空氣分布平衡系統(tǒng)應用

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、風管施工和風口布置困難的問題，適應辦公大樓的二次裝修，安裝方便，同時能保證各辦公區(qū)域的風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)的結構形式

空氣分布平衡系統(tǒng)是消聲空氣平衡箱（靜壓箱）、軟風管和出風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）送風系統(tǒng)，其具備以下特點：1）無需復雜的調(diào)整可保證末端各出風口風量平衡，各出風口風量平衡可控制在 ±10% 以內(nèi)，避免了一般送風管道的末端風量難以平衡問題。2）低噪聲運行。保證軟風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送風口的位置，而且采用軟風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行了研究。關于靜壓箱的均勻特性，他們提出風流射入靜壓箱以后，必需使其動壓盡可能轉(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張段長度。關于阻力特性，當風流經(jīng)過送風斷面突然擴大處時（如圖2），此局部阻力 h₁，可按下式計算：

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

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

式中：S₃為靜壓箱出風管的斷面積，m²；S₂為靜壓箱的斷面積，m²；V₃

為靜壓箱出風管內(nèi)的風流速度，m/s；為空氣的密度，kg/m³。

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

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

式中：Q_正為風量分配器正向出風風量，m³/ h ；Q_側為風量分配器側向出風風量，m³/h。

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

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

2.2 軟風管的特性

軟風管由于其不同用途，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管一般單獨標定其特性。

本文提出一種可行的軟風管特性研究方法。為測定軟風管的阻力流量特性，設計相應的

實驗裝置。該性能測試裝置主要有風機送風段、風量測量段、壓差測試段以及測試軟風管等組成。圖4為軟風管性能測試實驗臺原理圖。風機段采用變頻風機，在進風口處裝進口噴管和格柵，使進口氣流更加均勻、減少波動，保證流量的穩(wěn)定；流量測試段采用多個喉部直徑不同的噴嘴，可根據(jù)實際流量選用合適的噴嘴及噴嘴組合。在被測軟風管前1.5 倍直徑和后 2.5 倍直徑處分別安裝一個靜壓環(huán)。實驗臺參照美國ANSI/ASHRAE Standard 130-2008的相關標準建立，所選用的測試儀器滿足美國ASHARE Standard 41.3-1989和我國GB/T 2614-2006等相關標準。

單個噴嘴的風量可通過如下公式計算：

式中：Q_i為通過單個噴嘴的空氣流量，m³/h；C為噴嘴流量系數(shù)（流量系數(shù)與雷諾數(shù)之間的對應數(shù)據(jù)參見文獻；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為噴嘴進口靜壓，Pa；B為大氣壓力，P a ；T 為空氣熱力學溫度，K。

通過被測軟風管的實際風量按如下公式計算：

式中：Q為通過軟風管的空氣流量，m³/ h 。

在實驗時，根據(jù)實際情況，將軟風管分為直管段、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 為軟風管前后兩端靜壓差，Pa；d 為軟風管直徑，m；v 為軟風管內(nèi)風流風速，m³/s；ρ為空氣密度，kg/m³。得出阻力系數(shù)k：

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

3 空氣分布平衡系統(tǒng)的應用

3.1 變風量系統(tǒng)中的應用

變風量空調(diào)系統(tǒng)是通過改變房間的風量來滿足室內(nèi)變化的負荷，當房間低于設計額定負荷時，各VAV BOX的風量將自動減少，系統(tǒng)總送風量的需求也隨之減少，這時通過自控可以降低風機的轉(zhuǎn)速，降低能耗?？諝夥植计胶庀到y(tǒng)正是一種與變風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量系統(tǒng)為更加明顯。以上海某辦公樓一層變風量系統(tǒng)為例（如圖5）加以說明。

在變風量系統(tǒng)中由空調(diào)箱送出的風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)的適當風量（800m³/h ~2500 m³/h）由各個軟風管送至不同的辦公區(qū)域。其中軟風管由二次裝修時設計確定方案并通過計算得出各支管阻力確定長度及彎頭。由于各出風口送出的風量較為均勻（±10%），省去了末端風量平衡的復雜調(diào)節(jié)過程，并保證各個區(qū)域冷熱均勻。其中輔助風機采用低噪聲風機，可適當選用增加末端裝置的動力，從而減小空調(diào)箱內(nèi)風機的容量，增強節(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，送風更均勻，同時整個裝置帶有消聲減噪的功能，給辦公室提供了一個安靜、舒適的人性化的空調(diào)環(huán)境。

3.2 獨立新風系統(tǒng)中的應用

目前別墅集中新風系統(tǒng)存在如下幾個較難克服的問題：首先，各末端同時保證最小新風量較為困難，各末端阻力平衡調(diào)節(jié)難度大；其次，公寓集中新風系統(tǒng)主要采用手動調(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，新風系統(tǒng)調(diào)試完成后，風量維持在某一特定狀態(tài)下，難以滿足客戶實際需求。將空氣分布平衡系統(tǒng)運用與小型獨立新風系統(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)均勻出風的優(yōu)點保證各末端阻力平衡，省去手動調(diào)平衡的麻煩，對于別墅、住宅的小型新風系統(tǒng)的應用十分有效。

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

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

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

（5）出風口和通風軟管的連接：為了避免通風軟管的下垂，用吊鉤在中間將其吊起。軟風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)，與出風口水平距離在0.3 m 以內(nèi)。但是盡量不要使軟風管出現(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，吊軟風管的吊鉤要用專業(yè)吊鉤。

4 結語

隨著空氣分布平衡系統(tǒng)的理論和應用技術的深入研究，作為一種輔助性流量分配系統(tǒng)在變風量系統(tǒng)中的運用前景光明。憑借其多項優(yōu)異性在送風系統(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)的均勻送風特性研究仍未取得突破性進展，仍需要學者們對其各組成部進行更細致深入的實驗研究。同時其聲學特性及防結露特性也有待進一步研究來綜合提高整個系統(tǒng)的性能。