空气分布平衡系统应用

空气分布平衡系统不仅能解决现代办公大楼楼层高低、风管施工和风口布置困难的问题，适应办公大楼的二次装修，安装方便，同时能保证各办公区域的风量平衡和热舒适性要求，保证各分支管间的阻力平衡，大大简化系统的风量调试问题，使系统更加稳定。

1 空气分布平衡系统的结构形式

空气分布平衡系统是消声空气平衡箱（静压箱）、软风管和出风口组成的一体化的系统产品（如图1）。在国外已经出现类似的产品，如日本协力公司研发的 FASU（Flexible Air Supply Unit）送风系统，其具备以下特点：1）无需复杂的调整可保证末端各出风口风量平衡，各出风口风量平衡可控制在 ±10% 以内，避免了一般送风管道的末端风量难以平衡问题。2）低噪声运行。保证软风管及静压箱具有良好的消音效果，保证室内噪音符合舒适度要求。3）良好的适应性和灵活性。不仅可针对办公空间分隔布局的改变，可任意调整FASU送风口的位置，而且采用软风管可有效利用吊顶内空间，增加吊顶高度。

2 空气分布平衡系统的均匀送风性能

2.1 消声空气平衡箱的特性

邹声华等对静压箱的特性从均匀特性和阻力特性方面进行了研究。关于静压箱的均匀特性，他们提出风流射入静压箱以后，必需使其动压尽可能转化为静压，才能使得静压箱内的静压分布均匀。为此，静压箱的长度必须大于射流射程的扩张段长度。关于阻力特性，当风流经过送风断面突然扩大处时（如图2），此局部阻力 h₁，可按下式计算：

式中：S₁为静压箱进风管的断面积，m²；S₂为静压箱的断面积，m²；V₁为静压箱进风管内的风流速度，m/s；为空气的密度，kg/m³。

当风流经过送风断面突然缩小时（如图2），风流速度急剧地由 V₂变为 V₃时，其局部阻力损失h₂为：

式中：S₃为静压箱出风管的断面积，m²；S₂为静压箱的断面积，m²；V₃

为静压箱出风管内的风流速度，m/s；为空气的密度，kg/m³。

由（1）（2）两式可知，静压箱的扩张比越大，其阻力会有所增加，但阻力增加的幅度是随扩张比增大而减小的。

东华大学的钟珂等对通风系统中风量分配器性能进行了研究。提出“风量分配因子”a 作为风量分配器（如图3）均匀出风的评价因子。a 用下式表示：

式中：Q_正为风量分配器正向出风风量，m³/ h ；Q_侧为风量分配器侧向出风风量，m³/h。

对不同的风量，分配器安装形式和角度不同的导流片来研究风量分配器的特性。得出：风量分配因子只与导流片角度有关，而与风量分配器处理的风量大小无关。当导流片角度相同时，分配器阻力R与总风量Q平方成正比，R=kQ²，其中k为分配器阻力系数。

同时，他们通过数值模拟得出：在分配器具体形式及风量一定的条件下，当风量分配器各出风管对应外接阻力相同时，风量分配因子与无外接阻力时相同，而与外接阻力本身大小无关。

2.2 软风管的特性

软风管由于其不同用途，材料也各异。

一般主要有消声、防火、防腐蚀、防高压、防辐射等性质，因此其特性没有统一的定论，厂家对于不同材料的软风管一般单独标定其特性。

本文提出一种可行的软风管特性研究方法。为测定软风管的阻力流量特性，设计相应的

实验装置。该性能测试装置主要有风机送风段、风量测量段、压差测试段以及测试软风管等组成。图4为软风管性能测试实验台原理图。风机段采用变频风机，在进风口处装进口喷管和格栅，使进口气流更加均匀、减少波动，保证流量的稳定；流量测试段采用多个喉部直径不同的喷嘴，可根据实际流量选用合适的喷嘴及喷嘴组合。在被测软风管前1.5 倍直径和后 2.5 倍直径处分别安装一个静压环。实验台参照美国ANSI/ASHRAE Standard 130-2008的相关标准建立，所选用的测试仪器满足美国ASHARE Standard 41.3-1989和我国GB/T 2614-2006等相关标准。

单个喷嘴的风量可通过如下公式计算：

式中：Q_i为通过单个喷嘴的空气流量，m³/h；C为喷嘴流量系数（流量系数与雷诺数之间的对应数据参见文献；A为喷嘴喉部面积，m²；ΔP′为喷嘴前后的静压差，Pa；ρ为喷嘴喉部的空气密度，kg/m³。

式中：P_t为喷嘴进口静压，Pa；B为大气压力，P a ；T 为空气热力学温度，K。

通过被测软风管的实际风量按如下公式计算：

式中：Q为通过软风管的空气流量，m³/ h 。

在实验时，根据实际情况，将软风管分为直管段、90°弯头、150°弯头 3 种测试工况来研究其特性。利用沿程阻力公式：

式中：P 为软风管前后两端静压差，Pa；d 为软风管直径，m；v 为软风管内风流风速，m³/s；ρ为空气密度，kg/m³。得出阻力系数k：

软风管的阻力流量特性对整个空气分布平衡系统的均匀送风特性研究十分重要。

3 空气分布平衡系统的应用

3.1 变风量系统中的应用

变风量空调系统是通过改变房间的风量来满足室内变化的负荷，当房间低于设计额定负荷时，各VAV BOX的风量将自动减少，系统总送风量的需求也随之减少，这时通过自控可以降低风机的转速，降低能耗。空气分布平衡系统正是一种与变风量控制装置相匹配的末端空气分布系统，能有效地保证末端风量的平衡，使空调区域冷热更均匀，节能更加明显。以上海某办公楼一层变风量系统为更加明显。以上海某办公楼一层变风量系统为例（如图5）加以说明。

在变风量系统中由空调箱送出的风直接送至每条支路的VAV BOX箱，空气分布平衡系统接至VAVBOX 箱之后，能将经过调节的适当风量（800m³/h ~2500 m³/h）由各个软风管送至不同的办公区域。其中软风管由二次装修时设计确定方案并通过计算得出各支管阻力确定长度及弯头。由于各出风口送出的风量较为均匀（±10%），省去了末端风量平衡的复杂调节过程，并保证各个区域冷热均匀。其中辅助风机采用低噪声风机，可适当选用增加末端装置的动力，从而减小空调箱内风机的容量，增强节能效果。消声空气平衡箱起到了稳定静压的作用，使气流组织更稳定，送风更均匀，同时整个装置带有消声减噪的功能，给办公室提供了一个安静、舒适的人性化的空调环境。

3.2 独立新风系统中的应用

目前别墅集中新风系统存在如下几个较难克服的问题：首先，各末端同时保证最小新风量较为困难，各末端阻力平衡调节难度大；其次，公寓集中新风系统主要采用手动调节方式，耗用人力物力大，且效果不佳；再次，由于调节困难，新风系统调试完成后，风量维持在某一特定状态下，难以满足客户实际需求。将空气分布平衡系统运用与小型独立新风系统，能较好地解决部分存在的问题（如图6 ）。

利用空气分布平衡系统均匀出风的优点保证各末端阻力平衡，省去手动调平衡的麻烦，对于别墅、住宅的小型新风系统的应用十分有效。

3.3 施工工艺

（1）空气分布平衡系统本体的安装：将本体用悬挂螺栓在4个地方固定在钢板上，悬挂螺栓上下用螺母固定，中间加有悬挂夹具和垫片。

（2）空气分布平衡系统本体与VAVBOX箱出口风管连接：将出口风管插入到空气分布平衡系统的连接入口，用螺丝固定，并且对连接部进行保温处理。

（3）空气分布平衡系统本体与软风管的连接：将消声保温软风管安装在各个连接口处，用双手抓起软风管，边左右转动，边往里面插入即可。

（4）出风口安装要领：把出风口镶嵌安装在顶棚 T 型木上，并用悬挂夹具在一个地方固定。

（5）出风口和通风软管的连接：为了避免通风软管的下垂，用吊钩在中间将其吊起。软风管下垂的水平距离保证在 1.5 m 以内，与本体水平距离在1 m 以内，与出风口水平距离在0.3 m 以内。但是尽量不要使软风管出现下垂现象，如果出现下垂现象，用缩短吊钩的间距来解决，吊软风管的吊钩要用专业吊钩。

4 结语

随着空气分布平衡系统的理论和应用技术的深入研究，作为一种辅助性流量分配系统在变风量系统中的运用前景光明。凭借其多项优异性在送风系统末端的一体化发展有着不可小觑的作用。

但由于空气分布平衡系统的均匀送风特性研究仍未取得突破性进展，仍需要学者们对其各组成部进行更细致深入的实验研究。同时其声学特性及防结露特性也有待进一步研究来综合提高整个系统的性能。