宋燦華楊陶毅

1中大中方信控股有限公司

2陜西浩銘機電制冷設備工程有限公司

高檔住宅恒濕恒氧凈化新風系統(tǒng)的設計

宋燦華1楊陶毅2

1中大中方信控股有限公司

2陜西浩銘機電制冷設備工程有限公司

隨著《綠色建筑評價標準》的實施，住宅建筑的新風系統(tǒng)已經逐漸普及，但現(xiàn)有的住宅建筑中許多采用的是單向流系統(tǒng)，或即使采用了雙向流系統(tǒng)，但其凈化空氣和節(jié)能效果往往不理想。本文通過對新風系統(tǒng)的分析，設計了一套有效去除新風中的污染物、帶走室內空氣中的有害物質和增加冬季室內相對濕度的新風系統(tǒng)，達到了即使在霧霾天氣，也能保證室內恒濕、恒氧的目的。

新風系統(tǒng) 恒濕 恒氧

本文通過對新風系統(tǒng)的分析，設計了一套有效去除新風中的污染物、帶走室內空氣中的有害物質和增加冬季室內相對濕度的新風系統(tǒng)，即使在霧霾天氣，也能保證室內空氣清潔，達到空氣恒濕、恒氧和潔凈的目的。

1 設計工況及相關標準

a）夏季工況：空調室外干球溫度35.2℃，空調室外濕球溫度26℃，空調日平均計算溫度30.7℃，通風計算干球溫度31℃，平均風速2.2m/s，大氣壓力959.2hPa，最熱月室外相對濕度為72%。

b）冬季工況：冬季采暖室外干球溫度-5℃，空調室外干球溫度-8.0℃，通風室外干球溫度-1.0℃，平均風速1.8m/s，大氣壓力978.7hPa，最冷月室外相對濕度為67%。

1.1 室外工況

室外參數(shù)以西安市氣象參數(shù)為依據(jù)[1]。

1.2 室內工況

按國家標準GB50019-2003《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》[2]中規(guī)定，冬季采暖時，民用建筑的主要房間設計溫度為16～24℃；夏季空調室內臥室和起居室溫度為26～28℃，相對濕度40%～65%，其他公共建筑的功能房間室內溫度在22℃至28℃區(qū)間內，相對濕度均小于65%。

按行業(yè)標準JGJ134-2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》[3]規(guī)定，冬季臥室、起居室室內設計溫度為16～18℃，換氣次數(shù)取1次/h；夏季臥室、起居室室內設計溫度為26～28℃，換氣次數(shù)取1.0次/h。

按2009年版《全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調·動力》[4]規(guī)定，供暖期間高級住宅、公寓的臥室、起居室、書房、餐廳、無沐浴設備的衛(wèi)生間溫度為18～20℃，有沐浴設備的衛(wèi)生間溫度為25℃，廚房溫度為15～16℃，門廳、樓梯間和走廊的溫度為14～15℃；夏季空調期間，住宅的臥室和起居室的溫度為26～28℃，相對濕度為60%～65%，其他要求較高的建筑如醫(yī)院的手術室和產房規(guī)定，空調溫度范圍為22～25℃，相對濕度為35%～60%，冬季溫度為22～26℃，相對濕度為35%～60%。

根據(jù)以上標準規(guī)定，各種類型建筑的新風量和換氣次數(shù)如表1和表2所示。

表1 標準規(guī)定民用別墅的通風量

表2 標準規(guī)定不同房間的新風換氣次數(shù)

在以上三個標準中JGJ134-2010要求最嚴格，節(jié)能效果最好，但舒適度最低，本文新風量采用高級別墅的新風標準設計。

1.3 室內工況

a）夏季空調室內溫度26℃±1℃，并可實現(xiàn)房間溫度精確到控制溫度的范圍內，相對濕度50%±5%，換氣次數(shù)1.0次/h。

b）冬季供暖室內溫度22℃，并可實現(xiàn)房間溫度精確到控制溫度的±1℃范圍內，相對濕度50%±10%，換氣次數(shù)1.0次/h。

c）為達到節(jié)能的目的，新風機可以實現(xiàn)分檔調節(jié)和離家模式功能（當業(yè)主離開家時，可以采用離家模式功能，當業(yè)主回來后，家里的空氣還會保持清新，不會因為沒人在家造成氣味及有害物質的聚集），并且可以實現(xiàn)各個房間獨立控制的功能，當住宅內只有少數(shù)的幾個人時，業(yè)主可以通過自動或手動控制關閉部分不需要送新風房間的新、排風風閥。

2 戶型及新風量計算

按圖1所示，戶型1和戶型2各個房間面積和新風量如表3、表4所示。在統(tǒng)計各功能房間的新風量時，主臥的新風量按換氣次數(shù)1.2次/h計算，其他的房間均按1次/h計算，通過計算得出“計算通風量”的新風量指標，然后根據(jù)各個房間不同適當增加取整后得出各個房間的實際新風量，其中阿姨房由于面積很小，如果按換氣次數(shù)計算新風量，新風量將很小，所以阿姨房的新風量按30m3/(h·p)的標準進行計算。

圖1 1#與2#戶型圖

表3 1#戶型房間面積及新風量

表4 2#戶型房間面積及新風量

由表3、表4可知，這兩個戶型的實際新風量分別為600m3/h和560m3/h，為了選型方便和實現(xiàn)采購的統(tǒng)一性，兩個戶型的新風機組的新風量均按600m3/h選取，全熱交換器的排風量按新風量的90%選取。

3 恒氧恒濕凈化新風系統(tǒng)各功能段設計

從循環(huán)流程看，住宅恒氧恒濕凈化新風系統(tǒng)的各功能段流程如下：室外新風→防雨百葉→粗效空氣過濾器→中效空氣過濾器（袋式、板式）→全熱交換器（熱交換芯體）→電子空氣凈化器-預熱段→新風機→加濕器→定風量閥（或電動調節(jié)閥）→送風口→室內空氣循環(huán)→回風口→定風量閥（或電動調節(jié)閥）→中效空氣過濾器→全熱交換器（芯體）→風機→防雨百葉→室外排風。除防雨百葉、風口、定風量閥、加濕器和粗效空氣過濾器為獨立的功能段外，其他的均內置于新風機組內。

為保證新風系統(tǒng)的各個功能段均滿足項目品質的要求，將新風系統(tǒng)的部分功能段進行了整合和提升，具體如圖2所示。

圖2 住宅恒濕恒氧凈化新風系統(tǒng)原理圖

3.1 防雨百葉

防雨百葉材料為不銹鋼材料，形狀為帶防雨罩的圓形防雨百葉，外觀顏色必須與外立面顏色合理搭配，以安裝后不影響外立面美觀為原則，其尺寸與新風機組的新風進口尺寸相同。

3.2 過濾段

本過濾段為安裝在全熱交換器外部的一個功能段，本過濾段為定制產品，包含粗效過濾器、中效過濾器和亞高效過濾器三級過濾。

粗效過濾器主要過濾大于等于5.0μm的懸浮顆粒物，要求對大于等于5.0μm顆粒過濾效率大于70%，額定面風速（3m/s）下的阻力小于30Pa，作為防蚊蟲過濾網(wǎng)使用，要求可單獨便拆卸和可清洗；中效過濾器過濾大于等于1.0μm的懸浮顆粒物，要求對大于等于1.0μm的顆粒物過濾效率大于80%，額定風速（3m/s)下的阻力小于50Pa，采用袋式或板式空氣過濾器，要求方便拆卸和可清洗；亞高效過濾器過濾大于等于0.5μm的懸浮顆粒物，要求對大于等于0.5μm的顆粒物過濾效率大于95%，額定風量下的阻力小于80Pa，采用W型過濾器，可更換。

過濾段通過三級過濾后，實現(xiàn)了過濾絕大多數(shù)的顆粒物，使大氣中的PM2.5的過濾效率達到了99.9%以上，滿足西部地區(qū)部分季節(jié)霧霾天氣的凈化要求。

3.3 新風全熱交換器

新風全熱交換器內含袋式中效空氣過濾器（回風側），全熱交換芯體、電子空氣凈化器（新風進口），送風機和排風機幾個部分。

全熱交換芯體要求要求全熱交換（焓）效率大于60%，濕度交換效率大于35%，內部換氣率大于95%，內部漏風率小于5%，材料為耐腐蝕材料。

電子空氣凈化器要求使用板式電子空氣凈化器，厚度小于100mm，其對大于0.5μm的顆粒物的凈化效率大于90%，具有殺菌功能，可拆卸，其電極電壓的控制器與新風機組的控制系統(tǒng)集成在一起或安裝于合用的配電柜內。

送風機的風量按600m3/h的風量選取，排風機的風量比新風機的風量小10%。新風機要求使用低噪聲離心風機，在全熱交換器額定風量下，新風側出風口處的靜壓大于160Pa，排風側的出風口處的靜壓大于50Pa；風機至少可以分三檔調節(jié)。新風機組具有旁通功能，當過渡季節(jié)，室外新風的空氣質量、氣溫和相對濕度合適時，可通過旁通直接對室內進行送風。根據(jù)需要新風機其中一側需要預留600mm的檢修距離。

3.4 加濕段

加濕方式采用PTC電熱式陶瓷加濕器，作為一個獨立的功能段安裝在全熱交換器的新風出口位置，其加濕量滿足額定新風量下的加濕量要求。由于PTC陶瓷加濕器加濕是通過蒸汽加濕，可認為是等溫加濕，因此本全熱交換器不設預熱段，在西安地區(qū)加濕后的新風送風溫度將不低于15℃，通過上送風、上回風的模式，新風與室內空氣充分混合后送至人的活動區(qū)域，氣溫已經高于18℃，因此新風即使不進行預熱，也不會影響室內活動人員的舒適度。

3.4.1 西安市氣象參數(shù)及含濕量

西安冬季新風的加濕量進行估算，具體參數(shù)如下：西安冬季室外空調計算溫度為-8℃，相對濕度為67%，查表得含濕量d1=1.28g/kg干；室內干、濕球溫度按干球溫度24℃，相對濕度50%計算，查表得含濕量為d2=9.41g/kg干；室內干、濕球溫度按干球溫度24℃，相對濕度40%計算，查表得含濕量為d3=7.60g/kg干。

全熱交換器的濕度交換效率按30%計算（濕度效率是全熱交換器中焓效率、溫度效率和濕度效率中最低的效率）。由全熱交換器效率計算公式可計算出全熱交換西新風出口空氣的含濕量，公式如下：

式中：η為全熱交換器交換效率，包括焓效率、顯熱效率和濕度效率，%；d1為室外空氣含濕量g/kg干；d2為全熱交換器新風出口空氣含濕量g/kg干；d3為室內空氣含濕量g/kg干。

由式（1）可計算得全熱交換器送風口（SA）處的含濕量d2=3.72g/kg干。

3.4.2 各戶型加濕量計算根據(jù)室內的加濕項目和除濕項目做如下統(tǒng)計：a）加濕項目：PTC電熱式陶瓷加濕器加濕。

b）除濕項目：風管傳輸損失、加濕本身損失、建筑內部家具及墻體吸濕損失、滲漏損失、排風帶走的濕量，除濕量折算成加濕器的加濕效率，估計加濕器有效的加濕效率為80%，因此，除濕項目僅計算排風帶走的濕量。加濕量的計算公式如下：

式中：M為滿足室內相對濕度所需加濕量，kg/h；M新風為新風的質量流量，kg/h；M排風為排風的質量流量，kg/h。

c）各戶型新風加濕量統(tǒng)計

根據(jù)上式和各個戶型的新風量，計算得各個戶型需要的加濕量如表5所示。

表5 各戶型加濕量估算

以上結果為按最不利工況情況下的加濕量。

4 系統(tǒng)控制設計

為了實現(xiàn)高檔住宅智能化設計，提高系統(tǒng)的實用性能和操作的便捷性，本系統(tǒng)采用了DDC控制系統(tǒng)。其運行模式可分為為離家CO2控制模式、手動+CO2聯(lián)動控制和會客模式三種，原理如圖3所示。

圖3 恒氧恒濕凈化新風系統(tǒng)DDC控制原理圖

1）離家模式

當主人離開家時，可按下“離家”按鈕，系統(tǒng)自動調節(jié)到通過室內CO2濃度控制系統(tǒng)的啟停。系統(tǒng)設定，當CO2濃度≥0.1mg/m3時，系統(tǒng)啟動，新風風機按低檔風量運行，然后啟動排風風機，排風機運行低檔，風機啟動以后，新風側的電子空氣凈化器啟動，同時回風管的濕度傳感器會對回風的相對濕度進行檢測，當相對濕度小于設定的回風相對濕度時，啟動PTC陶瓷加濕器，系統(tǒng)正常運行；當系統(tǒng)運行30min后，室內的CO2濃度還是大于0.1mg/m3時，新風機和排風機運行中檔風量，當CO2濃度降至0.1mg/m3以下，自動調至低檔運行；當室內的CO2濃度≤0.05mg/m3時，系統(tǒng)停止運行，通過系統(tǒng)的延時控制，先斷開PTC陶瓷加濕器的電源，然后斷開電子凈化器的電源，最后斷開排風風機和新風風機的電源，新風進口和排風出口的止回閥自動關閉。

2）手動+CO2聯(lián)動控制模式

手動+CO2聯(lián)動控制模式是指主人在家的情況下，將系統(tǒng)調至“在家模式”，系統(tǒng)會自動運行高檔工況，系統(tǒng)以最大新風工況運行。為了確保滿足人均最小新風量和系統(tǒng)節(jié)能的要求，同時降低室內污染物濃度的工況，系統(tǒng)啟動時默認運行高檔工況，當系統(tǒng)檢測室內的CO2濃度≤0.05mg/m3時，自動運行中檔，當中檔運行30min后，室內CO2濃度一直小于0.05mg/m3時，則自動調至低檔運行；在低檔運行中，若室內CO2濃度出現(xiàn)大于0.05mg/m3的情況，則系統(tǒng)自動運行高檔工況，然后重復前述循環(huán)工況。

主人在家時，新風系統(tǒng)24小時運行。

3）會客模式

會客模式是根據(jù)家里有客人，并且客人會有吸煙情況而設定的模式。如圖1所示，在各戶型的客廳和起居室及書房位置設置了獨立的排風系統(tǒng)。當有客人吸煙時，新風系統(tǒng)正常運行，同時排風系統(tǒng)可以通過主人的手動控制，開啟排風風機，及時地排出吸煙煙氣，達到迅速凈化室內空氣的目的。

5 結論

本文通過對高檔住宅恒濕恒氧凈化系統(tǒng)的功能設計和自動控制，實現(xiàn)了向室內送潔凈的新鮮空氣，同時使室內空氣達到了恒濕、恒氧的效果，對提高室內空氣品質，減小因霧霾天氣對室內的影響有積極的作用。該系統(tǒng)采用了全熱交換器機組，同時考慮了不同工況下的運行模式，對新風系統(tǒng)的能量回收和低碳運行都有很好的效果。

[1]中國建筑科學研究院.民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社出版,2012

[2]中國有色工程設計研究總院.采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范(GB50019-2003)[S].北京:中國計劃出版社出版,2003

[3]中國建筑科學研究院.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準(JGJ134-2010)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社出版,2010

[4]中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調·動力[M].北京:中國計劃出版社出版,2009

Cons ta nt Hum idity a nd Oxyge n of Cle a n Fre s h Air Sys te m De s ign for Luxury Re s ide nc e s

SONG Can-hua1,YANG Tao-yi2
1 Zhongda Zhongfangxin Proprietary Co.,Ltd.
2 Shanxi Haoming Electromechanical Refrigeration Equipment Engineering Co.,Ltd.

With more and more widespread and profound application of“Evaluation Standard for Green Buildings”in lots of the projects,the fresh air system in the residences has become increasingly practical.However a large quantity of the residential buildings is still taking the unidirectional airflow or the bidirectional flow for its own system,as for the air cleaning and energy efficiency,sometimes it cannot reach our demands.This article would analysis the fresh air system, from the aspects of removing the air pollution,carrying off the hazardous materials and increasing the humidity through the winter in the indoor area,to achieve the purpose of the constant temperature and oxygen for the interior atmosphere, even in the fog haze weather.

Fresh Air System,Constant Humidity,Constant Oxygen

1003-0344（2015）02-096-5

2013-12-25

宋燦華（1980～），男，本科，工程師；陜西省西安市南大街30號中大國際大廈C座801室（710002）；029-87203333-8022；E-mail:bjguxing2026@gmail.com