舒適性與空調(diào)系統(tǒng)能耗研究

劉德娣

摘要：能源危機(jī)已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)之一，建筑能源消費(fèi)占全球能源消費(fèi)的40%。如何有效降低建筑能耗已經(jīng)是當(dāng)今許多學(xué)者的研究方向。本文針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗以及舒適性進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；能耗；舒適性

近年來，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度要求日益提高，而評(píng)價(jià)熱舒適度的主要方法是利用PMV-PPD指標(biāo)評(píng)價(jià)人體的熱舒適性。而居住建筑總能耗主要包括照明、家用電器、通風(fēng)、空調(diào)和采暖等。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)通過冷凝方式對(duì)空氣進(jìn)行冷卻除濕，采用5～7℃的低溫冷源。溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)排除顯熱可使用溫度較高的冷源，避免常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中用低溫冷源處理高溫空氣所造成的高品位冷源的損失，也可避免因濕度過高而依靠降低室溫所帶來的冷量損失，從而實(shí)現(xiàn)提高舒適度和節(jié)能的目標(biāo)。

1空調(diào)設(shè)定參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響

溫度是影響人體熱舒適的主要因素，夏季人體感覺舒適的室溫在24-28℃?？墒悄壳按蠖鄶?shù)公共建筑夏季空調(diào)溫度調(diào)得很低，不但浪費(fèi)能源，舒適性也很差。在人體舒適的前提下，提高空調(diào)設(shè)定溫度可使建筑能耗下降，原因有以下幾點(diǎn)：

（1）從傳熱基本公式Q=KA（tw-tn）可知，室內(nèi)外溫差減小了，通過維護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量也減小了；

（2）室內(nèi)設(shè)定溫度提高，室內(nèi)焓值變大，新風(fēng)與室內(nèi)空氣的焓差變小，新風(fēng)負(fù)荷降低；

QX=GW（hW—hN）

式中QX——夏季空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷，kW；

GW——新風(fēng)量，kg/s；

hW——室外空氣的焓值，kJ/kg；

hN——室內(nèi)空氣的焓值，kJ/kg。

（3）全年可以利用自然通風(fēng)的時(shí)間變長(zhǎng)，從而減少了開啟空調(diào)的時(shí)間及輸配設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

但是僅僅從調(diào)整空調(diào)設(shè)定溫度來進(jìn)行節(jié)能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，空氣濕度不僅對(duì)人體舒適度影響很大，溫度、含濕量的不同組合也影響著空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能狀況。根據(jù)下式可知，當(dāng)室內(nèi)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷一定時(shí)，室內(nèi)設(shè)定狀態(tài)與送風(fēng)狀態(tài)的焓差、濕度差不同時(shí)，送風(fēng)量也不同，風(fēng)機(jī)能耗隨之改變。

G=■=■

式中G——送風(fēng)量（kg/s）；

Q——房間余熱量（即房間冷負(fù)荷）（kW）；

W——房間余濕量（即房間濕負(fù)荷）（kg/s）；

ho，do——分別為送風(fēng)狀態(tài)空氣的焓值（kJ/kg）和含濕量（g/kg）；hN，dN——分別為室內(nèi)空氣狀態(tài)的焓值（kJ/kg）和含濕量（g/kg）。

一般室內(nèi)濕度的設(shè)定更常用相對(duì)濕度φ表示。某空調(diào)辦公室不同室內(nèi)干球溫度和相對(duì)濕度下的空調(diào)系統(tǒng)的能耗是不同的室內(nèi)干球溫度和相對(duì)濕度越高，空調(diào)系統(tǒng)總能耗降低，反之亦然。最低能耗與最高能耗相差達(dá)到70%。當(dāng)室內(nèi)參數(shù)設(shè)為行業(yè)推薦值時(shí)（t=26℃，φ=60%），比最高能耗節(jié)約39.3%。

2空調(diào)舒適性分析

2.1兩種空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適結(jié)果分析

根據(jù)建筑季節(jié)劃分的時(shí)間，熱舒適性分析數(shù)據(jù)一部分取自供熱季和制冷季的典型代表日：1月21日和7月21日，另一部分則取各房間全年空調(diào)運(yùn)行的PMV-PPD值進(jìn)行分析；建筑的功能是別墅住宅，因此選用日常生活主要使用的房間：客廳和臥室。在供熱季典型代表日客廳空調(diào)運(yùn)行時(shí)段10：00～12：00和15：00～22：00，兩種系統(tǒng)的舒適性都未達(dá)到我國(guó)規(guī)范中Ⅱ級(jí)熱舒適度的要求。但采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的舒適性優(yōu)于風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，且在18：00～22：00時(shí)段溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)房間的PPD值小于30%。顯示在7月21日客廳空調(diào)運(yùn)行期間，兩種空調(diào)系統(tǒng)的房間熱環(huán)境都非常舒適，PMV值為：0～0.5，PPD≤10%，達(dá)到國(guó)家規(guī)范規(guī)定的Ⅰ級(jí)熱舒適度要求。在臥室1-1空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間21：00～24：00和0：00～09：00采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)的熱舒適性更接近規(guī)范要求，其PMV值為-1.1～0.7，PPD值最大值為35%。而風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)加新風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)的PMV≤-1.7，PPD≥60%。兩種空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)熱環(huán)境非常舒適且都已滿足規(guī)范Ⅰ級(jí)熱舒適度要求。在全年空調(diào)運(yùn)行時(shí)段，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)房間的PMV值在供熱季絕大部分時(shí)間都小于-1，在制冷季房間里大部分時(shí)間的PMV值都處于-1和1之間，在5～6月中旬、9～10月大部分時(shí)間室內(nèi)的PMV<-1。在溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，房間里的絕大部分時(shí)間的PMV值都處于-1～1之間，PPD≤27%，符合規(guī)范給定的Ⅱ級(jí)熱舒適度要求。在全年空調(diào)運(yùn)行期間，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)房間在供熱季中大部分時(shí)間的PMV值都小于-1，室內(nèi)人員會(huì)感覺偏冷；在供冷季室內(nèi)的PMV值絕大部分時(shí)間都處于-1和1之間，房間里預(yù)計(jì)不滿意者百分?jǐn)?shù)PPD≤27%，在5～6月、10月期間室內(nèi)人員的熱感覺皆偏冷。在溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，室內(nèi)的PMV和PPD值只有一少部分時(shí)間是在規(guī)范規(guī)定的Ⅱ級(jí)熱舒適度范圍之外。

3建筑能耗分析

通過軟件計(jì)算，得到采用兩種不同空調(diào)系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗：

1）溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)供熱能耗比風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)多2843.5kWh，主要原因：溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用輻射吊頂作為換熱末端裝置，冬季供熱時(shí)輻射板需先將周圍墻體和樓板或屋頂加熱，然后通過對(duì)流方式再與空氣進(jìn)行換熱，而風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)主要利用加熱的空氣與空氣進(jìn)行對(duì)流換熱。

2）風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)中的供冷能耗比溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的要多6047.01kWh，主要原因是：溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)全年運(yùn)行過程分為制冷季、供冷季、通風(fēng)季、除濕季，而風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)全年運(yùn)行過程只有制冷季、供熱季和通風(fēng)季。

3）兩種系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)能耗和水泵能耗差異較大，這主要由于兩個(gè)系統(tǒng)的形式差別造成，在風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)的末端采用風(fēng)機(jī)盤管增加了風(fēng)機(jī)的耗電量，而溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)末端采用低溫?zé)崴椛涞蹴斠蚨煤碾娏枯^多。

4）采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)全年耗電量相比較風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)少3372.29kWh，其中溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的耗電量為33714.70/280=120.41kWh/m2，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)為37086.99/280=132.45kWh/m2，每平方建筑耗電量節(jié)省132.45-120.41=12.01kWh/m2

4結(jié)論

通過模擬結(jié)果分析可知：1）采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)的熱舒適性要優(yōu)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)；2）采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行總能耗比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省3372.29kWh，每平方建筑耗電量節(jié)省12.01kWh/m2。為能更好的發(fā)揮溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，建議用戶根據(jù)實(shí)際熱濕狀況來選擇空調(diào)模式：通風(fēng)、除濕、制冷或制熱。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東凱，鄭潔，宋慶龍.重慶某高校學(xué)生公寓夜間通風(fēng)實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào)，2015，45（11）：91-95.

[2]亓?xí)粤?，楊?夜間通風(fēng)建筑傳熱模型研究及實(shí)測(cè)驗(yàn)證[J].太陽能學(xué)報(bào)，2015，36（3）：636-640.

（作者單位：中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司）