暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用(10-14)

十、全空气末端变风量系统的是非1）全空气变风量末端（VAV）系统的几种典型形式①是否设置新风集中处理设备（PAU机组），还是AHU机组直接混入新风？②各层空气处理设备（AHU机组）的配置是否按内区和外区划分？③新风机组和空气处理机组处理后的参数？新风机组：全年12--14℃或夏季20.6℃/冬季13℃。AHU机组：全年12--14℃，取决于合理的房间负荷和送风温差。（送风温度越低，风量越小，但所需供冷周期就越长。）④变风量末端（VAV装置）形式？⑤周边区域的加热方式？VAV装置内设置热水加热排管或电加热器、还是另外配置风机盘管、散热器？⑥末端变风量以后AHU机组的应变?2）变风量末端装置的七种分类方法①按对系统送风量的影响方式，可分为:※节流型。控制节流构件（如风阀）的开度，调节房间送风量，系统的总风量是变化的。※旁通型。控制将进入末端装置的部分风量旁通回到吊顶或回风道中，以减少房间的送风量，系统的总风量不变化。※诱导式。控制进入末端装置的一次风量和诱导二次风量比例，进入房间的一次风量改变而房间的总送风量不变，系统的总风量是变化的。※变速风机驱动型。控制末端装置内的变速风机，房间的送风量和系统的总风量是变化的。②按是否附带再热功能分，可分为：单冷型、热水加热再热型和电加热再热型。③按与系统的接口方式分，可分为：单风道型和双风道型。④按末端装置送风量特征分，可分为：改变混合比而不改变总风量的，单一改变一次风量的。⑤按送风量是否受系统压力变化的影响分，可分为：压力无关型和压力相关型。⑥按控制执行机构的动作能源分，可分为电动式、气动式和系统动力式（亦称自力式，利用风道中的空气压力，驱动如风阀等节流构件动作）。⑦按末端装置送风能量来源，可分为：▲一次风驱动型。▲风机驱动串连型，适合于要求送风量稳定的房间，风机定风量运行，无论供冷或供热状态，风机连续运行，一次风量变而房间总风量不变。▲风机驱动并连型，适合于既供冷又供暖的区域。风机不负责输送一次风量，只有房间冷负荷减少或需要供暖时，风机才间歇运行。当房间冷负荷减少时，末端装置先调节减少一次风量；如果一次风量已经减少到最小风量而房间温度继续降低时，则启动风机吸入吊顶内温度较高的回风与一次风混合后送入房间；当房间温度继续降低房间需要供暖时，再启动加热器。3）全空气末端变风量系统的优点※与定风量系统的区别，是固定送风温度而根据负荷变化改变送风量，以满足对温度和风速的个体调节要求，认为比较节能。※与空气—水系统空调方式相比,可避免敷设大量分散的水系统和冷却排管。※调节控制环节完善时，可以达到较高的舒适度。4）全空气末端变风量系统的缺陷①属于“比较豪华”的配置，建设投资高，约为空气—水系统或全空气定风量系统的2—3倍。北京某会所的VAV系统、风冷式冷水机组、和全热回收直流式新风配置，5年前的建设费用，就高达5000元/m2；②与空气—水系统空调方式相比,风管需要占用较大的建筑空间：③系统动力消耗较大，据对某国外设计单位北京某写字楼设计资料的统计，仅风系统的动力消耗指标就高达30W/m2，还并未较好解决在初冬和冬末期间“内区”和“外区”冷热能量抵消问题。业内人士越来越认为是“比较最不节能”的系统；④内外区合用同一个风系统,在负荷密度相差较大的条件下,由于新风比相同，按单位面积计的新风量明显不均匀；⑤内区和外区分别设置系统,由于内外区难于划分，系统布置比较困难；⑥为保证必要最小新风量标准，一般对一次风量最小值限制为最大值的50—60%。负荷波动很大的房间，当负荷很小时会出现过冷现象；⑦对系统的维修保持的依赖性较高。5）若干改进设想①外区采用风机盘管机组,代替VAV装置中的水加热器,可解决冬季的热负荷和值班采暖,并可改善冬季室内温度场的分布。在夏季可担负围护结构的冷负荷,减少AHU机组的负荷和风量,内外区之间新风的分配也趋向于均匀。形成内区仍采用VAV系统,而外区则采用VAV系统供给新风和风机盘管机组相结合的方案；②AHU机组担负内区VAV系统，外区则采用新风机组加风机盘管系统；③外区的独立新风机组还供给内区的新风，使内区的新风量也不受变风量末端因负荷的变风量影响；④冬季新风由于需加湿或受送风温差的限制需要加热,但内区则有余热可资利用,如将未经加热的室外风与AHU机组的出风混合,则可得到冷热综合利用的效益,缩短需单独为内区提供冷源的周期。十一、冷（暖）辐射空调的若干理念和合理应用冷（暖）辐射空调的理念,最先可能来自欧洲。这个理念的出发点,是建筑围护结构的节能问题。受太阳与地球相对位置变化的影响，会发生春夏秋冬四个季节环境温度变化。例如:北京年最大温差约可达50℃（从-15℃到35℃）。但是,人体能适应温度的范围大约为：较高标准18℃-28℃（温差10℃）较差标准12℃-32℃（温差20℃）改善建筑围护结构的热工性能，或者采用自然通风等方法，使室外温度对室内温度波动的影响大幅度减小，缩短依赖人工冷热源进行采暖空调的周期，大大降低空调能耗。欧洲推出的冷（暖）辐射空调新理念，一定要基于建筑能耗极低的节能建筑。1）从热舒适性指标看冷（暖）辐射空调的优势房间的热舒适性并非单一与干球温度有关，还与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)预计平均热感觉指数（-1≤PMV≤+1）和预计不满意者的百分数（PPD≤27%）与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。例如：当上述因素取下值时夏季冬季风速0.25m/s0.15m/s相对湿度60%40%平均辐射温度比室温高4℃与室温相等服装热阻（clo）0.7（单衣）0.9（厚运动衫、毛线衫）新陈代谢率（met）1.01.0旅游旅馆级别夏季冬季PPD%室温PMV室温PMV一级24℃024℃05二级25℃+0.3723℃-0.378三级25℃+0.5722℃-0.5712四级26℃+0.7222℃-0.7216请特别注意到上表取值中的“平均辐射温度”,即房间各表面的加权平均温度,夏季取比室温高4℃,冬季取与室温相等。夏季采用辐射供冷时，由于可以降低房间的平均辐射温度，辐射温度每降低1℃,约相当于室内干球温度降低1℃的平均热感觉指数。冬季采用辐射供暖时，由于可以提高房间的平均辐射温度，辐射温度每提高1℃,约相当于室内干球温度提高1℃的平均热感觉指数。因此，采用辐射供冷或辐射供暖，可以在一定程度上得到节能和改善房间热舒适性效果。但是，同任何事物一样，辐射供暖特别是辐射供冷也有其一定的局限性。2）辐射供冷能承担的冷负荷冷辐射要严格控制冷表面的结露，板面温度应不低于室内设计工况的露点温度（例如不低于20℃），因此只能负担空调房间夏季空调的部分显热负荷。理论计算公式可采用ASHRAEhandbook：(美国供暖制冷和空调工程师学会手册)★单位面积的总传热量Q=QF+QL4410010098.4FEPFTTQ★辐射传热量TF辐射体表面平均温度,KTEP其他表面的加权平均温度,K★对流传热量地面(或顶板冷辐射）QL＝2.17(tEP－tN)1.31顶面（或地面冷辐射）QL＝0.14(tEP－tN)1.25墙面QL＝1.78(tEP－tN)1.32tEP辐射体表面平均温度,℃tN室内空气温度,℃室温℃相对湿度％空气露点温度℃冷表面控制温度℃辐射和对流热量W/m2266018193850151652256017183750141551246016173750131451地面辐射供冷的冷辐射量参考值但是，冷辐射能够实际吸收的热量，为什么往往会大于上述按照“不结露”原则计算所得到的数值呢？这是因为房间的得热量中，有相当一部分（如日射、人体、灯光等）是辐射热，可以直接和冷辐射表面之间进行热交换。正如“得热”应区别于“负荷”一样。进入房间的辐射热，并不立即转化为使空气温度上升，而是首先被各个壁面所吸收。冷辐射直接进行了这个换热过程。因此，对于房间冷负荷构成中，有较大比例辐射热的，冷辐射能力会增大。得热量与冷负荷房间得热量不同于空调冷负荷。上世纪七十年代以前,曾将二者混为一谈。1978年8月20日,对京西宾馆一间西向会议室测定:房间最大得热量为2777kcal/h空气最大得热量即空调冷负荷为1429kcal/h空调冷负荷占房间最大得热量的51.46％房间得热量中:对流热直接与室内空气换热成为瞬时冷负荷。辐射热则被围护结构和家具等蓄热体吸收,随后再以对流形式放入室内,成为滞后的冷负荷。如果采用冷辐射,辐射热就会直接被冷表面所吸收,不再以对流形式放入室内。辐射┌───┐┌─→│蓄热体│─--┐┌────--┐│└───┘││房间得热量├→││└--─---─┘││2777│对流┌────┐│└─→┤空气├←┘└──┬─┘↓┌─────┐└→│空调冷负荷│└────--┘1429室温26℃、相对湿度60％、露点温度18℃、表面控制温度19℃其他表面加权平均温度取值地板冷辐射（W/m2）顶板冷辐射（W/m2）辐射热对流热总热量辐射热对流热总热量与室温相等35.91.637.535.927.863.7较室温高1℃41.31.642.941.327.869.1较室温高2℃46.71.648.346.727.874.5较室温高3℃52.21.653.852.227.880.0较室温高4℃57.61.659.257.627.885.4但是，房间冷负荷构成中辐射热不同比例条件下的冷辐射能力，还没有严密的理论计算方法。正如地面辐射供暖的负荷计算，仍沿用一般对流供暖方式的计算方法略加修正一样，辐射供暖和辐射供冷的技术原理和设计基础资料环节,仍处在认识过程中，滞后于应用，尚需要通过实验和工程应用不断探索。3)冷（暖）辐射空调的方式所谓冷（暖）辐射空调，一般采用将冷（热）媒管道敷设于房间的地面、顶或墙面的方式。冬天通过热媒水，形成热辐射，夏天通过冷媒水，形成冷辐射。如果是地面的冷热辐射，可称为“冷暖地面”，如果是顶板的冷热辐射，可称为“冷暖顶棚”。所谓“毛细管网”，也是冷（暖）辐射空调的一种形式。采用较一般地面辐射供暖加热管较细的外径为3-5mm的塑料管组成管网，或称之为“席”，用砂桨将其抹在地面、顶或墙面内。或预制在不同材质的天花板模块内，称之为“吊顶毛细管模块”。其实，冷（热）媒在管网内的循环，同其他采暖空调水系统一样，完全是依靠来源于系统循环水泵的机械循环动力，根本不是真正意义上的毛细管作用。正如初期将这种特征的空调方式戏称之为“告别暖气空调时代”或“恒温恒湿”一样，带有一定的商业炒作味道，暖通空调的业内人士，大多并不认同这种对专业术语的轻率命名。4）辐射供冷的除湿问题夏季的空调需要对空气进行减焓除湿。除湿过程以及补充辐射供冷承担冷负荷的不足，只能依靠其他空气处理手段。例如:①配置独立新风处理系统，将新风的绝对含湿量处理到低于室内设计绝对含湿量，例如：较室内设计绝对含湿量低3g/kg，取新风“送风湿差”不小于3g/kg。这样，处理后的新风除了担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量以外,还可以担负部分冷负荷。溶液除湿或冷却除湿如果新风只需要担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量,则有条件采用溶液除湿。如果新风还需要担负部分冷负荷,则宜采用冷却除湿。显然，独立新风方式适用于热、湿负荷较小的场合。而且，应按照承担除湿负荷确定所需最大新风量，还应该在除湿所需最大新风量与卫生要求所需最小新风量（例如冬季）之间，采取有效的变风量措施。②配置常规的空调系统，将辐射供冷设施作为常规空调系统的补充。适用场合显然广泛多了。虽然只是一种“补充”，也可以不同程度减少常规空调系统的容量，由于节能和改善房间热舒适性效果的优势，值得加以提倡。奥运篮球比赛场地——五棵松体育馆的观众休息厅，北京市建筑设计研究院就采用了这样的设计。北京工业大学陈超教授等,在北京某办公楼的大堂，实施了地板辐射冷热联供系统改造，2009年夏季实测结果表明，可在地板表面不凝露和送风系统关闭的条件下，大堂空气温度维持在24.6-26.