EC风机在变风量新风系统中的应用

EC风机在变风量新风系统中的应用
摘要建筑全年总能耗中，空调能耗占有相当大的比例。

通过对全国公共建筑的能耗调查表明，空调系统能耗占整个建筑能耗的50%~60%，其中新风运行能耗占整个空调系统的30%~40%。

随着建筑维护结构热工性能的不断改善与人员舒适度要求的逐步提高，在维护结构能耗占比越来越小的同时，新风能耗占比越来越大。

所以合理设计空调系统新风量并进行变风量调节，有利于设备的节能运行，降低建筑整体能耗。

变频EC风机这项节能技术的应用，能够使建筑更好的实现绿色、低碳与环保。

关键词 EC风机经济分析节能技术应用建筑节能
0引言
通风空调系统实现变风量调节，常规做法是通过改变设备控制策略或为现有电机安装变速驱动。

虽然这些做法都可以达到调节风量、降低能耗的目的，但没有从根本上改变风机电机的运行机理，因此对风机的改造是十分必要和必要的。

EC风机诞生于20世纪70年代，后来逐渐应用到空调风机领域，由于发明初期成本较普通交流风机而言昂贵，未能得到大规模推广应用。

目前EC风机多用于精密空调与工业通风系统，为更好的了解与运用EC风机，对其形式及优缺点进行简要介绍，并结合工程案例进行经济性分析。

1空调新风系统介绍
根据《供暖通风与空气调节术语标准》（GB / T 20155—2015），新风系统是为满足卫生要求、弥补排风或维持空调房间正压而向空调房间供应经集中处理的室外空气的系统。

新风系统首要目的是改善室内环境、营造舒适健康的工作和生活环境。

根据上述要求对房间进行风量平衡计算，从中得出系统最小新风量。

随着人们对雾霾、甲醛危害的日益重视，以及近期新冠疫情防控需求，新风系统充分体现出空气处理过程中的重要性。

空调系统新风量取决于房间人员密度
及人均新风量，对于室内人员密度比较稳定的房间，可根据某一确定值进行计算；对于人员密度实时变化较大的房间（如会议室、餐饮、商场、展览馆等），需根
据最多使用人数的持续时长来确定。

2新风系统的变风量调节
公共建筑具有明显的人流量变化特征，在进行空调系统新风量计算时应根据
实际使用情况，合理选取人员数量，并在后期使用过程中，系统能够根据室内实
时的CO­2浓度调节控制新风量，在保证满足卫生要求的前提下尽可能减少机组处
理的新风量，节省系统运行能耗。

对于传染性疾病疫情防控工作严峻，对空调系统提出更高的要求，如采取提
高过滤等级，加大新风量，防止新排风短路等措施。

而在疫情期间，增加系统新
风量，提高室内换气次数是保证室内空气质量、稀释污染物浓度的重要措施。

新风系统变风量调节即能满足节能要求，降低运行成本，又能满足过渡季节
全新风运行及防疫使用要求。

3不同风机在变风量系统中的比较分析
变风量系统调节方式主要分为以下几种：（1）风阀调节；（2）进口叶片调节；（3）动翼调节；（4）转速调节。

图1为各风量调节方式功率消耗率对比关系，由于定风量系统无调节措施功率消耗最大，故以该项作为基数进行对比，通
过图表可知与定风量系统相比，转速调节方式功率消耗率可降低约50%。

同时风
机转速调节在风量调整范围、调整灵敏度、调整精度及可靠性等方面也明显优于
其他方式。

根据转速调节方式的不同，新风系统所选用风机又可分为下列几种形式：AC风机—表示交流风机 - Alternating Current
DC风机—表示直流风机 - Direct Current
EC风机—表示电子换向风机 - Electrical Commutation（也属于直流风机）
3.1 AC 风机
AC风机输入交流 220V 电压，控制比较简单，设备风量只有高、中、低3档
可调；设备结构简单、成本低廉。

广泛运用于工业、农业、生活电器、交通运输
等行业中。

优点:交流风机制造比较便宜，相对于直流风机，在维护容易，控制简单；
缺点:用电量大、噪音大、风量定档调节。

3.2DC 风机
DC风机输入电压必须是直流电，一般常用的有12V、24V、310V 等，在新风
领域，以DC310V居多。

控制DC风机必须有一个电源转换电路，负责把AC220V
转换成DC310V才能驱动风机，由此造成风机成本的增加。

优点：直流风机具有良好的启动特性和调速特性，直流风机的转矩比较大，
直流相对于交流比较节能环保，风机相对体型更小，原理较 EC 风机更为简单；
缺点：需控制器为其输出 DC310V 电压，电磁辐射大，新风设备上用的传感
器存在受其干扰无法正常工作的风险；同时与EC风机相比，由于其另计入VFD
本身能耗，AC电机系统的总体效率就更低了，使得整个系统更加耗电①。

3.3 EC 风机
EC风机的供电采用交流220V，实质上EC风机就是在DC风机的基础上在其
内部增加一个智能控制电源转换模块，可以把AC220V交流电转换成DC310V直流
电使用，并通过脉宽调制方式实现无极调速。

EC风机在新风系统中运用主要特点如下：
优点：设备高可靠性，低故障率，使用寿命长，可节省运营和使用周期内的
成本；运行效率高，EC风机的电机使用永磁体励磁，消除了感应电机励磁电流
产生的损耗；同时无刷直流电动机采用同步运行的工作方式，消除了感应电机转
子的运动损耗，可使 EC风机运行损耗小，效率更高③；风机无级调节范围可达到10%~100%，优于AC变频器的调节范围40%~100%④，同时在各种输出功率下（各档转速）EC风机的效率相对恒定在91%~95%①；大多数EC风机可与楼宇控制系统或
机房控制系统进行通信，对机组独立监测和远程控制，降低后期人工检测与运行
成本；风机电机一体化设计，结构紧凑，节省空间，振动小，噪声低。

缺点：EC风机比 DC风机多了一个模块，成本比 DC风机稍贵一些。

4EC风机应用实例及经济分析
4.1项目概况
某博物馆项目，总建筑面积5.4万平方米，主要功能包括藏品库区、展厅、
游客中心，办公、会议及相关配套用房等，根据当地室外气象参数，经逐时逐项
负荷计算，项目空调面积约3.3万平方，冷负荷约4800 Kw,其中新风冷负荷
1650 kW，占总负荷的34.5%。

系统新风量设计标准：展览厅20 ~50m³/（h·p），新风机组空调季节按照20 m³/（h·p）运行；过渡季节按照50 m³/（h·p）运行，满足卫生和消除室内余热需求的同时，提高服务区域的舒适度；疫情防控阶
段，空调机组全新风运行，加大系统运行新风量，在确保防疫需求的前提下尽可能满足室内热舒适需求。

博物馆类建筑，展厅容纳的观众人数随时间存在峰谷波动。

根据《博物馆建筑设计规范》JGJ 66-2015相关条文规定，当展品沿墙或岛式布置时，观众平时的合理密度为0.14~0.18，而高峰密度达到0.23~0.28，峰谷时间段人流量变化率达到60%以上，人员新风需求量波动大，新风系统风量取值与设备选型无法采用传统的设计理念。

以建筑内某一展厅为参考房间，房间面积约2500平方米，按照满足最不利情况进行计算，人员密度取值0.28、人均新风量取值20 m³/（h·p）。

表1房间人员逐时新风量（m³/h）
时间
博物馆89
1
1
1
1
2
13
在室率（%）
5
7
8
9
1
00
100
新风量（m³/h）
7
000
9
800
1
1200
1
2600
1
4000
14000
博物馆
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
在室率（%）
1
00
1
00
1
00
7
5
新风量（m³/h）
1
4000
1
4000
1
4000
9
800
7
000
表2 AC风机与EC风机功率对比
项目
风量负荷运行 /%
5 0
7
8
9
100
AC风机功率（kW）15
EC风机功率（kW）
5
.5
7
.5
9
.2
1
1.0
12.5
节约电量（kWh）
1
9.0
1
5.0
5
.8
4
.0
7.5
节省运行费用（元）
1
2.35
9
.75
3
.77
2
.60
4.88
注：冷水机组能效COP为6.0 W/W；当地工商用电价为0.65元/（kW·h）
4.2 节能分析
通过表2计算可得参考房间新风机组的平均日耗电量：AC风机 15.0*11=165 kWh；EC风机 5.5*2+7.5*2+9.2+11.0+12.5*5=108.7 kWh；当新风机组采用EC风机时与定频风机相比节能率约为34%。

参照展厅当新风机组采用EC风机时日平均节约电费约33元，由此估算出整
个项目新风机组采用EC风机运行日平均节约电费约300元。

假设项目新风机组
全年运行时间为310天（除去闭馆时间），全年EC风机新风机组节约运行费用
约9.3万元。

4.3 投资回收期
项目共设置12台新风机组，设备总投资约25万，普通风机初投资约8.4万，则投资回收期为（25-8.4）/9.3=1.78 年，即新风机组采用EC风机投入的费用2
年内可通过后期使用阶段节约的电费收回，2年后每年可累计节约电费约9万余元，设备投资回报期短，节能效果明显。

此外，在空调运行季节，空调机组新风
处理量的减少，同时冷水机组承担的负荷也会相应降低，机组进行卸载降低运行
功率，从而达到整个空调系统的运行节能。

5结论
EC风机较现有普通交流风机而言具有运行效率高、节能、控制简单、运维成
本低等优点，同时采用EC风机的通风空调系统设备投资回报期短，有着显著的
经济效益和社会效益。

EC风机的无级调速为满足日益严峻的疫情防控需要及实现
绿色建筑的低碳环保提供了可靠的技术支撑。

正因其出色的特性，EC风机正向暖
通空调系统风机，风冷模块，冷却塔、工业风机等高标准的风机领域覆盖。

参考文献
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