袁 紅

（1.長春建筑學(xué)院，長春 130011；2.吉林省恒翊機電工程有限公司，長春 130012）

近年來，隨著綠色建筑的興起，人們越來越重視病態(tài)建筑綜合癥（SBS）引起的室內(nèi)健康問題。你在關(guān)注室內(nèi)環(huán)境的時候，是否注意到自己呼吸產(chǎn)生的二氧化碳究竟對室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生怎樣的影響？人們每分每秒的呼吸都在產(chǎn)生二氧化碳，如果長時間呆在密閉的環(huán)境中，二氧化碳會超標使人產(chǎn)生不適嗎？

美國在二氧化碳濃度對人的影響方面也有相關(guān)研究，并在期刊《環(huán)境與健康展望》上發(fā)表了研究成果：在密閉環(huán)境下，周圍人呼出的二氧化碳集合起來會使人的思考速度變得更慢。

二氧化碳在室外是全球氣候變暖的元兇之一[1-2]。在室內(nèi)，為了隔絕噪音，享受生活空間或辦公空調(diào)系統(tǒng)的舒適和便利，人們長時間保持室內(nèi)窗戶關(guān)閉，使室內(nèi)二氧化碳濃度遠高于室外平均值。

二氧化碳濃度和人體生理反應(yīng)的關(guān)系為：350～450 mg/L，室外環(huán)境相同；350～1 000 mg/L，新鮮空氣，呼吸順暢；1 000～2 000 mg/L，感覺空氣渾濁，開始感覺困倦；2 000～5 000 mg/L，頭痛、嗜睡、嗜睡，注意力不集中，心跳加快，輕度惡心；超過5 000 mg/L，可能導(dǎo)致嚴重缺氧、永久性腦損傷、昏迷甚至死亡。如何改善室內(nèi)的二氧化碳濃度，成為室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一項重要課題。

1 CO2 濃度監(jiān)測標準

CO2并不是污染物，也不能完全反映空氣質(zhì)量的狀況，CO2濃度達到要求并不能完全代表室內(nèi)空氣品質(zhì)就合格，因為室內(nèi)可能還存在其他揮發(fā)性污染物，但CO2可作為測量空氣質(zhì)量的主要指示性物質(zhì)[3-4]。

2 CO2 濃度控制工作原理

新風是冷熱源的主要負荷之一，所以對新風機的控制目的，是在保證被控空調(diào)區(qū)域舒適性的基礎(chǔ)上，盡可能地節(jié)能。新風機所提供的新風量，是確保房間空氣品質(zhì)的必要條件，應(yīng)隨時滿足空調(diào)末端的使用要求，可以根據(jù)空調(diào)末端區(qū)域的CO2濃度來定所提供的新風量，這樣，以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量為前提的需求量即是所需的最小新風量，同時達到節(jié)能的目的[5-7]。因此，只要根據(jù)空調(diào)末端區(qū)域的空氣質(zhì)量要求，設(shè)定一個CO2濃度值，在要控制的空調(diào)區(qū)域內(nèi)適當位置設(shè)置CO2濃度傳感器，將CO2濃度傳感器檢測到的CO2濃度值與設(shè)定的CO2濃度值進行比較，根據(jù)偏差值的大小，控制新風支管上電動調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)新風量，由此構(gòu)成末端空調(diào)區(qū)域CO2濃度的閉環(huán)控制。

設(shè)定端空調(diào)區(qū)域CO2濃度檢測值為K，設(shè)定的CO2濃度值為K0。當檢測CO2濃度K＞K0時，新風支管上電動調(diào)節(jié)閥增大新風量，使CO2濃度下降，直至K=K0；當檢測CO2濃度K＜K0時，新風支管上電動調(diào)節(jié)閥減小新風量，使CO2濃度上升，直至K=K0。這樣通過動態(tài)調(diào)節(jié)控制，就可以實現(xiàn)在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量品質(zhì)前提下的最小新風量供給，同時，在總送風管上設(shè)置靜壓檢測傳感器，通過比較系統(tǒng)內(nèi)靜壓值，給送風機配置帶有變頻調(diào)速功能的自動控制裝置，控制風機轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)最小風量的動態(tài)控制，也大大降低新風的處理能耗和輸送能耗。

2.1 CO2 濃度控制中新風量的PLC 控制

工作原理：具有比例積分功能的控制器將傳感器檢測到的二氧化碳濃度值與控制器上的二氧化碳濃度設(shè)定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出相應(yīng)的電壓信號，控制電動調(diào)節(jié)閥，使新風量保持在要求的范圍內(nèi)。

同時，在總送風管上設(shè)置靜壓檢測傳感器，具有比例積分功能的控制器將傳感器檢測到的靜壓值與設(shè)定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出相應(yīng)的電壓信號，通過變頻器控制風機的轉(zhuǎn)速。

聯(lián)鎖及保護：風機停機，風閥、電動調(diào)節(jié)閥同時關(guān)閉；風機啟動，風閥、電動調(diào)節(jié)閥同時打開。當過濾器兩側(cè)之壓差過高,超過其設(shè)定值時，裝設(shè)在儀表控制盤上的警報燈會發(fā)亮。盤管出口防凍開關(guān)報警，當溫度低于設(shè)定值時，打開大熱水閥。

2.2 CO2 濃度控制中新風量的DDC 控制

DDC 系統(tǒng)采用先進的數(shù)字控制技術(shù)，采用分散直接控制與中央集中監(jiān)控相結(jié)合的分層形式，先處理本地數(shù)據(jù)，然后將有限的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胗嬎銠C進行數(shù)據(jù)交換。這種控制方法可以大大提高各子系統(tǒng)的獨立性和可靠性，減少中央計算機的工作量，從而帶來計算機性能的提高和成本的降低等一系列優(yōu)點。

控制對象包括電動調(diào)節(jié)閥、風機啟停、新風風閥。檢測內(nèi)容包括二氧化碳濃度、主供風管道靜壓、過濾器堵塞信號、防凍信號以及風機啟停、工作、故障、手動/自動狀態(tài)。上述內(nèi)容應(yīng)顯示在DDC 上。

控制方法：CO2濃度是通過新風支管上調(diào)節(jié)電動閥的開度來保證其設(shè)定值的。主送風管道的靜壓通過變頻器控制風機的轉(zhuǎn)速來保證其設(shè)定值。根據(jù)計劃的工作進度，DDC 按時啟動和停止機組。

聯(lián)鎖保護：風機啟停、風閥、電控閥聯(lián)動啟閉。當風機啟動后兩側(cè)壓差低于設(shè)定值時，故障報警停止。當過濾器兩側(cè)壓差過大，超過設(shè)定值時，自動報警。盤管出口設(shè)置防凍開關(guān)，當溫度低于設(shè)定值時，報警并打開大熱水閥。

3 環(huán)保與節(jié)能

3.1 環(huán)保

對建筑物內(nèi)的二氧化碳濃度進行數(shù)據(jù)采集、分析，并與通風系統(tǒng)聯(lián)動，在建筑物綠色建筑評價時會有加分。《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2014）中室內(nèi)空氣質(zhì)量章節(jié)8.2.12 中要求在主要功能室人流密度大、時間變化大的區(qū)域設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，總評價值為8 分。標準要求按下列規(guī)則分別評分并累計：室內(nèi)二氧化碳濃度數(shù)據(jù)采集分析，并與通風系統(tǒng)聯(lián)動，得5 分；實現(xiàn)室內(nèi)污染物濃度超標實時報警，并與通風系統(tǒng)聯(lián)動，得3 分。第8.2.13 章要求地下車庫設(shè)置一氧化碳濃度監(jiān)測裝置，與通風設(shè)備相連接，評價得分為5 分。

3.2 節(jié)能

基于CO2濃度的新風按需控制近些年來大量應(yīng)用在辦公樓的新風控制中，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。另外，一項調(diào)查顯示，辦公樓采用CO2濃度控制的新風系統(tǒng)后，相對于定風量新風系統(tǒng)，節(jié)能超過40%，如圖2所示。

圖2 兩種新風系統(tǒng)的節(jié)能效果對比

4 結(jié)論

單純的二氧化碳濃度新風控制簡單可靠，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CO2外，還有許多由裝修材料產(chǎn)生的污染物如揮發(fā)性有機物VOC、氡氣、臭氧等。如果濃度過高，這些化合物會刺激人的眼、鼻、喉，并引起頭疼、困倦、惡心和疲勞，人們稱之為病態(tài)建筑綜合癥，特別是剛裝修沒多久的辦公室，其總揮發(fā)性有機化合物（TVOC）的濃度更是需要不斷通風來稀釋。所以，對室內(nèi)空氣品質(zhì)要求非常高的辦公樓，也有采用TVOC 和CO2濃度傳感器進行新風控制。其原理為傳感器給出的CO2和TVOC 濃度電信號，與設(shè)定值進行比較，給出偏差值，控制器再根據(jù)此偏差信號來調(diào)節(jié)風門的開度，控制新風量?？刂谱兞吭黾恿薈O2和TVOC，導(dǎo)致算法更復(fù)雜，從而影響控制系統(tǒng)的準確度和可靠度，也增加了工程成本。關(guān)于室內(nèi)總揮發(fā)性有機化合物中各成分含量對人體健康的具體影響，目前研究還不能非常精確地定義，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，包括對室內(nèi)氧氣含量的監(jiān)測，這些都有待后續(xù)的研究來解決。

綜上所述，筆者認為，基于空調(diào)新風的CO2濃度控制，不僅為建筑物內(nèi)人員提供高品質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量環(huán)境，而且無論從能耗角度，還是從經(jīng)濟角度，都較大幅度地節(jié)省資源，可謂前景廣闊。愿我們不僅能趕走室外的霧霾，也能驅(qū)散室內(nèi)的渾濁！