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主要功能指標
汽車空調控制系統的主要功能如下。
?多種工作模式:自動、制冷、化霜、通風。
?多檔風速設定:自動風、低速風、中速風、高速風。
?具有故障運行處理功能。
?面板按鍵操作。
?適配多類型顯示接口。
控制器基本原理
汽車空調控制系統框圖如圖1所示。系統由按鍵掃描、電壓檢測、溫度檢測、風機控制、壓縮機控制、LED數碼管顯示、蜂鳴器報警電路和單片機組成。
單片機工作的主要原理為:掃描鍵盤,當制冷鍵按下,同時無故障報警時系統將ADC采樣的車內溫度與預先設定的制冷溫度比較,如車內溫度高于設定溫度則打開冷凝風機、壓縮機制冷;當車內溫度低于設定溫度2℃時關閉壓縮機、冷凝風機,若此時強制冷鍵按下,系統將忽略預設溫度直接啟動制冷。其中單片機PB0、PB1口輸出高低信號控制MOS管的開關,進而控制風機和壓縮機的起停;PC0口采樣輸入電壓并與系統默認值進行比較,以確定電壓是否正常;PC2口采樣化霜溫度用以確定化霜操作;PC3口采樣車內溫度,將計算的結果輸出至LED數碼管顯示。
系統硬件設計
1 主控芯片簡介
Atmega8單片機具有8Kb的在線編程Flash程序存儲器、512字節EEPROM、1Kb SRAM、32個通用工作寄存器、23個通用I/O口、3個帶比較模式靈活的定時器/計數器、18+2個內外中斷源、1個可編程的SUART接口、1個12C總線接口、4通道的10位ADC、2通道8位ADC、可編程的看門狗定時器、1個SPI接口和5種可通過軟件選擇的節電模式。
2 電源部分
系統供電電路如圖2所示,DC/DC轉換芯片采用MC34063,該芯片具有集成基準電壓、振蕩器同步和輸入電壓范圍寬等特點,其輸出電壓可表示為Volt=1.25(1+R39/R40),輸出電流可達500mA,完全滿足本系統的功耗要求。為了降低干擾,芯片的輸入端和輸出端加了電容C10、C12、C13進行濾波處理。
3 電壓及溫度檢測電路
如圖3所示,電壓、溫度檢測采用單片機內部專用ADC采樣通道,不增加額外芯片有利于降低系統成本。ADC基準電壓等同單片機工作電壓5V,系統輸入電壓經R3、R8分壓簡單濾波后送入PC0(ADC0),此端口根據分壓比連續采樣21次,然后將每次所得值相加即可還原系統輸入電壓;RT1、RT2為負溫度系數傳感器,當溫度上升或下降時其阻值隨之減小或增大,相應ADC端口將多次采樣的電壓值進行數值平均濾波并與已知的電壓/溫度區間比較,得出實時溫度。
4 鍵盤和顯示電路
如圖4所示,由于單片機I/O口有限,鍵盤和顯示電路采用了端口復用,3位8段LED數碼管驅動增加了SN74164串入并出芯片進一步緩解端口有限的壓力。其中鍵盤有7個按鍵,分別為開關機、制冷/通風、強制冷、設定、上增、下減,可以進行溫度設置和新風時間設置等。LED數碼管可以顯示當前車內溫度、系統預設溫度、輸入電壓等,當蜂鳴器報警時能顯示故障代碼為維修調試提供了方便。
5 輸出控制電路
風機、壓縮機輸出控制電路如圖5所示,單片機輸出控制信號經ULA2003反向后驅動晶體管Q2,Q2的集電極再連接壓縮機的起停開關繼電器的控制輸入端,當繼電器由閉合轉為斷開時,二極管D10為繼電器線圈續流。為有效的控制晶體管的導通和關閉,系統增加了高輸入電壓、高灌電流的ULN2003A驅動芯片。其內部采用達林頓輸入電壓最高達50V,灌電流最大500mA。
軟件設計
程序設計可分為兩大部分:主程序和中斷服務程序。
主程序包括定時器、ADC模塊初始化、鍵盤顯示處理、蜂鳴器報警等。主程序初始化后,系統根據ADC轉化結果依次判斷輸入電壓是否正常、溫度傳感器是否有短路斷路現象發生,如有上述情況發生系統將切斷一切輸出同時給出故障代碼,否則顯示室內溫度。然后掃描鍵盤,根據鍵值進行相應的操作,如風量高中低的切換、制冷開/關、強制冷的選擇、制冷溫度設定和新風送風時間設定等。
中斷服務程序包括定時器TO、T1中斷服務程序。定時器TO定時時間為lms,設變量a,每次進入中斷子程序如故障標志位有效則a增加1,在a小于50前開蜂鳴器;當a大干50時關蜂鳴器同時a清零,這樣處理以區別按鍵鈴聲。定時器T1定時時間為ls,主要用于壓縮機、冷凝風機間的延時,也就是連續兩次壓縮機開啟的時間間隔不能少于6s,壓縮機關閉后延時3s關冷凝風機。
[關鍵詞]空調變頻器 控制原理 控制方式
中圖分類號:D522 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)24-0028-01
前言
近幾年,隨著電子技術以及集成電路的不斷發展,生產工藝的提高,功率半導體器件的價格逐步降低,工業上開始重視起變頻調速的開發。因此,相關的專業技術人員認識到開發性能良好的變頻器并將其應用于工業控制中的重要性,這也逐漸成為了變頻空調控制工作者共同追求的目標。
1.變頻器的類型
1.1 交-直-交型
交-直-交型變頻器首先通過整流器將交流電轉變為直流電,再通過逆變器將直流電轉化為頻率可以調節的交流電。這種類型的變頻器是一種間接的變頻調速系統,帶有直流調節環節,并且具有較寬的頻率調節范圍,功率因素較高,一般應用于空調變頻器控制系統以及各種拖動系統。
1.2 交-交型
交-交型變頻器通過利用變頻器將電網交流電直接轉換為電壓和頻率可以調節的交流電,這是一種變頻調速系統,具有較高的工作效率,但是由于其調頻范圍較窄,而且在低速下功率因數較低,因此在低速大功率的拖動裝置中比較適用。
常用的VVVF變頻器通常使用交-直-交型為主,這種類型的變頻器由于中間的濾波方式有所不同而分為電壓型和電流型兩種主要形式。
2.空調變頻器控制原理
空調變頻器由五個部分組成,分別為濾波電路、整流電路、功率因素校正(PFC)電路、逆變電路和MCU控制電路。其中濾波電路濾除電網中的干擾,同時濾除控制器系統對電網產生的EMI干擾。整流電路將交流電轉變為直流電。功率因素校正(PFC)電路將電流信號和電壓信號的相位調整一致,提高空調變頻器效率。逆變電路直流電轉變為頻率可調的三相交流電,用于驅動壓縮機。MCU控制電路為整個變頻控制器的核心部分,為逆變電路以及整個變頻控制器系統提供正確的控制策略。
整流電路能夠同時為逆變電路和控制系統提供工作所需要的直流電源。根據控制方式的不同,整流電源既可以由直流電壓源來充當,也可以由直流電流源來充當。整流電源如果由電壓源來構成的話,直流濾波電路則主要是由容量較大的電解電容等元器件構成的。若整流電路是電流源的話,直流濾波電路則是由容量較大的電感組成的。直流濾波電路能夠將整流電路所輸出的直流電進行濾波,這樣就可以得到高質量的直流電源,保證逆變電路以及控制系統的正常工作。在某些情況下,直流濾波電路還可以由制動電阻以及其他種類的輔助電路等組成,這樣可以實現對電動機的制動。
功率因素校正(PFC)電路通過MCU 算法將電流信號和電壓信號的相位調整一致,減小無功功率,提高空調變頻器效率。同時功率因素校正(PFC)電路是BOOST拓展模式,可以將整流電路輸出的直流電壓進行升壓,供逆變器對壓縮機的高頻控制。
逆變電路通過智能功率模塊(IPM)將整流電路輸出的高質量直流電源轉變為頻率可以調節的三相交流電源,驅動變頻空調壓縮機。
MCU控制電路是空調變頻器的核心部分,是變頻器的大腦,控制整個空調變頻器系統的穩定可靠運行。包括對PFC電路的控制調節,逆變電路的控制調節等,同時將及負載反饋回來的關鍵信號進行處理,進而控制及負載的運行。
3.空調變頻器控制方式
空調變頻器主要是通過電子技術和計算機技術等來獲取空調工作過程中所需要的電壓、電流和相應的頻率。各種不同類型的變頻器輸出一般都是電壓和頻率可變,而磁通量保持恒定不變。具有不同頻率的電動機的機械特性各不相同,但是在工作時的氣隙強度變化非常微小,因此在調速時,應當盡量使氣隙磁通量保持為恒定不變的值。
4. 空調變頻器的控制特性
SPWM型的變頻裝置由于其電動機的力矩是不受任何控制的,因此無法在高度精確的條件下控制轉速,因此對于其應用范圍就有了一定的限制,目前SPWM型變頻器只能用于風機和泵類負載使用。如果空調變頻裝置使用的是矢量變換技術的話就能夠對電機的磁通分量和力矩分量進行較為精確的分解,同時還能在更高的精度下對它們進行控制,這樣就可以使電動機在力矩和速度方面獲得良好的使用特性,因此這種類型的變頻器不僅能夠應用于風機以及泵類負載,同時還能對力矩和矢量的變換進行觀測,但是實際上它的控制效果一般很難與理論分析所達到的效果相匹配,而且它在使用時必須要提前知道轉子磁鏈在空間上的具置才能夠對定子電流進行控制,因此在控制系統中必須要配制出相應的轉子或者速度傳感器,這種設定使其在很多場合都不適用。
直接轉矩控制由于能夠直接控制定子磁鏈,因此具有一定的優越性,在使用時不需要提前知道轉速信息,而且在控制時除了定子的電阻之外能夠完美適應其他所有的電機參數,而且引入的定子磁鏈觀測器可以很迅速地對同步的速度信息進行估算,因此很容易就可以實現無速度傳感器化,這種傳感器也被稱為無速度傳感器(簡稱DTC)。無速度傳感器需要使用足夠精確的電機數學模型以及能夠自動識別電機參數的系統才能夠正常運行,并且自動識別出電機在運行過程中的定子阻抗互感、電動機慣量等許多重要的參數,并根據精確的模型來估算或者計算出電動機的轉子轉速和實際的轉矩等信息。這種系統具有很高的精確度,因此在轉矩響應速度和控制精度等方面都具有一定的優越性,但是由于電機轉子參數無法收到控制,因此會產生一些轉矩脈動,這就在一定程度上降低了調速的范圍以及特性,該系統可以應用于風機和泵類負載,或者是一些對調整范圍沒有較高要求的場合。
在交流的調速系統中,只要能夠保證系統指示的要求,使用簡單的結構、成熟的技術以及盡量低的成本和盡量小的工作量來選擇出最佳的系統配置,而且應當盡量克服掉盲目追求高新技術的心態,防止造成高投資、復雜技術設計、工作量大的局面,因為如果只是一味的追求高級的系統配置而忽略了現有的技術手段和工作人員的專業知識水平就會使事情事倍功半,反而不能全部發揮出高科技的優越性。首先,可以按照負載的類型來選擇調速裝置,負載在發生變化時,一般都是速度的變化越小,系統的穩定性越好,因此為了減少系統的誤差性一般會使負載的靜態速度較小,機械特性越硬。但是也會有一些負載需要機械特性較軟,當發現負載超重使應當為了保障安全性而降低速度。其次,考慮到調速的經濟性,應當首先想到設備的投資水平,一般來說都會有特定的系統調速要求,因此在選擇變頻器調速裝置的時候應當根據要求慎重選擇,例如風機和水泵等由于其為一般性節能調速,因此絕對不能選擇矢量控制類型的變頻器;而在一些對于轉矩和調速特性要求較高的場合,應當直接選擇矢量控制型的變頻裝備。
5.結語
空調變頻器是一種新型的節能控制設備,在一些發達國家具有廣泛的應用,近年來在我國也得到了逐漸的推廣。目前常用的空調變頻器使用的就是VVVF調控設備,該設備能夠取代常用的啟動裝置,而且能夠節省20%的電能。對于相關的管理人員來說,只有具備了相關的理論知識和專業基礎才能夠實現系統的正確運行,同時還要做好系統的日常維護工作。如果國內的空調變頻器技術能夠達到足夠的可靠性的話,對于我國來說無疑是一個巨大的貢獻。
參考文獻:
關鍵詞:給排水設備;電氣控制安裝
1 給排水設備中水泵變頻控制系統的安裝要點
1.1 安裝工藝流程
(1)水泵電機的變頻控制系統的安裝工藝應當與水泵、管道、電氣安裝等分項工程配合施工,并以設備安裝作為主線。設備安裝的具體工藝過程包括:基礎檢查、設備檢驗、運輸就位、調整固定等等。
(2)電氣安裝主要包括以下工序:管線預埋、穿線、安裝盤柜、檢查、接線以及試驗等等。
(3)在變頻控制系統安裝中,技術難度相對較大的工序包括:儀表校驗、預埋管線、控制設備安裝、調試等等。
(4)試車。單機試車應當由各個專業配合進行;聯動試車的基本要求如下:先陸續投入顯示儀表,在全部儀表試運行正常之后,由手段切換至自動控制,再模擬供水需求對工況進行變換,變頻控制設備應當能夠對各種工況作出響應,并控制水泵電機的轉速隨工況變化而變化。
1.2 關鍵設備選擇
(1)變頻控制器。選用的變頻控制器應當滿足如下要求:變頻控制器的一次電流應當滿足電機全負荷運行的要求,載流量應當為電機額定電流的1.2~1.5倍左右,一次線路設備的耐壓強度應當為電機電壓的1.5倍;變頻器的頻率應當在0~50 Hz這一區間范圍內。
(2)控制儀表。在本系統中,控制儀表主要包括緩閉止回閥和流量孔板,在選擇時,其公稱壓力等級與直徑均應當與管道相一致,同時,在安裝的過程中,既可以與管段相垂直,也可以與管道保持水平,但必須注意的是,應當與主管道閥門或是管件之間保持500mm以上的距離,這樣能夠有效防止管道內部的介質流速突然發生變化影響測量結果的準確性;儀表三閥組的公稱通徑為DN10,公稱壓力2.5 MPa;儀表導壓管道采用的是10#無縫鋼管;水錘消除器的排水口直徑一般只需要為主管道直徑的50%~80%
即可,它的主要作用是當管道系統出現水錘時,消除器自行啟動,并將大量的水排除,借此來消除水錘現象,基于這一原因,消除器的排水管道應當與地面水池相連接,同時也可以與給水管道的入口相連接。
1.3 安裝操作要點
(1)在安裝電氣、儀表以及預埋信號管線時,應當與土建工程的地面和墻面施工配合進行。同時,各類電氣元件、控制設備以及儀表等全部應當與設計或是批準文件的要求相符;材料、設備等則應當三證俱全,儀表需要進行校驗,并由校驗單位出具合格報告之后方可進行安裝;閥門應當在安裝現場進行水壓試驗,并由相關人員進行詳細記錄;水泵的電氣動力系統以及控制設備應當與水泵安裝在同一房間內,安裝時,應當與水泵保持10 m左右的距離,應當避免安裝在潮濕的位置處,盡可能選在易于使用、檢查和維修的地方。
(2)電氣的動力設備、控制盤柜以及各類元件等均應當與設計要求相符,并且全部需要具備三證和電氣原理圖以及接線圖。同時,要確保內部儀表齊全,接線正確,絕緣良好,通常情況下,儀表信號以及控制電纜線路的相間絕緣電阻應當大于20 MΩ;在對一次動力線路以及儀表控制線路進行接線時,應當確保接線正確、絕緣良好,需要進行固定的線路應當保證固定牢靠;必須在重要的線路接線端子上設置相關標志。
(3)所有的動力設備、電氣線路以及控制盤柜的金屬穿線管、電纜橋架等均應當采取可靠的方式進行接地,同時,管件連接的位置處和電纜橋架接頭的位置處,應當安裝接地跨接線。
2 給排水設備電氣控制質量與安全措施
給排水設備的電氣控制安裝與調試是一項較為復雜且系統的工作,由于整個過程中涉及的內容較多,一旦某個環節出現問題,都可能對整體安裝質量造成影響,由此還會間接影響調試工作的順利進行。為此,必須在安裝過程中,了解并掌握安裝技術要點,并采取相應的措施控制好安裝質量,為后續的調試工作打好基礎,只有這樣,才能保證控制系統的安全、穩定運行,也才能使給排水設備實現節能降耗的目的,這對于建筑總體能耗的降低具有非常重要的現實意義。
1、質量控制措施。為了確保安裝的整體質量,可采取如下控制措施:給水水泵的安裝與固定校正必須與相關規范標準的規定要求相符;安裝完畢后需要繪制詳細的竣工圖和接線圖,并對所有的運行參數及零部件清單進行收集、整理、歸檔;正確編寫運行操作規程,并交付使用單位。
2、安全措施。各個工作在進行安裝作業時,必須嚴格按照相關操作規程進行作業;安裝過程中,應當確保用電安全,可在施工現場實行三相五線制,同時,要正確使用儀器儀表;起重運輸、儀表校驗以及試車完畢后,必須及時將電源切斷,以免發生觸電事故;當系統、元件以及機械設備等出現故障時,應當先將工作電源切斷,然后再進行檢查和維修,不得帶電進行檢修作業。
當電氣動力系統、儀表、水泵以及管道系統等等全部安裝完成之后,應當先進行單機試驗,具體做法如下:甩開儀表的測量回路和變頻系統,并在工頻狀態下進行試驗,主要包括電動機空轉試車、帶動水泵運行試車、止回閥和水錘消除器開啟與閉合試驗等等。
在單車試驗完畢后,需要對儀表進行現場試驗,具體做法如下:依次將平衡閥、正壓和負壓閥門打開,然后將變頻器的直流電源接通,當變頻器通電之后,孔板測出壓差信號并將之發送給壓差變送器,在由壓差變送器將之轉換為4~20 mA的壓差信號電流,通常情況下,該電流值的變化與流量變化的平方成正比,實際的讀數可以從流量顯示表中的讀出,通過切換還能夠讀出累計的流量數據。當切斷工頻電源之后,投入變頻電源,系統能夠正常工作,則表明調試成功,此時便可正式投入運行。在給水水泵實現變頻控制后,水泵轉速只需要1/3左右,也就是說,轉速降低了2/3,電動機的功率消耗也隨之下降,約為29.6%左右,進一步降低了電能消耗量。
3 結束語
總之,隨著建筑工程的快速發展,電氣設備在建筑工程中的重要性越來越突出,目前我國電氣設備安裝與調試中的問題逐漸顯露出來,引起了社會各界的廣泛關注。電氣設備控制系統的安裝與調試工作是確保電氣工程穩定運行的重要基礎保障,只有電氣設備控制系統的安裝調試工作順利進行,電氣工程施工才可以保證穩固持續運轉。
參考文獻
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[3] 劉淑霞.監理工程師應加強建筑給排水安裝工程中的全過程質量管理[J].科學發展.2009.
關鍵詞:比例調節 引射式 電子式 機械式 預混燃燒
1、概述
對于燃氣預混式燃燒器,在燃燒過程中,特別是在負荷變化過程中始終保證燃氣與空氣的混合比例恒定,是保證穩定的燃燒工況、提高燃燒效率和減少污染物的排放的先決條件。因此,設計一個精確可靠的燃氣/空氣比例調節系統是非常重要的。特別是對全預混燃燒器,穩定的燃氣/空氣比例系數是實現穩定燃燒的基本條件。
實現燃氣、空氣比例調節的方式如下:對于普通的大氣式燃氣燃燒器,由于引射器在一定范圍內具有自動調節能力,即當燃氣噴嘴的流量發生變化時,被引射進入的一次空氣量也會隨之發生相應變化,這在一定程度上保證了燃氣/空氣比例的恒定;對于鼓風式預混式燃燒器,由于燃氣和空氣混合方式的不同,就需要使用調節裝置實現燃氣/空氣比例的控制。目前實現這一功能的技術主要有兩種:電子式恒比例控制技術和機械式恒比例控制技術。
2、燃氣/空氣比例調節方案
2.1 引射式比例調節
目前多數燃氣燃燒設備采用的是引射式比例調節,其核心部件為文丘里管,它由收縮管、頸管和擴散管三部分部分組成,如圖1所示。該種比例調節方式的缺點一是只能預混部分空氣,二是當熱負荷較大時,燃燒器結構比較笨重。以紅外陶瓷板燃燒器為例,燃氣引射空氣的引射比需要達到1比10至1比11,對于液化石油氣引射比需要高達1比35之多。要達到如此大的引射比,在目前陶瓷板的阻力和液化石油氣的額定壓力(2800帕)條件下,要達到足夠的引射比,必須保證噴嘴與文吐利嚴格對中,文吐利管內壁光滑。否則也是不容易達到的。就是可以達到也會因負荷加大使引射器體積過分龐大,而不能使用。
現在的形勢是,已經有了空氣鼓風,完全可以考慮甩開燃氣引射空氣的引射器,利用空氣與燃氣的壓力機混合。很明顯在這種條件下,空氣引射燃氣將會大大地降低引射比,同時也會減小引射器的體積。
圖1 燃氣/空氣引射式比例調節
1、收縮管;2、頸管;3、擴散管
2.2 電子式恒比例調節
電子式恒比例調節是利用流量傳感器檢測到空氣流量信號,控制器根據該信號經相應的運算后控制燃氣比例調節閥,以維持燃氣與空氣流量比例的恒定。該種控制方式經常應用于大中型燃燒設備。
圖2 電子式比例調節
以我們研發的智能化中餐灶自動控制系統為例進行說明。該燃燒器設置三段火負荷,其燃氣比例閥電流在不同火種時分別為:大火(DC180~250mA±5mA)、中火(DC130~220mA±5mA)、小火(DC120~180mA±5mA)。系統進入燃燒狀態時需要調節比例閥電流參數,有三種火模式調節。系統在燃燒過程中切換火(小、中、大火)時,每一種火切換后風機運行至與火種相應:低速風機對應小火,中速風機對應中火,高速風機對應大火。
2.3 機械式恒比例調節
機械式比例調節是利用風壓變化自動調節燃氣流量的等比例控制技術。這種燃燒器的鼓風量與燃氣流量聯動,燃燒器利用控制器驅動空氣蝶閥以改變空氣路風壓,風壓信號通過連通管同步控制燃氣閥的開度。工作時隨著控制器信號的變化,空氣蝶閥與燃氣閥同時改變開度,從而同步控制空氣量與燃氣量,實現了對火焰大小的控制。
該調節控制方案中使用的燃氣閥組主要包括:安全切斷電磁閥EV1、伺服電磁閥EV2、伺服壓力調節閥RP、零點遷移量調節器G/A、空燃比例調節閥RQ等組成,如圖 3所示。
圖3 燃氣閥組控制原理
FL-進口過濾器;EV1-安全電磁閥;FLP-點火燃燒器過濾器;RP-伺服壓力調節器;G/A-零點遷移量調節器;EV2-伺服電磁閥;RQ-空燃比例閥
圖4 燃氣閥組內部結構
1、燃氣進口;2、安全閥;3、燃氣噴嘴;4、空氣取壓管;5、進口測壓口;6、出口測壓口;7、比例調節
圖4為這一系統的內部結構原理圖,其工作過程如下:
當兩個電磁閥EV1、EV2線圈均不得電時,在閥組入口處測得燃氣壓力為燃氣額定壓力。當電磁閥EV1開啟時,點火燃燒器開始工作;當電磁閥EV2開啟后,主燃燒器才能工作。
當需要提高燃燒負荷時,首先要提高風機轉速,使風量增加,此時經空氣取壓管使得膜片上側壓力增大,指揮閥的閥口被關小。其結果是使得原經過指揮閥閥口、聯通孔的燃氣泄流阻力增加,進而使得經聯通孔導入調節閥膜片下側的壓力增加,調節閥被開大,燃氣流量增加。在此過程中,膜片上側彈簧的位移很小,因此認為彈簧的彈力恒定不變。此時無論風量如何變化,均能保持比例關系。當需要降低燃燒負荷時,調節過程相反。
3、結語
(1)對比分析三種不同燃氣/空氣比例調節方案,實踐上可根據實際情況自行選擇設計。
(2)引射式比例控制簡單,但不適用于完全預混式燃燒器。
(3)電子式比例調節控制對大中型燃燒設備較準確,但對家用型燃燒設備靈敏性不夠。
(4)機械式比例調節控制采用文丘里引射管與燃氣比例閥相結合的方式,能夠較理想的實現燃空比例控制,可廣泛用于燃氣燃燒設備。
參考文獻
[1]傅忠誠.燃氣燃燒新裝置[M].北京:中國建筑工業出版社,1984.
[2]同濟大學,重慶建筑大學,哈爾濱建筑大學,北京建筑工程學院.燃氣燃燒與應用(第三版)[M].中國建筑工業出版社,2000.
關鍵字:通風空調 空氣品質影響 新風量
中圖分類號: TD724 文獻標識碼: A 文章編號:
隨著我國經濟的快速發展,通風空調逐步走進尋常百姓的生活中,它在給我們帶來恬適舒心的身心感受的同時也造成了較為嚴重的室內空氣污染。由此,研究通風空調對室內空氣品質的影響,提升室內空氣質量變成與人們息息相關的重點。
一、新風量標準
新風對于提高室內空氣品質有非常積極的作用,它可以稀釋和帶走在室內產生的污染物。目前國內尚無室內空氣品質評價標準。美國ASHRAE標準62-1999給出的可接受室內空氣品質(Acceptable Indoor Air Quality)定義為室內已知的污染物沒有達到權威機構所確定的有害濃度,處于該空氣中的絕大多數人員(≥80%)沒有感到不滿意[2]。它的定義包括了主、客觀評價兩個方面,比較適合我國國情。該標準還規定,由于人們對絕大多數氣味適應很快,所以最小通風量的確定是依據已適應者(室內人員)而不是未適應者(來訪者)。
按照現行規范,空調系統新風量的標準是取人員最小新風量和維持房間正壓所需新風量中的較大值,并不應小于總送風量的10%[3]。
關于人員新風標準,國內外標準不徑相同。美國ASHRAE標準62-1999給出了不同建筑物中人員新風量的標準,比以前版本提高了很多。例如辦公室人員新風標準為36m3/h.p,人員最大密度為14.3m2/人(7人/100m2)。北京市建筑設計院設備專業技術措施中,普通辦公室人員新風標準為25m3/h.p,按照國內辦公室人員密度大約為6~10m2/人(10~16人/100m2)。有文獻提出人員新風標準應為33~42m3/h.p。文獻[4]實測了7幢辦公樓的新風量發現,人員數量波動性比較大,所以人均新風量差別比較大。但是按面積平均卻相差不大,新風量實測值為2.2~3.92m3/h.m2。實際工程設計中,就目前我國辦公室人員密度來講,維持房間正壓所需新風量一般小于人員最小新風量,筆者認為新風標準應為25~30m3/h.p(2.5~5m3/h.m2)。
因為室內人員的數量難以估計準確,所以筆者認為制定新風量標準時,應該參考國外標準,根據建筑物功能,給出新風量標準,同時也要給出人員密度指標。
二、新風處理和新風質量
外空氣首先要經過濾除塵,然后再通過加熱或冷卻等手段,達到所需參數。新風過濾對維護室內空氣品質極為重要。一般空調系統應設置兩級過濾,第一級過濾采用效率30%的粗效過濾器,第二級過濾采用效率為65%~85%的中效過濾器。對于凈化空調機組,應采用三級過濾,除初中效過濾器外,還要增加亞高效過濾器。
需要指出的是,目前新風過濾主要考慮室外顆粒污染物的除去,而室內空氣品質涉及到的除室外固體污染物外,還有室外氣態污染物。因此,新風處理還必須考慮室外氣體污染物的過濾和吸附,從而使新風質量達到應有的標準。
空氣過濾器的清洗和更換是目前空調運行管理的難點,尤其是常用的玻璃纖維過濾器無法清洗,而無紡布過濾器只能清洗數次。與超聲波配合的靜電除塵器可以獲得很高的除塵效率并且不使粉塵積存在電極上,通過機械裝置可實現自動清灰。應該成為今后的發展和研究方向??諝膺^濾器應設置自動清灰裝置,以減輕人工清洗的維護工作量和防止灰塵的二次飛揚污染。簡單的方法是安裝過濾器阻力聲光報警裝置,以便監督及時清洗。
室外空氣的質量只要不處于工業區,一般不會有太大問題。如果新風入口靠近裝卸碼頭或高速公路,應裝設一氧化碳檢測器,當室外空氣質量較差時,以減少進入建筑物的室外新風量。工程設計中新風吸入口要避免污染,百葉窗應加防水罩等措施,防止雨水或雪水滲入新風引入口污染過濾器。新風口應該與排風口保持一定距離,或在不同方向設置,不要被冷卻塔飄逸的水滴污染。新風開口面積應滿足全新風運行要求。
三、氣流組織
空調系統設計的氣流組織對IAQ影響很大,氣流組織設計合理,不僅可以將新鮮空氣按質按量地送到人員活動區,還可及時將污染物排出。如果設計不當,容易造成送、回風短路,房間內有空氣滯留區。
工程設計中受各種條件限制,房間氣流組織大多采用上送上回形式,送風散流器大都是平流型(射流的射出角度大于40°),送風形成貼附,很容易經回風口帶走而短路。因此,選用散流器時應用射出角度小于40°的直流型,這種散流器能較好地將風送至人員活動區,避免了短路,提高了人員活動區的空氣質量。布置送、回風口時,應盡量布置合理,避免產生房間死角。例如旅館標準客房的臥式安裝風機盤管,因為條件限制,只能位于門口上方位置,建議側送風口采用雙層或三層百葉送風口,以便通過調節水平、垂直葉片,改變送風傾角和射流擴散角,達到減少空氣滯留區的面積,以保證室內空氣品質。
如果有條件的話,盡量采用上送下回的形式,因為對工作區來講,這種送風形式比上送上回系統排除污染物的能力強。
四、運行工況
目前,空調系統的二次污染問題日益突出,國內外研究重點已經轉移到研究建筑結構與通風空調系統的二次污染。所謂二次污染是由于空調系統自身問題如盤管、凝水盤、水封、加濕器、長期處于高濕度下的空氣過濾器所引起的局部積塵和高濕度(一次污染),或建筑結構與材料吸潮積塵導致細菌大量定植、繁殖,產生大量有害的代謝物,大大降低了空氣品質的可接受性,使人過敏,危害健康(二次污染)。
各項研究結果表明,當室內相對濕度高于70%,有利于微生物滋長。而降低微生物污染的最有效手段是控制塵埃和濕度。關于空氣過濾的問題,文章前面已經討論過。空調系統中盤管、凝水盤和加濕器是微生物的主要生長地。
對于新風加風機盤管系統,新風機組可采用低溫送風,承擔全部室內濕負荷,使風機盤管處于干工況運行,減少細菌滋生。增加的新風負荷可通過全熱或顯熱排風熱回收裝置,如轉輪式全熱交換器等,達到節能目的。
空調加濕介質應優先采用蒸汽源,但蒸汽中必須不含對人體有害的物質。如果采用循環水加濕時,水質應達到飲用水標準。循環水應經過處理,防止細菌滋生,如可采用紫外線消毒的方法。
五、節能措施
由于新風對室內IAQ的積極作用,所以今后的發展趨勢將增大系統的新風比,為了減輕或消除相應的額外負荷,可以采用全熱交換、低溫水、閉式單環路熱回收再熱系統等新風預處理技術,并與目前常規的通風空調設備和運行技術相結合組成最佳方案[5]。
目前出現了不少空調新技術,如置換通風、動態工位調節、椅下低速送風及波動送風等。文獻提出一種波動送風的工作區---背景區設備。經過計算實例,比傳統風機盤管和VAV節能20%。國家大劇院工程觀眾廳采用了變新風比的置換通風系統,經過模擬計算與常規系統比較發現,采用置換通風后,衛生狀況改善,變新風比節能效果可達到7%。