全空气空调系统设计

来源：暖通南社

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全空气系统的界定

暖通专业为达到房间空气调节的目的，其主要手段其实都是通过空调末端带动室内空气循环达到的。

常选用的两种空调末端：风机盘管，柜式或组合式空调器。 我们通常所说的全空气系统乃相对于风机盘管系统而言。

区别一：二者使用的空调末端不同

风机盘管：单机冷量小、风量小、“冷风比”小，设备尺寸小；

吊顶式空调器、立式空调器、卧式空调器、组合式空调器：恰恰相反。

区别二：二者应用场所不同

风机盘管加独立新风系统：酒店客房、办公室等（小空间、湿负荷小、有分室控制需求、室内温湿度参数控制要求一般）； 全空气系统：商场、超市、大堂、宴会厅等（大空间、人员密集湿负荷大、集中控制更方便），或 洁净厂房、手术室等（有严格温湿度控制要求）；

GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》： 

 全空气系统的分类

单风道系统和双风道系统

定风量系统（CAV）和变风量系统（VAV）

一次回风系统和二次回风系统

高速管道系统和低速管道系统

此处我们主要讨论常见的：低速单风道一次回风定风量系统。

全空气系统是指室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统。此种系统所需空气量多，因而风道断面尺寸较大。集中式空调系统一般属于此类系统。

 优点：送风量大，换气充分，空气污染小；

有专门的过滤段，有较强的空气除湿能力和空气过滤能力；

在春秋过渡季节可实现全新风运行，节约运行能耗；

空调机置于机房内，运转维修容易，能进行完全的空气过滤；

产生震动、噪声传播的问题较少；

缺点：占用机房空间；

占用更多的管道空间、高度；

不适用分隔小空间的独立使用要求；

支风管过多、管路复杂情况下风量调整困难；

全空气系统的设计

通风量的确定：

根据空调负荷计算、换气次数等指标来求出房间所需的通风量。

确定室内状态点，根据房间热、湿负荷确定热湿比，根据舒适度要求等确定送风温差，进而确定送风点。

根据送风点和室内点参数可计算送风量g： 

舒适性空调的送风温差：

反应在焓湿图上： 

按此计算后的送风量应根据设计规范或工艺要求等校核换气次数是否满足要求。

应用最为普遍的空调系统，一次回风露点送风全空气系统：  

计算步骤：      

风口的选定及布置

风口的选定布置和气流组织息息相关。

常见的气流组织：

风口的类型：

1、以安装的位置分：侧送风口、顶送风口(向下送)，地面风口(向上送)；

2、按送出气流的流动状况分：扩散型风口、轴向型风口和孔板送风。

扩散型风口：

具有较大的诱导室内空气的作用，送风温度衰减快，但射程较短。 

扩散型风口：具有较大的诱导室内空气的作用，送风温度衰减快，但射程较短。

平送型方形散流器：导流叶片，使空气贴附顶棚流动，适宜用于送冷风。

送风射程：

散流器中心到末端速度0.5m/s的水平距离；

方形或矩形散流器：四面出风、三面出风、两面出风和一面出风；

下送型的圆形散流器，又称为流线型散流器：叶片间的竖向间距是可调的，送风气流夹角一般为20°~30°；

圆盘型散流器：射流以45°夹角喷出，流型介于平送与下送之间，适宜于送冷、热风；

散流器的规格：按颈部尺寸或直径D来标定。

轴向型风口：诱导室内气流的作用小，空气温度、速度的衰减慢，射程远。

 用于远程送风，轴向型风口，射程(末端速度0.5m/s处)一般可达到10~30m，甚至更远；

通常在大空间(如体育馆、候机大厅)中用作侧送风口；送热风时可用作顶送风口。如既送冷风又送热风，选用可调角喷口。

活动百叶风口：

双层百叶风口：有两层活动百叶，短叶片调节送风扩散角或改变气流方向；长叶片可使送风气流贴附顶棚或下倾一定角度(当送热风时)。

通常装于侧墙上用作侧送风口。 

 旋流风口：风口中有起旋器，空气通过风口后成为旋转气流，并贴附于顶棚上流动；

诱导室内空气能力大、温度和风速衰减快，可用作大风量，大温差送风以减少风口数量；

起旋器位置可上下调节，当起旋器下移时，可使气流变为吹出型，送风高度甚至可达10米以上。 

： 全空气系统一般针对大空间应用，送风口通常选用散流器等扩散型风口。

扩散型风口的布置应结合其气流形态、扩散半径和房间层高、风口风速等条件综合考虑确定。

当气流组织和风口位置确定后，接下来就是布置风管，通过风管将各个送风口和回风口连接起来，为风口提供一个空气流动的通道。

布置风管需要考虑的因素有：

1、尽量缩短管线，力求顺直，减少分支管线，避免复杂的局部构件，以节省材料和减小系统阻力和噪音。

2、要便于施工和检修，恰当处理与空调水管、通风防排烟风管及其他专业管道的关系。

3、风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方。

4、风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。

常见管路布置方式

事实上，多数情况下是二者结合布置：  各支路风量确定：

待总风量、风口风管布置确定后，即可明确各支路的风量。

明确各支路的风量后，为后续风管管路设计及阻力计算作好准备。

风管尺寸的确定：

风管断面形状有圆形和矩形两种。

圆形断面的风管强度大、阻力小、消耗材料少，但加工工艺比较复杂，占用空间多，布置时难以与建筑、结构配合，常用于高速送风的空调系统；

矩形断面的风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间，弯头、三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小。为了节省建筑空间，布置美观，一般民用建筑空调系统送、回风管道的断面形状均以矩形为宜。

常用矩形风管的规格序列如下表所示。为了减少系统阻力，并考虑空调房间吊顶高度的限制，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜小于6。

120、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000。

确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸。保证系统内达到要求的风量分配。

计算风管内的压力损失，最终确定风管的断面尺寸，并选择合适的通风机。

风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。

对于低速送风系统大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。

1．假定流速法

假定流速法也称为比摩阻法。先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是低速送风系统目前最常用的一种计算方法。 2．压损平均法

压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为前提，在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15%。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡等场合。

3．静压复得法

静压复得法的含义是，当流体的全压一定时，风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调系统的水力计算。

风机的确定：

 空调器风机一般都是后倾叶片或前倾叶片的离心风机；

后倾叶片效率高、噪声低，应优先选择；

对于需要风压高的系统，宜选前倾叶片风机；

事实上，我们通常选用的柜式空调器、组合式空调器风机一般都是后倾叶片离心风机。

单风机系统：单风机系统是指只设送风机而不设回风机，整个系统内的压力损失全部由送风机来承担的空调系统。

对于单风机系统来说，要注意到零点的位置，若系统排风位于回风的负压区，则排风不可能通过排风阀排出，必须单设一轴流式排风机，如图中虚线所示。

单风机系统的压力分布

： 双风机系统：

双风机系统是指既设置有送风机而且设置有回风机的空调系统，系统内的压力损失由送风机和回风机共同承担。

特别需要注意的是：新风、排风、回风的位置。

 对于双风机系统来说，排风必须处于回风机的正压段，而新风和回风必须处于送风机的负压段。

如图中所示， ~段由于回风机的加压作用，处于正压区，排风可以通过排风阀直接排出。而~段由于送风机的抽吸作用，处于负压区，新风和回风均可被抽吸进来。为零位阀，通过该阀处的风压应该为零。

其他：

风道的消声：风速控制、消声风管、消声器、消声静压箱；

过滤器的选择：初效过滤器、中效过滤器。