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定风量阀（CAV）在通风系统中的应用浅析
作者：吴学刚
来源：《江苏商报·建筑界》2014年第03期
摘要：本文通过实际的工程经验，对定风量阀的概念、性能及其在新风、排风、净化空调等通风系统管路中的应用进行了简要的阐述，并说明了定风量阀在工程中适当运用的优点及局限性。
关键词：定风量阀（CAV）；新风；排风；净化空调；压差；管路平衡
1.引言
近年来，随着世界范围内对空调节能以及舒适性要求的逐步提高，传统的手动变风量末端装置的转型升级逐渐受到业内人士的青睐，但是对于某些应用场所来说，由于其房间所需要的风量是恒定的或者风量变化要求范围很小，此时若仍采用传统的变风量末端就过于奢侈了，而采用普通风阀一方面起不到定风量的作用，系统压力很难控制，这给设计和调试都带来很大困难，另一方面没有变风量功能，不能满足空调节能以及使用者的舒适性要求，鉴于此，采用机械式定风量调节阀是最合适的，其不光能起到定风量的作用，亦可改装成变风量末端，而其本身的初投资比传统的变风量末端要便宜很多。
2.定风量阀的概念及应用
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定风量阀（Constant Air Volume简称CAV）根据空气动力学研究而成，是一种机械式自力装置（如下图所示），
布置在阀片低压侧的气囊在有送风的情况下，当风压增加时，通过阀片上的气孔而使气囊膨胀，这一方面增强了阀片的关闭扭矩，将阀片的关闭力放大，以利于控制，另一方面也减缓了阀片的振荡，与阀片的关闭扭矩相对应，通过弹簧片对阀片施加一个反向力，以补偿阀片的关闭扭矩。如此，在系统压力增加时，气囊膨胀，关闭扭矩增强，阀片向关闭方向运动，并通过弹簧片加以平衡，增加了风阀的局部阻力，起到了减压的作用，保持了风量的恒定，反之，当系统压力降低时，气囊收缩，关闭扭矩减弱，阀片向开启方向运动，使风量保持不变，因而，该装置为纯机械结构，不需要任何外界能源，即可起到定风量的作用。它的特点有：纯机械装置，无需外部能源；可根据刻度盘调节所需风量，风量误差在±4%范围以内；自动保持风量恒定，设计考核调试均可免去风压平衡工作，风量恒定误差在±10%范围以内，工作压力范围为50至1000Pa；安装位置不受，即使在最不利的气流条件下，风量亦可保持在允许的误差范围内；使用寿命长，而且长期运行后，仍可保持相当高的精确度；
定风量阀适用于需要定风量的通风空调系统中。它依靠风管内气流力来定位控制阀门的位置，从而在整个压力差范围内将气流保持在预先设定的流量上，我所经历的北京诺华制药项目及中国疾病预防控制中心（CDC）P3实验室等项目都用到了定风量阀，均取得了良好的效果，目前网上关于这方面介绍的文章很多，但是内容大多雷同，仅在原理上进行了简单阐述，但是结合定风量阀的特点在具体应用中的一些注意事项相对很少，现结合实际使用情况就定风量阀在新风、排风、洁净空调等系统的应用做一个简要的论述：
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2.1在新风系统中的应用
当前，很多酒店客房，写字楼、办公楼等建筑普遍采用的风机盘管加新风系统的空调方式，通常做法是每层设新风机组，走廊敷设新风干管，分支管分别从总管上接入各房间。以酒店客房为例，每间客房新风量一般为90～110 m3/h，如何做到各支管的风量一致呢？一般来说，设计方往往会在新风支管上加设一只风量调节阀，期望通过后期调试手段来完成风量分配。由于新风系统一般情况下均为干管长，支管短，而风量调节阀调节既不直观，调节精度又不理想，况且每间客房新风量只有100 m3/h左右，风量很小，这样的调试误差很大，效果很不好，施工单位只能做到测一下新风干管的总送风量，保证各送风支管有风感这样的地步。为了能保证各房间所送新风量能达到设计值，也无需施工单位再去一个房间一个房间的平衡，我们只需在每支新风支管上加设一只定风量阀，这样只需要将阀门定位在设计值，保证总送风量满足实际要求即可，以上问题就迎刃而解。在高层建筑内居住、办公的人常常抱怨新风量不足，甚至有憋气的感觉，而设计方往往感到很委屈。因为从图纸上看，新风量标准的取值并不低，因此只能抱怨施工单位没有调节好风量，但我们往往忽略了一个问题，如何从设计角度来保证实际效果，而定风量阀在新风系统中的应用，就是一个有力的措施。因目前定风量阀主要还是依靠进口，价格较贵，国产产品性能不稳定，暂不能广泛推广使用。
2.2在排风系统中的应用
一个好的空调系统设计，它的排风系统必须很合理，而这一点往往得不到重视。在洁净厂房的辅助房间里，围护结构的气密性很好，只需较少的风量就可以维护房间的正压值。大约新风量的85～90%必须通过有组织的排风排出室外，这样才能保证送风、排
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风的风量平衡，否则再多的新风量也无法送进房间。在办公楼里，排风一般通过卫生间、开水间等辅助用房排出室外。除此之外，有时还应再增加一套排风系统，才能保证送、排风平衡。对于卫生间排风，通常做法是每间卫生间设一、二只卫生间通风器，与排风竖井上的排风机联锁。我们知道，一般来讲新风系统应该是一年四季都运行的，相应排风系统也应该是一年四季都运行的。也就是说，使用卫生间的人不可以去控制卫生间通风器的开启，设卫生间通风器的必要性就没有了。况且一个大风机带几十个小风机这样的排风系统运行既难匹配，又不经济。排风量为400m3/h的卫生间通风器噪音就有40dB左右，使卫生间失去宁静。大量的卫生间通风器也给维护带来很大的麻烦。为解决这个问题，我们可以取消卫生间通风器，在排风竖井每层支管上加设一只定风量阀，竖井顶部设一只排风机。这样的排风系统，能保证各层所排风量大致相等，而系统控制简单，运行可靠，卫生间可以很宁静。
2.3在净化空调系统中的应用
洁净室中通常需要大量的过滤器来过滤空气，以使其满足洁净度要求，而过滤器的阻力会随着使用时间的增长而增加，若采用普通风阀的话，系统运行一段时间后，过滤器阻力增加，送风口风量下降，房间随之发生变化，甚至会破坏洁净室的正常运行，而如在调节时加大送风量，虽可保证过滤器在到达终阻力前达到所需的风量，但其一方面非常浪费能源，另一方面也降低了过滤器的效率且很难保证房间内的压力变化，基于这一点，若在末端采用定风量装置，则完全可以克服上述缺陷，这样一方面可免受其他支管压力变化对其的影像，自动平衡风管上的压力，省去设计和调试的很多工作，另一方面当过滤器阻力增加时，自动降低自身阻力，保证其送风口风量在运行过程中保持不变，，另外，如果条件允许的话，在回风、排风和新风管上均采用定风量阀的话，可保证洁净室压力的精
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准控制。在生物安全实验室中，往往具有有毒或者有害物质，因而对房间的压力控制要求非常高，为了保证操作人员的安全，使送风量和实验室内固定不变的排风量相适应，可以采用定风量装置以实现对实验室压力的精确控制在净化空调系统中维持洁净房间的正压值至关重要，在排风或送排风系统中加设定风量阀，就能有效保证洁净房间的正压值。洁净手术室手术进行时与不进行时均需保持手术室正压，手术进行时新风量为保证正压所需的新风量加人员所需新风量，手术不进行时新风量为只保证正压所需的新风量，所以新风管上需要设双位定风量阀。压差控制在净化空调系统中是一个非常重要的环节。只有通过对净化区域的压差进行控制，保证合理的气流组织，才能达到净化和工艺的要求。例如洁净厂房必须保持一定的正压使外界未经净化的空气不会进人净化区域，保证洁净级别；并且通过对各净化区域的不同的压差控制，达到净化分区的作用，在GMP中就要求不同净化级别区域的压差应得到控制不小于+5Pa.在生物安全洁净室中，压差控制更是保证安全防护屏障的关键指标，在《生物安全实验室建筑技术规范》中指出必须使实验室的负压梯度得到稳定可靠的控制。因此对于净化空调系统来说，压差控制是非常重要的。对于压差控制系统来说，其所达到的结果实质上是对渗入或渗出空气的控制，就其控制策略而言可分为被动式和主动式控制。定风量（CAV）是一种被动式的控制方法，也是较常用的控制方法，它使用手动风量调节阀，通过简单的送风和排风平衡，送风比排风少（或多）一定的量（余风量），来达到所期望的压差。
2.4 在风管管路平衡上的应用
在全空气系统中，由于受建筑条件的影响，各支管之间阻力肯定不均衡，一般采用三通调节阀或对开多叶调节阀来完成风量分配。为保证重要房间或主要支管上的风量不致于过大或过小，减少调试的盲目性，可适当加设定风量阀来取代三通调节阀或对开多叶
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调节阀。
3.使用定风量阀的优点及局限性
使用定风量阀的优点：定风量阀是自动机械机构，无需外部动力，可另加电动执行器通过遥控信号改变流量设定。定风量阀在送、排风系统中均可应用，工作温度一般为10～50℃，压差范围为50～1000Pa，即阀前阀后至少应用50Pa压差，否则定风量阀不能工作。这点应注意，因为新风系统新风机组的风压值一般都不大。定风量阀安装时不受位置，但阀片轴应保证水平，一般要求有阀门长边1.5倍距离的直线入口风管及0.5倍距离的直线出口风管。定风量阀控制精度高，有外部指针显示流量刻度，调节精度约为±4%，限流机构无需维护，为与系统配套，定风量阀矩形、圆形、保温、消声型均可选择。使用定风量阀的局限性：在选择定风量这样的控制策略时必须认真的考虑，因为定风量系统有突出的局限性。主要有几点：（1）所有时间，设备必须保持恒定的送风量和排风量。（2）不能有任何排风设备（如生物安全柜等）增加或减少，灵活性差。未来的扩展会由于系统容量而受限。（3）必须按全负荷设计，要有较大的余量来弥补由于过滤器等造成的送风和排风系统性能的下降，连续的全负荷运行使能耗极大，因此运行成本非常高。（4）由于风机系统、过滤器系统等性能下降或风阀位置改变等情况下，系统经常要重新进行风平衡调试，需要大量的维护。（5）由于在所有时间都是大风量运行，噪音会过高。因此如果不能接受以上的局限性时，就不应选取这样的控制策略。目前，通过在送风管和排风管上采用压力无关型的定风量控制装置（如文丘里阀）的定风量系统，在一定程度上可以主动的、动态的调节流量，消除系统静压波动造成的对流量的影响，从而保证流量的恒定和控制的稳定。
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4.总结
综上，在工程中适当运用定风量阀，主要的优点是可以最大程度的优化系统设计，有利于送、排风平衡，系统风量平衡，大大减少调试工作量。同时定风量阀由于它能精确可调，自动平衡的特点，随着国内生产技术的不断改进，价格的不断降低，此类产品必将会在通风系统中得到广泛运用。
参考文献
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[6]德国妥思舒适空调末端产品参考资料
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