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主要功能指标
汽车空调控制系统的主要功能如下。
・多种工作模式:自动、制冷、化霜、通风。
・多档风速设定:自动风、低速风、中速风、高速风。
・具有故障运行处理功能。
・面板按键操作。
・适配多类型显示接口。
控制器基本原理
汽车空调控制系统框图如图1所示。系统由按键扫描、电压检测、温度检测、风机控制、压缩机控制、LED数码管显示、蜂鸣器报警电路和单片机组成。
单片机工作的主要原理为:扫描键盘,当制冷键按下,同时无故障报警时系统将ADC采样的车内温度与预先设定的制冷温度比较,如车内温度高于设定温度则打开冷凝风机、压缩机制冷;当车内温度低于设定温度2℃时关闭压缩机、冷凝风机,若此时强制冷键按下,系统将忽略预设温度直接启动制冷。其中单片机PB0、PB1口输出高低信号控制MOS管的开关,进而控制风机和压缩机的起停;PC0口采样输入电压并与系统默认值进行比较,以确定电压是否正常;PC2口采样化霜温度用以确定化霜操作;PC3口采样车内温度,将计算的结果输出至LED数码管显示。
系统硬件设计
1 主控芯片简介
Atmega8单片机具有8Kb的在线编程Flash程序存储器、512字节EEPROM、1Kb SRAM、32个通用工作寄存器、23个通用I/O口、3个带比较模式灵活的定时器/计数器、18+2个内外中断源、1个可编程的SUART接口、1个12C总线接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可编程的看门狗定时器、1个SPI接口和5种可通过软件选择的节电模式。
2 电源部分
系统供电电路如图2所示,DC/DC转换芯片采用MC34063,该芯片具有集成基准电压、振荡器同步和输入电压范围宽等特点,其输出电压可表示为Volt=1.25(1+R39/R40),输出电流可达500mA,完全满足本系统的功耗要求。为了降低干扰,芯片的输入端和输出端加了电容C10、C12、C13进行滤波处理。
3 电压及温度检测电路
如图3所示,电压、温度检测采用单片机内部专用ADC采样通道,不增加额外芯片有利于降低系统成本。ADC基准电压等同单片机工作电压5V,系统输入电压经R3、R8分压简单滤波后送入PC0(ADC0),此端口根据分压比连续采样21次,然后将每次所得值相加即可还原系统输入电压;RT1、RT2为负温度系数传感器,当温度上升或下降时其阻值随之减小或增大,相应ADC端口将多次采样的电压值进行数值平均滤波并与已知的电压/温度区间比较,得出实时温度。
4 键盘和显示电路
如图4所示,由于单片机I/O口有限,键盘和显示电路采用了端口复用,3位8段LED数码管驱动增加了SN74164串入并出芯片进一步缓解端口有限的压力。其中键盘有7个按键,分别为开关机、制冷/通风、强制冷、设定、上增、下减,可以进行温度设置和新风时间设置等。LED数码管可以显示当前车内温度、系统预设温度、输入电压等,当蜂鸣器报警时能显示故障代码为维修调试提供了方便。
5 输出控制电路
风机、压缩机输出控制电路如图5所示,单片机输出控制信号经ULA2003反向后驱动晶体管Q2,Q2的集电极再连接压缩机的起停开关继电器的控制输入端,当继电器由闭合转为断开时,二极管D10为继电器线圈续流。为有效的控制晶体管的导通和关闭,系统增加了高输入电压、高灌电流的ULN2003A驱动芯片。其内部采用达林顿输入电压最高达50V,灌电流最大500mA。
软件设计
程序设计可分为两大部分:主程序和中断服务程序。
主程序包括定时器、ADC模块初始化、键盘显示处理、蜂鸣器报警等。主程序初始化后,系统根据ADC转化结果依次判断输入电压是否正常、温度传感器是否有短路断路现象发生,如有上述情况发生系统将切断一切输出同时给出故障代码,否则显示室内温度。然后扫描键盘,根据键值进行相应的操作,如风量高中低的切换、制冷开/关、强制冷的选择、制冷温度设定和新风送风时间设定等。
中断服务程序包括定时器TO、T1中断服务程序。定时器TO定时时间为lms,设变量a,每次进入中断子程序如故障标志位有效则a增加1,在a小于50前开蜂鸣器;当a大干50时关蜂鸣器同时a清零,这样处理以区别按键铃声。定时器T1定时时间为ls,主要用于压缩机、冷凝风机间的延时,也就是连续两次压缩机开启的时间间隔不能少于6s,压缩机关闭后延时3s关冷凝风机。
[关键词]空调变频器 控制原理 控制方式
中图分类号:D522 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)24-0028-01
前言
近几年,随着电子技术以及集成电路的不断发展,生产工艺的提高,功率半导体器件的价格逐步降低,工业上开始重视起变频调速的开发。因此,相关的专业技术人员认识到开发性能良好的变频器并将其应用于工业控制中的重要性,这也逐渐成为了变频空调控制工作者共同追求的目标。
1.变频器的类型
1.1 交-直-交型
交-直-交型变频器首先通过整流器将交流电转变为直流电,再通过逆变器将直流电转化为频率可以调节的交流电。这种类型的变频器是一种间接的变频调速系统,带有直流调节环节,并且具有较宽的频率调节范围,功率因素较高,一般应用于空调变频器控制系统以及各种拖动系统。
1.2 交-交型
交-交型变频器通过利用变频器将电网交流电直接转换为电压和频率可以调节的交流电,这是一种变频调速系统,具有较高的工作效率,但是由于其调频范围较窄,而且在低速下功率因数较低,因此在低速大功率的拖动装置中比较适用。
常用的VVVF变频器通常使用交-直-交型为主,这种类型的变频器由于中间的滤波方式有所不同而分为电压型和电流型两种主要形式。
2.空调变频器控制原理
空调变频器由五个部分组成,分别为滤波电路、整流电路、功率因素校正(PFC)电路、逆变电路和MCU控制电路。其中滤波电路滤除电网中的干扰,同时滤除控制器系统对电网产生的EMI干扰。整流电路将交流电转变为直流电。功率因素校正(PFC)电路将电流信号和电压信号的相位调整一致,提高空调变频器效率。逆变电路直流电转变为频率可调的三相交流电,用于驱动压缩机。MCU控制电路为整个变频控制器的核心部分,为逆变电路以及整个变频控制器系统提供正确的控制策略。
整流电路能够同时为逆变电路和控制系统提供工作所需要的直流电源。根据控制方式的不同,整流电源既可以由直流电压源来充当,也可以由直流电流源来充当。整流电源如果由电压源来构成的话,直流滤波电路则主要是由容量较大的电解电容等元器件构成的。若整流电路是电流源的话,直流滤波电路则是由容量较大的电感组成的。直流滤波电路能够将整流电路所输出的直流电进行滤波,这样就可以得到高质量的直流电源,保证逆变电路以及控制系统的正常工作。在某些情况下,直流滤波电路还可以由制动电阻以及其他种类的辅助电路等组成,这样可以实现对电动机的制动。
功率因素校正(PFC)电路通过MCU 算法将电流信号和电压信号的相位调整一致,减小无功功率,提高空调变频器效率。同时功率因素校正(PFC)电路是BOOST拓展模式,可以将整流电路输出的直流电压进行升压,供逆变器对压缩机的高频控制。
逆变电路通过智能功率模块(IPM)将整流电路输出的高质量直流电源转变为频率可以调节的三相交流电源,驱动变频空调压缩机。
MCU控制电路是空调变频器的核心部分,是变频器的大脑,控制整个空调变频器系统的稳定可靠运行。包括对PFC电路的控制调节,逆变电路的控制调节等,同时将及负载反馈回来的关键信号进行处理,进而控制及负载的运行。
3.空调变频器控制方式
空调变频器主要是通过电子技术和计算机技术等来获取空调工作过程中所需要的电压、电流和相应的频率。各种不同类型的变频器输出一般都是电压和频率可变,而磁通量保持恒定不变。具有不同频率的电动机的机械特性各不相同,但是在工作时的气隙强度变化非常微小,因此在调速时,应当尽量使气隙磁通量保持为恒定不变的值。
4. 空调变频器的控制特性
SPWM型的变频装置由于其电动机的力矩是不受任何控制的,因此无法在高度精确的条件下控制转速,因此对于其应用范围就有了一定的限制,目前SPWM型变频器只能用于风机和泵类负载使用。如果空调变频装置使用的是矢量变换技术的话就能够对电机的磁通分量和力矩分量进行较为精确的分解,同时还能在更高的精度下对它们进行控制,这样就可以使电动机在力矩和速度方面获得良好的使用特性,因此这种类型的变频器不仅能够应用于风机以及泵类负载,同时还能对力矩和矢量的变换进行观测,但是实际上它的控制效果一般很难与理论分析所达到的效果相匹配,而且它在使用时必须要提前知道转子磁链在空间上的具置才能够对定子电流进行控制,因此在控制系统中必须要配制出相应的转子或者速度传感器,这种设定使其在很多场合都不适用。
直接转矩控制由于能够直接控制定子磁链,因此具有一定的优越性,在使用时不需要提前知道转速信息,而且在控制时除了定子的电阻之外能够完美适应其他所有的电机参数,而且引入的定子磁链观测器可以很迅速地对同步的速度信息进行估算,因此很容易就可以实现无速度传感器化,这种传感器也被称为无速度传感器(简称DTC)。无速度传感器需要使用足够精确的电机数学模型以及能够自动识别电机参数的系统才能够正常运行,并且自动识别出电机在运行过程中的定子阻抗互感、电动机惯量等许多重要的参数,并根据精确的模型来估算或者计算出电动机的转子转速和实际的转矩等信息。这种系统具有很高的精确度,因此在转矩响应速度和控制精度等方面都具有一定的优越性,但是由于电机转子参数无法收到控制,因此会产生一些转矩脉动,这就在一定程度上降低了调速的范围以及特性,该系统可以应用于风机和泵类负载,或者是一些对调整范围没有较高要求的场合。
在交流的调速系统中,只要能够保证系统指示的要求,使用简单的结构、成熟的技术以及尽量低的成本和尽量小的工作量来选择出最佳的系统配置,而且应当尽量克服掉盲目追求高新技术的心态,防止造成高投资、复杂技术设计、工作量大的局面,因为如果只是一味的追求高级的系统配置而忽略了现有的技术手段和工作人员的专业知识水平就会使事情事倍功半,反而不能全部发挥出高科技的优越性。首先,可以按照负载的类型来选择调速装置,负载在发生变化时,一般都是速度的变化越小,系统的稳定性越好,因此为了减少系统的误差性一般会使负载的静态速度较小,机械特性越硬。但是也会有一些负载需要机械特性较软,当发现负载超重使应当为了保障安全性而降低速度。其次,考虑到调速的经济性,应当首先想到设备的投资水平,一般来说都会有特定的系统调速要求,因此在选择变频器调速装置的时候应当根据要求慎重选择,例如风机和水泵等由于其为一般性节能调速,因此绝对不能选择矢量控制类型的变频器;而在一些对于转矩和调速特性要求较高的场合,应当直接选择矢量控制型的变频装备。
5.结语
空调变频器是一种新型的节能控制设备,在一些发达国家具有广泛的应用,近年来在我国也得到了逐渐的推广。目前常用的空调变频器使用的就是VVVF调控设备,该设备能够取代常用的启动装置,而且能够节省20%的电能。对于相关的管理人员来说,只有具备了相关的理论知识和专业基础才能够实现系统的正确运行,同时还要做好系统的日常维护工作。如果国内的空调变频器技术能够达到足够的可靠性的话,对于我国来说无疑是一个巨大的贡献。
参考文献:
关键词:给排水设备;电气控制安装
1 给排水设备中水泵变频控制系统的安装要点
1.1 安装工艺流程
(1)水泵电机的变频控制系统的安装工艺应当与水泵、管道、电气安装等分项工程配合施工,并以设备安装作为主线。设备安装的具体工艺过程包括:基础检查、设备检验、运输就位、调整固定等等。
(2)电气安装主要包括以下工序:管线预埋、穿线、安装盘柜、检查、接线以及试验等等。
(3)在变频控制系统安装中,技术难度相对较大的工序包括:仪表校验、预埋管线、控制设备安装、调试等等。
(4)试车。单机试车应当由各个专业配合进行;联动试车的基本要求如下:先陆续投入显示仪表,在全部仪表试运行正常之后,由手段切换至自动控制,再模拟供水需求对工况进行变换,变频控制设备应当能够对各种工况作出响应,并控制水泵电机的转速随工况变化而变化。
1.2 关键设备选择
(1)变频控制器。选用的变频控制器应当满足如下要求:变频控制器的一次电流应当满足电机全负荷运行的要求,载流量应当为电机额定电流的1.2~1.5倍左右,一次线路设备的耐压强度应当为电机电压的1.5倍;变频器的频率应当在0~50 Hz这一区间范围内。
(2)控制仪表。在本系统中,控制仪表主要包括缓闭止回阀和流量孔板,在选择时,其公称压力等级与直径均应当与管道相一致,同时,在安装的过程中,既可以与管段相垂直,也可以与管道保持水平,但必须注意的是,应当与主管道阀门或是管件之间保持500mm以上的距离,这样能够有效防止管道内部的介质流速突然发生变化影响测量结果的准确性;仪表三阀组的公称通径为DN10,公称压力2.5 MPa;仪表导压管道采用的是10#无缝钢管;水锤消除器的排水口直径一般只需要为主管道直径的50%~80%
即可,它的主要作用是当管道系统出现水锤时,消除器自行启动,并将大量的水排除,借此来消除水锤现象,基于这一原因,消除器的排水管道应当与地面水池相连接,同时也可以与给水管道的入口相连接。
1.3 安装操作要点
(1)在安装电气、仪表以及预埋信号管线时,应当与土建工程的地面和墙面施工配合进行。同时,各类电气元件、控制设备以及仪表等全部应当与设计或是批准文件的要求相符;材料、设备等则应当三证俱全,仪表需要进行校验,并由校验单位出具合格报告之后方可进行安装;阀门应当在安装现场进行水压试验,并由相关人员进行详细记录;水泵的电气动力系统以及控制设备应当与水泵安装在同一房间内,安装时,应当与水泵保持10 m左右的距离,应当避免安装在潮湿的位置处,尽可能选在易于使用、检查和维修的地方。
(2)电气的动力设备、控制盘柜以及各类元件等均应当与设计要求相符,并且全部需要具备三证和电气原理图以及接线图。同时,要确保内部仪表齐全,接线正确,绝缘良好,通常情况下,仪表信号以及控制电缆线路的相间绝缘电阻应当大于20 MΩ;在对一次动力线路以及仪表控制线路进行接线时,应当确保接线正确、绝缘良好,需要进行固定的线路应当保证固定牢靠;必须在重要的线路接线端子上设置相关标志。
(3)所有的动力设备、电气线路以及控制盘柜的金属穿线管、电缆桥架等均应当采取可靠的方式进行接地,同时,管件连接的位置处和电缆桥架接头的位置处,应当安装接地跨接线。
2 给排水设备电气控制质量与安全措施
给排水设备的电气控制安装与调试是一项较为复杂且系统的工作,由于整个过程中涉及的内容较多,一旦某个环节出现问题,都可能对整体安装质量造成影响,由此还会间接影响调试工作的顺利进行。为此,必须在安装过程中,了解并掌握安装技术要点,并采取相应的措施控制好安装质量,为后续的调试工作打好基础,只有这样,才能保证控制系统的安全、稳定运行,也才能使给排水设备实现节能降耗的目的,这对于建筑总体能耗的降低具有非常重要的现实意义。
1、质量控制措施。为了确保安装的整体质量,可采取如下控制措施:给水水泵的安装与固定校正必须与相关规范标准的规定要求相符;安装完毕后需要绘制详细的竣工图和接线图,并对所有的运行参数及零部件清单进行收集、整理、归档;正确编写运行操作规程,并交付使用单位。
2、安全措施。各个工作在进行安装作业时,必须严格按照相关操作规程进行作业;安装过程中,应当确保用电安全,可在施工现场实行三相五线制,同时,要正确使用仪器仪表;起重运输、仪表校验以及试车完毕后,必须及时将电源切断,以免发生触电事故;当系统、元件以及机械设备等出现故障时,应当先将工作电源切断,然后再进行检查和维修,不得带电进行检修作业。
当电气动力系统、仪表、水泵以及管道系统等等全部安装完成之后,应当先进行单机试验,具体做法如下:甩开仪表的测量回路和变频系统,并在工频状态下进行试验,主要包括电动机空转试车、带动水泵运行试车、止回阀和水锤消除器开启与闭合试验等等。
在单车试验完毕后,需要对仪表进行现场试验,具体做法如下:依次将平衡阀、正压和负压阀门打开,然后将变频器的直流电源接通,当变频器通电之后,孔板测出压差信号并将之发送给压差变送器,在由压差变送器将之转换为4~20 mA的压差信号电流,通常情况下,该电流值的变化与流量变化的平方成正比,实际的读数可以从流量显示表中的读出,通过切换还能够读出累计的流量数据。当切断工频电源之后,投入变频电源,系统能够正常工作,则表明调试成功,此时便可正式投入运行。在给水水泵实现变频控制后,水泵转速只需要1/3左右,也就是说,转速降低了2/3,电动机的功率消耗也随之下降,约为29.6%左右,进一步降低了电能消耗量。
3 结束语
总之,随着建筑工程的快速发展,电气设备在建筑工程中的重要性越来越突出,目前我国电气设备安装与调试中的问题逐渐显露出来,引起了社会各界的广泛关注。电气设备控制系统的安装与调试工作是确保电气工程稳定运行的重要基础保障,只有电气设备控制系统的安装调试工作顺利进行,电气工程施工才可以保证稳固持续运转。
参考文献
[1] 郑金车.浅析民用建筑室内给排水安装工程质量通病预防措施[J].福建建设科技,2012(4):48-56.
[2] 黄安宇.如何应加强建筑给排水安装工程中的全过程质量管理[J].科技致富向导,2013(18):329.
[3] 刘淑霞.监理工程师应加强建筑给排水安装工程中的全过程质量管理[J].科学发展.2009.
关键词:比例调节 引射式 电子式 机械式 预混燃烧
1、概述
对于燃气预混式燃烧器,在燃烧过程中,特别是在负荷变化过程中始终保证燃气与空气的混合比例恒定,是保证稳定的燃烧工况、提高燃烧效率和减少污染物的排放的先决条件。因此,设计一个精确可靠的燃气/空气比例调节系统是非常重要的。特别是对全预混燃烧器,稳定的燃气/空气比例系数是实现稳定燃烧的基本条件。
实现燃气、空气比例调节的方式如下:对于普通的大气式燃气燃烧器,由于引射器在一定范围内具有自动调节能力,即当燃气喷嘴的流量发生变化时,被引射进入的一次空气量也会随之发生相应变化,这在一定程度上保证了燃气/空气比例的恒定;对于鼓风式预混式燃烧器,由于燃气和空气混合方式的不同,就需要使用调节装置实现燃气/空气比例的控制。目前实现这一功能的技术主要有两种:电子式恒比例控制技术和机械式恒比例控制技术。
2、燃气/空气比例调节方案
2.1 引射式比例调节
目前多数燃气燃烧设备采用的是引射式比例调节,其核心部件为文丘里管,它由收缩管、颈管和扩散管三部分部分组成,如图1所示。该种比例调节方式的缺点一是只能预混部分空气,二是当热负荷较大时,燃烧器结构比较笨重。以红外陶瓷板燃烧器为例,燃气引射空气的引射比需要达到1比10至1比11,对于液化石油气引射比需要高达1比35之多。要达到如此大的引射比,在目前陶瓷板的阻力和液化石油气的额定压力(2800帕)条件下,要达到足够的引射比,必须保证喷嘴与文吐利严格对中,文吐利管内壁光滑。否则也是不容易达到的。就是可以达到也会因负荷加大使引射器体积过分庞大,而不能使用。
现在的形势是,已经有了空气鼓风,完全可以考虑甩开燃气引射空气的引射器,利用空气与燃气的压力机混合。很明显在这种条件下,空气引射燃气将会大大地降低引射比,同时也会减小引射器的体积。
图1 燃气/空气引射式比例调节
1、收缩管;2、颈管;3、扩散管
2.2 电子式恒比例调节
电子式恒比例调节是利用流量传感器检测到空气流量信号,控制器根据该信号经相应的运算后控制燃气比例调节阀,以维持燃气与空气流量比例的恒定。该种控制方式经常应用于大中型燃烧设备。
图2 电子式比例调节
以我们研发的智能化中餐灶自动控制系统为例进行说明。该燃烧器设置三段火负荷,其燃气比例阀电流在不同火种时分别为:大火(DC180~250mA±5mA)、中火(DC130~220mA±5mA)、小火(DC120~180mA±5mA)。系统进入燃烧状态时需要调节比例阀电流参数,有三种火模式调节。系统在燃烧过程中切换火(小、中、大火)时,每一种火切换后风机运行至与火种相应:低速风机对应小火,中速风机对应中火,高速风机对应大火。
2.3 机械式恒比例调节
机械式比例调节是利用风压变化自动调节燃气流量的等比例控制技术。这种燃烧器的鼓风量与燃气流量联动,燃烧器利用控制器驱动空气蝶阀以改变空气路风压,风压信号通过连通管同步控制燃气阀的开度。工作时随着控制器信号的变化,空气蝶阀与燃气阀同时改变开度,从而同步控制空气量与燃气量,实现了对火焰大小的控制。
该调节控制方案中使用的燃气阀组主要包括:安全切断电磁阀EV1、伺服电磁阀EV2、伺服压力调节阀RP、零点迁移量调节器G/A、空燃比例调节阀RQ等组成,如图 3所示。
图3 燃气阀组控制原理
FL-进口过滤器;EV1-安全电磁阀;FLP-点火燃烧器过滤器;RP-伺服压力调节器;G/A-零点迁移量调节器;EV2-伺服电磁阀;RQ-空燃比例阀
图4 燃气阀组内部结构
1、燃气进口;2、安全阀;3、燃气喷嘴;4、空气取压管;5、进口测压口;6、出口测压口;7、比例调节
图4为这一系统的内部结构原理图,其工作过程如下:
当两个电磁阀EV1、EV2线圈均不得电时,在阀组入口处测得燃气压力为燃气额定压力。当电磁阀EV1开启时,点火燃烧器开始工作;当电磁阀EV2开启后,主燃烧器才能工作。
当需要提高燃烧负荷时,首先要提高风机转速,使风量增加,此时经空气取压管使得膜片上侧压力增大,指挥阀的阀口被关小。其结果是使得原经过指挥阀阀口、联通孔的燃气泄流阻力增加,进而使得经联通孔导入调节阀膜片下侧的压力增加,调节阀被开大,燃气流量增加。在此过程中,膜片上侧弹簧的位移很小,因此认为弹簧的弹力恒定不变。此时无论风量如何变化,均能保持比例关系。当需要降低燃烧负荷时,调节过程相反。
3、结语
(1)对比分析三种不同燃气/空气比例调节方案,实践上可根据实际情况自行选择设计。
(2)引射式比例控制简单,但不适用于完全预混式燃烧器。
(3)电子式比例调节控制对大中型燃烧设备较准确,但对家用型燃烧设备灵敏性不够。
(4)机械式比例调节控制采用文丘里引射管与燃气比例阀相结合的方式,能够较理想的实现燃空比例控制,可广泛用于燃气燃烧设备。
参考文献
[1]傅忠诚.燃气燃烧新装置[M].北京:中国建筑工业出版社,1984.
[2]同济大学,重庆建筑大学,哈尔滨建筑大学,北京建筑工程学院.燃气燃烧与应用(第三版)[M].中国建筑工业出版社,2000.
关键字:通风空调 空气品质影响 新风量
中图分类号: TD724 文献标识码: A 文章编号:
随着我国经济的快速发展,通风空调逐步走进寻常百姓的生活中,它在给我们带来恬适舒心的身心感受的同时也造成了较为严重的室内空气污染。由此,研究通风空调对室内空气品质的影响,提升室内空气质量变成与人们息息相关的重点。
一、新风量标准
新风对于提高室内空气品质有非常积极的作用,它可以稀释和带走在室内产生的污染物。目前国内尚无室内空气品质评价标准。美国ASHRAE标准62-1999给出的可接受室内空气品质(Acceptable Indoor Air Quality)定义为室内已知的污染物没有达到权威机构所确定的有害浓度,处于该空气中的绝大多数人员(≥80%)没有感到不满意[2]。它的定义包括了主、客观评价两个方面,比较适合我国国情。该标准还规定,由于人们对绝大多数气味适应很快,所以最小通风量的确定是依据已适应者(室内人员)而不是未适应者(来访者)。
按照现行规范,空调系统新风量的标准是取人员最小新风量和维持房间正压所需新风量中的较大值,并不应小于总送风量的10%[3]。
关于人员新风标准,国内外标准不径相同。美国ASHRAE标准62-1999给出了不同建筑物中人员新风量的标准,比以前版本提高了很多。例如办公室人员新风标准为36m3/h.p,人员最大密度为14.3m2/人(7人/100m2)。北京市建筑设计院设备专业技术措施中,普通办公室人员新风标准为25m3/h.p,按照国内办公室人员密度大约为6~10m2/人(10~16人/100m2)。有文献提出人员新风标准应为33~42m3/h.p。文献[4]实测了7幢办公楼的新风量发现,人员数量波动性比较大,所以人均新风量差别比较大。但是按面积平均却相差不大,新风量实测值为2.2~3.92m3/h.m2。实际工程设计中,就目前我国办公室人员密度来讲,维持房间正压所需新风量一般小于人员最小新风量,笔者认为新风标准应为25~30m3/h.p(2.5~5m3/h.m2)。
因为室内人员的数量难以估计准确,所以笔者认为制定新风量标准时,应该参考国外标准,根据建筑物功能,给出新风量标准,同时也要给出人员密度指标。
二、新风处理和新风质量
外空气首先要经过滤除尘,然后再通过加热或冷却等手段,达到所需参数。新风过滤对维护室内空气品质极为重要。一般空调系统应设置两级过滤,第一级过滤采用效率30%的粗效过滤器,第二级过滤采用效率为65%~85%的中效过滤器。对于净化空调机组,应采用三级过滤,除初中效过滤器外,还要增加亚高效过滤器。
需要指出的是,目前新风过滤主要考虑室外颗粒污染物的除去,而室内空气品质涉及到的除室外固体污染物外,还有室外气态污染物。因此,新风处理还必须考虑室外气体污染物的过滤和吸附,从而使新风质量达到应有的标准。
空气过滤器的清洗和更换是目前空调运行管理的难点,尤其是常用的玻璃纤维过滤器无法清洗,而无纺布过滤器只能清洗数次。与超声波配合的静电除尘器可以获得很高的除尘效率并且不使粉尘积存在电极上,通过机械装置可实现自动清灰。应该成为今后的发展和研究方向。空气过滤器应设置自动清灰装置,以减轻人工清洗的维护工作量和防止灰尘的二次飞扬污染。简单的方法是安装过滤器阻力声光报警装置,以便监督及时清洗。
室外空气的质量只要不处于工业区,一般不会有太大问题。如果新风入口靠近装卸码头或高速公路,应装设一氧化碳检测器,当室外空气质量较差时,以减少进入建筑物的室外新风量。工程设计中新风吸入口要避免污染,百叶窗应加防水罩等措施,防止雨水或雪水渗入新风引入口污染过滤器。新风口应该与排风口保持一定距离,或在不同方向设置,不要被冷却塔飘逸的水滴污染。新风开口面积应满足全新风运行要求。
三、气流组织
空调系统设计的气流组织对IAQ影响很大,气流组织设计合理,不仅可以将新鲜空气按质按量地送到人员活动区,还可及时将污染物排出。如果设计不当,容易造成送、回风短路,房间内有空气滞留区。
工程设计中受各种条件限制,房间气流组织大多采用上送上回形式,送风散流器大都是平流型(射流的射出角度大于40°),送风形成贴附,很容易经回风口带走而短路。因此,选用散流器时应用射出角度小于40°的直流型,这种散流器能较好地将风送至人员活动区,避免了短路,提高了人员活动区的空气质量。布置送、回风口时,应尽量布置合理,避免产生房间死角。例如旅馆标准客房的卧式安装风机盘管,因为条件限制,只能位于门口上方位置,建议侧送风口采用双层或三层百叶送风口,以便通过调节水平、垂直叶片,改变送风倾角和射流扩散角,达到减少空气滞留区的面积,以保证室内空气品质。
如果有条件的话,尽量采用上送下回的形式,因为对工作区来讲,这种送风形式比上送上回系统排除污染物的能力强。
四、运行工况
目前,空调系统的二次污染问题日益突出,国内外研究重点已经转移到研究建筑结构与通风空调系统的二次污染。所谓二次污染是由于空调系统自身问题如盘管、凝水盘、水封、加湿器、长期处于高湿度下的空气过滤器所引起的局部积尘和高湿度(一次污染),或建筑结构与材料吸潮积尘导致细菌大量定植、繁殖,产生大量有害的代谢物,大大降低了空气品质的可接受性,使人过敏,危害健康(二次污染)。
各项研究结果表明,当室内相对湿度高于70%,有利于微生物滋长。而降低微生物污染的最有效手段是控制尘埃和湿度。关于空气过滤的问题,文章前面已经讨论过。空调系统中盘管、凝水盘和加湿器是微生物的主要生长地。
对于新风加风机盘管系统,新风机组可采用低温送风,承担全部室内湿负荷,使风机盘管处于干工况运行,减少细菌滋生。增加的新风负荷可通过全热或显热排风热回收装置,如转轮式全热交换器等,达到节能目的。
空调加湿介质应优先采用蒸汽源,但蒸汽中必须不含对人体有害的物质。如果采用循环水加湿时,水质应达到饮用水标准。循环水应经过处理,防止细菌滋生,如可采用紫外线消毒的方法。
五、节能措施
由于新风对室内IAQ的积极作用,所以今后的发展趋势将增大系统的新风比,为了减轻或消除相应的额外负荷,可以采用全热交换、低温水、闭式单环路热回收再热系统等新风预处理技术,并与目前常规的通风空调设备和运行技术相结合组成最佳方案[5]。
目前出现了不少空调新技术,如置换通风、动态工位调节、椅下低速送风及波动送风等。文献提出一种波动送风的工作区---背景区设备。经过计算实例,比传统风机盘管和VAV节能20%。国家大剧院工程观众厅采用了变新风比的置换通风系统,经过模拟计算与常规系统比较发现,采用置换通风后,卫生状况改善,变新风比节能效果可达到7%。