付遂波，徐寬新，郭佳全，黃春杰，房電偉

(1.61016部隊(duì)，湖北 襄陽 441500；2.61578部隊(duì)，山西 忻州 035513；3.陸軍工程大學(xué) 國(guó)防工程學(xué)院，江蘇 南京 210007；4.軍事科學(xué)院 國(guó)防工程研究院，北京 100000)

0 引言

在人防工程中，空調(diào)系統(tǒng)能夠處理工程內(nèi)部空氣，促使空氣溫度、濕度、氧氣濃度、流速等滿足人員使用需求，其重要性不言而喻。

目前大部分人防工程所使用的空調(diào)系統(tǒng)是同一類型，即為集中處理的定風(fēng)量系統(tǒng)。這種空調(diào)方式最主要的特征是各空調(diào)房間熱濕處理所需空氣都是由工程內(nèi)部的空調(diào)室統(tǒng)一處理后再通過送風(fēng)管道和風(fēng)口定量供給[1]。然而，變風(fēng)量系統(tǒng)在近幾年得到了迅猛發(fā)展，關(guān)于變風(fēng)量系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研討工作。2014年，李蕾等[2]為改造某空調(diào)系統(tǒng)，研究了一種低溫送風(fēng)及變風(fēng)量空調(diào)技術(shù)方案,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，低溫變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能耗較常溫變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)低,節(jié)能效果明顯。2016年，葛俊伶等[3]提出了一種改進(jìn)總風(fēng)量法,改進(jìn)了對(duì)末端風(fēng)量的控制效果。梁芯萌等[4]為解決變風(fēng)量空調(diào)末端系統(tǒng)非線性、難以建立精確模型的問題，提出了一種基于改進(jìn)的PID參數(shù)整定方法，并取得較好的結(jié)果。

定風(fēng)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單有效，但在實(shí)際使用過程中效果不是特別理想。在此，筆者以某一工程空調(diào)系統(tǒng)為例，探討變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在工程中應(yīng)用的可行性。

1 現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

理想狀態(tài)下，在某一特定通風(fēng)方式時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)給每個(gè)空調(diào)房間的供給量是按照設(shè)計(jì)要求恒定不變的，不管房間內(nèi)熱濕負(fù)荷是否變化，也不管房間內(nèi)人員多少。若每個(gè)空調(diào)房間內(nèi)的狀態(tài)符合設(shè)計(jì)條件而不發(fā)生變化，這種空調(diào)形式是最簡(jiǎn)單且最有效的，如圖1所示。

圖1 工程集中式空調(diào)原理

但在實(shí)際工程使用中，房間內(nèi)配置的各類大發(fā)熱量設(shè)備，比如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等的數(shù)量、位置、安裝形式、工作狀態(tài)等，都不是完全按照設(shè)計(jì)之初的要求進(jìn)行設(shè)置的，這就造成空調(diào)房間內(nèi)部的負(fù)荷與計(jì)算負(fù)荷的不一致；人員聚集也不是按照設(shè)計(jì)之初分散聚集的，比如會(huì)議室、中央大廳和休辦房間，尤其是在常態(tài)化工程內(nèi)，具有明顯的時(shí)間規(guī)律特性，這就導(dǎo)致空房間內(nèi)可能仍然按照設(shè)計(jì)新風(fēng)供給，而人員較多的房間缺乏新風(fēng)量的現(xiàn)象；工程中人員使用房間和指控設(shè)備房間處在同一空調(diào)區(qū)域，使用同一空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)送風(fēng)參數(shù)要求差異較大，難以滿足多方面的需求。因此，在實(shí)際工程使用中，負(fù)荷變化較大的情況下仍然按照定風(fēng)量系統(tǒng)固定送風(fēng)量，很難較好地滿足內(nèi)部人員生活工作、設(shè)備正常運(yùn)行的需求。

通過工程改造，該空調(diào)系統(tǒng)在熱負(fù)荷集中的區(qū)域，比如計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)處理機(jī)房以及會(huì)議室等，增加了制冷主機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管或單元式空調(diào)機(jī)，主要用作降低局部房間溫度，如圖2所示，形成了“集中空調(diào)系統(tǒng)+風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)”。使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，這種方式能在一定程度上改善熱負(fù)荷房間溫度和相對(duì)濕度，但是整個(gè)空調(diào)區(qū)域的送風(fēng)量沒有改變，風(fēng)機(jī)盤管熱濕負(fù)荷處理量大，制冷系統(tǒng)負(fù)荷大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)議室等重要要素房間的風(fēng)機(jī)盤管因?yàn)轱L(fēng)速增加引起噪聲增大。

圖2 集中空調(diào)系統(tǒng)加風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)原理

2 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化思路

以無限增加空調(diào)系統(tǒng)制冷量的方式暫不考慮，因?yàn)殡S著制冷量的增加，相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)所需的通風(fēng)量、耗水量將增大，且難以實(shí)現(xiàn)，不符合工程實(shí)際情況，而如何更好地對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化更具有現(xiàn)實(shí)意義。

筆者針對(duì)目前存在的不同功能房間共用一套空調(diào)系統(tǒng)、制冷負(fù)荷計(jì)算值與實(shí)際值不匹配、人員周期性變化的問題，提出以下改善措施。

(1)將不同功能房間從同一套空調(diào)系統(tǒng)中分離出去。該空調(diào)系統(tǒng)中熱量集中的區(qū)域主要有計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房、會(huì)議室，人員聚集區(qū)域主要有會(huì)議室，人員有規(guī)律的聚集區(qū)域主要有休辦房間、會(huì)議室?，F(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)主要起著除濕和輸送新風(fēng)的功能，將處理后的空氣輸送至以上各個(gè)房間。而這里主要將計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房的送風(fēng)、回風(fēng)從系統(tǒng)中分離出來?？照{(diào)機(jī)組主要為休辦房間、會(huì)議室處理空氣、輸送新風(fēng)，計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房的熱負(fù)荷主要由風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)處理，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的工程空調(diào)系統(tǒng)原理

(2)引入變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，即引入變風(fēng)量末端裝置。因?yàn)槿朔拦こ痰奶厥庑?，新風(fēng)量保持不變，只是通過末端裝置調(diào)整空氣的處理區(qū)域，主要是休辦房間和會(huì)議室，計(jì)算機(jī)房等因?yàn)闆]有人員長(zhǎng)期駐留，或者只有個(gè)別值班人員，新風(fēng)可以用末端裝置引入，但輸送量減少。

(3)會(huì)議室等大空間調(diào)整采用下送風(fēng)上回風(fēng)形式。由于會(huì)議室屬于高大空間，采用散流器送風(fēng)，送風(fēng)風(fēng)速偏小，不能到達(dá)人員所處的下層工作區(qū)域。采用下送上回方式符合氣流流動(dòng)特征，可以直接送冷風(fēng)至人員工作區(qū)域，經(jīng)過熱濕交換后從上部回風(fēng)口返回。

3 變風(fēng)量系統(tǒng)及其優(yōu)缺點(diǎn)

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(Variable Air Volume System，VAV系統(tǒng))是一種有明顯節(jié)能效果的空調(diào)系統(tǒng)。定風(fēng)量系統(tǒng)的送風(fēng)量是不變的，可根據(jù)房間的最大熱濕負(fù)荷來確定送風(fēng)量。變風(fēng)量系統(tǒng)是通過送入房間的風(fēng)量來適應(yīng)負(fù)荷變化的系統(tǒng)。當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷改變或室內(nèi)空氣參數(shù)設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入房間的風(fēng)量，將被調(diào)節(jié)區(qū)域的溫度、濕度參數(shù)調(diào)整到設(shè)定值，從而降低風(fēng)機(jī)能源的消耗，降低整體空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。20世紀(jì)60年代，VAV技術(shù)誕生于美國(guó)，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展得到了快速發(fā)展和完善。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示，相較于傳統(tǒng)的定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(CAV系統(tǒng))，VAV系統(tǒng)可節(jié)約30%～70%的能耗[5]。

在地面建筑中，VAV系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：房間溫度能夠單獨(dú)控制；風(fēng)量自動(dòng)變化，系統(tǒng)自動(dòng)平衡；沒有水系統(tǒng)的情況下，可以采用電加熱；大部分時(shí)間在低于其最大風(fēng)量的狀態(tài)下運(yùn)行；對(duì)于負(fù)荷變化較大，或同時(shí)使用系數(shù)較低的場(chǎng)所節(jié)能效果尤其顯著；全空氣的空調(diào)方式；空氣品質(zhì)好，沒有冷凝水污染；溫度控制準(zhǔn)確快速，精度高；運(yùn)行節(jié)能，風(fēng)機(jī)、制冷設(shè)備、循環(huán)水泵等能耗降低；沒有水管系統(tǒng)，施工方便；可以與多種空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合。

但同樣存在以下不足：新風(fēng)量缺乏；房間正壓時(shí)，房門(內(nèi)開門)開啟困難；室內(nèi)噪聲較大；系統(tǒng)初投資較大；在室內(nèi)濕負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，如果僅使用室溫控制而沒有其余手段加以輔助，則難以確保室內(nèi)溫濕度同時(shí)滿足使用要求；與CAV系統(tǒng)相比，加入了末端裝置和風(fēng)量調(diào)節(jié)功能，致使系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到設(shè)備選型、安裝等比較復(fù)雜。

4 VAV系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用

由于VAV系統(tǒng)存在上述優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合人防工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)和重要性，將整個(gè)系統(tǒng)照搬進(jìn)工程中是不現(xiàn)實(shí)的，在工程使用期間，安全、穩(wěn)定、可靠的空調(diào)系統(tǒng)才是重點(diǎn)。筆者認(rèn)為可重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面考慮：定風(fēng)量空調(diào)機(jī)組不變化，仍然按照額定進(jìn)風(fēng)量進(jìn)風(fēng)、送風(fēng)，僅使用變風(fēng)量末端裝置，按整體來調(diào)控送至各個(gè)房間的風(fēng)量，使其總風(fēng)量一定。新風(fēng)控制方面，在會(huì)議室、人員休辦房間、計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)置傳感器，控制參數(shù)采用CO2濃度優(yōu)先，其次為相對(duì)濕度：當(dāng)房間傳感器CO2濃度超過設(shè)定值，末端裝置的控制風(fēng)閥開大，送風(fēng)量增加；當(dāng)CO2濃度降至設(shè)定值以下，末端裝置的控制風(fēng)閥關(guān)小，送風(fēng)量減少。溫度控制方面，由會(huì)議室、計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)置的風(fēng)機(jī)盤管負(fù)責(zé)處理?？傦L(fēng)量不變的情況下，計(jì)算機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)部循環(huán)降溫；之前送至設(shè)備機(jī)房的新風(fēng)可以優(yōu)先調(diào)整送至?xí)h室；在會(huì)議室送風(fēng)管壓力增大的情況下，分配至人員休辦房間。

5 建議

(1)新建工程在設(shè)計(jì)階段將不同功能房間分區(qū)設(shè)置，以區(qū)別對(duì)象主要控制參數(shù)，并且充分考慮工程使用后可能增加的熱濕負(fù)荷。

(2)優(yōu)化設(shè)置房間的氣流組織，避免送風(fēng)尚未達(dá)到功能區(qū)就返回空調(diào)機(jī)房，降低空調(diào)系統(tǒng)的效率。

(3)系統(tǒng)操作要正確。空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量要符合要求，以確保工程中O2，CO2含量符合要求；制冷機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的冷卻水量、水溫要符合要求，以確保熱負(fù)荷房間中溫度符合要求。

(4)末端設(shè)備參數(shù)設(shè)置要合理。CO2、溫度、濕度等控制參數(shù)要合理設(shè)置，避免設(shè)置過高或過低，比如：CO2濃度設(shè)置過高，可能引起送風(fēng)量減少，最終導(dǎo)致缺乏新風(fēng)量的情況；CO2濃度設(shè)置過低，可能引起送風(fēng)量過大，出現(xiàn)噪聲過大的問題。