地下车库通风变频调节的原理与应用
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摘要 本文分析了地下车库定风量通风系统和简单变风量调节系统的优缺点；阐述了地下车库通风变频调节的原理；说明了变频调节应用于地下车库通风的具体方法；介绍了变频调节应用的具体工程实例。
关键词 地下车库 通风排烟系统 定风量 变风量 变频调节 节能
中图分类号：TE08文献标识码： A
1 引言
近年来，地下车库的建设项目迅速增加。地下车库的通风排烟系统通常采用定风量通风排烟系统。根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50067-97），排烟风机的排烟量应按换气次数不小于6次/h计算确定。于是，设计者往往按以上规定确定车库的排烟量，并采用单风机单风道系统，即把排风和排烟系统合用，平时排风量与火灾时排烟量相同。这种做法，具有系统简单、初期投资少的优点，但却往往不能根据车库具体情况对其通风系统进行管理和控制，有时不能满足车库内的空气品质要求，也不节能。
目前，一些地下车库采用了简单变风量调节方法，主要有间歇控制法和双速风机法。前者根据不同时段出入地下车库车辆数的变化，来确定开启或关闭风机。当车库内汽车出入频繁时，开启风机，反之，关闭风机。后者则是采用双速风机，当车库内汽车出入频繁时，开启风机的高速挡，反之，开启风机的低速挡。但是，这两种控制方法都过于简单，不能很好地改善地下车库内的空气品质，也不能最大限度地节能。
随着科技的发展，变频技术在暖通空调行业中得到应用，使地下车库通风排烟系统克服上述缺点成为可能。
2 风机变频调节的原理
由流体力学知识可知，风机的风量与转速成正比，压头与转速的2次方成正比，轴功率与转速的3次方成正比。改变转速，风机的风量、压头和轴功率也随之改变。而电机转速与输入频率成正比，改变频率就能改变电机转速，从而达到风机调节的目的。当风机风量为原来的75%时，风机消耗功率仅为原来的42.2%，节能57.8%。而用阀门调节时，仅节能5%左右。因此，地下车库采用风机变频调节技术，节能效果显著。
而且，对风机进行变频控制，还可以实现风机电机的软启动、软停机，减小电流对电机的冲击以及设备的振动、噪声和磨损，延长设备的使用寿命，并减小对电网的冲击，提高系统的可靠性。
3 应用风机变频调节的设计方案
地下车库通风的主要目的是排除和稀释汽车排放的有害物质，主要有CO、HC及NOX等。测试表明，在低速状态下，以上污染物发散量的体积比分别为7：1.5：0.2。由此可见，只要把CO的浓度稀释到卫生标准规定的浓度，其他污染物的浓度也能满足卫生要求。对于地下车库来说，汽车出入地下车库的情况往往随时间的不同而变化，其所需通风量也相应不同。根据特征和用途，各种性质的地下停车场停车情况也有很大的区别。一般地，商务、办公大楼地下车库，上下班时间段内是汽车出入车库的高峰时期，也是汽车污染物排放的高峰时期，此时，为排除和稀释汽车排放的有害物质，车库需要通风量就多些；而在其他时间里，需要的通风量会少些。
采用风机变频调节的通风系统风道与单风道单风机系统完全相同，排风机采用高温消防排烟风机，平时排风，火灾时排烟，风机风量按换气次数不小于6次/h选取。图1为风机变频调节原理图。在排风机进口前的风道内安装一个CO传感器，测得车库内实时CO的浓度
后，反馈给中央控制器PCD。通过与设定值的比较，PCD发出指令，指示变频器对风机实行变频调速，改变风机的转速，从而改变风机的风量，使其与实际需要的通风量相匹配。同时，
图1风机变频调节原理图
送风机PCD对送风机变频器发出指令，改变送风机的风量，使其始终占排风机风量的80%-85%，以保持车库内有一定的负压。系统的CO浓度设定值对于不同使用性质和用途的地下车库有不同的规律性，需要在运行管理过程中进行观察和调试，才能达到理想的效果。在车库发生火灾烟气被排除后，要及时检查和更换CO传感器，以保证系统能重新正常运行。
4 工程实例
某办公楼地下车库，面积为2000m²，层高为3m，设计停车量为60辆。原设计通风系统，排风机风量按6次/h换气次数计算，为36000m³/h，压头为700Pa，电机功率为11kW；送风机风量按5次/h换气次数计算，为30000m³/h，压头为550Pa，电机功率为7.5kW。原设计系统按定风量运行。
系统投入运行后发现，由于车库的形状不规则及车道布置的不合理，使得各车道上的车流量分布很不均匀，从而导致各车道上方的CO浓度有很大差异；同时各时段里车库内各车道上方的CO浓度也不同。在每天的大部分时间里，车库内进出的车辆较少，所需的通风量也较少。在上、下班时间段里，车库进出的车辆最多，车库所需的通风量最大。在这种情况下，系统定风量运行，每天运行18小时，每度电费0.8元，每年的运行电费约为9.76万元。后因系统和设备老化需要更新，出于节能的考虑建设单位要求改造成变风量系统。
经方案比较，对上述工程进行了风机变频改造，根据CO实际浓度对风机进行变频调节。按照ASHRAE的标准，地下车库CO允许最高体积分数为35×10-6（40.55mg/m³）。通风系统各风阀始终处于最大开度位置（满足系统平衡需要），以减小系统阻力。在总风管道长度的2/3处安装压差传感器，设定风机的最低运行频率以保证系统所需的最小压力。系统改造完成投入使用后，风机在每天18小时的运行时间内约有5小时的风量为设计风量，8小时的风量为设计风量的80%，另外5小时的风量为设计风量的50%。经计算，当风机风量为设计风量的80%时，实际能耗为设计能耗的51%；当风机风量为设计风量的50%时，实际能耗为设计能耗的15%。这样，每年的运行电费约为5.28万元，可节约4.48万元。如果变频器的价格按1000元/kW计算，初期变频器投资要增加1.85万元，一年节约的运行电费即可收回增加的投资。可见采用风机变频调节具有显著的节能效果，可以获得可观的经济效益。
5 结语
地下车库平时的通风量与汽车的进出频率有关，如果把通风排烟系统设计成定风量系统，运行时风机风量固定不变，必然造成能源浪费，且运行费用过高。如果把系统设计成采用风机变频调节的变风量系统，风机的总风量仍按原设计风量选取，运行时根据CO浓度，调节送、排风机转速，改变送、排风量。这种设计方案可以显著地节能，大大节省运行费用，同时也满足相关规范的要求。因此，地下车库通风排烟系统的风机变频调节技术具有广阔的应用前景。