空氣分布平衡系統(tǒng)應(yīng)用

空氣分布平衡系統(tǒng)不僅能解決現(xiàn)代辦公大樓樓層高低、風(fēng)管施工和風(fēng)口布置困難的問題，適應(yīng)辦公大樓的二次裝修，安裝方便，同時(shí)能保證各辦公區(qū)域的風(fēng)量平衡和熱舒適性要求，保證各分支管間的阻力平衡，大大簡化系統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)試問題，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

1 空氣分布平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

空氣分布平衡系統(tǒng)是消聲空氣平衡箱（靜壓箱）、軟風(fēng)管和出風(fēng)口組成的一體化的系統(tǒng)產(chǎn)品（如圖1）。在國外已經(jīng)出現(xiàn)類似的產(chǎn)品，如日本協(xié)力公司研發(fā)的 FASU（Flexible Air Supply Unit）送風(fēng)系統(tǒng)，其具備以下特點(diǎn)：1）無需復(fù)雜的調(diào)整可保證末端各出風(fēng)口風(fēng)量平衡，各出風(fēng)口風(fēng)量平衡可控制在 ±10% 以內(nèi)，避免了一般送風(fēng)管道的末端風(fēng)量難以平衡問題。2）低噪聲運(yùn)行。保證軟風(fēng)管及靜壓箱具有良好的消音效果，保證室內(nèi)噪音符合舒適度要求。3）良好的適應(yīng)性和靈活性。不僅可針對辦公空間分隔布局的改變，可任意調(diào)整FASU送風(fēng)口的位置，而且采用軟風(fēng)管可有效利用吊頂內(nèi)空間，增加吊頂高度。

2 空氣分布平衡系統(tǒng)的均勻送風(fēng)性能

2.1 消聲空氣平衡箱的特性

鄒聲華等對靜壓箱的特性從均勻特性和阻力特性方面進(jìn)行了研究。關(guān)于靜壓箱的均勻特性，他們提出風(fēng)流射入靜壓箱以后，必需使其動(dòng)壓盡可能轉(zhuǎn)化為靜壓，才能使得靜壓箱內(nèi)的靜壓分布均勻。為此，靜壓箱的長度必須大于射流射程的擴(kuò)張段長度。關(guān)于阻力特性，當(dāng)風(fēng)流經(jīng)過送風(fēng)斷面突然擴(kuò)大處時(shí)（如圖2），此局部阻力 h₁，可按下式計(jì)算：

式中：S₁為靜壓箱進(jìn)風(fēng)管的斷面積，m²；S₂為靜壓箱的斷面積，m²；V₁為靜壓箱進(jìn)風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)流速度，m/s；為空氣的密度，kg/m³。

當(dāng)風(fēng)流經(jīng)過送風(fēng)斷面突然縮小時(shí)（如圖2），風(fēng)流速度急劇地由 V₂變?yōu)?V₃時(shí)，其局部阻力損失h₂為：

式中：S₃為靜壓箱出風(fēng)管的斷面積，m²；S₂為靜壓箱的斷面積，m²；V₃

為靜壓箱出風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)流速度，m/s；為空氣的密度，kg/m³。

由（1）（2）兩式可知，靜壓箱的擴(kuò)張比越大，其阻力會(huì)有所增加，但阻力增加的幅度是隨擴(kuò)張比增大而減小的。

東華大學(xué)的鐘珂等對通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)量分配器性能進(jìn)行了研究。提出“風(fēng)量分配因子”a 作為風(fēng)量分配器（如圖3）均勻出風(fēng)的評價(jià)因子。a 用下式表示：

式中：Q_正為風(fēng)量分配器正向出風(fēng)風(fēng)量，m³/ h ；Q_側(cè)為風(fēng)量分配器側(cè)向出風(fēng)風(fēng)量，m³/h。

對不同的風(fēng)量，分配器安裝形式和角度不同的導(dǎo)流片來研究風(fēng)量分配器的特性。得出：風(fēng)量分配因子只與導(dǎo)流片角度有關(guān)，而與風(fēng)量分配器處理的風(fēng)量大小無關(guān)。當(dāng)導(dǎo)流片角度相同時(shí)，分配器阻力R與總風(fēng)量Q平方成正比，R=kQ²，其中k為分配器阻力系數(shù)。

同時(shí)，他們通過數(shù)值模擬得出：在分配器具體形式及風(fēng)量一定的條件下，當(dāng)風(fēng)量分配器各出風(fēng)管對應(yīng)外接阻力相同時(shí)，風(fēng)量分配因子與無外接阻力時(shí)相同，而與外接阻力本身大小無關(guān)。

2.2 軟風(fēng)管的特性

軟風(fēng)管由于其不同用途，材料也各異。

一般主要有消聲、防火、防腐蝕、防高壓、防輻射等性質(zhì)，因此其特性沒有統(tǒng)一的定論，廠家對于不同材料的軟風(fēng)管一般單獨(dú)標(biāo)定其特性。

本文提出一種可行的軟風(fēng)管特性研究方法。為測定軟風(fēng)管的阻力流量特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的

實(shí)驗(yàn)裝置。該性能測試裝置主要有風(fēng)機(jī)送風(fēng)段、風(fēng)量測量段、壓差測試段以及測試軟風(fēng)管等組成。圖4為軟風(fēng)管性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖。風(fēng)機(jī)段采用變頻風(fēng)機(jī)，在進(jìn)風(fēng)口處裝進(jìn)口噴管和格柵，使進(jìn)口氣流更加均勻、減少波動(dòng)，保證流量的穩(wěn)定；流量測試段采用多個(gè)喉部直徑不同的噴嘴，可根據(jù)實(shí)際流量選用合適的噴嘴及噴嘴組合。在被測軟風(fēng)管前1.5 倍直徑和后 2.5 倍直徑處分別安裝一個(gè)靜壓環(huán)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)參照美國ANSI/ASHRAE Standard 130-2008的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建立，所選用的測試儀器滿足美國ASHARE Standard 41.3-1989和我國GB/T 2614-2006等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

單個(gè)噴嘴的風(fēng)量可通過如下公式計(jì)算：

式中：Q_i為通過單個(gè)噴嘴的空氣流量，m³/h；C為噴嘴流量系數(shù)（流量系數(shù)與雷諾數(shù)之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)參見文獻(xiàn)；A為噴嘴喉部面積，m²；ΔP′為噴嘴前后的靜壓差，Pa；ρ為噴嘴喉部的空氣密度，kg/m³。

式中：P_t為噴嘴進(jìn)口靜壓，Pa；B為大氣壓力，P a ；T 為空氣熱力學(xué)溫度，K。

通過被測軟風(fēng)管的實(shí)際風(fēng)量按如下公式計(jì)算：

式中：Q為通過軟風(fēng)管的空氣流量，m³/ h 。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，將軟風(fēng)管分為直管段、90°彎頭、150°彎頭 3 種測試工況來研究其特性。利用沿程阻力公式：

式中：P 為軟風(fēng)管前后兩端靜壓差，Pa；d 為軟風(fēng)管直徑，m；v 為軟風(fēng)管內(nèi)風(fēng)流風(fēng)速，m³/s；ρ為空氣密度，kg/m³。得出阻力系數(shù)k：

軟風(fēng)管的阻力流量特性對整個(gè)空氣分布平衡系統(tǒng)的均勻送風(fēng)特性研究十分重要。

3 空氣分布平衡系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 變風(fēng)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是通過改變房間的風(fēng)量來滿足室內(nèi)變化的負(fù)荷，當(dāng)房間低于設(shè)計(jì)額定負(fù)荷時(shí)，各VAV BOX的風(fēng)量將自動(dòng)減少，系統(tǒng)總送風(fēng)量的需求也隨之減少，這時(shí)通過自控可以降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低能耗?？諝夥植计胶庀到y(tǒng)正是一種與變風(fēng)量控制裝置相匹配的末端空氣分布系統(tǒng)，能有效地保證末端風(fēng)量的平衡，使空調(diào)區(qū)域冷熱更均勻，節(jié)能更加明顯。以上海某辦公樓一層變風(fēng)量系統(tǒng)為更加明顯。以上海某辦公樓一層變風(fēng)量系統(tǒng)為例（如圖5）加以說明。

在變風(fēng)量系統(tǒng)中由空調(diào)箱送出的風(fēng)直接送至每條支路的VAV BOX箱，空氣分布平衡系統(tǒng)接至VAVBOX 箱之后，能將經(jīng)過調(diào)節(jié)的適當(dāng)風(fēng)量（800m³/h ~2500 m³/h）由各個(gè)軟風(fēng)管送至不同的辦公區(qū)域。其中軟風(fēng)管由二次裝修時(shí)設(shè)計(jì)確定方案并通過計(jì)算得出各支管阻力確定長度及彎頭。由于各出風(fēng)口送出的風(fēng)量較為均勻（±10%），省去了末端風(fēng)量平衡的復(fù)雜調(diào)節(jié)過程，并保證各個(gè)區(qū)域冷熱均勻。其中輔助風(fēng)機(jī)采用低噪聲風(fēng)機(jī)，可適當(dāng)選用增加末端裝置的動(dòng)力，從而減小空調(diào)箱內(nèi)風(fēng)機(jī)的容量，增強(qiáng)節(jié)能效果。消聲空氣平衡箱起到了穩(wěn)定靜壓的作用，使氣流組織更穩(wěn)定，送風(fēng)更均勻，同時(shí)整個(gè)裝置帶有消聲減噪的功能，給辦公室提供了一個(gè)安靜、舒適的人性化的空調(diào)環(huán)境。

3.2 獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前別墅集中新風(fēng)系統(tǒng)存在如下幾個(gè)較難克服的問題：首先，各末端同時(shí)保證最小新風(fēng)量較為困難，各末端阻力平衡調(diào)節(jié)難度大；其次，公寓集中新風(fēng)系統(tǒng)主要采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，耗用人力物力大，且效果不佳；再次，由于調(diào)節(jié)困難，新風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試完成后，風(fēng)量維持在某一特定狀態(tài)下，難以滿足客戶實(shí)際需求。將空氣分布平衡系統(tǒng)運(yùn)用與小型獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，能較好地解決部分存在的問題（如圖6 ）。

利用空氣分布平衡系統(tǒng)均勻出風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)保證各末端阻力平衡，省去手動(dòng)調(diào)平衡的麻煩，對于別墅、住宅的小型新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用十分有效。

3.3 施工工藝

（1）空氣分布平衡系統(tǒng)本體的安裝：將本體用懸掛螺栓在4個(gè)地方固定在鋼板上，懸掛螺栓上下用螺母固定，中間加有懸掛夾具和墊片。

（2）空氣分布平衡系統(tǒng)本體與VAVBOX箱出口風(fēng)管連接：將出口風(fēng)管插入到空氣分布平衡系統(tǒng)的連接入口，用螺絲固定，并且對連接部進(jìn)行保溫處理。

（3）空氣分布平衡系統(tǒng)本體與軟風(fēng)管的連接：將消聲保溫軟風(fēng)管安裝在各個(gè)連接口處，用雙手抓起軟風(fēng)管，邊左右轉(zhuǎn)動(dòng)，邊往里面插入即可。

（4）出風(fēng)口安裝要領(lǐng)：把出風(fēng)口鑲嵌安裝在頂棚 T 型木上，并用懸掛夾具在一個(gè)地方固定。

（5）出風(fēng)口和通風(fēng)軟管的連接：為了避免通風(fēng)軟管的下垂，用吊鉤在中間將其吊起。軟風(fēng)管下垂的水平距離保證在 1.5 m 以內(nèi)，與本體水平距離在1 m 以內(nèi)，與出風(fēng)口水平距離在0.3 m 以內(nèi)。但是盡量不要使軟風(fēng)管出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，如果出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，用縮短吊鉤的間距來解決，吊軟風(fēng)管的吊鉤要用專業(yè)吊鉤。

4 結(jié)語

隨著空氣分布平衡系統(tǒng)的理論和應(yīng)用技術(shù)的深入研究，作為一種輔助性流量分配系統(tǒng)在變風(fēng)量系統(tǒng)中的運(yùn)用前景光明。憑借其多項(xiàng)優(yōu)異性在送風(fēng)系統(tǒng)末端的一體化發(fā)展有著不可小覷的作用。

但由于空氣分布平衡系統(tǒng)的均勻送風(fēng)特性研究仍未取得突破性進(jìn)展，仍需要學(xué)者們對其各組成部進(jìn)行更細(xì)致深入的實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)其聲學(xué)特性及防結(jié)露特性也有待進(jìn)一步研究來綜合提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。