动力分布式通风系统(Distributed Fan Ventilation System)与动力集中式通风系统相对应,就是促使风流动的动力分布在各支管上而形成的通风系统,如图2-10所示。也就是除了主风机外,在各个支路上也分别设有支路风机,支路风机可根据所负担区域的实际需求进行调节,主风机根据各个末端的新风需求的总和进行调节。主风机承担干管输送,末端分布风机承担对应支管的输送,而且“分布风机”并非必须设在末端,可以设在支路上任何便于安装、检修的地方。每个支路风机所负责的区域可实现自主独立调节新风量,从而节省了风阀阻力的能耗。
图2-10 动力分布式通风系统示意图
对于流量需经常调节的系统,主风机和各支路风机均应采用可调速风机,对风机的转速实行自动控制,即对各支路的动力进行实时分配,需要多少,给予多少。因为系统中流量的调整和调节均通过对风机的变速控制来实现,所以各支路可不设调节阀。没有调节阀,也就没有调节阀的能耗。对于在运行过程中流量不改变的系统,则可采用固定转速的风机或不对风机进行调速。显然,主风机与各支路风机的压力,对于满足系统要求来说,不只一种组合,而是有多种组合。对于定流量系统,最好的组合主要应当从经济上考虑,即以工程投资小为原则。而对于变流量系统,还应当考虑系统的稳定性,即尽可能减弱各支路间的干扰和影响。
动力分布式通风系统由主风机(Main Fan)、支路风机(Branch Fan)(或分布风机Distributed Fan)、无冲突的控制逻辑及成熟的控制软件、空气品质传感器、人性化的控制面板、智能化的集中控制台、风口和低阻抗的管网组成,如图2-11所示。
图2-11 动力分布式通风系统构成示意图
主风机往往是数字化节能风机或空气处理机组,这种风机的电动机为内置控制系统的直流无刷外转子电动机,具有0~100%无极调速,零电流软启动功能,比传统风机节能40%以上。因此主风机的调控非常简单便捷,只需要对应的控制信号即可调整风机转速从而调整风量。
支路风机往往选择智能变风量模块,模块自带0~10V通信信号接口,可通过传感器感应室内的空气品质,然后分别返回一个信号至模块,模块根据信号自动调整风量大小或开关,或者也可以根据各功能房间的风量、时间运行曲线自动变风量运行。
变风量模块具有以下优点:
1)变风量调节模块带有一定余压,可减小系统主机所需余压。
2)采用了数字控制系统,风量平衡方便,系统调节容易,运转稳定。
3)变风量调节模块可配空气品质或压差传感器,可以根据不同房间的使用要求,根据房间的空气品质或压差变化,自动同步调节送排风量。
4)具有节能性高、体积小、噪声低、安装方便、免维护等优点。
其技术内涵为:采用高效率、低噪声、无级调速的高性能风机,不影响配电品质的可靠的无级调速技术,高适应性的、个性化的调节策略,无冲突的控制逻辑及成熟的控制软件,低阻抗的管网设计,高可靠度、高能效的分布式动力(主、末端风机群)配置和专用的调试技术等。系统特点为:
1)节能性高。采用节能智能风机,部分风量需求时,智能调节风机转速,大大降低了风机能耗。
2)可调节性好。可实现单个房间的风量调节和启闭。智能化控制室内空气品质,满足个性化风量需求。
3)室内空气品质高。设置空气品质传感控制系统,可根据室内空气品质调节风量。
4)智能化程度高。可设置就地和集中控制系统。可通过专用软件及智能控制管理平台实现单台或多台集中远程控制、管理和能耗在线监测,实现智能化运行管理。
动力分布式通风系统有广义和狭义之分。根据是否有实体通风管道分为有风管的动力分布式通风系统和无风管的动力分布式通风系统。在某些情况下,动力分布式通风系统可以全部或部分取消实体风管,仅依靠建筑空间作为流通通道。我们通常把这种无风管的动力分布式通风系统称为广义的动力分布式通风系统,把有风管的动力分布式通风系统称为狭义的动力分布式通风系统。
根据输送空气的内容可以将动力分布式通风系统分为动力分布式新风系统和动力分布式排风系统。以新风系统为例,动力分布式新风系统根据主风机设置情况可分为有主风机和无主风机的动力分布式新风系统。
有主风机的动力分布式新风系统根据风量可变特性可分为定风量、部分末端变风量和所有末端变风量的新风系统。三种系统示意如图2-12~图2-14所示。
无主风机的动力分布式新风系统根据风量可变特性可分为定风量和变风量新风系统。依据支路风机是否调速分为定风量和变风量系统,系统如图2-15所示。
图2-12 动力分布式定风量新风系统(主风机、支路风机均不可调速)
图2-13 动力分布式部分末端变风量新风系统(图中支路风机5可调速)
图2-14 动力分布式变风量新风系统(主风机、所有末端支路风机可调速)
图2-15 无主风机的动力分布式新风系统
实际上,动力分布式通风系统中的动力可分为由风机产生的机械动力和由重力产生的作用力。重力产生的作用力主要由于通风道内外空气密度差及相应高差而产生,这在竖向通风烟囱中可明显体现,只要竖向通风道中的空气密度与外界有差异且具有一定的高差,则会产生重力驱动力,这样就会在竖向通风道中依次形成串联的重力产生的动力分布式通风系统。风机产生的机械动力和重力产生的作用力的不同主要体现在:风机产生的机械动力与风量不是线性关系,可以认为是一元二次关系,而重力产生的作用力与风量无关系,是一水平的直线关系。
动力分布式系统形式与变风量空调系统中的风机动力型变风量末端形式有相似之处,表现为各个末端都带有风机,而其实质原理是不同的,表2-3为两种形式的差异。
动力分布式通风系统作为一种能满足动态风量需求的系统,在保障风量需求、创造良好的室内空气品质并节约能源、同时可动态保障室内压力等方面具有重要的价值。采用动力分布式通风系统的主要优势理由如下:
(1)人员数量变化的适应性 对人员流动较大、类别较多的空间,已有理论研究表明人员存在变化较多空气品质影响较大的情况。若采用定风量系统,按常规设计则存在部分时间(人员较多情况)空气品质不佳情况,给室内人员带来一定的影响,若较大通风设计且定风量运行则又会造成新风处理量大,新风能耗较大的问题,采用动力分布式通风系统可同时弥补上述两者的缺点,在创造良好的空气品质的同时节约能源。
表2-3 风机动力型变风量末端与动力分布式通风末端差异
(2)新风分配的均匀性 常规动力分布式通风系统由于不存在末端可调动力装置,往往会存在靠近主风机的房间新风量大、远离主风机的房间新风量小的情况,形成了较为严重的风量不平衡现状。动力分布式通风系统末端增设可调控动力末端,且该末端采用智能适应机理,智能适应管网的阻力特性,达到不管距离主风机距离怎么变化,风量始终稳定、恰到好处地达到需求,解决了风量输配的不平衡问题。
(3)终端效果的保障性 传统的新风系统是以“风量”作为参数进行设计和调控的,实际上“风量”这一参数是中间参数,并不是室内空气品质的终端参数,室内空气效果终端参数主要是CO 2 、VOC等参数。动力分布式通风系统是以室内空气品质的终端效果参数作为控制参数,动态调整风量以满足室内空气品质的要求,是可动态调控的变风量系统。动力集中式系统却一直保持设计风量输送,无法根据终端效果而调整风量。
(4)室内空气压力的保障性 常规的新风系统只关注送入新风量,排风系统往往采用卫生间换气扇进行间歇排风,这种系统没有考虑到室内的空气压力特性。动力分布式通风系统采用可变送风和排风的动力末端,排风和送风联动调节,可形成稳定的压力梯度设计,有效了保障建筑楼层区域的空气有序流动。