空气分(fēn)布平衡系统应用(yòng)

空气分(fēn)布平衡系统不仅能(néng)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(néng)保证各办公區(qū)域的风量平衡和热舒适性要求，保证各分(fēn)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(fēn)布平衡系统的结构形式

空气分(fēn)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體(tǐ)化的系统产品（如图1）。在國(guó)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(kě)保证末端各出风口风量平衡，各出风口风量平衡可(kě)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(yǒu)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(kě)针对办公空间分(fēn)隔布局的改变，可(kě)任意调整FASU送风口的位置，而且采用(yòng)软风管可(kě)有(yǒu)效利用(yòng)吊顶内空间，增加吊顶高度。

2 空气分(fēn)布平衡系统的均匀送风性能(néng)

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(tā)们提出风流射入静压箱以后，必需使其动压尽可(kě)能(néng)转化為(wèi)静压，才能(néng)使得静压箱内的静压分(fēn)布均匀。為(wèi)此，静压箱的長(cháng)度必须大于射流射程的扩张段長(cháng)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(kě)按下式计算：

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

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

式中：S₃為(wèi)静压箱出风管的断面积，m²；S₂為(wèi)静压箱的断面积，m²；V₃

為(wèi)静压箱出风管内的风流速度，m/s；為(wèi)空气的密度，kg/m³。

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

东华大學(xué)的钟珂等对通风系统中风量分(fēn)配器性能(néng)进行了研究。提出“风量分(fēn)配因子”a 作為(wèi)风量分(fēn)配器（如图3）均匀出风的评价因子。a 用(yòng)下式表示：

式中：Q_正為(wèi)风量分(fēn)配器正向出风风量，m³/ h ；Q_侧為(wèi)风量分(fēn)配器侧向出风风量，m³/h。

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

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

2.2 软风管的特性

软风管由于其不同用(yòng)途，材料也各异。

一般主要有(yǒu)消声、防火、防腐蚀、防高压、防辐射等性质，因此其特性没有(yǒu)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(wén)提出一种可(kě)行的软风管特性研究方法。為(wèi)测定软风管的阻力流量特性，设计相应的

实验装置。该性能(néng)测试装置主要有(yǒu)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為(wèi)软风管性能(néng)测试实验台原理(lǐ)图。风机段采用(yòng)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(yòng)多(duō)个喉部直径不同的喷嘴，可(kě)根据实际流量选用(yòng)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(fēn)别安装一个静压环。实验台参照美國(guó)ANSI/ASHRAE Standard 130-2008的相关标准建立，所选用(yòng)的测试仪器满足美國(guó)ASHARE Standard 41.3-1989和我國(guó)GB/T 2614-2006等相关标准。

单个喷嘴的风量可(kě)通过如下公式计算：

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

式中：P_t為(wèi)喷嘴进口静压，Pa；B為(wèi)大气压力，P a ；T 為(wèi)空气热力學(xué)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為(wèi)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(fēn)為(wèi)直管段、90°弯头、150°弯头 3 种测试工况来研究其特性。利用(yòng)沿程阻力公式：

式中：P 為(wèi)软风管前后两端静压差，Pa；d 為(wèi)软风管直径，m；v 為(wèi)软风管内风流风速，m³/s；ρ為(wèi)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(fēn)布平衡系统的均匀送风特性研究十分(fēn)重要。

3 空气分(fēn)布平衡系统的应用(yòng)

3.1 变风量系统中的应用(yòng)

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(kě)以降低风机的转速，降低能(néng)耗。空气分(fēn)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(fēn)布系统，能(néng)有(yǒu)效地保证末端风量的平衡，使空调區(qū)域冷热更均匀，节能(néng)更加明显。以上海某办公楼一层变风量系统為(wèi)更加明显。以上海某办公楼一层变风量系统為(wèi)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(fēn)布平衡系统接至VAVBOX 箱之后，能(néng)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區(qū)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長(cháng)度及弯头。由于各出风口送出的风量较為(wèi)均匀（±10%），省去了末端风量平衡的复杂调节过程，并保证各个區(qū)域冷热均匀。其中辅助风机采用(yòng)低噪声风机，可(kě)适当选用(yòng)增加末端装置的动力，从而减小(xiǎo)空调箱内风机的容量，增强节能(néng)效果。消声空气平衡箱起到了稳定静压的作用(yòng)，使气流组织更稳定，送风更均匀，同时整个装置带有(yǒu)消声减噪的功能(néng)，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(xīn)风系统中的应用(yòng)

目前别墅集中新(xīn)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(xiǎo)新(xīn)风量较為(wèi)困难，各末端阻力平衡调节难度大；其次，公寓集中新(xīn)风系统主要采用(yòng)手动调节方式，耗用(yòng)人力物(wù)力大，且效果不佳；再次，由于调节困难，新(xīn)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(fēn)布平衡系统运用(yòng)与小(xiǎo)型独立新(xīn)风系统，能(néng)较好地解决部分(fēn)存在的问题（如图6 ）。

利用(yòng)空气分(fēn)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(xiǎo)型新(xīn)风系统的应用(yòng)十分(fēn)有(yǒu)效。

3.3 施工工艺

（1）空气分(fēn)布平衡系统本體(tǐ)的安装：将本體(tǐ)用(yòng)悬挂螺栓在4个地方固定在钢板上，悬挂螺栓上下用(yòng)螺母固定，中间加有(yǒu)悬挂夹具和垫片。

（2）空气分(fēn)布平衡系统本體(tǐ)与VAVBOX箱出口风管连接：将出口风管插入到空气分(fēn)布平衡系统的连接入口，用(yòng)螺丝固定，并且对连接部进行保温处理(lǐ)。

（3）空气分(fēn)布平衡系统本體(tǐ)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(yòng)双手抓起软风管，边左右转动，边往里面插入即可(kě)。

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

（5）出风口和通风软管的连接：為(wèi)了避免通风软管的下垂，用(yòng)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，与本體(tǐ)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(yòng)缩短吊钩的间距来解决，吊软风管的吊钩要用(yòng)专业吊钩。

4 结语

随着空气分(fēn)布平衡系统的理(lǐ)论和应用(yòng)技术的深入研究，作為(wèi)一种辅助性流量分(fēn)配系统在变风量系统中的运用(yòng)前景光明。凭借其多(duō)项优异性在送风系统末端的一體(tǐ)化发展有(yǒu)着不可(kě)小(xiǎo)觑的作用(yòng)。

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