摘要:本文介紹了地板送風(fēng)、工位送風(fēng)和置換通風(fēng)的基本原理,分析了影響三種送風(fēng)方式熱舒適性的主要因素,如溫度梯度、氣流速度及送風(fēng)口形式等。對三種送風(fēng)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(fēng) 工位送風(fēng) 置換通風(fēng) 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(fēng)方式有關(guān)。加大新風(fēng)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(fēng)方式也日益多樣化。與傳統(tǒng)的頂板送風(fēng)(Ceiling Supply System)相比,在某些場合采用地板送風(fēng)(UFAD:Underfloor Air Distribution)、工位送風(fēng)(TAC:Task Ambient Conditioning)和置換通風(fēng)(DV:Displacement Ventilation)等空調(diào)方式具有通風(fēng)效率高、運行能耗低等優(yōu)點。
2、送風(fēng)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(fēng)屬于混合通風(fēng),處理后的低溫空氣通過頂板送風(fēng)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(fēng)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(fēng)、工位送風(fēng)和置換通風(fēng)三種送風(fēng)方式的基本原理。
2.1 地板送風(fēng)
地板送風(fēng)是混合通風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)量受到限制,地板送風(fēng)多用于空氣—水系統(tǒng)。近些年,地板送風(fēng)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(fēng)
工位送風(fēng)是一種集區(qū)域通風(fēng)、設(shè)備通風(fēng)和人員自調(diào)節(jié)為一體的個性化的送風(fēng)方式。在核心區(qū)域(人的呼吸區(qū))安裝送風(fēng)口,通過軟管與地板下的送風(fēng)裝置相連,送風(fēng)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(fēng)氣流的流量、流速、流向及送風(fēng)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(fēng)裝置,用于控制室內(nèi)大環(huán)境的熱濕負(fù)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(fēng)。
2.3 置換通風(fēng)
置換通風(fēng)屬于下送風(fēng)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(fù)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(fēng)較多用于層高大于2.4m,室內(nèi)冷負(fù)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(fēng)和地板送風(fēng)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(fēng)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(fēng),能量利用系數(shù)大于1,三種送風(fēng)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(fēng)
影響舒適性的因素較多,其中送風(fēng)速度、送風(fēng)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(fēng)速度
地板送風(fēng)是射流送風(fēng)的一種,送風(fēng)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(fēng)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(fēng)感,送風(fēng)氣流的速度不能超過3m/s.對于旋流式散流器,出風(fēng)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(fēng)速減小,避免了產(chǎn)生吹風(fēng)感。同時,送風(fēng)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(fù)荷送風(fēng)主要負(fù)擔(dān)工作區(qū)負(fù)荷,送風(fēng)量較小送風(fēng)負(fù)擔(dān)全部室內(nèi)負(fù)荷,送風(fēng)量較大
送風(fēng)速度送風(fēng)氣流速度較低,一般小于0.2m/s送風(fēng)氣流速度較高1.5~2.0m/s
送風(fēng)溫度送風(fēng)溫度18~20℃
送風(fēng)溫差2~4℃送風(fēng)溫度15.5~18℃
送風(fēng)溫差6~8℃
氣流組織推薦全部使用室外新風(fēng),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(fēng),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(fēng)溫度
由于人腳對溫度的敏感性較強,通常地板送風(fēng)的送風(fēng)溫度較高,一般為18℃,送回風(fēng)溫差為8-10℃。
3.1.3 空氣品質(zhì)
3.2 工位送風(fēng)
工位送風(fēng)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(fēng)類似,在此不再贅述。由于工位送風(fēng)的送風(fēng)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(fēng)。
根據(jù)ASHRAE舒適度標(biāo)準(zhǔn),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(fēng)口在人員的頭部附近,送風(fēng)溫度高于一般的地板送風(fēng),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(fēng)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(fēng)
置換通風(fēng)系統(tǒng)中,溫度梯度和送風(fēng)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(yán)格控制工作區(qū)的溫度梯度和氣流速度大小。
3.3.1 送風(fēng)速度
置換通風(fēng)的送風(fēng)散流器一般位于側(cè)墻下部,為避免產(chǎn)生吹風(fēng)感,必須嚴(yán)格控制送風(fēng)速度。散流器出口處的空氣流速主要取決于于送風(fēng)量,氣流阿基米德數(shù)和散流器類型。
當(dāng)送風(fēng)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(fēng)口處的人有強烈的吹風(fēng)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(dāng)送風(fēng)氣流的速度波動較大時會使人有吹風(fēng)感,為了避免這種危險,送風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)量和送風(fēng)速度的影響較大,送風(fēng)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(fù)荷50W/m2,送風(fēng)溫度22℃,適當(dāng)增大送風(fēng)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(biāo),PPD應(yīng)該低于10%,在置換通風(fēng)系統(tǒng)中,減小送風(fēng)速量或提高送風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)的換氣效率通常介于0.5~0.67,通風(fēng)效率介于100%~200%.而混合通風(fēng)理想換氣效率只有0.5,當(dāng)發(fā)生短路時還要低,通風(fēng)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(fēng)后,冷負(fù)荷比混合通風(fēng)減少了25~30%,送風(fēng)量減少了30%.對于冷負(fù)荷較大的建筑,采用置換通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合冷卻頂板的輻射作用,最大負(fù)荷可增至100 W/m2.與傳統(tǒng)混合式系統(tǒng)相比,置換通風(fēng)/頂板冷卻系統(tǒng)可節(jié)能37% .
結(jié)論地板送風(fēng)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(fēng)以其個性化的送風(fēng)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(fēng)室內(nèi)空氣上下分區(qū),通風(fēng)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)。
參考文獻
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