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住宅式中央新风系统原理与应用

2019-03-29 10:49来源:
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近年来,随着中央空调系统和中央净水系统的普及,人们越发认识到改善室内环境的重要性,开始逐渐关注室内空气品质。IAQ 概念的提出反映了室内空气质量的重要性。而传统的换风方式并不能满足人们环保、舒适的要求,于是致力于改善居民住宅空气的中央新风系统逐渐发展起来。 

住宅式中央新风系统原理与应用

原理图

住宅式中央新风系统原理与应用

原理图

1 住宅式中央新风系统介绍住宅式中央新风系统主要由进风单元、通风机组、排风单元和控制单元组成。根据不同的进、排风方式及是否带能量回收装置,住宅式中央新风系统可分为单向流、双向流和双向流带热交换型 3种方式。

1.1单向流新风系统单向流新风系统由自然进风口、室内吸风口、室内吸风管道、通风机组、排风管道、室外排风口、控制装置等组成。以普通单元式住宅为例( 见图1) ,在卧室、起居室、客厅等要求室内空气清新度较高的房间外墙上安装墙式进风口或外窗上安装窗式进风口,在厨房、卫生间及客厅过道等空气相对浑浊的地方顶棚处设置室内吸风口,室内吸风口通过室内吸风管道与通风机组进风口相连,通风机组出风口与室外排风口通过排风管道相连。当通风机组运行时,室内吸风口处附近的空气不断地被排至室外,室内产生负压效应,室外空气在负压作用下通过自然进风口持续不断地进入室内,使室内空气时刻保持清新。

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图 1 单向流新风系统示意图

1.2 双向流新风系统双向流新风系统由室外进风口、进风净化装置、双向流通风机组、室内送风管道、室内送风口、室内回风口、室内回风管道、室外排风口及控制装置等组成,其中双向流通风机组由送风机单元和排风机单元组成。以普通单元式住宅为例( 见图 2) ,室外空气在经过净化装置过滤后,由通风机送风单元送入室内送风管道,经室内送风口进入客厅、卧室、书房等对空气质量要求较高的地方。室内回风口布置在餐厅、卫生间、走廊等空气相对浑浊的地方,在双向流通风机组回风机单元的作用下形成负压,将浑浊空气通过室内回风管道,经室外排风口排出,从而不断保持室内空气循环。

住宅式中央新风系统原理与应用

图 2 双向流新风系统示意图

1. 3 双向流带热交换型新风系统 双向流带热交换型新风系统就是在双向流新 风系统基础上,在双向流通风机组内增加热交换装 置( 见图 3) ,其系统特点与双向流系统没有差 异。在夏季( 冬季) 空调开启条件下,室内温度较 低( 较高) 的空气经双向流排风单元排至室外之 前,在双向流通风机组内通过热交换装置与经双向 流进风单元的室外新风进行能量交换,降低( 提 高) 新风温度和含湿量,从而减少热量( 冷量) 损 失,降低空调新风负荷。

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图 3 热交换新风系统的能量回收示意图

2 分户式中央新风系统分析

据统计,生活在城市中的人们每天大约有 80% 的时间在封闭的室内度过,2003 年 3 月 1 日, 国家颁布实施《室内空气质量标准》,明确规定室 内新风量不得小于 30m3 /( 人·h) [6],而且随着建 筑节能标准的不断提高,门窗的密闭性越来越好, 这使得室内空气长时间得不到更新,二氧化碳浓度 不断增高,甲醛、VOC 等 污 染 物 浓 度 也 严 重 超 标,久而久之,人就会感到头晕、胸闷、恶心等, 容易患上空调病,严重的甚至引起其他难以治愈的 疾病。

2. 1 传统通风方法的弊端 在中央新风系统出现之前,人们传统的室内通 风方法主要有以下几种。

1) 开窗。 一提到通风,人们首先想到的就是开窗。开窗 虽然能够引进部分新风,但同时也带走了大量的热 量( 冷量) ,增加了能耗。新进入的空气没有经过 过滤,带入大量灰尘、汽车尾气等,户外雨水、湿气 也容易进入。在市区或闹市,噪音污染非常严重, 影响人们的心理健康。另外,开窗也容易带来安全 隐患。开窗通风换气效果很不理想。

2) 换气扇。 换气扇没有引入新风,静压值小,只能排出一 部分室内污浊空气,且不能连续排出,运行时间越 长,排气效率越低,噪音大、能耗高、容易损坏,需要 经常清洗和维修。对改善室内空气程度有限。

3) 空气清洁剂。 空气清洁剂是化学制品,一般在使用后只是掩 盖了空气中的异味,不但不能清洁空气,反而加重 了污染,使空气质量变得更差。

4) 负离子发生器或空气净化器。 负离子发生器或空气净化器只能对室内原有空 气进行处理。因功率有限,产生的负离子极易与异 性电荷发生中和反应,室内空气越污浊,处理能力越 低,经过反复处理的空气很不洁净。负离子发生器 在使用过程中有辐射危害,更增加了室内污染。

5) 带部分新风的空调。 带部分新风的空调( 如窗式空调) 仅能送入少 量新风,噪音较大,安装后易渗水,几乎没有效果。

6) 小型家用中央空调。 小型家用中央空调只能引进少量新风,没有排 风口,污浊空气不能迅速排出室外,室内空气改善 情况不明显。

2. 2 中央新风系统的优点 中央新风无需开窗便可向室内供应室外空气,

并将室外空气进行一定的净化处理后送入室内,保证了新风品质,合理组织室外空气进入室 内至排出的气流路线,避免气体串流,污浊空气及 时排出,能够始终保持室内空气品质。下面对 不同形式的住宅式中央新风系统进行分析。

2. 2. 1 单向流新风系统分析 单向流新风系统结构简单,一般通风机组体积 较小容易安装,目前大多数通风机组的厚度都控制 在 30cm 之内,个别超薄型仅有 15cm 左右,可以隐 蔽在卫生间吊顶或厨房吊顶之内,对室内层高几乎 没有影响。室内回风管道和室内回风口一般只布 置在卫生间、厨房及过道,管道布置比较隐蔽,几乎 不会影响业主装修。由于没有机械送风系统,外墙 风向和风压对自然进风口与排风口会产生影响,排 风口应尽量布置在建筑物的背风侧,进风口与室内 吸风口的相对位置,应有利于室内气流从要求较高 的房间流向要求较低的房间。新风进入室内 后,气流单纯依靠负压流动,有时由于房屋结构等 原因,在室内拐角等处存在气流盲区,难以均匀分 布。自然进风口应合理设计,保证气流通畅,并具 备除尘、除湿、防虫、消音功能,同时还要防止啸叫。 以山东省日照市某项目为例,该项目总建筑面 积 15 万 m2 ,以多层公寓为主,多为中小户型,通风 方式的设计要求是保证空气质量的同时,还要尽量 考虑经济性。经过综合论证,采用单向流新风系统 ( 见图 4) ,将通风机组固定在卫生间内,卫生间有 窗口与外界相通,排风口设置在卫生间窗口上方, 排风直接流向室外。回风口安装在卫生间周围,进 风口安装在卧室及客厅窗台下部,客厅与餐厅合为 一个空间,故增加客厅进风口数量,采用下进上回 的方式,当通风机组运转时,气流从卧室、客厅进入 室内,污浊空气集中在卫生间排出,不但节省成本, 而且具有很好的通风效果。

2. 2. 2 双向流新风系统分析 双向流新风系统因采用“机械进风、机械排 风”通风方式,相对于单向流系统增加了机械送 风单元,因此能耗较高,通风机组体积较大,每个送 风房间均布置送风管道,存在与回风管道交叉布置 问题。 我国住宅密度较大,层高普遍较低,管道对房 间净高和装修影响较大。在实际工程中,曾发生过 大部分业主入住时因房地产开发商为住宅商品房 配套的双向流系统与装修布置发生矛盾而将其拆 除的实例。因此在配置双向流新风系统形式时,应 充分考虑室内管道与风口的布置对装修的影响。 双向流新风系统送排风口可以根据室内气流组织 要求灵活布置,使对空气品质要求较高的房间保持 微正压,阻止空气较混浊的房间及室外空气渗入, 实现室内气流均匀分布。此外,还要注意外墙总进 风、排风口的位置,防止排出气流再次通过进风口进入室内。

2. 2. 3 双向流带热交换型新风系统分析双向流带热交换型新风系统虽然具有能量回收的特点,相对其他新风系统能够有效减少室内热量( 冷量) 损耗,但其通风机组更为复杂,系统造价较高。目前,一套热交换型系统造价约为单向流系统的 3 ~ 5 倍,单位时间耗电量约为单向流系统的 2 ~ 3 倍。由于新风量相对于室内空气量较小,回收能量有限。当室内空调系统开启时,进风回收排风的能量具有积极的意义,但当室内空调未开启时,热回收在特定时间反而不利。我国南方地区在夏季夜间有相当长的时间室外温度比室内温度低,此时热交换装置是把温度较低的室外空气被温度较高的室内排风加热后送到室内,即使是在白天,上午也有一段时间室外空气温度比室内温度低,此时采用单向流自然进风对室内有降温效果。若采用热交换新风系统,室外空气在进入室内前被加热,降温效果大大降低,导致室内空调提前开启,延长了空调开启时间,得不偿失。对于室外温度常年高于或低于室内温度,采用热交换装置具有积极意义。

黑龙江哈尔滨某项目采用的就是双向流带热交换型新风系统。该项目位于哈尔滨市,地处我国 北部寒带地区,冬季极端天气温度低于 - 30°。如 果采用单向流新风系统,室外温度极低的空气会直 接进入室内,冷却室内温度,消耗室内热量,不利于 节能减排,也给人不舒适的感觉。采用热交换新风 系统后,室外冷空气在进入室内前,在热交换模块 的作用下,被室内排出空气加热到与室内温差很小 的程度,进入室内后,几乎不会降低室内温度,减小 了热量损失,降低了供热系统负担。 海南地区某项目,位于我国南部热带地区,夏季 极端天气温度高于 30°。采用热交换新风系统,在室 外高温空气进入室内前,先在热交换机组内,利用室 内排出空气将其冷却至与室内温度相当的水平,然后送入室内,减少冷量损失,保持室内空气新鲜。

3 应用现状及存在不足

3. 1 应用现状 目前,国内市场上大多数新风系统由开发商自 行配套使用[14]。单向流新风系统由于造价低、安 装简单、使用成本低、后期维护容易等特点,成为大 多数开发商的首选。而在冬季温差较大的黄河以 北地区,尤其是东北地区,使用单向流新风系统在 冬季会造成较大的热量损失,不利于室内节能保 温,因而多采用带热交换的双向流新风系统。 沿海地区经济相对发达,健康、环保意识比较 超前,对中央新风系统的认可度较高,安装使用新 风系统的数量要远远大于西部地区,新风系统安装 量也在逐年递增,且近几年呈现出强劲增长的趋 势。 此外,很多家庭也开始逐步使用新风系统,新 风系统逐年递增的上万台的零售量就可以说明人 们的环保意识正在逐步增强,对中央新风系统越来 越认可。

住宅式中央新风系统原理与应用

安装过程

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安装条件

3. 2 存在不足

3. 2. 1 噪音问题 虽然目前大多数新风系统运行噪音只有几十 分贝,控制水平较好,但当深夜周围环境十分安静 的时候,其噪音便会突显出来,在一定程度上影响 人们的休息。噪音主要来自于通风主机的运行和 送回风口震动,单向流新风系统中如进风口安装不 到位,也可能产生噪音。

3. 2. 2 气流合理分布问题 由于房型和风机回风口设计方位问题,有些新 风系统在安装时不得不迁就回风口的位置,使得各 回风管长短不一,弯曲程度不同,导致回风压力和 阻力不一致,影响了整个系统的运行效率,造成房 间气流量分布不均,污浊气体不能及时、有效排出。

3. 2. 3 维护问题 新风系统在使用一段时间后,回风管道和机组 内往往会聚积灰尘,其中以双向流系统最为明显。 这样不仅会加重风机负担,徒增耗电量,而且还有 可能造成二次交叉污染。目前大多数新风系统都 是隐藏于吊顶之中,给清洗维护造成一定困难。

4 发展前景 中央新风系统的发展应注意理论的创新,寻求 新的换气方式。 为了更合理有效地置换空间内气体,应开发静 压值更高、噪音更小、更加节能、寿命更长的风机, 如双涡轮式风机、轴流式风机等。风机叶片采用更 轻量化,强度更高的材料,设计出更适于气体流动 的结构,防止喘振、扰流等现象的发生,使气体的流 动更加顺畅。 研究开发无管道式新风系统,尽量少在墙体上 开孔,减少对建筑物结构的破坏。无管道式也省去 了连接管道的麻烦,不再以牺牲层高为代价,而且 布置方式也更加灵活。 发展变频技术,根据系统内压力的变化自动调 整风机转速,使整个空间内气流始终保持在平衡稳 定状态,让使用者感到更加舒适,整个系统更加节 能、环保。

5 结语 住宅式中央新风系统在欧美、日本等国已经有 几十年的应用历史,其中有些国家还强制性将 其作为住宅建筑的标准配备设施之一。我国近年 来才开始认识中央新风系统,并逐渐接受,国家建 设部等住宅建设管理部门颁布实施的《民用建筑 节能管理规定》、《民用建筑工程室内环境污染控 制规范》等一系列针对室内空气污染问题的行业 规范相继出台。目前,中央新风系统发展势头迅 猛,并逐渐形成行业,但相对国内巨大的住宅建设 市场需求,还显得十分渺小。相信随着经济的发展,人们环保意识的增强,再加上国家政策的扶持,中央新风系统必将会有一个广阔的发展前景。
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