新风系统

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专用新风系统（dedicated outdoor air system，DOAS）又称新风系统，是一种送风和排风的设备，它由两个平行的系统组成：一个是用于向室内输送室外空气的专用系统，另一个是向室外排出室内空气的系统。William Coad在1999年提出要在建筑暖通空调系统中分开处理室外空气和室内空气。

传统的暖通空调系统，例如为多个区域服务的变风量系统，在热舒适性方面可能存在不足，并且可能出现微生物污染的问题。在专用新风系统中，根据具体环境及所搭配的并联系统不同，专用新风系统除了处理潜热负荷外，还会承担部分显热负荷，而并行的其他空调系统则负责其余的显热负荷。

专用新风系统的核心理念是：专门提供通风功能，而不是像传统系统那样，将通风作为空气调节过程中的附带结果。专用新风系统的这一概念已在欧洲被广泛应用，并且在美国也以各种形式得到使用。

## 系统简介

近年来的研究致力于探讨专用新风系统的基本原理，并重点分析其较传统暖通空调系统的潜在优势。S.A. 穆玛指出，传统全空气顶送混合式变风量暖通空调系统存在四个主要问题。这些变风量系统的问题，正好凸显了专用新风系统相应方面的优势。然而，专用新风系统也存在一些缺点，包括：初始投资成本可能较高、在美国的应用尚不普及，以及系统可能更加复杂。

- 全空气变风量暖通空调系统中的通风空气：设计人员和建筑工程师通常无法准确掌握，在典型变风量系统中与回风混合的通风空气，是如何在整个建筑内分配的。空气泄漏、控制设定点、最小风量设定以及短路现象（例如排风与新风进气混合）等问题，都会影响实际送达各空间的通风量。专用新风系统通过提供100%室外新风的专用送风，从而解决了这一问题。
- 在变风量系统中对额外室外新风量及其处理的需求：当采用ASHRAE 62.1-2004标准中的多区域公式时，为了确保全空气系统中各房间都能获得足够的通风，通常需要比专用新风系统多出约20%到70%的室外新风量。在夏季，对这些大量室外空气进行冷却和除湿，以及在冬季对其进行加湿和加热，都是能耗很高的过程。而专用新风系统系统则是根据实际通风需求进行设计，不需要为了保证气流分配而进行过度放大。
- 变风量箱的最小风量设定必须提高，以满足新风需求：或许与当前常见做法相反，变风量箱的最小风量设定必须同时反映该空间的送风需求以及送风中通风空气所占的比例。例如，一个空间需要5663L/m的新风量，而供应的空气中只有40%是新风，那么变风量箱的最小设定应为14158L/m，而不是传统上设置的5663 L/m。当为满足通风需求而正确设定最小风量时，就会产生大量末端再热的问题。因此，在相同送风温度下，运行良好的全空气变风量系统必然会比采用专用新风系统的系统使用更多的末端再热。
- 未能将潜热负荷与显热负荷解耦：无法将房间的显热负荷与潜热负荷分开控制，会在显热负荷较低时，导致室内空间出现较高的相对湿度。设计合理的专用新风系统可以承担100%的房间潜热负荷以及一部分显热负荷，从而实现显热与潜热的解耦。其余未被新风系统满足的显热负荷，则由一个并联的、仅处理显热的空调系统来承担。因此，有很强的必要性对房间的潜热负荷进行独立控制，以避免与湿度相关的室内空气质量问题。

## 室内空调系统

对于典型的专用新风系统，新风系统通常只能承担约0–30%的室内显热负荷。为了营造舒适的室内环境，其余的显热负荷则需要由其他多种室内空调系统来承担，如下所示：

- 吊顶辐射系统
- 全空气变风量系统
- 整体式水源热泵机组
- 可变冷媒流量空调系统
- 风机盘管机组

### 辐射系统

与其他显热冷却系统相比，吊顶辐射系统是与专用新风系统配合使用的最佳选择。由于专用新风系统只负责处理空间的通风和潜热负荷，因此使用吊顶辐射可以减小风管尺寸从而降低所需风机功率，并降低楼层之间的高度需求。

将吊顶辐射与专用新风系统结合使用具有多项优势。2008年《ASHRAE手册》中的综合评估部分对此作了如下简要说明：

主要优点包括：

- 由于辐射负荷被直接处理，且室内气流仅维持在正常通风水平，其舒适性优于其他空调系统。
- 能够满足通风与除湿所需的送风量要求。
- 由于风量减少，专用新风系统可以采用更小尺寸的风管。
- 使用吊顶辐射板从而可以避免使用会带来结露的冷却盘管，从而降低细菌污染的风险。
- 自动喷淋系统的管道可整合于吊顶辐射冷却系统中。

主要缺点是：初投资较高。

除了上述优点外，结合吊顶辐射还具有其他优势，例如：设计紧凑、节省竖井空间，以及能快速响应动态控制需求。专用新风系统/吊顶辐射系统的节能效果主要来自以下几个方面：冷却盘管负荷降低、冷水机能耗降低、水泵能耗降低、风机能耗降低。总体而言，由于专用新风系统具有能量回收功能且送风量较小，与传统变风量系统相比，冷水机的能耗可以显著降低。在一项试点针对专用新风系统/吊顶辐射系统的研究中，逐时能耗模拟显示：该系统的年电能消耗比带有经济器控制的传统变风量系统降低了约42%。

### 空气系统

当使用空气系统作为室内空调系统时，设计专用新风系统时主要有两种方法：

#### 采用不同风管的独立系统

在这种配置中，设有一个新风系统，通过其独立的风管/送风口，将经过预处理的新风（承担潜热负荷及部分显热负荷）直接送入室内。另有一个独立系统（例如风机盘管机组），对室内回风进行处理，以满足剩余的空间显热负荷。

优点：

- 更容易测量进入房间的室外新风量。
- 更容易测量风量并进行系统平衡。
- 避免将新风负荷加在室内空调设备（如风机盘管机组）上。

缺点：

- 两个系统需要独立风管，可能增加初始成本。
- 新风与室内循环风使用不同送风口，可能导致混合不充分。
- 不同的送风路径会增加进入房间的总风量，从而提高整体风机能耗。

#### 组合系统

经过处理的室外新风被通过风管输送到房间内的末端设备。在这种配置中，预处理的新风会直接送入风机盘管机组，并与来自室内的回风混合。这种系统类似于冷梁系统的运作方式。

优点：

- 共用风管可降低初始成本。
- 新风与循环风合并可减少总风量，从而降低风机能耗。
- 室外新风与室内循环风能充分混合。

缺点：

- 只要需要通风，末端设备就必须运行，无论显热负荷是否已满足。
- 系统的风量平衡可能较为困难。

## 设计

专用新风系统设计中的要求包括：

- 将新风系统与冷热负荷控制系统分离，以确保所有有人使用的房间都能获得适当的通风。
- 对新风进行处理，使其承担全部的潜热负荷，并尽可能承担更多的显热负荷。
- 最大化经济有效地利用能量回收设备。
- 整合消防系统。
- 使用吊顶辐射板等来实现室内热舒适控制

穆玛提出了以下专用新风系统的设计步骤：

- 根据设计工况，计算夏季典型计算日各房间的显热与潜热冷负荷。
- 依据ASHRAE Standard 62.1通风规范，确定各空间所需的最小送风量。
- 确定各房间的送风含湿量。
- 通常，设计送风干球温度会等于所需的送风露点温度。
- 在供暖季节，利用能量回收装置将排风中的热量回收至专用新风系统机组。

如果以全空气空调系统作为专用新风系统的并行系统，提出了以下设计步骤：1）计算专用新风系统送风在各空间中所承担的显热冷负荷，2）计算各空间中由全空气空调系统需要承担的剩余显热冷负荷，3）确定全空气空调系统的送风干球温度（应高于房间露点温度，以避免结露），4）确定全空气空调系统设备的送风量。

## 能源与成本

已有大量研究通过模拟来评估专用新风系统在节能方面的表现。卡塔和布兰德莫尔对比了专用新风（并联室内空调系统）与传统单一系统，在达拉斯、圣路易斯、华盛顿特区和新奥尔良的大型零售商店进行模拟研究。研究结果表明：并联系统可实现14%–27%的年度节能，同时设备容量可减少15%–23%。

郑等人将专用新风系统（并联吊顶辐射板）与带空气侧经济器的传统变风量系统进行比较，研究对象为费城的一栋教育建筑中约280 平方米的办公空间。结果显示：专用新风系统系统的年能耗降低约42%，且风机与冷水机能耗均显著下降。

埃默里奇和麦克道尔评估了专用新风系统在美国商业建筑中的节能潜力。其建筑模型符合ASHRAE Standard 90.1的新建建筑要求。模拟结果显示：完整专用新风系统系统可带来21%–38%的年度暖通空调能源成本节省。