2.2 动力集中式通风技术

2.2.1 系统定义

传统的机械通风系统设计，往往是动力集中式系统，即一台送风机或排风机提供管网动力，将空气按设计需要风量通过风管送到不同房间，或从不同房间吸入空气，通过管网集中排到室外。动力集中式通风系统的动力是集中的，往往一个系统承担了许多独立空间的送风或排风，因此当某个末端送风量或排风量需求变化时，只能调节唯一的风机，这就造成了在其他风量需求没有变化的区域，其风量也发生了改变。

对于动力集中式通风系统，风机的余压是根据最不利环路确定的，其他支路的资用压力就会有富余，越靠近动力源，富余量就越大，对于这些富余压头，只能靠增大阻力的方法消耗。最不利支路的流量往往只占系统总流量很小的一部分，而为了这一小部分的流量，其他流量也只好通过风机达到较高的压头，再用阀门消耗掉多余的部分，这造成了很大的能量浪费。只要是动力集中式通风系统，并且具有多个支路，在设计工况下，调节阀能耗就占有颇高的份额。在调节工况下，改变动力的集中调节虽然减少了向系统投入的能量，但阀门能耗所占的份额并没有改变。节流方式的集中调节和局部调节都将使阀门能耗增加，根本原因是系统动力的集中。因此总的来说，动力集中式通风系统在应用上存在一定的弊端，主要有下面几点：①通过风阀实现管网阻力平衡，阀门耗能。②末端风量一般难以很好地按需求进行调控。

2.2.2 系统分类

动力集中式通风系统存在着定风量和变风量两种形式。

1. 动力集中式定风量系统

对于定风量系统，通常由主风机和末端的定风量阀组成，如图2-3、图2-4所示。末端采用自平衡风口或恒风量模块，风机采用直流无刷风机，在风机出风口处设置风量传感器，按设计要求设定需求控制的风量，当风量传感器检测到风机送风量偏离设定风量值时，将信号反馈至风机控制器，控制器根据需求调节风机电动机转速，控制风机送风量为设定风量。

这里面的核心部件是自平衡风口或恒风量模块，如图2-5所示。其原理是通过平衡器中的硅胶气囊感应流经风管的气流，根据不同静压自动收缩或膨胀来实现风量恒定。当进（排）风、出（送）风口处空气静压增大时，气囊便开始膨胀，从而减小气囊周围的间隙和通风截面面积，当进、出口处空气静压减小时则反之。该模块可以在-10～60℃环境中使用，保证流量的波动范围不超过额定流量的10%。

恒风量装置的特点：①调试简单。不需要电力或气动控制，在通风系统中省去了现场调节风量的麻烦。②安装简单。恒风量调节模块能够安装在标准圆形风管里，安装简便。外面一圈密封圈确保了安装密封性，一组金属簧片能确保安装到位。

定风量阀是自动机械机构，无需外部动力。定风量阀在送、排风系统中均可应用，工作温度一般为10～50℃，压差范围为50～150Pa，即阀门前与阀门后至少应有50Pa压差，否则定风量阀门不能工作。这点应注意，因为新风系统新风机组的风压值一般都不大。定风量阀安装时不受位置限制，但阀片轴应保证水平，一般要求有阀门长边1.5倍距离的直线入口风管及0.5倍距离的直线出口风管。定风量阀控制精度高，有外部指针显示流量刻度，调节精度约为±4%，限流机构无须维护，为与系统配套，矩形、圆形、保温、消声型定风量阀均可选择。

然而有的普通系统没有通过传感器来调节主风机，主风机一般是定速风机。因此此类的通风系统，一般只需要在系统调试时一次性完成即可。

2. 动力集中式变风量系统

动力集中式变风量系统如图2-6所示。在该种变风量系统的应用情形中，一种情形是系统服务区域风量需求及变化一致，此时可调节主风机。另一种情形是在各个末端设置变风量调节阀，根据末端的新风量需求通过风机和变风量风阀进行调节。动力集中式通风系统可实现双速（多速）的工况调节，这样一方面满足常规新风量的需求，同时也满足了过渡季节的通风需求。

对于变风量系统，其本身就是一种节能系统，一方面主风机设备可选用节能设备，另一方面可通过运行控制，进行风机的调速实现节能。

变风量系统的一种控制方式是根据空气品质传感器集中控制，如图2-7a所示；另一种方式是通过预设风机运行风量曲线控制，如图2-7b所示。

当采用空气品质传感器系统时，传感器监测室内空气品质，根据系统总环境的空气品质按需自动调节主风机风量，使室内始终达到良好的空气品质环境。这种调节属于反馈调节方法。由图2-7a可以看出，从0点到24点，风量是在不停地动态调节，实现了按需无极调节。

当采用预设风机运行曲线控制时，可根据实测的环境相对固定运行数据、软件设定运行曲线，也可以根据实际需要修订各时段运行比例。这种调节属于前馈调节方法，需要对末端风量的需求有较好的把握。从图2-7b可以看出，从0点到24点，风量是在阶跃地调节，在某段时间内风量会保持相对的稳定。

总的来说，动力集中式通风系统比较简单。对于节能调节来说，主要涉及总风量的变化调节，也就是主风机转速的调节。通过主风机转速实现风机能耗的降低。另外就是可以在过渡季节增大主风机转速，进行热舒适通风，减少空调系统的开启。同样，在疫情发生时，也可以增大风量稀释可能存在的细菌或病毒浓度，减少感染。

2.2.3 调节风阀的选择分析

动力集中式系统是由多个分支组成的管网。各支路中的流量分配要满足要求，首先是通过设定不同的管径，利用管网的自平衡来实现，但若要求末端用户可调节，则需用调节阀来完成。因此各支路阀门的选择是关键。

动力集中式变风量系统采用各支路逐时风量综合最大值及最不利环路阻力作为主风机选择的依据，在计算最不利环路时，主风管某一段的阻力应依据下游各支路风量的逐时综合最大值确定。采用干管静压控制方法，设定某一点的压力恒定，并将其作为风机转速控制的依据。在动力集中式阀门调节系统中，核心关键问题是阀门的可调性能。要使得各支路流量控制在正常范围内且获得稳定的调节控制，就需要对各个支路的调节阀门特性进行合理选择，使之更好地适应控制环路和特定的运行工况。

调节阀的静态特性定义为在恒定压差下阀门的风量与阀门开度之间的关系，两者均以百分数表示。常规的阀门特性有线性、等百分比、快开、抛物线形等。

调节阀通常用阀权度来衡量其流量特性。在阀门全开时，压差Δ p _min 等于支路总资用压差Δ p _max 减去末端风口与管路及其他附件的压力降；在阀门全部关闭时，流量为零，支路总资用压差Δ p _max 就全部作用在阀门上，如图2-8所示。

由于阀门的静态特性是在阀门两端压差恒定的条件下定义的，即Δ p _max 恒定，阀门的阀权度定义为 β =Δ p _min /Δ p _max 。但是在动力集中式可调新风系统中，即使同样的阀门，但其支路总资用压力不同，即阀门两端的压差是不恒定的，这就存在调节阀的实际特性与静态特性不一致。为了在设计时就能很好地考虑后期的运行调节，定义阀门动态阀权度为 β ′=Δ p _min /Δ p ，其中Δ p _min 为阀门全开时在设计流量下的压力降，Δ p 为阀门所在支路实际的资用压力。阀门所在支路的实际资用压力Δ p 通常大于Δ p _max ，这就使得阀门实际运行时的性能曲线会偏离静态时的性能曲线。图2-9为某一阀门动态阀权度下的流量特性曲线。

由图2-9可知，同一个阀门，即静态阀权度确定的情况下，实际运行时的阀权度不同，流量特性也不同，图中按阀权度大小排序为 。显然 β 曲线调节性能优于 、 和 。

对于动力集中式系统，除了最不利环路的实际资用压力Δ p 可能等于Δ p _max 外，其他支路的实际资用压力Δ p 通常均大于Δ p _max 。若在同样的支路风量需求特性及相同的支路阻力特性前提下，选择同样的阀门，它们的流量特性是不同的，越靠近主风机，调节性能越差，越远离主风机，调节性能越好。因此在动力集中性可调风量系统中，首先应确定压力控制点，然后推算各支路的入口压力，初选阀门型号，进而得到各个支路的动态阀权度，利用动态阀权度下的流量特性曲线及系统运行调节要求校核初选阀门是否满足调节要求，若满足调节要求则设定不同流量要求下的阀门开度并作为运行控制的依据，否则重新选择阀门。 b5UOkA3fHXKIjl2oew7AG+fca4sU4wMIN7sfHekBpvfomD1gffLfQDuMDVBPi+61