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商場空調(diào)的空氣品質(zhì)及能耗分析摘要:商場人員流動性大;人員構(gòu)成復(fù)雜,“SARS”疫情的出現(xiàn)使商場傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。本文在對濟南市三家大型商場空調(diào)系統(tǒng)調(diào)研的基礎(chǔ)上,詳細分析了新風(fēng)量對商場空氣品質(zhì)及空調(diào)能耗的影響,比較了一次回風(fēng)系統(tǒng)和全新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)能耗,探討了商場空調(diào)新的系統(tǒng)形式。提出在目前條件下,商場空調(diào)宜采用帶有C波段紫外線燈的一次回風(fēng)系統(tǒng),這樣既能滿足商場的空氣品質(zhì)又能降低空調(diào)能耗,并介紹了這種空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法和特點,可供工程技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞:商場一次回風(fēng)系統(tǒng)全新風(fēng)系統(tǒng)能耗空氣品質(zhì)C波段紫外線燈0引言隨著經(jīng)濟的增長和人民生活水平的提高,商業(yè)性建筑在全國各地迅速增多,商場競爭也日益激烈,為了提高購物者的購物環(huán)境,大部分商場都安裝了中央空調(diào),據(jù)統(tǒng)計我國800多家大型商場設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的建筑面積約1.5億平方米,現(xiàn)有商業(yè)建筑的每年的能耗費用高達225億人民幣[1],商業(yè)建筑能耗主要用于空調(diào)、照明、熱水供應(yīng)以及其它動力設(shè)備等方面。其中空調(diào)能耗是商業(yè)類建筑的能耗的主要部分,據(jù)統(tǒng)計空調(diào)能耗占比總能耗的50%-60%[1]。所以,中央空調(diào)的運行費用也成為商家重要的資金投入,因此,如何在保證商場室內(nèi)衛(wèi)生要求和舒適度的前提下,降低商場空調(diào)的運行費用也成為商家在激烈商戰(zhàn)立于不敗的關(guān)鍵因素。2003年春季,SARS洶洶而來,引起國內(nèi)國際嚴重關(guān)注。由于空氣是“非典”的主要傳播途徑,通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)就成為防范“非典”中的重要領(lǐng)域。各地紛紛制定了針對空調(diào)的應(yīng)急管理實施細則。特別是商場作為人員密集的場所,所以,商場內(nèi)更容易引發(fā)交叉污染,各地應(yīng)急管理實施細則對商場的全空氣系統(tǒng)空調(diào)都建議全新風(fēng)運行,這無疑大大增加了商場空調(diào)的能耗,增加了商家的經(jīng)濟負擔?,F(xiàn)在,我們贏得了對SARS斗爭的初步勝利,但是世界衛(wèi)生組織專家指出SARS有可能卷土重來。而且,這次SARS疫情將如何比較徹底消滅由外界和空調(diào)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的致病病菌這個問題擺在人們的面前。所以,廣大暖通工作者有必要考慮在保證商場室內(nèi)衛(wèi)生的前提下如何降低商場空調(diào)的能耗,既保證購物者對商場的衛(wèi)生要求又滿足商家的經(jīng)濟利益。本文在對大型商場空氣品質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,分析了新風(fēng)量對商場空氣品質(zhì)及空調(diào)能耗的影響,并比較了一次回風(fēng)系統(tǒng)和全新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)能耗,探討了既能保證新的商場空調(diào)的系統(tǒng)形式。商場室內(nèi)空氣品質(zhì)的分析建筑環(huán)境中的空氣環(huán)境是人們生活和工作中最重要的環(huán)境之一,良好的室內(nèi)環(huán)境應(yīng)是一個為大多數(shù)室內(nèi)成員認可的舒適的熱濕環(huán)境。同時也能夠為室內(nèi)人員提供新鮮宜人、激發(fā)活力并且對健康無負面影響的高品質(zhì)空氣,以滿足人體舒適和健康的需要。室內(nèi)環(huán)境包括室內(nèi)空氣品質(zhì)、熱環(huán)境、濕環(huán)境、光(照)度、噪音等多方面的內(nèi)容,這些在創(chuàng)造人們舒適工作、生活環(huán)境中起著舉足輕重的作用。其中室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞對人們健康尤為重要。室內(nèi)空氣品質(zhì)是指在某個具體的環(huán)境內(nèi),空氣中某些要素對人群工作、生活的適宜程度,是為反映人們具體要求而形成的一種概念。商場是人員眾多的公共場所,其室內(nèi)空氣品質(zhì)對顧客和商場工作人員的身體健康、舒適感覺有著很大的影響。人們普遍反映商場內(nèi)空氣品質(zhì)比較差,在商場逗留時間過長時會感到疲乏、不適、惡心、頭暈、頭疼等癥狀。特別2003年“SARS”期間,由于空氣是“SARS”傳播的途徑并且商場內(nèi)人員眾多,所以,商場內(nèi)更容易引發(fā)交叉污染。因此人們更加關(guān)注商場內(nèi)空氣品質(zhì),人們關(guān)注的重點不僅僅是商場內(nèi)的舒適度,而且將如何把商場內(nèi)產(chǎn)生的和通過新風(fēng)系統(tǒng)引到室內(nèi)的致病病菌殺滅放在重中之重的位置。為了考察商場室內(nèi)空氣品質(zhì),筆者利用暑期對濟南市三個面積超過一萬平米的大型商場(以下簡稱A、B、C)進行了調(diào)研。調(diào)查室內(nèi)空氣品質(zhì)的依據(jù)大致分為客觀評價和主觀評價兩種。直接用測定室內(nèi)污染物指標來評價室內(nèi)空氣品質(zhì)的方法稱為客觀評價;主觀評價則是由室內(nèi)人員依靠在給定環(huán)境中的自我感覺來評價空氣品質(zhì),表達對環(huán)境因素的感覺和環(huán)境對健康的影響。美國供暖制冷空調(diào)工程師學(xué)會在新頒布的標準ASHRAE6221989中作了定義:良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)應(yīng)該是“空氣中沒有已知的污染物達到公認的權(quán)威機構(gòu)所確定的有害物濃度指標,并且處于這種空氣中的絕大多數(shù)人(>80%)對此沒有表示不滿意”[2]。根據(jù)這一定義,作者直接引用了國際通用的主觀評價調(diào)查表格[2],對商場內(nèi)300人(200名顧客,100名營業(yè)員)進行了問卷調(diào)查,得出了商場內(nèi)人員對空氣品質(zhì)感受程度和不適癥狀水平的結(jié)果,見表一、二。表1不同商場室內(nèi)人員對空氣品質(zhì)感受程度(%)商場代號不滿意率不接受率有氣味污濁窒息室內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的氣味的感受程度商品散味廁所人的氣味刺激氣味有機物A33.243.758.360.153.24.111.516.15.24.1B23.130.350.353.246.12.86.210.31.51.5C30.932.251.260.156.16.316.515.94.81.1平均29.135.453.357.851.84.411.414.13.833.35由表1可見,三家商場平均空氣品質(zhì)不接受率為35.4%,不滿意率為29.1%。原因主要是空氣窒息和空氣污濁,其平均不滿意率分列一、二位。而有14.1%的被調(diào)查者認為導(dǎo)致空氣窒息和污濁的原因是人的氣味和廁所,這主要是因為商場內(nèi)人員眾多和廁所放置位置不當導(dǎo)致,值得關(guān)注的是有3.83%和3.35%的被調(diào)查者能感受到刺激氣味和有機物的氣味。由調(diào)查結(jié)果可以看到:三家商場空氣品質(zhì)不滿意率均高于20%,按照ASHRAE6221989的定義,可確定這三家商場的空氣均不屬于“良好的空氣品質(zhì)”狀態(tài),這也在一定程度上反映出濟南大型商場室內(nèi)空氣品質(zhì)狀況。表2不同商場內(nèi)人員不適癥狀水平(%)商場代號疲乏不適惡心頭暈頭疼呼吸不暢氣喘皮膚發(fā)癢口干喉疼眼干鼻塞流涕發(fā)疹流淚感冒癥狀耳鳴A30.619.16.932.314.220.16.18.826.111.61.20.61.23.52.9440.222.17.232.26.224.214.37.128.217.61.50.51.34.11.8C36.443.230.224.628.229.111.07.118.918.31.102.81.31.6平均35.628.118.129.616.217.510.47.624.415.81.30.371.82.92.1在有空氣污染物的室內(nèi)環(huán)境中,人的眼、鼻和咽喉會受到刺激,嚴重時還將引發(fā)一系列不適癥狀[4]。由表2可見,各商場室內(nèi)人員中最普遍的癥狀是疲乏、不適、頭暈、呼吸不暢和口干喉痛,其所占比例均超過15%,而且營業(yè)員由于長時間在商場內(nèi)其癥狀表現(xiàn)的更為明顯。這些癥狀在商場室內(nèi)存在或感覺明顯,到室外就減輕或消失,這是建筑病綜合癥的典型表現(xiàn),證實濟南大型商場室內(nèi)存在建筑病綜合癥。通過以上數(shù)據(jù)可以看到濟南商場的空氣品質(zhì)不容樂觀,而空調(diào)環(huán)境的空氣質(zhì)量惡化是空調(diào)病綜合癥的首要成因。空氣質(zhì)量惡化又是多種因素相互影響,相互作用的結(jié)果:空調(diào)空間從節(jié)能角度考慮要求“密封化”。造成了新鮮空氣不足,盡管有對應(yīng)的標準限制,實際新風(fēng)不夠仍然普遍存在??照{(diào)空間的密封化,使商場室內(nèi)設(shè)備、裝修材料及人體散發(fā)的化合物、有機物、細菌、異味等,隨時間的累積、濃度增高;空調(diào)空間空氣狀態(tài)的強制變化,使各種污染源得以迅速擴散,造成了空中懸浮物質(zhì)增多,已沉降的被飄揚,已懸浮的不易沉降。由于空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理及過濾作用,空氣中有益于自然態(tài)的臭氧和負離子相應(yīng)減少,負離子和臭氧所起到的殺菌、消毒、抑制分解和清新空氣的作用也隨之減少,空氣中的含菌量相較之下增加??照{(diào)系統(tǒng)的普通過濾裝置只能吸納空氣中較大的塵埃,對眾多的細菌、有機化合物并不起作用,大量塵菌隨著回風(fēng)循環(huán),不斷反復(fù)的污染室內(nèi)空氣??照{(diào)系統(tǒng)設(shè)備本身存在較嚴重的內(nèi)部塵菌污染,是各種微生物生長的溫床,是有害物質(zhì)的集散地和傳播器。綜合以上原因,導(dǎo)致商場內(nèi)空氣品質(zhì)惡化的因素集中在新風(fēng)不足、商場室內(nèi)產(chǎn)生的污染、進入室內(nèi)的室外污染和空調(diào)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的污染四個方面,它們相互影響、相互作用,片面加大新風(fēng)量,不解決商場室內(nèi)產(chǎn)生的污染、進入室內(nèi)的室外污染和空調(diào)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的污染也達不到預(yù)期的改善室內(nèi)空氣品質(zhì)效果,而且加大新風(fēng)量和節(jié)約能耗是一對矛盾,加大新風(fēng)量,特別是在夏季室內(nèi)、外溫差較大的情況下,將會導(dǎo)致空調(diào)能耗的增加。系統(tǒng)的分析新風(fēng)能耗有助于我們充分了解。2商場空調(diào)的新風(fēng)能耗分析。2.1商場空調(diào)的幾種常見形式相對其它民用建筑,商場具有人員密集、人員散濕大的特點,商場空調(diào)往往采用全空氣系統(tǒng),全空氣系統(tǒng)又分為一次回風(fēng)系統(tǒng)、一、二次回風(fēng)系統(tǒng)和全新風(fēng)等系統(tǒng),由于商場空調(diào)有主要做夏季降溫用、送風(fēng)溫差較大和室內(nèi)散濕量大的特點,所以商場空調(diào)大多采用一次回風(fēng)系統(tǒng)?!癝ARS”期間各地應(yīng)急細則要求商場用全新風(fēng)運行,下面對以上兩種空調(diào)系統(tǒng)做簡單的介紹:2.1.1一次回風(fēng)系統(tǒng)全空氣系統(tǒng)多采用一次回風(fēng)系統(tǒng),其空氣處理過程焓濕圖和系統(tǒng)示意圖見圖1。圖1一次回風(fēng)系統(tǒng)的空氣處理過程焓濕和系統(tǒng)示意圖其夏季空氣處理過程為,送往室內(nèi)的空氣吸收房間余熱、余濕變成狀態(tài)N后,一部分排到室外,另一部分回到混合箱和室外新風(fēng)混合,然后經(jīng)表冷器處理,釋放熱量后變?yōu)闋顟B(tài)L,經(jīng)風(fēng)機在再熱器加熱并吸收熱量S,最后再送人空調(diào)房間,形成一個循環(huán)。2.1.2全新風(fēng)系統(tǒng)全新風(fēng)其空氣處理過程焓濕圖和系統(tǒng)示意圖見圖2。其夏季空氣處理過程為,送往室內(nèi)的空氣吸收房間余熱、余濕變成狀態(tài)N后,排到室外,室外新風(fēng)經(jīng)表冷器處理,釋放熱量后變?yōu)闋顟B(tài)L,送人空調(diào)房間,形成一個循環(huán)。2.2商場空調(diào)能耗分析空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱負荷主要由圍護結(jié)構(gòu)負荷、室內(nèi)負荷、新風(fēng)負荷組成。其中新風(fēng)負荷占有較大比例。以上兩種空調(diào)形式區(qū)別也主要在于新風(fēng)量的取值的不同,研究整個空調(diào)運行期間新風(fēng)負荷的變化情況有助于比較兩種空調(diào)形式的全年的能耗。2.2.1整個供冷期間單位質(zhì)量新風(fēng)總耗冷量在空調(diào)過程中,當室外空氣焓大于室內(nèi)空氣焓時,整個夏季期間單位質(zhì)量新風(fēng)總耗冷量為:(1)式中:一夏季室外空氣焓值,Kj/kg干空氣;一夏季新風(fēng)處理終狀態(tài)焓值,kJ/kg干空氣;一在焓值高于的室外空氣區(qū)域以每3kJ/kg干空氣的步長劃分的焓值分組數(shù);-以上區(qū)域的每一焓值變化步長內(nèi),室外空氣在其中出現(xiàn)的時間頻數(shù)h。值夏季室外濕空氣焓頻數(shù)據(jù)經(jīng)整理后見表3和圖3。表3濟南地區(qū)夏季室外濕空氣焓值頻率焓值區(qū)域/(kj-(kg干空氣)-1)時間/h焓值區(qū)域/(kj-(kg干空氣)-1)時間/h焓值區(qū)域/(kj-(kg干空氣)-1)時間/h27<i<300.054<i<57152.4881<i<84116.6230<i<330.8857<i<60202.7584<i<8780.2833<i<364.2160<i<63229.6287<i<9061.9236<i<396.9363<i<66229.6290<i<9332.3339<i<4212.8366<i<69209.6993<i<969.9642<i<4530.0169<i<72185.2396<i<993.7845<i<4850.4972<i<75184.8799<i<1022.3848<i<5180.6275<i<78170.05102<i<1051.9751<i<54126.8278<i<81144.45105<i<1080根據(jù)公式(1)及表3中提供的數(shù)據(jù),計算出不同室內(nèi)設(shè)計參數(shù)下濟南地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)夏季連續(xù)運行時單位質(zhì)量新風(fēng)能耗,新風(fēng)能耗與室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的數(shù)量關(guān)系見圖4。應(yīng)用圖4可算出空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)能耗。如商場建筑物,夏季當室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)取干球溫度28r、相對濕度60%時,若采用新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值,新風(fēng)終狀態(tài)焓值為in=59.3(kJ/kg干空氣),在圖4中查出每單位質(zhì)量新風(fēng)在夏季期間的總新風(fēng)能耗為19.6(kJ/kg干空氣)。若按壓縮式制冷機的COP值范圍(3.0?4.2),再取10%的富裕量,則單位質(zhì)量新風(fēng)在夏季期間的制冷總耗電量分別約為1.143?1.55kW-h/kg干空氣,現(xiàn)行濟南地區(qū)商業(yè)用電電價為:平段0.684元/KW-h,峰段1.004元/KW-h,谷段0.364元/KW-h,由于商業(yè)系統(tǒng)營業(yè)時間都是在平段和峰段,平均按0.90元/KW-h計,單位質(zhì)量新風(fēng)在夏季期間的制冷電耗費用為1.03?1.39元/kg干空氣。商場整個夏季新風(fēng)供冷能耗為將此數(shù)據(jù)乘以空調(diào)系統(tǒng)總新風(fēng)量。現(xiàn)以濟南市某大型商場為例,該商場共有四層(含地下一層)建筑面積大約1.6萬平方米,空調(diào)面積約為1.2萬平方米。對上面提到的一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和全新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)能耗進行對比。一次回風(fēng)系統(tǒng)按《百貨商場空調(diào)設(shè)計》中人均新風(fēng)量8.5-12.5m3/h-p計[5],取12m3/h-p,客流同時在場數(shù)按年平均客流的1.2倍計算[5],取12000人,則總新風(fēng)量為144000m3/h,新風(fēng)占送風(fēng)量的18%,則整個夏季新風(fēng)供冷能耗為17.28萬元,按新風(fēng)負荷占總負荷25%計,則該商場的整個夏季供冷能耗為69.12萬元。全新風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)送風(fēng)量為1210000m3/h,則新風(fēng)及整個空調(diào)系統(tǒng)的供冷能耗為145.2萬元。從以上數(shù)據(jù)的對比可以看到,全新風(fēng)系統(tǒng)的夏季供冷能耗比一次回風(fēng)系統(tǒng)的供冷能耗高出一倍以上,雖然全新風(fēng)系統(tǒng)能夠改善商場內(nèi)的空氣品質(zhì),但在競爭激烈的商業(yè)行業(yè)中,全新風(fēng)系統(tǒng)的能耗對商家來說無疑是一筆很大的資金投入,所以有必要找到一個即能保證商場內(nèi)空氣品質(zhì)又能有效節(jié)約能耗的方法,即保證顧客的健康又保證商家的利益。

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