空調(diào)系統(tǒng)送風方式對熱舒適性的影響

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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(tǒng)運行能耗進行了比較。

　　關(guān)鍵詞：地板送風 工位送風 置換通風 熱舒適性

　　1、引言

　　相關(guān)研究表明，病態(tài)建筑綜合癥（SBS：Sick Building Syndrome）和建筑相關(guān)疾病（BRI：Building Related Illness）都與不良的通風方式有關(guān)。加大新風量可以明顯改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，但能耗也隨之增加。隨著空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，送風方式也日益多樣化。與傳統(tǒng)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(diào)方式具有通風效率高、運行能耗低等優(yōu)點。

　　2、送風方式的基本原理

　　室內(nèi)空氣品質(zhì)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(tǒng)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(nèi)空氣混合，消除室內(nèi)余熱余濕，室內(nèi)溫濕度在空間上分布均勻。但頂板送風的室內(nèi)空氣品質(zhì)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(jīng)過地板下的靜壓箱，由送風散流器送入室內(nèi)，與室內(nèi)空氣混合。其特點是潔凈空氣由下向上經(jīng)過人員活動區(qū)，消除余熱余濕，從房間頂部的排風口排出，室內(nèi)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(tǒng)。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(shè)備多、人員密集的建筑。

　　2.2 工位送風

　　工位送風是一種集區(qū)域通風、設(shè)備通風和人員自調(diào)節(jié)為一體的個性化的送風方式。在核心區(qū)域（人的呼吸區(qū)）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(jù)室內(nèi)設(shè)施靈活變動。個人可以根據(jù)舒適需要調(diào)節(jié)送風氣流的流量、流速、流向及送風溫度。而在周邊區(qū)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(nèi)大環(huán)境的熱濕負荷。由于現(xiàn)代辦公建筑多采用統(tǒng)間式（open plan office）設(shè)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(cè)墻下部的散流器水平低速送入室內(nèi)，在浮升力的作用下上升至工作區(qū)，吸收人員和設(shè)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(qū)，下區(qū)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(qū)空氣循環(huán)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(nèi)冷負荷小于40W/m2的空調(diào)系統(tǒng)，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(qū)別。

　　以上的三種送風方式的室內(nèi)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(shù)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(zhì)對室內(nèi)環(huán)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(jié)構(gòu)決定氣流的擴散性能和湍流狀態(tài)，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(zhuǎn)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(chǎn)生吹風感。同時，送風氣流與室內(nèi)空氣混合充分，人員活動區(qū)內(nèi)溫度場分布均勻。

　　空調(diào)負荷送風主要負擔工作區(qū)負荷，送風量較小送風負擔全部室內(nèi)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(zhì)

　　下區(qū)存在溫度梯度，上區(qū)溫度比較均勻

　　室內(nèi)空氣品質(zhì)好利用部分室內(nèi)回風，氣流摻混、擾動較大

　　室內(nèi)氣流溫濕度分布比較均勻

　　室內(nèi)空氣品質(zhì)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(zhì)

　　3.2 工位送風

　　工位送風也屬于地板的一種，室內(nèi)大環(huán)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(shù)可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，實行區(qū)域控制，它的舒適性較一般高于地板送風。

　　根據(jù)ASHRAE舒適度標準，核心區(qū)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(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度相應(yīng)可以提高，故冷水機的性能系數(shù)（COP）增加，研究表明，蒸發(fā)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(tǒng)的能耗。

　　3.3 置換通風

　　置換通風系統(tǒng)中，溫度梯度和送風速度是兩個比較關(guān)鍵的因素，為保證人體熱舒適性要求，必須嚴格控制工作區(qū)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(cè)墻下部，為避免產(chǎn)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(shù)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(jié)構(gòu)類型決定了氣流在貼地氣流層和整個工作區(qū)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(tǒng)在垂直方向上存在明顯的溫度梯度，根據(jù)ASHRAE 55-1992熱舒適性度的要求，應(yīng)減小室內(nèi)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(nèi)垂直溫度梯度明顯減小，有助于提高熱舒適性。

　　根據(jù)ISO7730的PMV/PPD評價指標，PPD應(yīng)該低于10%，在置換通風系統(tǒng)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(nèi)空氣品質(zhì)評價

　　由于置換通風熱力分層的存在，工作區(qū)產(chǎn)生污濁空氣被熱羽流及時帶入上區(qū)，避免形成橫向擴散；進入上區(qū)的氣流也不會再回流到工作區(qū)，因此置換同風度熱力分層高度應(yīng)高于工作區(qū)高度，從而保證了工作區(qū)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(fā)生短路時還要低，通風效率一般也只有50～70%；

　　實測數(shù)據(jù)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(tǒng)結(jié)合冷卻頂板的輻射作用，最大負荷可增至100 W/m2.與傳統(tǒng)混合式系統(tǒng)相比，置換通風/頂板冷卻系統(tǒng)可節(jié)能37% .

　　結(jié)論地板送風室內(nèi)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(shè)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(diào)節(jié)的優(yōu)點，更適宜現(xiàn)代辦公建筑；置換通風室內(nèi)空氣上下分區(qū)，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(diào)系統(tǒng)。