低溫送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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一 大溫差送風(fēng)系統(tǒng)
1.大溫差送風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)的背景
    近20年來(lái)，改革、開放的春風(fēng)給中國(guó)的HVAC&R事業(yè)帶來(lái)了蓬勃發(fā)展的生機(jī)，數(shù)以百萬(wàn)平方米計(jì)的民用建筑在全國(guó)各地的大、中城市中似雨后春筍般地聳立起來(lái)。城市現(xiàn)代化的發(fā)展與人民生活水平的普遍提高，既給我國(guó)的電力建設(shè)提供了強(qiáng)大動(dòng)力，又給城市供電電網(wǎng)施加了巨大的壓力。中央空調(diào)與分散空調(diào)的用電負(fù)荷跟隨著城市商業(yè)與家用用電負(fù)荷的同步增長(zhǎng)已使我國(guó)的一些大、中城市供電負(fù)荷峰谷差相繼拉大到30%-40%。這必將給城市電網(wǎng)的均衡運(yùn)行與安全供電造成極大的困難，同時(shí)也向我國(guó)的電力建設(shè)與供電管理提出了新課題。城市用電負(fù)荷峰谷差的不斷拉大已迫使我國(guó)的電力部門冷靜地思考如何去適應(yīng)這種用電負(fù)荷的需求，如何從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)下的準(zhǔn)官方的壟斷性的行政調(diào)度思變?yōu)槭袌?chǎng)經(jīng)濟(jì)下的負(fù)荷側(cè)管理，以合理的時(shí)間電價(jià)結(jié)構(gòu)與補(bǔ)貼政策調(diào)動(dòng)電力負(fù)荷，削峰填谷，開創(chuàng)發(fā)電、輸配、供電及用電的最經(jīng)濟(jì)、電力建設(shè)投資最有效的新局面。
    單純的冰蓄冷，利用午夜以后的低谷電制冰，儲(chǔ)存到白天用電尖峰時(shí)段供冷，確實(shí)可以有效地轉(zhuǎn)移一部分尖峰用電時(shí)段的空調(diào)用電負(fù)荷。但是，這種辦法不但要使冷源建設(shè)設(shè)總投資費(fèi)比常規(guī)冷源提高1.6-2.0倍，而且空調(diào)的實(shí)際用電量也要比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高1.3倍。國(guó)外80年代發(fā)展冰蓄冷的經(jīng)驗(yàn)早已證明了這一點(diǎn)。最近幾年我國(guó)的蓄冷空調(diào)工程的實(shí)踐也使我們不少人認(rèn)識(shí)了這一點(diǎn)。解決這個(gè)問題的重要出路是走冰蓄冷與大溫差送風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的道路。

2.大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的起源
    大溫差送風(fēng)系統(tǒng)與流行的一般送風(fēng)設(shè)計(jì)相比較以降低了的溫度向空調(diào)房間送風(fēng)。這些系統(tǒng)，有時(shí)稱為低溫空氣分布系統(tǒng)，一般送4-10℃的風(fēng)。這種送風(fēng)溫度與大多數(shù)"常規(guī)"送風(fēng)設(shè)計(jì)不同，常規(guī)設(shè)計(jì)采用10-15℃的名義溫度送風(fēng)。
    大溫差送風(fēng)系統(tǒng)不是一項(xiàng)新技術(shù)，即使它的實(shí)施較之今天的"標(biāo)準(zhǔn)"做法有某些改變。在一些濕度控制工程中，長(zhǎng)期以來(lái)一直采用了4℃或低于4℃的送風(fēng)溫度。許多住宅與小型商業(yè)建筑在50年代改造加裝空調(diào)時(shí)就采用了9℃送風(fēng)溫度，采用89mm(3.5in)的風(fēng)管裝在木柱隔墻內(nèi)，并用高速射流散流器使冷風(fēng)與室內(nèi)空氣在進(jìn)入房間的很短距離內(nèi)混合。許多醫(yī)院　在60.年代就設(shè)計(jì)用2-4℃的一次風(fēng)向定風(fēng)量房間誘導(dǎo)器送風(fēng)。
目前的"常規(guī)"13℃送風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)是由希望保持房間相對(duì)濕度（RH）50%-60%，但又要使冷凍水供水溫度盡量高，制冷機(jī)效率最高而演變而來(lái)的。對(duì)于一般具有0.8-0.9顯熱比的辦公室來(lái)說(shuō)，13℃的送風(fēng)溫度為24℃室溫提供了55%-60%的房間相對(duì)濕度。這樣的送風(fēng)溫度還給冷卻盤管的選擇提供了靈活性，因?yàn)閷?duì)于6-7℃的冷凍水供水溫度可有許多種選擇方案。然而，這些"標(biāo)準(zhǔn)"設(shè)計(jì)參數(shù)不一定是最小的。這種"標(biāo)準(zhǔn)"設(shè)計(jì)參數(shù)多半是出于方便的需要而發(fā)展起來(lái)，并且已經(jīng)在今天的HVAC行業(yè)中變成根深蒂固的了。
    在80年代，當(dāng)對(duì)蓄冷供冷系統(tǒng)重新發(fā)生興趣時(shí)，降低送風(fēng)溫度的優(yōu)點(diǎn)漸漸顯而易見了，由于從蓄冷槽那里可得到1-4℃的冷介質(zhì)溫度，所以就能容易地達(dá)到4-9℃的送風(fēng)溫度，使空氣輸配系統(tǒng)費(fèi)用與能耗有顯著的節(jié)省。在降低了的相對(duì)濕度水平下居住舒適性也被公認(rèn)為有了提高。

3.大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的好處與局限性
（1）大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的好處
    大溫差送風(fēng)的好處包括有：
•降低了機(jī)械系統(tǒng)費(fèi)用。
•降低了樓層高度要求。
•用較低的房間相對(duì)濕度提高了熱舒適。
•減少了風(fēng)機(jī)的電耗與電力需求。
•提高了現(xiàn)有大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的供冷能力。
    減少一次費(fèi)用一直是推動(dòng)大溫差送風(fēng)系統(tǒng)工程的一個(gè)重要因素。較低的送風(fēng)溫度減少了所要求的送風(fēng)量。同時(shí)減小了風(fēng)機(jī)與風(fēng)管的尺寸，導(dǎo)致較低工的機(jī)械系統(tǒng)費(fèi)用。在某些情況下，由于采用大溫送風(fēng)系統(tǒng)而造成的費(fèi)用節(jié)省可以補(bǔ)償添置蓄冷槽所增加的費(fèi)用。于是，業(yè)主們可以在支付和非蓄冷系統(tǒng)一樣或更少一點(diǎn)的一次費(fèi)用條件下，實(shí)現(xiàn)冰蓄冷運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省。
    較小的風(fēng)管尺寸還可以導(dǎo)致降低樓層層高要求，使建筑結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其他一些建筑系統(tǒng)費(fèi)用有一顯著的節(jié)省。在某些情況下，風(fēng)管尺寸被減少到這樣的程度，它們可以穿過(guò)桁架或梁，而不是在梁下通過(guò)。大溫差送風(fēng)還有助于使設(shè)計(jì)者在管網(wǎng)空間受到嚴(yán)格限制的工程中，如在一些古建筑改造中，有更多的選擇方案。
通過(guò)大溫送風(fēng)系統(tǒng)所維持的較低相對(duì)濕度提供了改善了的熱舒適與室內(nèi)空氣品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室研究表明在較低的濕度下，受試者感覺更為涼快和舒適，判斷空氣比較新鮮，空氣品質(zhì)更可接受。
    大溫差送風(fēng)系統(tǒng)還提供了能源費(fèi)用上的節(jié)省。送風(fēng)機(jī)能耗由于減少了風(fēng)量可以降低30%-40%。這種電能減少主要是少用了價(jià)貴的高峰時(shí)段電能。在蓄冷條件下，所采用的大溫差送風(fēng)系統(tǒng)中，制冷所增加的電能是電價(jià)便宜的非尖峰用電時(shí)段的電能。送風(fēng)機(jī)的電力需求也降低了40%。這種電力需求節(jié)省要加到由于采用冰蓄冷而降低了制冷設(shè)備的電力需求上去。
大溫差送風(fēng)可能對(duì)于那些冷負(fù)荷超過(guò)了現(xiàn)有風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)能力的系統(tǒng)特別有效。通過(guò)降低送風(fēng)溫度，業(yè)主們可以避免更換或添加現(xiàn)有的空氣分布設(shè)備的開支。

（2）大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的適用范圍
    在許多工程中，大溫差送風(fēng)特別有吸引力，這樣的情況包括：
•降低層高將顯著地降低高層建筑的總高度，從而降低了總的建筑造價(jià)；
•用于布置風(fēng)管或空氣處理設(shè)備的空間有限；
•希望降低房間濕度；
•冷負(fù)荷已經(jīng)增加到了超出現(xiàn)有分布系統(tǒng)的能力。
    當(dāng)然，在某些工程中，采用大溫差送風(fēng)應(yīng)該小心。這種工程包括了以下情況：
•無(wú)法制取1-4℃的冷凍介質(zhì)；
•房間相對(duì)濕度必須保持在高于40%；
•需要高的通風(fēng)換氣量；
•全年中有許多小時(shí)，可以利用7-13℃的室外溫度來(lái)作省能器供冷。
　　這樣的一些工程應(yīng)該利用在這本指南中所提出的原則進(jìn)行逐個(gè)分析，以便確定大溫送風(fēng)是否適用。對(duì)于給定項(xiàng)目，大溫送風(fēng)的適用性取決于對(duì)所有適用技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素的一項(xiàng)全面而有充分依據(jù)的評(píng)價(jià)。

二、大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
1．送風(fēng)溫度的選擇
    設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度幾乎影響到空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有方面。由于降低了送風(fēng)溫度，因而：
•風(fēng)機(jī)的大小與風(fēng)管的尺寸減小了；
•風(fēng)機(jī)的發(fā)熱量與電耗減小了；
•風(fēng)機(jī)與風(fēng)管對(duì)空間的要求降低了；
•潛熱負(fù)荷與伴隨的制冷電耗可能要增加；
•對(duì)于再加熱最小送風(fēng)量的要求可能要增加；
•冷卻盤管的迎風(fēng)面積少了，排深增加了；
•所要求的冷介質(zhì)供應(yīng)溫度，或者直接膨脹的吸氣溫度降低了；
•對(duì)于混合或擴(kuò)散送風(fēng)的要求增加了；
•新風(fēng)的百分比提高了，雖然新風(fēng)的絕對(duì)數(shù)量一般仍保持不變。
為了對(duì)給定項(xiàng)目選擇合適的送風(fēng)溫度，必須在這些影響因素之間求出折衷值。在：
•既滿足顯熱負(fù)荷，又滿足潛熱負(fù)荷要求；
•在所有的負(fù)荷條件下，提供足夠的通量；
•提供足夠的空氣擴(kuò)散；
•提供可接受的聲學(xué)性能；
等條件后，最優(yōu)的送風(fēng)溫度選擇將一次費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用最少。
　 評(píng)價(jià)最優(yōu)送風(fēng)溫度的準(zhǔn)則，每項(xiàng)工程似乎是不同的。氣候條件，熱舒適與聲學(xué)要求，使用功能，居住方式，及一次費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用的相對(duì)重要性，都可能會(huì)隨項(xiàng)目的不同而變化。在選擇一個(gè)系統(tǒng)來(lái)滿足特定建筑的業(yè)主目標(biāo)時(shí)，應(yīng)該把這些因素都考慮到。

2．系統(tǒng)配置的選擇
    空調(diào)系統(tǒng)的整個(gè)配置包括制冷機(jī)的類型，送風(fēng)系統(tǒng)的類型，空氣處理機(jī)組的數(shù)量與位置，向房間的送風(fēng)方式。這些配置方案的選擇可以由業(yè)主或建筑師所施加的限制所決定。在各市地多情況下，將針對(duì)幾種方案中每一種方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，以便能選擇最優(yōu)配置。
    向大溫差送風(fēng)系統(tǒng)供冷的冷源設(shè)備必須要能提供足夠低的冷流體溫度，以產(chǎn)生所要求的送風(fēng)溫度。許多大溫差送風(fēng)系統(tǒng)采用冰蓄冷設(shè)備作為冷源，但是大溫差送風(fēng)系統(tǒng)也可以在非蓄冷制冷機(jī)條件下安裝。一般是用冷凍水，或者用如乙二醇溶液這樣的二次冷流體輸配給空氣處理機(jī)組的冷卻盤管。然而，直接膨脹與過(guò)量供液式冷卻盤管也一直應(yīng)用于大溫差送風(fēng)系統(tǒng)。
    在大溫差送風(fēng)系統(tǒng)中，空氣處理機(jī)組尺寸的減小能影響到配置方案的選擇。在大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的情況下，服務(wù)于多樓層的大型機(jī)組可能是更實(shí)用些，因?yàn)樗嫉卦诿娣e較少，且穿越樓板的豎向風(fēng)管的尺寸減小了。另一方面，采用大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的每層機(jī)組可以安裝在每一層的較小機(jī)房?jī)?nèi)。
    可以通過(guò)散流器直接向空調(diào)房間送風(fēng)，或者可以利用誘導(dǎo)箱共患難風(fēng)機(jī)為動(dòng)力的混合箱來(lái)調(diào)和送風(fēng)溫度。

3．房間冷負(fù)荷的確定
    對(duì)于大溫差送風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算特別重要的考慮，包括有：
•要把從送風(fēng)機(jī)，混合箱風(fēng)機(jī)及風(fēng)管的得熱計(jì)算進(jìn)去；
•要把由于滲透與通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕擴(kuò)散所可能增加的潛熱負(fù)荷計(jì)算進(jìn)去。

4．通風(fēng)換氣量的確定
    通風(fēng)換氣要求按室內(nèi)人數(shù)和房間用途確定。雖然在送風(fēng)量中，新風(fēng)的比例隨著冷風(fēng)溫度的降低而提高，但是新風(fēng)的數(shù)量要求通常不受送風(fēng)溫度的影響。

5．送風(fēng)溫度與送風(fēng)量的選擇
    盡管設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度選擇受到許多限制，一般仍將在一個(gè)切實(shí)可行的可供選擇的范圍。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選擇使一次費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用最低，同時(shí)又滿足系統(tǒng)功能要求的送風(fēng)溫度。
    房間冷負(fù)荷確定了房間送風(fēng)溫差與送風(fēng)量之乘積。采用較低送風(fēng)溫度，所要求的送風(fēng)量就較少，從而降低了送風(fēng)設(shè)備的一次費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用。但是，冷量產(chǎn)生與傳熱損失費(fèi)用增加了。