全新風機械通風在重慶地區的應用

摘 要

摘要：在對實際建筑空調系統運行調研的基礎上，對重慶地區過渡季節分別采用自然通風、機械通風、空調模式下的設備功耗和室內舒適度進行了實驗對比。在過渡季節，采用全新風運行的
摘要：在對實際建筑空調系統運行調研的基礎上，對重慶地區過渡季節分別采用自然通風、機械通風、空調模式下的設備功耗和室內舒適度進行了實驗對比。在過渡季節，采用全新風運行的機械通風模式，室內舒適度最優，設備功耗僅為空調模式的15%左右。
關鍵詞：機械通風；設備功耗；室內舒適度；全新風
    通風可以有效改善室內熱濕環境，提高室內舒適度，從而有效縮短空調時間，進而實現建筑節能。特別是在過渡季節采用全新風運行，消除室內余熱，又不需要開啟制冷系統，不僅滿足了熱舒適要求，還有效降低了空調系統的能耗[1～10]。目前，集中空調系統基本上進行了過渡季節全新風運行的系統設計和狀態轉換設計，然而在實際運行中，真正進行全新風運行的卻屈指可數。那么，是這種運行方式不能滿足室內舒適度要求，還是節能效果有限，本文將這一問題數據化，分析采用全新風運行的節能效果及對室內熱環境的影響。
1 運行管理現狀
    為了解重慶市公共建筑空調系統的運行管理現狀，我們于2009年6月、7月分別開展了重慶市辦公、商場、酒店建筑空調系統運行管理現狀調研，包括辦公建筑37幢、商場建筑32幢、酒店建筑8幢。
    對于37幢辦公建筑，有27幢建筑的空調系統安裝了手動新風調節閥，有6幢建筑安裝了電動新風調節閥。在安裝新風調節閥的空調系統中，有14幢建筑空調系統在過渡季節采用全新風運行，其余建筑的新風系統處于無人管理和維護的狀態。
    對于32幢商場建筑，有20幢建筑的空調系統安裝了手動新風調節閥，有6幢建筑的空調系統安裝了電動新風調節閥，而其他6幢建筑空調系統的運行人員對是否安裝了新風調節閥缺乏了解。在安裝新風調節閥的空調系統中，只有9幢建筑空調系統的運行人員根據氣象條件對新風量進行調節，另外17幢建筑空調系統的新風調節閥相對開度常年不變。
    對于8幢酒店建筑，有5幢建筑空調系統安裝了手動新風調節閥，另外3幢建筑的空調系統安裝了電動新風調節閥。在實際運行中，只有2幢建筑的空調系統分別采用手動、電動新風調節閥對新風量進行調節。
    由此可見，在重慶地區，充分利用新風運行降低公共建筑空調系統能耗的運行方式并未得到很好貫徹與執行。
2 實驗方案
   ① 實驗平臺
為了對比過渡季節在分別采用空調、機械通風、自然通風模式下的室內舒適度和設備功耗，建立了實驗平臺，實驗平臺的布置見圖1。
 

   實驗房間長×寬為4.8m×2.8m，房間凈高為3m。安裝一臺制冷量為3.5kW、制熱量為4.0kW、額定風量為600m3/h的空調機組，采用一次回風系統。為滿足通風需求，安裝了一臺風量為1010m3/h加壓風機，可保證實驗房間最大換氣次數為25次/h。
    室內溫度采用高精度水銀溫度計進行測量，測量范圍為0～50℃，分度值為0.1℃，相對誤差范圍為±2%。相對濕度采用毛發濕度計進行測量，測量范圍為0～100%，分度值為1%，誤差范圍為±5%。風速采用熱線風速儀進行測量，測量范圍為0～20m/s，在風速為0～2m/s范圍內其相對誤差范圍為±5%。風量采用風量罩進行測量，測量范圍為42～4250m3/h，誤差范圍為±1m3/h。設備功率的測量分別采用測量范圍0～300V、0～2.5A、精度等級0.5級的單相功率表和測量范圍0～600V、0～1A、精度等級1級的三相功率表。測試前，按照文獻[11～14]的要求對實驗房間進行了測點布置。
   ② 實驗方案
   為了對比實驗房間在空調、機械通風、自然通風模式下的室內舒適度和設備功耗，在室外氣象條件接近的情況下分別進行3種模式的實驗。于2009年6月15日、17日、18日分別進行了空調、機械通風、自然通風模式的實驗。
    在實驗過程中，室外氣象條件比較接近，最高氣溫為27.1～30.4℃，最低氣溫為25.8～26.3℃，平均氣溫為26.3～28.8℃。相對濕度最大值為88.7%～96.0%，最小值為81.6%～83.0%，平均值為85.4%～86.7%。測試時間為9:00～12:30、14:30～18:00，每0.5h讀取一次室內熱環境參數，每10min讀取一次功率值。機械通風模式為開啟加壓風機，打開新風調節閥，關閉回風調節閥。空調模式是開啟空調器，設定送風溫度為26℃，開啟加壓風機，并開啟新風、回風調節閥。
3 設備功耗和室內舒適度分析
    將測試數據進行整理，對3種模式下的設備功耗進行對比。采用PPD(預期不滿意百分率)、PMV(預期平均評價)，對室內舒適度進行評價。
   ① 設備功耗
   在空調模式下，工作設備主要有空調壓縮機、空調風機、加壓風機。在實驗過程中，測試開始后0.5h系統進入穩定階段，采用功率表測試這3個設備的功率。上下午時段空調壓縮機功率的測試數據分別見圖2、3。由圖2、3可知，在上午時段，壓縮機的最大功率達到180W，最小功率為160W。在下午時段，最大功率達到了200W，其余時段保持在180W。
    空調風機、加壓風機在運行過程中的功率比較穩定，無論是上午還是下午時段，功率都分別穩定在45W、40W，都遠低于空調壓縮機的功率。綜合這3個設備功率的測試數據，空調模式下設備平均功耗為263.9W，主要的功率消耗來自于空調壓縮機，占整體功率消耗的67.8%，空調風機、加壓風機的功耗分別占17.0%、15.2%。
    在機械通風模式下，功耗僅來自于加壓風機，通過功率表對加壓風機功率的測量，得出了上下午時段加壓風機功率隨時間的變化。在運行過程中，加壓風機的功率一直穩定在40W。
 

    上下午兩個時段空調、機械通風模式下的設備功耗隨時間的變化見圖4、5。由圖4、5可知，對于空調模式，上午時段設備功耗的平均值為259.7W，下午時段的平均值為268.2W。對于機械通風模式，整個時段的平均設備功耗為40W。由此可知，機械通風模式下的設備功耗遠小于空調模式，僅為后者的15%左右。
 

    ② 室內舒適度
    為全面評價室內舒適度，將測試參數輸入到文獻[15]的PMV、PPD程序中進行計算。對比出不同模式下，室內的PMV、PPD值的差別，從而判別3種模式對室內舒適度的影響。計算時，根據測試數據和環境狀態，分別對人體能量代謝率、人體所做機械功、室內人員衣著、熱環境參數進行了選取[15]。
    整個時段3種模式下的PPD值隨時間的變化見圖6。由圖6可知，自然通風模式下PPD值在下午時段達到20.3%；機械通風模式下除個別時刻外，大部分時間PPD值都在10%以下；空調模式下的PPD值高達80%以上。由此說明，在重慶地區過渡季節開啟空調并沒有給室內創造令人滿意的熱環境。
 

   整個時段3種模式下的PMV值隨時間的變化見圖7。由圖7可知，3種模式的PMV值差別較為顯著，自然通風模式下PMV值在0.5以上；空調模式下達到-2.0以下，偏離最佳熱舒適度的程度很大；采用機械通風模式，上午時段的PMV平均值為-0.53，下午時段約為0，比上午時段更加接近最優熱舒適度。
   IS0 7730[16]對PMV-PPD指標的推薦值為：PPD＜10%，即PMV為-0.5～0.5，相當于允許有10%的人感覺不滿意。在3種模式中，機械通風模式是最為舒適的。
    結合PPD、PMV值計算結果，空調模式下的PPD值高達80%以上，PMV值達到-2.0以下。根據實測數據，空調模式下室內干球溫度在23℃以下，風速高達1.20m/s，較低的溫度和強烈的吹風感導致了PPD值較高。
   機械通風與自然通風模式相比，室內干球溫度和相對濕度并無太大的差別。但是在機械通風模式下，室內平均風速在0.5m/s左右，引起室內空氣的擾動，形成良好的空氣循環，有利于熱量的排出，PPD值低于10%。而在自然通風模式下，空氣基本不流動，導致PPD值在下午時段達到20.3%。
   相比其他兩種模式，采用全新風運行的機械通風模式既節約了能量，又帶來了最為舒適的熱環境，因此在重慶地區過渡季節采用這種運行模式是值得大力推行的。
4 結論
   ① 在重慶地區過渡季節采用全新風運行的機械通風模式是最為舒適的，在下午時段對室內熱環境的改善程度更為顯著。
   ② 機械通風模式的設備功耗是空調模式的15%左右。
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(本文作者：丁勇 蘇瑩瑩 李百戰 張立文 重慶大學 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室 重慶 400045)