高档住宅恒湿恒氧净化新风系统的设计

宋灿华杨陶毅

1中大中方信控股有限公司

2陕西浩铭机电制冷设备工程有限公司

高档住宅恒湿恒氧净化新风系统的设计

宋灿华1杨陶毅2

1中大中方信控股有限公司

2陕西浩铭机电制冷设备工程有限公司

随着《绿色建筑评价标准》的实施，住宅建筑的新风系统已经逐渐普及，但现有的住宅建筑中许多采用的是单向流系统，或即使采用了双向流系统，但其净化空气和节能效果往往不理想。本文通过对新风系统的分析，设计了一套有效去除新风中的污染物、带走室内空气中的有害物质和增加冬季室内相对湿度的新风系统，达到了即使在雾霾天气，也能保证室内恒湿、恒氧的目的。

新风系统 恒湿 恒氧

本文通过对新风系统的分析，设计了一套有效去除新风中的污染物、带走室内空气中的有害物质和增加冬季室内相对湿度的新风系统，即使在雾霾天气，也能保证室内空气清洁，达到空气恒湿、恒氧和洁净的目的。

1 设计工况及相关标准

a）夏季工况：空调室外干球温度35.2℃，空调室外湿球温度26℃，空调日平均计算温度30.7℃，通风计算干球温度31℃，平均风速2.2m/s，大气压力959.2hPa，最热月室外相对湿度为72%。

b）冬季工况：冬季采暖室外干球温度-5℃，空调室外干球温度-8.0℃，通风室外干球温度-1.0℃，平均风速1.8m/s，大气压力978.7hPa，最冷月室外相对湿度为67%。

1.1 室外工况

室外参数以西安市气象参数为依据[1]。

1.2 室内工况

按国家标准GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》[2]中规定，冬季采暖时，民用建筑的主要房间设计温度为16～24℃；夏季空调室内卧室和起居室温度为26～28℃，相对湿度40%～65%，其他公共建筑的功能房间室内温度在22℃至28℃区间内，相对湿度均小于65%。

按行业标准JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》[3]规定，冬季卧室、起居室室内设计温度为16～18℃，换气次数取1次/h；夏季卧室、起居室室内设计温度为26～28℃，换气次数取1.0次/h。

按2009年版《全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调·动力》[4]规定，供暖期间高级住宅、公寓的卧室、起居室、书房、餐厅、无沐浴设备的卫生间温度为18～20℃，有沐浴设备的卫生间温度为25℃，厨房温度为15～16℃，门厅、楼梯间和走廊的温度为14～15℃；夏季空调期间，住宅的卧室和起居室的温度为26～28℃，相对湿度为60%～65%，其他要求较高的建筑如医院的手术室和产房规定，空调温度范围为22～25℃，相对湿度为35%～60%，冬季温度为22～26℃，相对湿度为35%～60%。

根据以上标准规定，各种类型建筑的新风量和换气次数如表1和表2所示。

表1 标准规定民用别墅的通风量

表2 标准规定不同房间的新风换气次数

在以上三个标准中JGJ134-2010要求最严格，节能效果最好，但舒适度最低，本文新风量采用高级别墅的新风标准设计。

1.3 室内工况

a）夏季空调室内温度26℃±1℃，并可实现房间温度精确到控制温度的范围内，相对湿度50%±5%，换气次数1.0次/h。

b）冬季供暖室内温度22℃，并可实现房间温度精确到控制温度的±1℃范围内，相对湿度50%±10%，换气次数1.0次/h。

c）为达到节能的目的，新风机可以实现分档调节和离家模式功能（当业主离开家时，可以采用离家模式功能，当业主回来后，家里的空气还会保持清新，不会因为没人在家造成气味及有害物质的聚集），并且可以实现各个房间独立控制的功能，当住宅内只有少数的几个人时，业主可以通过自动或手动控制关闭部分不需要送新风房间的新、排风风阀。

2 户型及新风量计算

按图1所示，户型1和户型2各个房间面积和新风量如表3、表4所示。在统计各功能房间的新风量时，主卧的新风量按换气次数1.2次/h计算，其他的房间均按1次/h计算，通过计算得出“计算通风量”的新风量指标，然后根据各个房间不同适当增加取整后得出各个房间的实际新风量，其中阿姨房由于面积很小，如果按换气次数计算新风量，新风量将很小，所以阿姨房的新风量按30m3/(h·p)的标准进行计算。

图1 1#与2#户型图

表3 1#户型房间面积及新风量

表4 2#户型房间面积及新风量

由表3、表4可知，这两个户型的实际新风量分别为600m3/h和560m3/h，为了选型方便和实现采购的统一性，两个户型的新风机组的新风量均按600m3/h选取，全热交换器的排风量按新风量的90%选取。

3 恒氧恒湿净化新风系统各功能段设计

从循环流程看，住宅恒氧恒湿净化新风系统的各功能段流程如下：室外新风→防雨百叶→粗效空气过滤器→中效空气过滤器（袋式、板式）→全热交换器（热交换芯体）→电子空气净化器-预热段→新风机→加湿器→定风量阀（或电动调节阀）→送风口→室内空气循环→回风口→定风量阀（或电动调节阀）→中效空气过滤器→全热交换器（芯体）→风机→防雨百叶→室外排风。除防雨百叶、风口、定风量阀、加湿器和粗效空气过滤器为独立的功能段外，其他的均内置于新风机组内。

为保证新风系统的各个功能段均满足项目品质的要求，将新风系统的部分功能段进行了整合和提升，具体如图2所示。

图2 住宅恒湿恒氧净化新风系统原理图

3.1 防雨百叶

防雨百叶材料为不锈钢材料，形状为带防雨罩的圆形防雨百叶，外观颜色必须与外立面颜色合理搭配，以安装后不影响外立面美观为原则，其尺寸与新风机组的新风进口尺寸相同。

3.2 过滤段

本过滤段为安装在全热交换器外部的一个功能段，本过滤段为定制产品，包含粗效过滤器、中效过滤器和亚高效过滤器三级过滤。

粗效过滤器主要过滤大于等于5.0μm的悬浮颗粒物，要求对大于等于5.0μm颗粒过滤效率大于70%，额定面风速（3m/s）下的阻力小于30Pa，作为防蚊虫过滤网使用，要求可单独便拆卸和可清洗；中效过滤器过滤大于等于1.0μm的悬浮颗粒物，要求对大于等于1.0μm的颗粒物过滤效率大于80%，额定风速（3m/s)下的阻力小于50Pa，采用袋式或板式空气过滤器，要求方便拆卸和可清洗；亚高效过滤器过滤大于等于0.5μm的悬浮颗粒物，要求对大于等于0.5μm的颗粒物过滤效率大于95%，额定风量下的阻力小于80Pa，采用W型过滤器，可更换。

过滤段通过三级过滤后，实现了过滤绝大多数的颗粒物，使大气中的PM2.5的过滤效率达到了99.9%以上，满足西部地区部分季节雾霾天气的净化要求。

3.3 新风全热交换器

新风全热交换器内含袋式中效空气过滤器（回风侧），全热交换芯体、电子空气净化器（新风进口），送风机和排风机几个部分。

全热交换芯体要求要求全热交换（焓）效率大于60%，湿度交换效率大于35%，内部换气率大于95%，内部漏风率小于5%，材料为耐腐蚀材料。

电子空气净化器要求使用板式电子空气净化器，厚度小于100mm，其对大于0.5μm的颗粒物的净化效率大于90%，具有杀菌功能，可拆卸，其电极电压的控制器与新风机组的控制系统集成在一起或安装于合用的配电柜内。

送风机的风量按600m3/h的风量选取，排风机的风量比新风机的风量小10%。新风机要求使用低噪声离心风机，在全热交换器额定风量下，新风侧出风口处的静压大于160Pa，排风侧的出风口处的静压大于50Pa；风机至少可以分三档调节。新风机组具有旁通功能，当过渡季节，室外新风的空气质量、气温和相对湿度合适时，可通过旁通直接对室内进行送风。根据需要新风机其中一侧需要预留600mm的检修距离。

3.4 加湿段

加湿方式采用PTC电热式陶瓷加湿器，作为一个独立的功能段安装在全热交换器的新风出口位置，其加湿量满足额定新风量下的加湿量要求。由于PTC陶瓷加湿器加湿是通过蒸汽加湿，可认为是等温加湿，因此本全热交换器不设预热段，在西安地区加湿后的新风送风温度将不低于15℃，通过上送风、上回风的模式，新风与室内空气充分混合后送至人的活动区域，气温已经高于18℃，因此新风即使不进行预热，也不会影响室内活动人员的舒适度。

3.4.1 西安市气象参数及含湿量

西安冬季新风的加湿量进行估算，具体参数如下：西安冬季室外空调计算温度为-8℃，相对湿度为67%，查表得含湿量d1=1.28g/kg干；室内干、湿球温度按干球温度24℃，相对湿度50%计算，查表得含湿量为d2=9.41g/kg干；室内干、湿球温度按干球温度24℃，相对湿度40%计算，查表得含湿量为d3=7.60g/kg干。

全热交换器的湿度交换效率按30%计算（湿度效率是全热交换器中焓效率、温度效率和湿度效率中最低的效率）。由全热交换器效率计算公式可计算出全热交换西新风出口空气的含湿量，公式如下：

式中：η为全热交换器交换效率，包括焓效率、显热效率和湿度效率，%；d1为室外空气含湿量g/kg干；d2为全热交换器新风出口空气含湿量g/kg干；d3为室内空气含湿量g/kg干。

由式（1）可计算得全热交换器送风口（SA）处的含湿量d2=3.72g/kg干。

3.4.2 各户型加湿量计算根据室内的加湿项目和除湿项目做如下统计：a）加湿项目：PTC电热式陶瓷加湿器加湿。

b）除湿项目：风管传输损失、加湿本身损失、建筑内部家具及墙体吸湿损失、渗漏损失、排风带走的湿量，除湿量折算成加湿器的加湿效率，估计加湿器有效的加湿效率为80%，因此，除湿项目仅计算排风带走的湿量。加湿量的计算公式如下：

式中：M为满足室内相对湿度所需加湿量，kg/h；M新风为新风的质量流量，kg/h；M排风为排风的质量流量，kg/h。

c）各户型新风加湿量统计

根据上式和各个户型的新风量，计算得各个户型需要的加湿量如表5所示。

表5 各户型加湿量估算

以上结果为按最不利工况情况下的加湿量。

4 系统控制设计

为了实现高档住宅智能化设计，提高系统的实用性能和操作的便捷性，本系统采用了DDC控制系统。其运行模式可分为为离家CO2控制模式、手动+CO2联动控制和会客模式三种，原理如图3所示。

图3 恒氧恒湿净化新风系统DDC控制原理图

1）离家模式

当主人离开家时，可按下“离家”按钮，系统自动调节到通过室内CO2浓度控制系统的启停。系统设定，当CO2浓度≥0.1mg/m3时，系统启动，新风风机按低档风量运行，然后启动排风风机，排风机运行低档，风机启动以后，新风侧的电子空气净化器启动，同时回风管的湿度传感器会对回风的相对湿度进行检测，当相对湿度小于设定的回风相对湿度时，启动PTC陶瓷加湿器，系统正常运行；当系统运行30min后，室内的CO2浓度还是大于0.1mg/m3时，新风机和排风机运行中档风量，当CO2浓度降至0.1mg/m3以下，自动调至低档运行；当室内的CO2浓度≤0.05mg/m3时，系统停止运行，通过系统的延时控制，先断开PTC陶瓷加湿器的电源，然后断开电子净化器的电源，最后断开排风风机和新风风机的电源，新风进口和排风出口的止回阀自动关闭。

2）手动+CO2联动控制模式

手动+CO2联动控制模式是指主人在家的情况下，将系统调至“在家模式”，系统会自动运行高档工况，系统以最大新风工况运行。为了确保满足人均最小新风量和系统节能的要求，同时降低室内污染物浓度的工况，系统启动时默认运行高档工况，当系统检测室内的CO2浓度≤0.05mg/m3时，自动运行中档，当中档运行30min后，室内CO2浓度一直小于0.05mg/m3时，则自动调至低档运行；在低档运行中，若室内CO2浓度出现大于0.05mg/m3的情况，则系统自动运行高档工况，然后重复前述循环工况。

主人在家时，新风系统24小时运行。

3）会客模式

会客模式是根据家里有客人，并且客人会有吸烟情况而设定的模式。如图1所示，在各户型的客厅和起居室及书房位置设置了独立的排风系统。当有客人吸烟时，新风系统正常运行，同时排风系统可以通过主人的手动控制，开启排风风机，及时地排出吸烟烟气，达到迅速净化室内空气的目的。

5 结论

本文通过对高档住宅恒湿恒氧净化系统的功能设计和自动控制，实现了向室内送洁净的新鲜空气，同时使室内空气达到了恒湿、恒氧的效果，对提高室内空气品质，减小因雾霾天气对室内的影响有积极的作用。该系统采用了全热交换器机组，同时考虑了不同工况下的运行模式，对新风系统的能量回收和低碳运行都有很好的效果。

[1]中国建筑科学研究院.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社出版,2012

[2]中国有色工程设计研究总院.采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)[S].北京:中国计划出版社出版,2003

[3]中国建筑科学研究院.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ134-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社出版,2010

[4]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调·动力[M].北京:中国计划出版社出版,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

宋灿华（1980～），男，本科，工程师；陕西省西安市南大街30号中大国际大厦C座801室（710002）；029-87203333-8022；E-mail:bjguxing2026@gmail.com