空調系統設計與新風系統技術知識【一定收藏】

一、定義和目的

通風即利用自然或機械的手段將室內空氣和外界空氣進行交換，故也稱“換氣”，通風換氣可達到以下幾個目的：滿足人體的呼吸（以CO2濃度作為指標）；有害物質、煙、臭氣等的排出；熱量的排出；燃燒空氣的補充。當進行通風換氣設計時，考慮節能性，應選擇最小的外部空氣量進行適當的設計。

二、通風換氣的分類

除了以上按照不同通風方法進行分類以外，還可以將通風換氣分為局部換氣和全面換氣。局部換氣是對發生污染的局部進行換氣，適用于污染源固定的污染場所，比如像廚房、工廠、實驗室等這類的地方。全面換氣是隨著全體空氣的更換對室內空氣的污染濃度進行稀釋的一個過程，它適用于污染源分散或不固定而無法采用局部排風的情況，比如像辦公室、工廠、倉庫、集會所等這類地方。

三、通風換氣的方法

通風包括自然通風、機械通風或自然通風與機械通風聯合使用等多種方法。暖通南社微信課件多次提到。

1、自然通風：利用自然風所產生的壓力差和通過建筑物內外的溫度差產生的浮力進行換氣。當因自然換氣比起機械換氣來講能力較小，又會受到自然界的影響，所以有時達不到所期待的效果。

2、機械通風：利用送風機或排風機等機械力量將室內的空氣進行強制性的更換，如果進行了合理的換氣設計，便可以達到理想的換氣目的。當決定了換氣方式時，應該注意設計房間和鄰室產生的壓力差。為了防止被污染空氣的流入，要注意換氣方式和風量平衡，也就是說為了避免污染度較高的房間里的氣體流入外界，送風量應小于排風量，以保證房間負壓；當要求潔凈的房間，周圍環境較差時，送風量應大于排風量，以保證房間正壓。

四、機械通風的方式

根據通風動力應用方式的不同，機械通風可分為三種。

方式一：給氣和排氣均利用機械力量。此種方式對于房間的送風量和排風量都可以進行很好的控制，從而可以保證室內的風量平衡或控制房間處于正壓或負壓狀態。全熱交換器即為此種方式。

方式二：利用機械力量，自然排風。此時室內一般都出于正壓狀態。熱泵型全新風機即為機械給氣，如要保證室內的風量平衡，在進行全新風設計時，一般都另外需要考慮設置排風風機。

方式三：利用機械力量，自然給風。此種方式一般應用在衛生間、病房等需要負壓狀態的場所。

五、新風處理的方法

現今，由于人們對于室內環境舒適度與健康性的要求越來越高，室內不僅需要適宜的溫度和濕度，還必須有新鮮的空氣，所以新風系統的設計也越來越多的被人們關注。新風引入方式有自然通風和機械通風兩種。

目前在新風引入方面與VRF系統結合使用的比較多的設備有全熱交換器和全新風機兩種，這兩種設備都能很好的與VRF系統進行聯動和統一控制，將新風系統和空調系統完美的融合為一體，為用戶提供更為舒適的空調環境。

1全熱交換器

全熱交換器是一種可以進行熱回收的換氣設備，能在換氣的同時進行室內排氣的能量回收，從而可以降低空調負荷，減少空調設備的容量、投資費用和運行費用。其原理是把室內空氣和室外的新風通過熱交換元件進行換熱，也就是利用排風的余熱對新風進行處理，有效地節約能源并能同時解決新風問題，提高舒適性。全熱交換器是由熱交換元件、風管接口、多葉片風扇、風扇電機以及空氣濾網組成。

空調設備中新風的引入量，根據《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015中以普通辦公室為例，如在室人員以4m2/人、30m3/h人的新風量計算，一般新風負荷約占空調負荷的30~40%左右。由此可見，新風負荷對于空調設備容量的影響很大，為了盡量減少新風對于空調系統的影響從而達到節能的效果，設計時可以從以下兩個方面考慮：

1、在保證室內空氣品質的基礎上，減少新風引入量。在新風量要求較少的預熱階段或在室人員較少的時間段內，可設置C02濃度探頭等手段來限制新風的引入量，以達到節能運轉的效果。

2、采用熱回收功能的雙向換氣設施。全熱交換器在減少設備容量且達到節能效果這一點上可以發揮很大的作用。外氣通過全熱交換器，夏季可以預冷、除濕，冬季可以預熱、加濕，這樣可以達到節約空調能耗15~20左右。

2.全新風機

全新風處理機是一種能完全處理新風負荷的新風機組，由室內外機組成，室內外機之間用冷媒管連接。全新風機本身通過先進的變頻技術，在實現出色的制冷/制熱的同時，使送入室內的新風溫度接近室內溫度，在重視舒適性的場合，全新風機可以將新風冷卻（加熱）到接近室內溫度的狀態之后再吹出，從而減少了新風對于室內溫度波動的影響。全新風機的運轉溫度范圍：制冷：19?℃~43?℃DB；制熱：-5?℃~15?℃DB。在進行設計時，可以將全新風機與全新風系統聯合使用，組成一套舒適、便利的空調系統。一般以為采用全新風機的設備費用較高，但實際上，（全新風+全新風機）與（全新風+通風扇方式）的設備容量、設備費用大致相同。

1.VRF+全新風機方式

新風負荷及室內空氣負荷全部由VRF機組承擔；未經處理后新風送入室內，在室外天氣情況惡劣（炎熱、寒冷）的情況下，破壞室內穩定的溫度場分布，使人感覺很不舒服。

2.VRF+換氣扇方式

新風負荷及室內空氣負荷全部由VRF機組承擔；未經處理后新風送入室內，在室外天氣情況惡劣（炎熱、寒冷）的情況下，破壞室內穩定的溫度場分布，使人感覺很不舒服。

3.兩種新風產品的特點

全新風機和全熱交換器雖然都是新風處理設備，但其擁有各自的特點，適用于不同的場合：

從上表中可以看到，兩種新風產品在工作原理和系統結構上都有區別，因此，對應不同的項目，全新風機和全熱交換器也有各自不同的適應性，下表列舉了部分不同用途的建筑全新風機和全熱交換器的適應性：

六.新風系統的設計

在一般的舒適性空調設計時，新風系統的設計最主要是滿足人員的衛生要求和舒適性要求。新風系統的設計主要包括以下幾個方面：新風設備的形式和容量確定；風管系統的設計以及阻力校核；為了確保室內的氧氣量可以保證人們的正常呼吸，新風量可按照房間里每個人所需的必要空氣量進行設計。一般情況下有以下兩種方法。

方法一：根據人數和人均新風量計算：必須的新風量（m3/h) = Q*A/B

Q ------?所需人均新風量（m3/h.人）

A ------?新風區域面積（m2）

B ------?人均占有面積（m2/人）

方法二：根據房間體積和換氣次數計算：必須的新風量（m3/h) = C*D*E

C ------?每小時必需的換氣次數（次/h)

D ------?新風區域面積（m2）

E ------?天花板高度（m）

實際設計中，舒適性需求的空間最常采用的是第一種計算方法，方法二多用于需要特殊空調的房間，如恒溫恒濕、潔凈室等。

以下，以第一種計算方式舉例說明新風量的確定方法。

七.新風系統設計的基本流程如下圖所示：

一新風設備的形式和容量確定

一）設計流程

1、房間功能的確定

不同功能用途的房間，新風設計的指標也是不同的，因此必須在房間功能確定的前提下才能進行新風設計。

2、人均新風量（Q）的確定

在確定了房間功能后，可根據相關的設計標準或者節能標準中的新風量指標選擇相應的數據，目前，新風量的最低指標一般都取30m3/h.人，但若要根據房間功能切實的確定新風量，則參見下表：

公共建筑主要空間的設計新風量

【GB50189—2015公共建筑節能設計標準】

3、每個房間的人數確定

房間功能不同，室內人員密度也是不同，而人數是計算新風量的重要因素，因此對于人數的確定可參照下表，再由以下公式計算出實際房價的人數：房價人數（人）?= A/B

A ------?新風區域面積（m2）

B ------?人均占地面積（m2/人）

一般人數必須取整，不能有小數，取整時應直接進一，而不采取“四舍五入”的方式。如當房間人數計算為3.2時，應以4人計算。

摘自【GB50189—2015公共建筑節能設計標準】

4、每個房間新風量的確定

人均新風量和房間人數相乘即可確定每個房間的新風量

5、每個系統新風量的確定

確定每個系統的新風量，首先需要進行系統的劃分。進行系統劃分后，將同一系統中每個房間的新風量相加后即可確定系統所需要的新風量。

在系統劃分時，需根據建筑實際的結構來確定，遵守的原則有以下幾

點：

1）選擇相近區域的房間為一個系統，且主風管的走向必須簡單，盡量減少彎頭；

2）一個系統中選擇的房間必須盡量縮短主風管的長度，避免阻力損失；

3）新風設備一般擺放在吊頂高度要求不高的地方，且靠近外立面以便在外墻上開新風引入口和排風口，如走廊盡頭、電梯廳、設備機房等；

4）主風管一般布置在對吊頂高度要求不高的地方，如走廊等，因此在系統劃分時，盡量將走廊附近周邊的房間劃分在同一個系統內；

5）注意新風設備以及風管對于其他電氣設備、消防管道等的影響和配合。

【例】某辦公樓標準層如圖7-2，需要配置新風設備，進行新風系統的劃分。

由圖紙上可看到建筑長度較長，有67米，但是格局比較規整，走廊在南北向的中間。考慮新風系統主管段最有利的走向布置，所以選擇將新風設備擺放在左右兩邊走廊盡頭，系統主管段布置在走廊。另外考慮到盡量減少壓力損失，所以將整個樓面以電梯廳為中心縱向劃分為左右兩個系統，系統中的房間則正好分布在走廊兩邊，既方便管道布置，也避免了風管過長、彎頭過多等因素。

6、新風設備形式和容量的確定

根據全熱交換器和全新風機的特點以及適用場合的相關內容，確定其新風設備的形式。并且根據新風量參數，以“新風設備的風量大于系統所需風量”的原則來進行新風設備的選擇。

如當系統新風量要求為2200m3/h時，則應選擇2500m3/h的新風機，對于多于的新風可通過在風管上加裝閥門等方法來控制。但是，當在計算每個房間的風量時，對于人數、人均風量的考慮都放在有較大的余量的時候，若系統新風量為2200m3/h時，也可選擇2100m3/h的新風機。此時，必須確認設備新風量是否能夠滿足實際的新風需求。

全新風機設計舉例及設計注意事項

【例】某辦公樓一層平面，會議室2間，辦公室4間，需進行全新風機的設計。

二）全新風機設計舉例

1、房間功能的確定和人均新風量的確定

查得：辦公室人均新風量為30m3/h

會議室人均新風量為30m3/h（無吸煙情況）

2、房間人數的確定

查得：取辦公室人員密度為5m2/人

取會議室人員密度為2.5m2/人

則：辦公室1~4人數=18/5=3.6，取4人

會議室1人數=47/2.5=18.8，取19人

會議室2人數=49/2.5=19.2，取20人

3、房間新風量的確定

辦公室1~4：30*4=120m3/h

會議室1：?30*19=570m3/h

會議室2：?30*20=600m3/h

4、系統新風量的確定

1）系統劃分

由平面圖可以看出，空調室內機可以放置在專門預留的空調機房內，這樣可以有效的降低噪音。

考慮走廊的吊頂可以相對其他房間做的稍低，因此將新風系統的主風管布置在走廊，從圖紙中可以看見建筑格局比較簡單，且新風房間均在走廊的一邊，主風管的管路不長，故可將所有的房間設計為一個新風系統。

2）系統總新風量的確定

將所有房間的風量相加得到系統新風量：120*4+570+600=1650m3/h

5、新風設備容量的確定

根據計算所得風量，選擇8HP全新風機（風量為1680m3/h）來對應。

一般為方便選型，可以將以上計算過程做成表格：

三）全新風機設計注意事項

全新風機在設計中必須注意以下幾點：

1、全新風機的布置應注意運轉噪音，不可安裝在人員集中的區域及其吊頂內，應安裝在專用的機房或設備室；

2、根據現場實際情況（包括安裝在走廊或衛生間吊頂內等場合），有時應采取消音、防振、防潮等措施；

3、需要設置獨立的新風口，如圖所示；

1）全新風機的新風口不可設置在室內機回風口側或直接接入室內機機身上的新風口，以免影響回風溫度探頭對室內實際溫度的準確感知；

2）若新風口已經連接在空調室內機上的新風口或回風處，此時為了避免對回風口感溫探頭的感溫影響，必須將回風溫度探頭設置為以遙控器為主。

4、機器兩側需要預留足夠的安裝空間，左右兩側及機前機后都需要留出一定的備用空間，以便今后對機器進行維護保養和檢修；

5、全新風機僅為送風系統，同時必須進行相關的排風系統設計；

6、為了保證引入新風的品質，應盡量避免新風口設置在衛生間的窗戶或地下車庫的出入口附近，以免異味及渾濁氣體嚴重破壞室內的空氣品質；

7、新風引入口的設置參見下圖，在新風引入口應安裝初效過濾網（大顆粒灰塵過濾網）作為防塵網（以便于日后維護），且應安裝防雨百葉；

8、為了便于調節風量，應安裝風量調節閥；

9、特別需要注意的是：不可將普通空調室內機作為新風機使用，二者存在很大區別：

1）處理能力不同

由于新風機要將室外空氣處理到與室內空氣接近的狀態，在同樣的送風量下，新風機需要處理的焓、濕量遠高于普通空調室內機，因此在產品設計中，新風機具有更多的排管數、更大的換熱面積，以滿足其能力要求。比如同樣風量都是1680m3/h的8HP全新風室內機和4HP空調室內機，制冷能力后者僅為前者的一半；

2）容量控制方式不同

新風機分別在出風口、蒸發器進口、蒸發器出口設置了三個溫度傳感器，機器是以出風口的送風溫度作為反饋信號，進行容量調節，而普通室內機的溫度傳感器設置在回風口和蒸發器的進出口，以室內回風溫度為反饋信號，調節容量。

因此，普通空調室內機不能替代新風機進行新風的對應。否則將出現：

A、普通空調室內機無法將新風處理到需要的狀態；

B、普通空調室內機將以回風溫度（即室外溫度）作為反饋信號，機組一直判斷室內冷量不足，因此始終以最大負荷工作，長期運轉將降低設備壽命，故障率上升。

四）全熱交換器設計舉例

【例】某住宅中的一樓需要進行新風設計。

1、房間功能的確定和人均新風量的確定

一般住宅中的人均新風量可參考賓館的新風量來確定，一般取30m3/h.人，但是有時由于實際用戶的需求，對于新風量的要求較高時，也可取50m3/h.人。

2、房間人數的確定

當全熱交換器在住宅中應用時，其人數的確定可根據一般家庭情況進行。如客餐廳可以直接按照室內座位的數量計算，臥室、書房等一般按照2人/間計算，其他區域可按照5m2/人計算。

3、每個房間新風量、系統新風量、新風設備的容量確定：

總新風量為980m3/h，因此選擇1000m3/h風量的全熱交換器。

五）全熱交換器設計注意事項

1、在進行新風系統劃分時，為了便于進行風管的布置以及后期的施工便利，可考慮每個區域分別以小容量單位設置，如別墅，可一層配置一個全熱交換器對應當層的新風要求，不僅不用設置專門的新風管井，設計和施工都便利，而且可以降低噪音；

2、一般建議將全熱交換器擺放在過道、住宅的更衣室等非重要活動區域的吊頂內，以保證室內生活環境的安靜，特別是設計大風量的機器時，需要采取一定的降噪措施；

3、若要將其放置在衛生間的吊頂空間內，為了保證機器的使用壽命，建議吊頂要做防潮處理；

4、住宅項目中，全熱交換器不要設置在廚房等充滿油煙和蒸氣的地方，否則會導致過濾網、熱交換器元件變形，甚至引起火災；

5、新風引入口處應設置防蟲、防塵用的過濾網，并加裝風量調節閥；

6、為了保證引入新風的品質，應盡量避免新風口設置在衛生間的窗戶或地下車庫的出入口附近，以免異味及渾濁氣體嚴重破壞室內的空氣品質；

7、住宅項目中新風引入口呀不要設置在廚房的窗戶外或脫油煙機的排風口，避免油煙影響機器的使用壽命，以及異味傳入風管影響室內空氣品質；

8、與全新風機的設置一樣，一般也建議采用獨立設置新風口的方式；

9、全熱交換器的風量越大，厚度越大，所需吊頂空間就越大，應充分考慮吊頂空間安放全熱交換器；

10、新風引入口和排氣口應盡可能遠離，以防止氣流短路。

1）新風引入口和排氣口在同一面時，風口間距離至少3m；

2）新風引入口和排氣口不在同一面為首選的吸排風方式。

11、新風系統的送回風口與空調的送回風口的配合方式建議及注意事項：

1）空調室內機為風管式時，新風送風口盡量靠近空調送風口，使得兩種不同溫度的氣流混合，盡量優化室內的舒適度；

2）空調室內機為天花板嵌入式室內機時，新風送風口距空調送風口（至少1米以上），以免影響空調室內機回風溫度探頭誤操作。

3）一般送回風口的布置有兩種方式：對角線分布和直線分布：

4）部分連通空間，送風口和回風口可視實際情況進行布置，如布置空間不足，相鄰的功能區域可以共用：

二

新風風管系統的設計

確定了新風量以及新風設備的容量后，還需要進行風管系統的設計，風管系統的設計主要內容包括：

1、風管管路設計（包括風管的形狀、尺寸、路徑等）

2、風管管路阻力計算，即計算最不利環路風管的沿程阻力損失和局部阻力損失，最終確定新風設備的余壓是否足夠。

具體的設計流程如下：

一）風管路徑的確認

在新風設備形式和容量的確定中，已經進行了新風設備的系統劃分，也就基本確定了風管的大致走向，即風管路徑。總的來說，需要滿足的有盡量縮短風管路徑，盡量減少彎頭，考慮與室內建筑情況的配合，如梁的高度、層高、吊頂高度；考慮和其他電氣、消防管道等的配合。

二）風管尺寸的確定

風管尺寸可根據假定風速法來確定，首先根據風管內的風量，并先假定一個風速，從而計算出風管的截面積，然后根據所采用的風管形式來確定風管的長度或管徑的尺寸。

1、風管內的風量計算

可根據各個新風送、回風口的風量以及確定的風管路徑，疊加計算后得出；

2、選定風管的風速

在進行風速的選定時，需要綜合考慮建筑空間的結構、噪音、初投資和運行費用以及氣流分布等因素。

3、風管的材料

風管是空調及通風系統中常見的部件，風管材料從總體上可以分為薄鋼板和非金屬板以及土建風道，其材料種類以及性能使用特點見下表，在一般工程中多采用鋼板形式，其優點是不燃燒、易加工、耐久，也比較經濟。

4、風管的形式

風管斷面一般采用圓形和矩形兩種形式：

現在市場上還出現了由薄鋁帶纏而成的柔性風管，具有質量輕、性柔和運輸方便等特點，在工程安裝中可以方便地彎曲和伸直，用以對應安裝空間小、施工難度大的場合。常用的柔性風管有鋁制軟風管和帶超細玻璃棉保溫的鋁制軟風管兩種。柔性風管由于阻力較大，需要在安裝和設計過程中考慮對機器靜壓的影響，盡量避免過度彎曲或者褶皺。

5、風管尺寸的選擇

在進行風管尺寸的選擇時，需要注意矩形風管的長寬比宜小于

6，最大不超過10，一般設計時都是采用標準規格的風管，因為風道中的配

（彎頭、三通和風閥等）造成的空氣阻力相對于直管的阻力為大，故其幾何尺寸應力求采用較為通用的規格，以便于局部阻力值有數據可查，便于進行計算。

圓形風管規格

矩形風管規格

三.最不利回路的阻力計算

系統中的最不利回路需要進行風管阻力計算，以校核新風機的機外靜壓是否可以克服最不利回路風管阻力。

最不利回路一般即為風管長度最長的回路，但有時也會因為實際的布管情況（如彎頭的多少），需要進一步計算后才能確定最不利回路。

管路內的氣流阻力中，包括由氣流與外壁摩擦而引起的沿程阻力和伴隨局部管路形狀變化而產生的局部阻力。

1、沿程阻力計算：

長度為l（m)的風管沿程阻力損失為Pm（Pa)可按下式計算：Pm = ΔPm * l

ΔPm ---單位管長沿程阻力損失，?Pa/m

單位管長沿程阻力損失ΔPm?可以通過兩種方式計算：

方法一：通過公式進行計算。其與風管的當量直徑、摩擦阻力系數以及風速有關：

ΔPm =λ/de · v2ρ/2

λ—摩擦阻力系數，?de—風管當量直徑，m

ρ—空氣密度?kg/m3 v –風管內該壓力損失發生處的空氣流速，m/s

方法二：查表計算

查《實用供熱空調設計手冊》中《鋼板矩形風管計算表》、《鋼板圓形風管計算表》和《鋼板非標準矩形風管計算表》，根據風量、風速以及風管的尺寸就能查得相應的單位管長的沿程阻力損失。

2、局部阻力計算：

送風管道系統的局部阻力，往往是整個送風管路阻力的主要部分，有時可以達到70~80%。因此，風管局部阻力的計算非常那個重要。

局部阻力主要分為兩類：一類為流量不變時產生，如空氣通過彎管、漸擴（縮）管，閥門等；另一類為流量改變時縮產生的，如空氣通過三通等的分流和合流等。

Pj（局部阻力，?Pa?）可按下式計算：

Pj=ξ· v2ρ/2

ξ—局部阻力系數，ρ—空氣密度?kg/m3

v –風管內該壓力損失發生處的空氣流速，m/s

3、風管內的總阻力計算：

風管內的總阻力等于摩擦阻力和局部阻力之和，即P（總阻力，?Pa）可按下式計算：P =Pm + Pj

4、風管阻力的簡略計算法：

對于一般通風系統，風管壓力損失可按照以下公式計算：

P = ΔPm * l（1 + k)

ΔPm ---單位管長沿程阻力損失，?Pa/m

l ---到最遠送風口的送風管長度加上到最遠回風口的回風管的長度，m

k ---局部阻力損失與沿程阻力損失的比值

彎頭三通少時，取k = 1.0 ~ 2.0

彎頭三通多時，取k = 3.0 ~ 5.0

四新風設備的機外余壓確認

根據新風設備規格參數，檢查新風設備的機外余壓是否能夠克服最不利回路的風管阻力。

當新風設備的機外余壓無法滿足要求時，需要對新風設備重新選型（選擇機外余壓更高的產品）或者通過增加增壓風機來提高新風系統的機外余壓。

當新風設備的機外余壓滿足要求時，則可將剛才設計的風管尺寸、路徑更為詳細的表現到圖紙上。