新風(fēng)按需控制技術(shù)應(yīng)用分析

摘 要：介紹了暖通設(shè)計(jì)中新風(fēng)按需控制的幾種形式，二氧化碳傳感器新風(fēng)按需控制，TVOC和二氧化碳傳感器新風(fēng)按需控制，室內(nèi)空氣質(zhì)量，并簡單闡述了按需通風(fēng)控制在工程中的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新風(fēng)按需控制；二氧化碳傳感器；節(jié)能；室內(nèi)空氣質(zhì)量

引言：近幾年隨著綠色建筑的興起，加上大家對(duì)病態(tài)建筑綜合癥造成室內(nèi)人員健康問題的日益重視，以及國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策，新風(fēng)按需要控制的節(jié)能技術(shù)也開始較多的應(yīng)用于國內(nèi)的暖通設(shè)計(jì)中，由于傳統(tǒng)的空調(diào)新風(fēng)控制方式中定風(fēng)量系統(tǒng)（CAV）不能根據(jù)辦公樓內(nèi)的負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，而變風(fēng)量系統(tǒng)（VAV）的風(fēng)量可以根據(jù)室內(nèi)冷熱負(fù)荷調(diào)整，但過小的負(fù)荷工況下導(dǎo)致新風(fēng)供應(yīng)不足，對(duì)辦公人員的工作效率及健康造成影響；反之當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷過大時(shí)新風(fēng)量可能超過最低標(biāo)準(zhǔn)，也加大了系統(tǒng)能耗，不利于節(jié)能減排。所以暖通設(shè)計(jì)一個(gè)重大挑戰(zhàn)就是如何提供適當(dāng)?shù)男嘛L(fēng)給不斷變化的室內(nèi)人員，即能保證按規(guī)范要求的風(fēng)量也不會(huì)因額外處理多于標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)造成能源浪費(fèi)，新風(fēng)按需控制能有效解決上述問題，為建筑物內(nèi)人員提供高品質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量環(huán)境。

1、新風(fēng)按需控制的優(yōu)勢

目前工程中使用較多的新風(fēng)控制法有：直接控制法，送回風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)控制法，壓差控制法，獨(dú)立新風(fēng)機(jī)控制[1]等，這些方法優(yōu)點(diǎn)很多，但是也存在一些缺陷如無法根據(jù)室內(nèi)人員變化實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)新風(fēng)量。

大約在20年前國外就有開始研究通過二氧化碳濃度控制新風(fēng)量的策略，系統(tǒng)風(fēng)量跟實(shí)際的需求可以一直匹配，相對(duì)于傳統(tǒng)的定風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢，由于減少了送風(fēng)量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行功耗也隨之減少，同時(shí)還減少了加熱或冷卻新風(fēng)的能耗。隨著各種高效，精確，可靠傳感器的研發(fā)及生產(chǎn)，按需新風(fēng)控制技術(shù)在國外已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，近些年隨著國內(nèi)綠色建筑的興起節(jié)能的新風(fēng)按需控制也廣泛應(yīng)用于各種空調(diào)系統(tǒng)，或與其他新風(fēng)控制方式結(jié)合使用，一定程度解決了定風(fēng)量系統(tǒng)及變風(fēng)量系統(tǒng)新風(fēng)無法隨室內(nèi)人員變化調(diào)整的問題。

2、新風(fēng)按需控制原理及方式

2.1基于二氧化碳濃度的新風(fēng)按需控制

二氧化碳傳感器近些年來大量使用在辦公樓的新風(fēng)控制中，一項(xiàng)調(diào)查顯示辦公樓采用了二氧化碳濃度控制的新風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)于定風(fēng)量新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能超過40%。其原理是利用設(shè)置在回風(fēng)總管或各空調(diào)分區(qū)墻壁上的傳感器測量回風(fēng)或室內(nèi)空氣中二氧化碳濃度，再通過A/D轉(zhuǎn)換把二氧化碳的濃度ppm轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)傳至預(yù)存于單片機(jī)中的設(shè)定值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)偏差由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)給D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)后控制閥門的開度，來達(dá)到節(jié)約能源，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。

由于測量室內(nèi)二氧化碳濃度比測量溫度，相對(duì)濕度更難，二氧化碳本身的控制原理也比溫度，相對(duì)濕度控制更復(fù)雜，存在如下障礙：

精確的傳感器精度需達(dá)到+/-75ppm，普通的只能達(dá)到+/-150ppm，一個(gè)典型的房間的二氧化碳設(shè)定濃度大約在375-1000ppm， 這意味著在其他誤差生成前就有潛在的5-40%的范圍誤差存在[2]。

2.2基于TVOC和二氧化碳濃度的新風(fēng)按需控制

單純得二氧化碳濃度新風(fēng)控制簡單可靠，但是其只能反映室內(nèi)人員狀態(tài)，由于建筑內(nèi)除人體產(chǎn)生的二氧化碳外，還有許多由裝修材料產(chǎn)生的污染物如揮發(fā)性有機(jī)物VOC，氡氣，臭氧等，這些化合物濃度過高時(shí)會(huì)刺激人的眼鼻喉，并引起頭疼，困倦，惡心，疲勞，我們稱之為病態(tài)建筑綜合癥SBS，特別是剛裝修沒多久的辦公室，其總揮發(fā)性有機(jī)化合物TVOC的濃度更是需要不斷的通風(fēng)來稀釋。ASHRAE62.1 中也有給出新風(fēng)量確定的兩種方法，一種為根據(jù)室內(nèi)人員數(shù)量另外一種為根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量來確定新風(fēng)量，所以對(duì)于對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求非常高的辦公樓，也有采用TVOC和二氧化碳傳感器進(jìn)行新風(fēng)控制。其原理為傳感器給出的二氧化碳和TVOC濃度電信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較給出偏差值，控制器再根據(jù)此偏差信號(hào)來調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度控制新風(fēng)量。由于控制變量增加到二氧化碳和TVOC，也導(dǎo)致了算法的更復(fù)雜從而影響了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度及可靠度，也增加了工程的成本，還有室內(nèi)總揮發(fā)性有機(jī)化合物中各成分含量對(duì)人體健康的具體影響目前研究還不能非常精確的定義，市場上可供使用的TVOC傳感器也無法顯示其中各種成分的濃度。這些都有待后續(xù)的研究開發(fā)來解決。

2.3基于人體存在感應(yīng)器的新風(fēng)按需控制

人體存在感應(yīng)器可以在預(yù)計(jì)的時(shí)段內(nèi)確認(rèn)辦公空間是否有人占用，如果感應(yīng)器沒有探測到人員活動(dòng)，樓宇自控系統(tǒng)將采取措施，如改變?cè)摽照{(diào)分區(qū)的溫度設(shè)定值來減少空調(diào)能耗，但是人體感應(yīng)器不能區(qū)分一個(gè)人和多個(gè)人的情況，無法達(dá)到精確控制所需新風(fēng)的要求，只在一些特殊的空間被采用。

3、按需新風(fēng)控制在不同類型辦公空間中的應(yīng)用

3.1人員密集區(qū)新風(fēng)控制

現(xiàn)代高端辦公樓中普遍使用的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)VAV，雖然可以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的變化來調(diào)整送風(fēng)量以達(dá)到節(jié)能目的，但由于變風(fēng)量系統(tǒng)中新風(fēng)和送風(fēng)為一定比例關(guān)系，負(fù)荷降低時(shí)減小送風(fēng)量也導(dǎo)致新風(fēng)減少，達(dá)不到房間要求的最低新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)房間負(fù)荷增大時(shí)，增大送風(fēng)量，超過標(biāo)準(zhǔn)新風(fēng)需要加熱或冷卻，造成能源浪費(fèi)。會(huì)議室可以安裝二氧化碳傳感器來控制VAV-BOX的風(fēng)閥開度，傳感器一般安裝于呼吸區(qū)（離地0.9-1.8米垂直范圍內(nèi)），當(dāng)會(huì)議室內(nèi)滿員開會(huì)二氧化碳濃度超過設(shè)定值如1000ppm時(shí)，此房間內(nèi)VAV-BOX風(fēng)閥執(zhí)行器收到信號(hào)加大閥門開度，以保證充足的新風(fēng)供應(yīng)，當(dāng)會(huì)議結(jié)束后傳感器探測到二氧化碳濃度降低，VAV-BOX風(fēng)閥關(guān)小到最低開度，僅保持最低室內(nèi)通風(fēng)要求來節(jié)約能耗。對(duì)于開放式辦公區(qū)，傳感器應(yīng)該設(shè)置于關(guān)鍵區(qū)內(nèi)，即整個(gè)開放區(qū)中一個(gè)或幾個(gè)新風(fēng)量要求最高的地方，以滿足最不利情況。特別要提出的是有許多工程將二氧化碳傳感器安裝于回風(fēng)管，此時(shí)探測為整個(gè)空調(diào)分區(qū)的平均濃度，分區(qū)內(nèi)部同房間由于占有率不同，存在部分房間新風(fēng)量無法滿足要求的情況。也有部分工程將二氧化碳傳感器設(shè)置于天花下，由于離人體呼吸區(qū)過遠(yuǎn)，也無法精確測量二氧化碳濃度，影響房間內(nèi)新風(fēng)量分配。當(dāng)然對(duì)于部分建筑來說其人員比較固定，很少變化，對(duì)新風(fēng)的要求也相對(duì)穩(wěn)定，為了降低造價(jià)及控制復(fù)雜度，采用在回風(fēng)總管上設(shè)置二氧化碳探測器來調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的平均新風(fēng)量也是一種經(jīng)濟(jì)可靠的方法。

3.2非人員密集區(qū)新風(fēng)按需控制

當(dāng)每92.903平方米辦公區(qū)設(shè)計(jì)使用人員小于25人時(shí)，此空間稱之為非人員密集區(qū)[3]，由于其人員密度低，產(chǎn)生的二氧化碳濃度很多時(shí)候并不高，如果采用二氧化碳傳感器進(jìn)行按需新風(fēng)控制，可能導(dǎo)致新風(fēng)量不足以稀釋室內(nèi)其他材料或物體產(chǎn)生污染物濃度，對(duì)于大部分建筑來說人員密集區(qū)和非密集區(qū)都有分布，工程設(shè)計(jì)上對(duì)非人員密集區(qū)較多采用直接風(fēng)量測量法，即在空氣處理機(jī)組入口處設(shè)置風(fēng)量測量儀或者壓差計(jì)，當(dāng)送風(fēng)量中新風(fēng)小于空間要求的最低新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，調(diào)整送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來增大送風(fēng)量，以保證人員非密集區(qū)新風(fēng)能維持最低標(biāo)準(zhǔn)之上，同時(shí)密集區(qū)還是通過設(shè)置于空間內(nèi)二氧化碳傳感器來控制。

結(jié)束語

新風(fēng)按需控制可以有效解決人員變動(dòng)率很大建筑空間新風(fēng)實(shí)時(shí)分配問題，可以有效避免病態(tài)建筑綜合癥，明顯提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，節(jié)約能耗，符合國家提倡的可持續(xù)發(fā)展方向，當(dāng)然實(shí)際中由于項(xiàng)目造價(jià)，系統(tǒng)控制復(fù)雜程度，精確度等原因，還沒有普及應(yīng)用，這些都需要我們廣大相關(guān)從業(yè)者及科技人員共同努力，積極探索來完善解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢以明. VAV系統(tǒng)中新風(fēng)量的控制[J].暖通空調(diào)，1999（3）：13-15.

[2] Mysen， M.， S. Berntsen，， P.Nafstad， P. G. Schild， Occupancy Density and Benefits of Demand-controlled Ventilation in Norwegian Primary Schools[J]. Energy and Buildings.2012.37（12）：1234-1240

[3] chell.M Demand control ventilation using CO2.[J] ASHRAE Journal.2001. February：4