空調(diào)房間冬季冷負(fù)荷及其應(yīng)對.ppt

,空調(diào)房間冬季冷負(fù)荷 及其應(yīng)對的探討 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院 張錫虎 2011.1 ,聲 明 1）問題的提出，并非來源于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而是實(shí)際工程的需要； 2）本探討并非結(jié)果和結(jié)論，而是認(rèn)識過程，且是初級階段的認(rèn)識； 3）與若干領(lǐng)域的問題一樣，原理的研究落后于應(yīng)用。,1) 有關(guān)規(guī)范 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范6.2節(jié)的各條，只有“夏季冷負(fù)荷”和“冬季熱負(fù)荷”，而沒有“冬季冷負(fù)荷”。 在編的民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）7.2.1條更具體提出：施工圖階段應(yīng)對空調(diào)區(qū)進(jìn)行冬季熱負(fù)荷和夏季逐項(xiàng)逐時冷負(fù)荷計(jì)算。,在7.2.14條，雖然提到了“內(nèi)區(qū)的冬季冷負(fù)荷”，但僅原則提出“室內(nèi)照明功率、人員數(shù)量、設(shè)備功率等宜與夏季取值相同”。 4.2.1條提出：夏季太陽輻射照度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、大氣透明度和大氣壓力，?月21日的太陽赤緯計(jì)算確定。,2）若干案例 1994年為遠(yuǎn)南殘疾人運(yùn)動會運(yùn)動員村建成的北京遠(yuǎn)南大廈，有一個面積很大、與南入口大堂相通的首、二層大廳，采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)。 后來在二層分隔出一個1000多平米、無外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的宴會廳，但沒有另設(shè)獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，只能與熱工特性顯著差別的大堂統(tǒng)一運(yùn)行，在過渡季特別是冬季，室溫必然過高。, 2002 年1月，采用按照內(nèi)外區(qū)劃分VAV系統(tǒng)、并采用兩級泵兩管制系統(tǒng)的北京發(fā)展大廈，提出在嚴(yán)寒期仍需要運(yùn)行制冷機(jī)組的改造問題。, 2007年12月，中國農(nóng)業(yè)銀行總行大廈的VAV系統(tǒng)，在配置了冷卻塔通過換熱器得到空調(diào)冷水的系統(tǒng)以后，仍反映冬季的若干時段，外區(qū)仍然存在過熱現(xiàn)象。, 2008年，北京青年報(bào)曾有一篇報(bào)道的題目是： 商城不開暖風(fēng) 室溫竟超30 文中稱：市城管執(zhí)法局在其官方網(wǎng)站上公布了供暖檢查首日21家溫度超標(biāo)的商場名單，其中以新世界二期以30.2高居榜首，石景山華聯(lián)商廈和海淀城鄉(xiāng)華懋商場分列二、三位，溫度均超過了27。,記者隨崇外城管分隊(duì)來到新世界二期進(jìn)行復(fù)查，一樓的溫度很適宜。但登上更高樓層時，溫度越來越高。到達(dá)四層時，已經(jīng)看到有的營業(yè)員身穿短袖，顧客則將大衣抱在手中。 商場行政部的王經(jīng)理說：入冬以來以來除了一層供暖外，二層以上并沒有供暖, 本采暖季，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院五所設(shè)計(jì)的某醫(yī)院病房樓，在不供暖的情況下，若干時段南向房間室溫過高。, 某設(shè)計(jì)單位正在設(shè)計(jì)某嚴(yán)寒地區(qū)的民航空管站，其控制機(jī)房需要全年供冷，采用風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)，困難的問題可能不是夏季，而是在冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-27條件下如何供冷運(yùn)行？,3）冬季空調(diào)房間的冷負(fù)荷 內(nèi)區(qū)空調(diào)房間由于沒有外圍護(hù)結(jié)構(gòu)向室外散熱，而只有內(nèi)部人員、照明和設(shè)備等向室內(nèi)散熱，冷負(fù)荷是常年發(fā)生的。,外區(qū)的空調(diào)房間，即使在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，如果太陽輻射得熱大于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱，或者是人員密集和內(nèi)部發(fā)熱量較大，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱小于內(nèi)部發(fā)熱量時，冬季也可能發(fā)生冷負(fù)荷。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是窗的熱工性能逐步改善之后，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的概率大為增多。,例如：通常采用的12mm空氣間隔層中空玻璃斷橋鋁合金外窗傳熱系數(shù)，約為2.8W/(m2K),當(dāng)室內(nèi)外溫差為30時，傳熱損失為84W/m2，而太陽輻射得熱形成的負(fù)荷，會遠(yuǎn)大于傳熱損失。在窗墻面積比很大、可開啟面積很小、且有較多內(nèi)部發(fā)熱量的情況下，許多大型公共建筑的外區(qū)空調(diào)房間，在冬季的某些時段即使不供暖也會過熱。,但是，外區(qū)空調(diào)房間冬季冷負(fù)荷是得熱量和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量的差額，具有不規(guī)則的特點(diǎn)，既與房間朝向、窗墻面積比和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱性能等固定因素有關(guān)，更受室外溫度、日射時間等瞬變因素影響，冷負(fù)荷不是全日的，會與熱負(fù)荷交替出現(xiàn)。,4) 冬季空調(diào)房間冷負(fù)荷計(jì)算的特點(diǎn) 對于一般舒適性空調(diào)，冬季空調(diào)房間冷負(fù)荷計(jì)算有兩個特點(diǎn)。 第一，用于確定所需供冷量的室內(nèi)計(jì)算溫度取值，宜高于冬季供暖房間的設(shè)計(jì)溫度。節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和能源管理制度，對于空調(diào)房間冬季供暖溫度作了嚴(yán)格的限制。如果提高需要供暖房間室內(nèi)計(jì)算溫度，雖然可以改善熱舒適度，但是要增加供暖熱量。而提高需要供冷房間的室內(nèi)計(jì)算溫度，可以減少供冷量，又改善了熱舒適度。,有資料認(rèn)為：冬季需要供冷房間的設(shè)計(jì)計(jì)算溫度，辦公類用房可取24，商場類用房可取22，即可較冬季供暖房間的設(shè)計(jì)溫度高56。 即使是對于外區(qū)，由于提高了室內(nèi)計(jì)算溫度，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱增大，與太陽輻射得熱量和內(nèi)部發(fā)熱量比較的差額減少，仍可降低所需供冷量。,第二，由于冬季室外新風(fēng)的含濕量很低，需保證室內(nèi)相對濕度的場合，空調(diào)系統(tǒng)還要配置加濕措施，空調(diào)房間得到的潛熱是有利因素，不需要加以消除，因此冬季的冷負(fù)荷可只計(jì)算顯熱，不必計(jì)算全熱。這既有利于減少所需供冷量，也可以提高房間的舒適度。,第三，外區(qū)空調(diào)房間的冬季冷負(fù)荷，除了室內(nèi)照明、人員、設(shè)備等熱量可與夏季取值相同以外，太陽輻射得熱與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱的比較，應(yīng)以哪個狀態(tài)點(diǎn)（何日的太陽赤緯和什么室外計(jì)算溫度）為基準(zhǔn)？什么是最不利條件？還沒有得到明確和合理的概念。,5）解決冬季空調(diào)房間冷負(fù)荷的主要方法 解決冬季空調(diào)房間的冷負(fù)荷問題，首先要合理劃分時段。大致可以分為以下三個階段：,第一階段，當(dāng)室外空氣溫度開始低于室內(nèi)溫度，例如北京的九月或四月，冷源系統(tǒng)的冷負(fù)荷特別是新風(fēng)負(fù)荷減少，制冷設(shè)備的主體部分可以停止供冷運(yùn)行了，但內(nèi)區(qū)空調(diào)房間和發(fā)生冷負(fù)荷的外區(qū)空調(diào)房間，大致在室外空氣干球溫度10、濕球溫度5之前，制冷設(shè)備仍需要部分延續(xù)供冷運(yùn)行。這個階段會延續(xù)到建筑的其他區(qū)域已有供暖需求了。,第二階段，當(dāng)室外空氣溫度進(jìn)一步降低，干球溫度10、濕球溫度5，開式冷卻塔的出水溫度能夠10時，例如北京的十十一月或三四月，可以利用冷卻塔供冷；,第三階段，室外溫度又進(jìn)一步降低，大約室外空氣干球溫度5時起，則有條件利用室外新風(fēng)作為冷源。,時段的劃分并不是機(jī)械的，在某同一個時段內(nèi)，還有晝夜溫差，例如：在白天室外空氣溫度較高時，冷卻塔或室外新風(fēng)難以提供冷源，但在夜間則具備供冷能力。又例如：晝間室外空氣溫度在0以上，可以用冷卻塔供冷，而夜間可能在0以下，就不宜運(yùn)行冷卻塔供冷。因此，在系統(tǒng)配置上，應(yīng)具備能隨時變換供冷運(yùn)行方式的功能。,時段的劃分也因地區(qū)而有所區(qū)別，例如：夏熱冬冷地區(qū)，可以利用冷卻塔供冷的時段會比較長，寒冷特別是嚴(yán)寒地區(qū)，可以采用室外新風(fēng)作為冷源的時段會比較長。,6) 冷卻塔供冷可以適合于什么場合？ 冷卻塔供冷主要適合于采用風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)，且為分區(qū)兩管制或四管制的內(nèi)區(qū)風(fēng)機(jī)盤管水系統(tǒng)，也可以適合于其他場合。 當(dāng)室外空氣溫度即使降低到干球溫度10以下，不僅是內(nèi)區(qū)，外區(qū)也可能有供冷要求，而此時如采用室外新風(fēng)供冷尚不足以滿足，需要繼續(xù)運(yùn)行制冷設(shè)備提供冷源。,因此，不論是全空氣系統(tǒng)還是風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)，不論是內(nèi)區(qū)還是外區(qū)，只要存在供冷要求，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，都可在一定的時段內(nèi)，利用冷卻塔代替制冷設(shè)備提供低于10的冷水。 由于這個階段的負(fù)荷（特別是新風(fēng)濕負(fù)荷）減少，空氣處理機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管，都有條件采用較高溫度的冷水，就可滿足供冷要求。,冷卻塔供冷還可以在較長時段內(nèi)，應(yīng)用于溫濕度獨(dú)立控制的干工況末端，例如樓板或毛細(xì)管網(wǎng)冷輻射的水系統(tǒng)等。 這種干工況空調(diào)供冷末端，正好需要溫度較高(例如1623左右)的冷水，在室外空氣濕球溫度15的條件下，就可以不需要將從常規(guī)冷水機(jī)組供給的低溫冷水換熱或混合為高溫冷水，或啟動專用高溫冷水機(jī)組。,利用冷卻塔代替制冷設(shè)備提供冷水，配置并不復(fù)雜。除了需配置與制冷機(jī)相并聯(lián)的換熱器之外，冷卻水和冷水的循環(huán)，甚至可使用既有的、為制冷設(shè)備配套的冷卻水泵和冷水泵，只需實(shí)行運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。,當(dāng)室外空氣日平均溫度低于0以后，冬季顯熱負(fù)荷密度較大、采用新風(fēng)尚不足以滿足的空調(diào)房間，如果仍需要延續(xù)冷卻塔供冷，宜盡量在晝間運(yùn)行，在夜間則可將冷卻循環(huán)水收集于設(shè)置于室內(nèi)的水箱中。,有些資料將冷卻塔供冷稱之為“免費(fèi)供冷系統(tǒng)”，這種說法雖然并不確切，但從利用較低室外空氣濕球溫度的條件，代替制冷機(jī)供冷，確能取得一定節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的效益。,7)利用室外新風(fēng)能有多大的供冷容量？ 當(dāng)室外溫度低于5或低于0以后，就有條件利用室外新風(fēng)作為冷源。特別是當(dāng)室外溫度低于0以后，如果繼續(xù)采用冷卻塔供冷，就需要采取一系列防凍措施。因此，在室外溫度較低時段，應(yīng)當(dāng)盡量采用比冷卻塔供冷更為經(jīng)濟(jì)簡便的利用室外新風(fēng)的方式。,全空氣系統(tǒng)，冬季利用新風(fēng)作為冷源，如果室內(nèi)溫度設(shè)定為24，當(dāng)室外溫度低于0、只要新風(fēng)比大于40，當(dāng)室外溫度低于5、只要新風(fēng)比大于50，新、回風(fēng)的混合溫度都可低于15。這對于一般負(fù)荷密度的建筑，是可以基本滿足冷負(fù)荷需要的。,風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)：對于例如辦公建筑等冬季需要加濕的場合, 如果室內(nèi)溫度設(shè)定為24、相對濕度30，室內(nèi)空氣的焓值為38kJ/kg。 集中新風(fēng)（加熱加濕）送風(fēng)參數(shù)?。核惋L(fēng)加熱到溫度12、等焓加濕到相對濕度95，送風(fēng)焓值13.5kJ/kg。此狀態(tài)參數(shù)在吸收室內(nèi)熱量后升溫到24時，相對濕度可升高至接近30。,按照新風(fēng)量取30m3/h人，每人占有使用面積4m2計(jì)算，新風(fēng)可以擔(dān)負(fù)的冷負(fù)荷約為:,風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)：對于例如商場類建筑等冬季不需要加濕的場合，如果室內(nèi)溫度設(shè)定為22、相對濕度30，室內(nèi)空氣的焓值為34kJ/kg。 集中新風(fēng)（等濕加熱）送風(fēng)參數(shù)?。核惋L(fēng)溫度6，送風(fēng)焓值8.4kJ/kg。,按照新風(fēng)量取20m3/h人，每人占有使用面積3m2計(jì)算，新風(fēng)可以擔(dān)負(fù)的冷負(fù)荷約為:,可見，當(dāng)冬季顯熱負(fù)荷不大于60W/m2的空調(diào)房間，都有條件利用新風(fēng)作為冷源，而當(dāng)顯熱負(fù)荷密度較大、新風(fēng)不足以滿足供冷要求時，才需要運(yùn)行冷卻塔供冷。,以上計(jì)算，都基于最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，如果按照有利于節(jié)能的原則，具備適當(dāng)增加新風(fēng)量的條件，應(yīng)該可以滿足使用要求。事實(shí)上，許多兩管制的系統(tǒng)，經(jīng)過改造，采用適當(dāng)增加新風(fēng)量的辦法，取得了較好的效果。許多新的設(shè)計(jì)，也在采用這種辦法。,新風(fēng)處理機(jī)組選擇及控制 新風(fēng)處理機(jī)組的中檔風(fēng)量，宜按照最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)選擇，同時應(yīng)具備區(qū)別于中檔風(fēng)量的低檔風(fēng)量和高檔風(fēng)量的轉(zhuǎn)換功能。, 當(dāng)房間內(nèi)人員密度降低（CO2濃度低于設(shè)定值）時，轉(zhuǎn)換為低檔風(fēng)量運(yùn)行；當(dāng)供冷工況室外空氣焓值低于（或供熱工況室外空氣焓值高于）室內(nèi)空氣焓設(shè)定值時，轉(zhuǎn)換為高檔風(fēng)量運(yùn)行。,8)為了增大室外新風(fēng)的供冷能力，風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)可以采用較低的送風(fēng)溫度嗎？ 按照送風(fēng)溫差不宜大于10的原則，對于冬季設(shè)計(jì)室溫為2224且有冷負(fù)荷的場合，送風(fēng)溫度不宜低于1214，6這樣的低溫新風(fēng)，當(dāng)然不可以直接送出。,需要選用擴(kuò)散性能好的風(fēng)口，或者可以將新風(fēng)接入風(fēng)機(jī)盤管的出口靜壓箱內(nèi)，與風(fēng)機(jī)盤管吸入和送出（因?yàn)橛欣湄?fù)荷而不加熱）的室內(nèi)2224回風(fēng)混合后送出，就可以解決合理送風(fēng)溫差的問題。,9) 空調(diào)水系統(tǒng)制式的選擇，與應(yīng)對冬季空調(diào)房間冷負(fù)荷的關(guān)系 空調(diào)水系統(tǒng)制式分為兩管制、分區(qū)兩管制或四管制。一般來說，所有區(qū)域同時在夏季供冷、冬季供暖時，應(yīng)采用兩管制水系統(tǒng)。只有一些區(qū)域需全年供冷時，宜采用分區(qū)兩管制水系統(tǒng)。供冷和供暖工況交替頻繁或同時使用時，則需要采用四管制水系統(tǒng)?？梢?，只有分區(qū)兩管制和四管制，是針對冬季空調(diào)房間冷負(fù)荷的。,分區(qū)兩管制是兩管制水系統(tǒng)的擴(kuò)展，其中一個管系實(shí)行供冷和供暖的季節(jié)轉(zhuǎn)換，另一個管系則全年供冷。分區(qū)兩管制與兩管制相同之處，是每個區(qū)域只有一個管系，而空調(diào)末端設(shè)備都只有一組空氣換熱器，配置和控制都比較簡潔。,四管制是供冷和供暖分別配置管系，所有空調(diào)末端設(shè)備同時配置空氣冷卻器和空氣加熱器，當(dāng)然可以適應(yīng)各種復(fù)雜情況的需要。但由于四管制包括管系、末端設(shè)備、控制閥門和控制系統(tǒng)的投資費(fèi)用和占用空間，明顯高于兩管制和分區(qū)兩管制，從GB 50189-93旅游旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開始，就規(guī)定：“應(yīng)僅限于熱舒適度最高的一級旅游旅館中采用”。GB 50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的5.3.18條，也做了進(jìn)一步的闡明。,一般情況下，存在明顯內(nèi)區(qū)時，應(yīng)優(yōu)先選擇只需要按照內(nèi)外區(qū)劃分的分區(qū)兩管制。但是，對于冬季也存在冷負(fù)荷的外區(qū)，需要供冷和供暖交替，或者建筑中如洗浴健身場所等區(qū)域，雖然也在內(nèi)區(qū)，但室溫要求高于其他內(nèi)區(qū)，也需要供冷和供暖交替。分區(qū)兩管制的區(qū)域劃分，就會遇到比較難以周全解決的復(fù)雜問題，或者只能采用四管制。因此，在同一建筑物內(nèi)，可能會需要分區(qū)兩管制和四管制的共存。,10) 風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)，采用普通的兩管制系統(tǒng),是否也能適應(yīng)各空調(diào)區(qū)域在同一時間內(nèi)分別需要供冷或供熱？ 在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，有一些并不存在供冷和供暖工況交替頻繁或同時使用需要的建筑，只是為了追求空調(diào)系統(tǒng)配置的“豪華檔次”， 建設(shè)單位也指定配置四管制水系統(tǒng)，顯然這是不合理的。據(jù)調(diào)查, 在北京地區(qū)建成的少量可以同時為空氣處理設(shè)備分別提供冷媒或熱媒的四管制系統(tǒng), 大多只實(shí)施了兩管制系統(tǒng)的功能。,其實(shí)，在許多空調(diào)建筑（例如旅館客房或一般辦公室）中，室內(nèi)人員同時有不同溫度要求、而需要分別供冷和供暖的，并不在盛夏和寒冬，主要是過渡季及其前后階段。 當(dāng)采用風(fēng)機(jī)盤管加集中新風(fēng)系統(tǒng)時，普通的兩管制系統(tǒng), 也可以通過對新風(fēng)的不同處理, 在一定范圍