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置换通风的应用前景及其适用性分析(2)

    3.3 新一代置换通风末端装置的研究

    新一代末端装置要考虑的技术思路和问题是解决如下几个问题(1)在人员活动区域减少和消除热力分层对人的影响;(2)减少空气输送量以降低空调机组,风管、风口的初投资,节省通风管道占用的建筑面积,减少空气输送量以减少输运动力,从而减少风机耗能。

    因此,末端装置的设计思路围绕解决以上问题而展开。

    为解决置换通风送风量大,送风温差小的问题,可借鉴诱导通风的原理[6],考虑提高一次风送风温差,在送至室内之前,或在人员活动区将一次风与室内空气混合,以提高送风温度。采用强化传热技术,使得室内空气在人员活动区迅速分布均匀,减少温度梯度。

    4 置换通风的适用性分析

    4.1 适用的冷源

    置换通风要求采用中央冷水机组提供集中冷源,采用空气处理设备集中处理空气,采用水泵、水管输送冷水。是否采用置换通风的空调方式,首先要考虑选用何种冷源。传统的混合通风可以采用中央冷水机组也可以采用其他形式的冷源,比如分体式空调,VRV系统、单元式空调机组、直接蒸发式制冷机等等。

    选用何种主机与初投资和运行费用的多少有直接关系。对于小型空调系统,直接蒸发制冷设备总是比冷水机组便宜,但是中大型工程这方面的费用比较接近。运行费用通常与空气处理方法有关,当然还与采用何种主机及其运行有关。

    置换通风适用于采用冷水机组提供冷源的空调方式,若是用其他冷源形式一般不考虑采用置换通风。置换通风要求的送风温度较高,冷水机组可以利用三通控制阀提供可变的换热盘管温度,因此采用这种设备稳定性好。相反,直接蒸发制冷设备,具有固定的换热盘管温度,就算是采用多个压缩机,盘管温度也只能分档调节。

    置换通风要求采用冷水机组,因此从经济性方面考虑,置换通风不适用于小型的空调系统。对于大中型系统,当初投资对业主来说是非常重要的考虑因素时,也应认真考虑。

    4.2 置换通风适用性举例

    下面的例子方便我们了解何种情况下采用或不采用置换通风。

    例1:顶部布置灯光的高大空间(通常6m以上)电视演播厅[7]

    此例要求在人员活动区,即2m以内保持舒适性空调标准,送风方式可采用下送风的置换通风形式,也可采用上送风的混合通风形式。

    该例很利于采用置换通风的空调方式:(1)房间足够高(大于2.5m),容易产生置换效果;(2)2m以上的温度梯度不太重要,只需保证2m以内人员活动区维持较低的温度梯度;(3)从顶部排风,可以减少冷负荷;(4)噪音很容易控制。

    电视演播室采用置换通风的优点是相当大的。灯光负荷不会扩散至人员活动区,散热甚至可直接由排风带走。演播室在全年许多时间可以通过换热器或其他热回收装置利用室外空气“免费供冷”,特别对于干、湿球温度仅在夏季增加的地区更有利。这样,置换通风的制冷主机装机容量就比混合通风的制冷主机装机容量小。

    这种情形采用混合通风的劣势表现在:

    (1) 需要更大的冷却能力和主机,相应地要增加运行费用;

    (2) 送风和噪音控制更难预料,因为,为使风能送至人员活动区和克服垂直高度的影响,出风口送风速度较大。送风口速度较大会产生噪声,有些情况下,由于出口速度太大,噪声水平很难削弱。

    例2: 2.3米层高的小房间

    此例房间的高度不足以产生置换效果,采用置换通风没有优势。

    由于置换通风送风温度高,这就需要比混合通风更大的送风量。另外,天花高度有限,下部送风气流很可能形成与混合通风相同的气流组织。

    例3: 3m层高,负荷随季节变化的中等尺寸房间

    该例中装机容量和送风量与混合通风大致相同,但是置换通风需要冷水机组提供冷源。如果混合通风同样采用冷水机组,从经济性方面考虑两者投资大致相同,但置换通风提供更好的空气品质。

    例4: 人员密度高,座位固定的大型剧院

    此例建筑空间足够高,可以产生置换效果,还可以直接排除顶部的部分灯光、设备热源。但需注意,只有把座位部分的温度梯度控制在一定范围,才能保证人员区域的舒适性。

    此例像高大的电视演播厅一样,采用置换通风的优点是很明显的。置换通风提供座位人员舒适环境,但是对于高人员密度的剧院,置换通风提供的冷量可能不够,需要增加相应的混合通风空调方式。

    目前,国内的上海大剧院就同时采用了座椅下送风的置换通风和楼层局部诱导送风和包厢的局部上送风的送风体系[8].

    上述简化的例子,可以帮助设计人员和业主了解到何种情况下适用于置换通风或不适用。设计置换通风还是混合通风,应该从经济性、舒适性、节约能源等方面详细分析,综合考虑。

    5 结论

    本文分析了空调系统节能和舒适性空调系统的意义,提出了舒适性空调系统应该是节能、环保、健康的空调系统的观点,阐述了置换通风的概念、基本原理、基本特征。提出了置换通风新型末端装置研究、开发的技术思路。对置换通风的适用性问题,进行了举例分析。

    通过分析,我们得到如下结论:

    (1)置换通风是一种高舒适性的空调系统。由于送风速度低,紊流度低,不产生吹风感,因此舒适性很高;新鲜空气先经过人员活动区,污染物随热气流上升后排出,所以能提供良好的空气品质。

    (2)置换通风是一种节能的空调方式。只需在工作区保证设计参数,送风温度高,相对混合通风,可以减少冷负荷,特别对于高大空间建筑物,此特点更明显;可以方便的利用低品位能源、利用自然通风供冷。

    (3)热力分层的产生,存在垂直方向的温度梯度,需要在人员活动区控制温度梯度,一般应保持在3℃以内,温差太大则降低了舒适性;同时要保证一定的送风量,使热力分层“分界高度”大于人员活动区,保证人员处于清洁区。

    (4)置换通风送风温度不能太低的限制,使得送风量增大,输运空气管路增大,输运动力增加,不利于经济性。可以开发新型末端装置来解决此问题。新型末端装置可以借鉴诱导通风的原理,提高一次风送风温差,在送至室内之前,或在人员活动区将一次风与室内空气混合,提高送风温度;可以采用强化传热技术,使得室内空气在人员活动区迅速分布均匀,减少温度梯度。

    (5)置换通风的冷源一般考虑中央冷水机组。

    (6)从经济性方面考虑,置换通风更适用于大中型空调系统。

    (7)在层高大于3米时,置换通风的优点更明显。置换通风不适用于层高小于2.5米的房间。

    置换通风在舒适性、良好的空气品质和节能效果等方面有相当的优越性,随着人们对置换通风研究的深入,空调设计人员、业主对其的进一步了解,末端装置和新产品的不断改进、开发、应用,其应用价值将得到充分体现。

    参考文献:

    1 郑企仁,中国洁净煤发电技术的展望,中荷洁净煤技术研讨会,1995.7,P15-17

    2 钱以明,高层建筑空调与节能,同济大学出版社,P456-564

    3 龙惟定,绿色建筑的暖通空调设计,现代空调,中国建筑工业出版社,1999(1)

    4 H??kon Skistad, Displacement Ventilation, Research Studies Press Ltd.

    5 Z Hing, Q Chen, A Moser. Indoor airflow with cooling panel and radiative/convective heat source. ASHRAE Transactions,1993;99(2)

    6 李强民 邓峥,置换通风在我国的应用,暖通空调新技术,中国建筑工业出版社,1999(1)

    7 Mike Hardy, Consideration of Displacement Ventilation vs Mixed Flow Ventilation, for Building Owners/ Designers, Ambthair Services Ltd. 1997

    8 张富成等,上海大剧院空调设计,暖通空调新技术,中国建筑工业出版社,1999(1)

    作者简介:

    李欣,男,工学学士,高级工程师,深圳市振华路8号设计大厦11楼,518031.Email:

    罗军,男,1974年1月生,工学硕士,深圳市振华路8号设计大厦11楼,518031. Email:

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