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空調系統送風方式對熱舒適性的影響

10-04 19:39:16  瀏覽次數:678次  欄目:暖通空調
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  摘要:本文介紹了地板送風、工位送風和置換通風的基本原理,分析了影響三種送風方式熱舒適性的主要因素,如溫度梯度、氣流速度及送風口形式等。對三種送風方式的使用條件、熱舒適性及系統運行能耗進行了比較。

  關鍵詞:地板送風 工位送風 置換通風 熱舒適性

  1、引言

  相關研究表明,病態建筑綜合癥(SBS:Sick Building Syndrome)和建筑相關疾病(BRI:Building Related Illness)都與不良的通風方式有關。加大新風量可以明顯改善室內空氣品質,但能耗也隨之增加。隨著空調技術的發展,送風方式也日益多樣化。與傳統的頂板送風(Ceiling Supply System)相比,在某些場合采用地板送風(UFAD:Underfloor Air Distribution)、工位送風(TAC:Task Ambient Conditioning)和置換通風(DV:Displacement Ventilation)等空調方式具有通風效率高、運行能耗低等優點。

  2、送風方式的基本原理

  室內空氣品質不僅影響人的舒適感,對人員的工作效率也有一定的影響。傳統的頂板送風屬于混合通風,處理后的低溫空氣通過頂板送風散流器與室內空氣混合,消除室內余熱余濕,室內溫濕度在空間上分布均勻。但頂板送風的室內空氣品質較差,能耗較高,使用上也受到限制。以下分別介紹地板送風、工位送風和置換通風三種送風方式的基本原理。

  2.1 地板送風

  地板送風是混合通風的另一種形式,處理后的空氣經過地板下的靜壓箱,由送風散流器送入室內,與室內空氣混合。其特點是潔凈空氣由下向上經過人員活動區,消除余熱余濕,從房間頂部的排風口排出,室內溫度均勻一致。由于地板提升的高度有限,送風量受到限制,地板送風多用于空氣—水系統。近些年,地板送風廣泛用于機房、控制中心、辦公室和實驗室等散熱設備多、人員密集的建筑。

  2.2 工位送風

  工位送風是一種集區域通風、設備通風和人員自調節為一體的個性化的送風方式。在核心區域(人的呼吸區)安裝送風口,通過軟管與地板下的送風裝置相連,送風口的位置可以根據室內設施靈活變動。個人可以根據舒適需要調節送風氣流的流量、流速、流向及送風溫度。而在周邊區域(會議廳、休息室、走道等)安裝一般的地板送風裝置,用于控制室內大環境的熱濕負荷。由于現代辦公建筑多采用統間式(open plan office)設計,個人對周圍空氣的冷熱需求差異較大,更適宜安裝工位送風。

  2.3 置換通風

  置換通風屬于下送風的一種,氣流從位于側墻下部的散流器水平低速送入室內,在浮升力的作用下上升至工作區,吸收人員和設備負荷形成熱羽流。在上升過程中,熱羽流不斷卷吸周圍空氣,流量逐漸增加。熱力分層高度將整個空間分為上下兩區,下區空氣由下向上呈單向“活塞流”,沿高度方向形成明顯的溫度梯度和污染物濃度梯度;上區空氣循環流動,污染物濃度較大,溫度趨于均勻一致。目前置換式通風較多用于層高大于2.4m,室內冷負荷小于40W/m2的空調系統,如辦公室、會議室、計算機機房和劇院等。

  置換通風和地板送風形式上都是下送上回的方式,但二者又存在區別。

  以上的三種送風方式的室內氣流組織形式有較大的差別,三者的換氣效率均大于頂板送風,能量利用系數大于1,三種送風方式均可以滿足不同的熱舒適性需求。

  3、熱舒適性影響

  3.1 地板送風

  影響舒適性的因素較多,其中送風速度、送風溫度及空氣品質對室內環境的舒適性影響較大。

  3.1.1 送風速度

  地板送風是射流送風的一種,送風散流器的形狀和結構決定氣流的擴散性能和湍流狀態,故在出風口2.5m范圍的速度場主要由散流器類型決定。為了防止人員有吹風感,送風氣流的速度不能超過3m/s.對于旋流式散流器,出風氣流受扭轉葉片的影響形成渦流,使氣流擾動增加,出口風速減小,避免了產生吹風感。同時,送風氣流與室內空氣混合充分,人員活動區內溫度場分布均勻。

  空調負荷送風主要負擔工作區負荷,送風量較小送風負擔全部室內負荷,送風量較大

  送風速度送風氣流速度較低,一般小于0.2m/s送風氣流速度較高1.5~2.0m/s

  送風溫度送風溫度18~20℃

  送風溫差2~4℃送風溫度15.5~18℃

  送風溫差6~8℃

  氣流組織推薦全部使用室外新風,以保證空氣品質

  下區存在溫度梯度,上區溫度比較均勻

  室內空氣品質好利用部分室內回風,氣流摻混、擾動較大

  室內氣流溫濕度分布比較均勻

  室內空氣品質較好

  3.1.2 送風溫度

  由于人腳對溫度的敏感性較強,通常地板送風的送風溫度較高,一般為18℃,送回風溫差為8-10℃。

  3.1.3 空氣品質

  3.2 工位送風

  工位送風也屬于地板的一種,室內大環境的溫度及污染物濃度分布與上述地板送風類似,在此不再贅述。由于工位送風的送風參數可以根據需要進行調節,實行區域控制,它的舒適性較一般高于地板送風。

  根據ASHRAE舒適度標準,核心區域的空氣流速必須限制在:冬季不超過0.15m/s,夏季不超過0.8m/s.由于送風口在人員的頭部附近,送風溫度高于一般的地板送風,因此,空調系統的蒸發溫度相應可以提高,故冷水機的性能系數(COP)增加,研究表明,蒸發溫度升高1℃,離心式冷水機的COP增加3.1%.工位送風在滿足舒適要求的同時,也降低了系統的能耗。

  3.3 置換通風

  置換通風系統中,溫度梯度和送風速度是兩個比較關鍵的因素,為保證人體熱舒適性要求,必須嚴格控制工作區的溫度梯度和氣流速度大小。

  3.3.1 送風速度

  置換通風的送風散流器一般位于側墻下部,為避免產生吹風感,必須嚴格控制送風速度。散流器出口處的空氣流速主要取決于于送風量,氣流阿基米德數和散流器類型。

  當送風量增加時,散流器出口附近氣流的平均速度增加,使得靠近風口處的人有強烈的吹風感。

  散流器的結構類型決定了氣流在貼地氣流層和整個工作區的速度分布,當送風氣流的速度波動較大時會使人有吹風感,為了避免這種危險,送風射流必須加以控制。Nielsen通過實驗分析了七種不同類型落地散流器對送風速度的影響,給出了近地面氣流最大速度的計算公式,并指出:不同送風量下,對于近地面氣流速度,弧面散流器較平面散流器要小,高開孔率的散流器較低開孔率的要小。

  3.3.2 溫度梯度

  由于置換通風系統在垂直方向上存在明顯的溫度梯度,根據ASHRAE 55-1992熱舒適性度的要求,應減小室內溫度梯度。研究表明溫度梯度的大小受送風量和送風速度的影響較大,送風量增加,溫度梯度減小。

  文獻[8] 通過CFD方法對一個6m×4m×3m的辦公室進行了模擬,房間負荷50W/m2,送風溫度22℃,適當增大送風速率,室內垂直溫度梯度明顯減小,有助于提高熱舒適性。

  根據ISO7730的PMV/PPD評價指標,PPD應該低于10%,在置換通風系統中,減小送風速量或提高送風溫度都可以降低PPD.

  3.3.3 室內空氣品質評價

  由于置換通風熱力分層的存在,工作區產生污濁空氣被熱羽流及時帶入上區,避免形成橫向擴散;進入上區的氣流也不會再回流到工作區,因此置換同風度熱力分層高度應高于工作區高度,從而保證了工作區較好的空氣潔凈度。置換通風的換氣效率通常介于0.5~0.67,通風效率介于100%~200%.而混合通風理想換氣效率只有0.5,當發生短路時還要低,通風效率一般也只有50~70%;

  實測數據表明,對于一個9000m2的辦公建筑采用置換通風后,冷負荷比混合通風減少了25~30%,送風量減少了30%.對于冷負荷較大的建筑,采用置換通風系統結合冷卻頂板的輻射作用,最大負荷可增至100 W/m2.與傳統混合式系統相比,置換通風/頂板冷卻系統可節能37% .

  結論地板送風室內溫度均勻一致,污染物濃度較小,可以滿足機房、辦公室和實驗室等散熱設備多、人員密集場合的熱舒適性需求;工位送風以其個性化的送風方式及靈活調節的優點,更適宜現代辦公建筑;置換通風室內空氣上下分區,通風效率和換氣效率較高,可用于辦公室、會議室和劇院等高大空間空調系統。

  參考文獻

  [1] Heinemeier, K. E. Task conditioning for the workplace: issues and challenges. ASHARE Transactions, 1990, 106 (1): 678~689

  [2] Yuan, X., Chen Q. A critical review of displacement ventilation. ASHARE Transactions, 1998, 104 (1): 78~90

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