引言

根據國家采暖通風及空氣調節設計規范(GBJI19—87)中規定的要求，我國中央空調系統在新風量設計階段，往往采用按照當地的最高、低氣溫和建筑物在設計規范中要求并考慮到最大冷熱量需求，在此基礎上還要預留10%～20%的設計余量。在空調系統實際運行狀態下，室內人員密度是隨著時間不斷發生著變化，故室內CO2含量也時刻在更新。相應的，新風量就需要時時變化。但在設計階段，新風引入量已經按照最不利人員密度的最大數值確定。也就是說，新風機組大多數時間都是在低于負荷狀態下運行，有時甚至在設計負荷的10%以下運行。如果在低負荷下卻按照高負荷的需求運行，就會導致中央空調的運行效率下降，帶來資源的浪費。

另外，由于空氣調節機組具有定規格特性，不適用于大幅度新風量變化工作(或是變新風量工作將導致機組運行不穩定，降低機組壽命)，這也阻礙了變新風量調節技術在實際工程中的應用。同時，對待中央空調運行過程中產生的冷凝水的傳統做法是將其作為廢物排到下水管道。這種做法既浪費了大量水資源和冷凝水所含的能量[4]，而且有時候會帶來環境上的污染和生活上的不便。針對上述設計中存在的問題，本設計方案采用“基于變頻技術的新風風機研究”，該設計不僅創新地提出了根據CO2濃度監測調節變新風量系統工作，而且打破了新風機組和風閥在變流量體系下工作僵化的狀態，同時通過對回風中CO2的處理以及冷凝水的回收利用，對于節約中央空調耗能和保持室內衛生質量有著重要意義。

1、設計原理

1.1CO2濃度傳感器工作原理

CO2濃度是人群聚集的重要衡量指標[5]，為了在節能的同時提供適宜的空氣環境，需對CO2的濃度進行監測。本系統在回風口安裝CO2濃度傳感器，用來測定室內CO2濃度，將其檢測的數值上傳到PLC控制器。CO2濃度傳感器是通過檢測CO2分子吸取的紅外線來測CO2的比重。由于同一種物質不同濃度時，在同一吸收峰位置有不同的吸收強度，吸收強度與CO2濃度成正比關系。因此通過檢測氣體對光的波長和強度的影響，以確定CO2的濃度。

1.2PLC工作原理

本設計系統利用專用編程軟件，根據對室內CO2濃度的變化情況對PLC進行梯形圖編程，使得PLC輸出控制變頻器的起/停。PLC控制器通過已編程的程序將CO2濃度傳感器傳來的CO2濃度進行處理，將其轉換成電信號，傳送給變頻風機，控制變頻風機轉速。

1.3CO2的凈化裝置

CO2的含量是評價室內空氣質量的重要指標[6]，本系統加入了CO2凈化裝置可以進一步提高回風用量同時改善室內空氣質量。CO2凈化裝置采用表層為聚丙烯腈基的網狀活性炭纖維(ActivatedCarbonFiber)，活性炭纖維因其孔徑分布窄較以往的活性炭粉末和活性炭顆粒有更快的吸附速度和更強的吸附性，且易再生。ACF經過特殊的化學工藝浸漬后，改變了表面的含氮官能團，從而使CO2的吸附能力大幅度提高。ACF能夠出掉靜電場產生的臭氧和CO2，除掉各種異味，以達到調控空氣品質的目的。同時活性炭纖維材料由于其質量輕，成本只是略有提高。

2、設計方案

本設計方案是一種基于CO2濃度傳感器監測和分段調控新風流量系統，現已風機盤管加獨立新風系統夏季工況來說明。紅色圖線標記的是該系統有別于傳統空調系統的設備部件;圖中空氣的溫濕度是便于說明而假定的，實際應根據具體工程條件設定。本設計裝置整體分為上(新風)下(回風)兩側。回風側的CO2濃度傳感裝置通過PLC控制器與新風側的變頻風機相連。回風側CO2濃度傳感器前段裝有CO2處理裝置，在新風側入口處裝有冷凝水處理裝置。在回風側，從室內抽吸26℃的室內空氣進入回風口，通過風閥和過濾器和CO2處理裝置后，在回風管道內CO2濃度傳感器測定回風中的CO2含量，將濃度梯度信號傳送至PLC控制器，PLC將濃度梯度信號分段處理，轉化為控制新風風機轉速的電信號，使得變頻風機可以根據室內人員的實際情況來抽吸室外新風量。

在新風側，被變頻風機抽吸的室外新風(經過冷凝水初步降溫)通過可調節風閥和過濾器后，變量新風(34℃)通過新型的空氣處理機組(不定規格)處理后，再經過加熱(舒適性空調不必，可直接按機器露點送風)加濕把室外空氣處理到送風狀態點(稱O點)18℃，通過風管和散流器輸送到室內。O點狀態空氣帶走室內余熱余濕，沿著熱濕比線(稱ε線)到室內空氣狀態點(稱N點)，維持室內空氣溫度為26℃，相對濕度為60%。有一定空氣齡的空氣再次被抽吸入回風口，并按照上述過程循環往復。本裝置采用變頻風機不僅可較大幅度的提高電網功率因數，節省就地補償裝置，還可以消除啟動時的大電流沖擊，啟動時電機電流可限制在其額定電流的120%以內，減輕電機軸承等運動部件的磨損程度，延長其使用壽命;也在一定程度上具有完善的保護和自保護功能保證設備安全運行，設備可靠性提高，減少備品備件消耗，降低維修成本;在裝置的入風口處添加冷凝水降溫裝置，既可以利用冷凝水所含的能量，又可以降低熱交換機組的負荷;在回風側的CO2濃度傳感裝置前添加凈化裝置，既可以通過降低CO2的濃度以提高回風的使用量進一步節能，同時可以凈化空氣中污染物提高室內空氣質量。

3、結語

本系統通過巧妙設計，減少了中央空調新風機組對新風所做的功，進而大幅度地降低新風機組的耗電量。本系統在實驗室中模擬運行效果良好，各項指標參數都有利于節能。此外，在節能的基礎上即滿足了人員對室內空氣品質的要求，也完全符合國家暖通空調設計規范。所以，本設計方案在公共建筑中央空調新風機組中具有很好的應用前景。