高效率选择点。3.变风量末端装置风量计算 1)一次风最大风量:按各温度控制区域内最大显热冷(
23、热)负荷与相应的送风温差计算出一次风最大冷(热)风量,不计各空调温控区内的潜热负荷。取冷、热一次风最大风中较大值为选择设备用的一次风最大风量。2)一次风最小风量:综合考虑新风量和气流组织确定。3)保证新风需求的送风量:对于设备发热量小,人员多的区域(如会议室),应校核一次风最大风量是否满足新风需求,若不满足可采取局部再热措施,提高送风温度,增加送风量。4)FP风机风量:SFP风机风量一般为一次风最大风量的1.0-1.3倍;SFP风机风量一般为一次风最大风量的0.6倍;也可按一、二次风温度计算确定。上述各种风量的计算公式见表3-10。式中g1区域设计新风量(kg/s)qs、qs最大显热冷负荷、最
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