全新風(fēng)機(jī)械通風(fēng)在重慶地區(qū)的應(yīng)用

摘 要

摘要：在對實際建筑空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)研的基礎(chǔ)上，對重慶地區(qū)過渡季節(jié)分別采用自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、空調(diào)模式下的設(shè)備功耗和室內(nèi)舒適度進(jìn)行了實驗對比。在過渡季節(jié)，采用全新風(fēng)運行的
摘要：在對實際建筑空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)研的基礎(chǔ)上，對重慶地區(qū)過渡季節(jié)分別采用自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、空調(diào)模式下的設(shè)備功耗和室內(nèi)舒適度進(jìn)行了實驗對比。在過渡季節(jié)，采用全新風(fēng)運行的機(jī)械通風(fēng)模式，室內(nèi)舒適度最優(yōu)，設(shè)備功耗僅為空調(diào)模式的15%左右。
關(guān)鍵詞：機(jī)械通風(fēng)；設(shè)備功耗；室內(nèi)舒適度；全新風(fēng)
    通風(fēng)可以有效改善室內(nèi)熱濕環(huán)境，提高室內(nèi)舒適度，從而有效縮短空調(diào)時間，進(jìn)而實現(xiàn)建筑節(jié)能。特別是在過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行，消除室內(nèi)余熱，又不需要開啟制冷系統(tǒng)，不僅滿足了熱舒適要求，還有效降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗[1～10]。目前，集中空調(diào)系統(tǒng)基本上進(jìn)行了過渡季節(jié)全新風(fēng)運行的系統(tǒng)設(shè)計和狀態(tài)轉(zhuǎn)換設(shè)計，然而在實際運行中，真正進(jìn)行全新風(fēng)運行的卻屈指可數(shù)。那么，是這種運行方式不能滿足室內(nèi)舒適度要求，還是節(jié)能效果有限，本文將這一問題數(shù)據(jù)化，分析采用全新風(fēng)運行的節(jié)能效果及對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。
1 運行管理現(xiàn)狀
    為了解重慶市公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的運行管理現(xiàn)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(diào)系統(tǒng)運行管理現(xiàn)狀調(diào)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(diào)系統(tǒng)安裝了手動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥，有6幢建筑安裝了電動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥。在安裝新風(fēng)調(diào)節(jié)閥的空調(diào)系統(tǒng)中，有14幢建筑空調(diào)系統(tǒng)在過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行，其余建筑的新風(fēng)系統(tǒng)處于無人管理和維護(hù)的狀態(tài)。
    對于32幢商場建筑，有20幢建筑的空調(diào)系統(tǒng)安裝了手動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥，有6幢建筑的空調(diào)系統(tǒng)安裝了電動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥，而其他6幢建筑空調(diào)系統(tǒng)的運行人員對是否安裝了新風(fēng)調(diào)節(jié)閥缺乏了解。在安裝新風(fēng)調(diào)節(jié)閥的空調(diào)系統(tǒng)中，只有9幢建筑空調(diào)系統(tǒng)的運行人員根據(jù)氣象條件對新風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，另外17幢建筑空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)調(diào)節(jié)閥相對開度常年不變。
    對于8幢酒店建筑，有5幢建筑空調(diào)系統(tǒng)安裝了手動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥，另外3幢建筑的空調(diào)系統(tǒng)安裝了電動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥。在實際運行中，只有2幢建筑的空調(diào)系統(tǒng)分別采用手動、電動新風(fēng)調(diào)節(jié)閥對新風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    由此可見，在重慶地區(qū)，充分利用新風(fēng)運行降低公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗的運行方式并未得到很好貫徹與執(zhí)行。
2 實驗方案
   ① 實驗平臺
為了對比過渡季節(jié)在分別采用空調(diào)、機(jī)械通風(fēng)、自然通風(fēng)模式下的室內(nèi)舒適度和設(shè)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(fēng)量為600m3/h的空調(diào)機(jī)組，采用一次回風(fēng)系統(tǒng)。為滿足通風(fēng)需求，安裝了一臺風(fēng)量為1010m3/h加壓風(fēng)機(jī)，可保證實驗房間最大換氣次數(shù)為25次/h。
    室內(nèi)溫度采用高精度水銀溫度計進(jìn)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(fā)濕度計進(jìn)行測量，測量范圍為0～100%，分度值為1%，誤差范圍為±5%。風(fēng)速采用熱線風(fēng)速儀進(jìn)行測量，測量范圍為0～20m/s，在風(fēng)速為0～2m/s范圍內(nèi)其相對誤差范圍為±5%。風(fēng)量采用風(fēng)量罩進(jìn)行測量，測量范圍為42～4250m3/h，誤差范圍為±1m3/h。設(shè)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(xiàn)[11～14]的要求對實驗房間進(jìn)行了測點布置。
   ② 實驗方案
   為了對比實驗房間在空調(diào)、機(jī)械通風(fēng)、自然通風(fēng)模式下的室內(nèi)舒適度和設(shè)備功耗，在室外氣象條件接近的情況下分別進(jìn)行3種模式的實驗。于2009年6月15日、17日、18日分別進(jìn)行了空調(diào)、機(jī)械通風(fēng)、自然通風(fēng)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(nèi)熱環(huán)境參數(shù)，每10min讀取一次功率值。機(jī)械通風(fēng)模式為開啟加壓風(fēng)機(jī)，打開新風(fēng)調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉回風(fēng)調(diào)節(jié)閥?？照{(diào)模式是開啟空調(diào)器，設(shè)定送風(fēng)溫度為26℃，開啟加壓風(fēng)機(jī)，并開啟新風(fēng)、回風(fēng)調(diào)節(jié)閥。
3 設(shè)備功耗和室內(nèi)舒適度分析
    將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對3種模式下的設(shè)備功耗進(jìn)行對比。采用PPD(預(yù)期不滿意百分率)、PMV(預(yù)期平均評價)，對室內(nèi)舒適度進(jìn)行評價。
   ① 設(shè)備功耗
   在空調(diào)模式下，工作設(shè)備主要有空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)風(fēng)機(jī)、加壓風(fēng)機(jī)。在實驗過程中，測試開始后0.5h系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定階段，采用功率表測試這3個設(shè)備的功率。上下午時段空調(diào)壓縮機(jī)功率的測試數(shù)據(jù)分別見圖2、3。由圖2、3可知，在上午時段，壓縮機(jī)的最大功率達(dá)到180W，最小功率為160W。在下午時段，最大功率達(dá)到了200W，其余時段保持在180W。
    空調(diào)風(fēng)機(jī)、加壓風(fēng)機(jī)在運行過程中的功率比較穩(wěn)定，無論是上午還是下午時段，功率都分別穩(wěn)定在45W、40W，都遠(yuǎn)低于空調(diào)壓縮機(jī)的功率。綜合這3個設(shè)備功率的測試數(shù)據(jù)，空調(diào)模式下設(shè)備平均功耗為263.9W，主要的功率消耗來自于空調(diào)壓縮機(jī)，占整體功率消耗的67.8%，空調(diào)風(fēng)機(jī)、加壓風(fēng)機(jī)的功耗分別占17.0%、15.2%。
    在機(jī)械通風(fēng)模式下，功耗僅來自于加壓風(fēng)機(jī)，通過功率表對加壓風(fēng)機(jī)功率的測量，得出了上下午時段加壓風(fēng)機(jī)功率隨時間的變化。在運行過程中，加壓風(fēng)機(jī)的功率一直穩(wěn)定在40W。
 

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

    ② 室內(nèi)舒適度
    為全面評價室內(nèi)舒適度，將測試參數(shù)輸入到文獻(xiàn)[15]的PMV、PPD程序中進(jìn)行計算。對比出不同模式下，室內(nèi)的PMV、PPD值的差別，從而判別3種模式對室內(nèi)舒適度的影響。計算時，根據(jù)測試數(shù)據(jù)和環(huán)境狀態(tài)，分別對人體能量代謝率、人體所做機(jī)械功、室內(nèi)人員衣著、熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)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(fēng)模式下PPD值在下午時段達(dá)到20.3%；機(jī)械通風(fēng)模式下除個別時刻外，大部分時間PPD值都在10%以下；空調(diào)模式下的PPD值高達(dá)80%以上。由此說明，在重慶地區(qū)過渡季節(jié)開啟空調(diào)并沒有給室內(nèi)創(chuàng)造令人滿意的熱環(huán)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(fēng)模式下PMV值在0.5以上；空調(diào)模式下達(dá)到-2.0以下，偏離最佳熱舒適度的程度很大；采用機(jī)械通風(fēng)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(yōu)熱舒適度。
   IS0 7730[16]對PMV-PPD指標(biāo)的推薦值為：PPD＜10%，即PMV為-0.5～0.5，相當(dāng)于允許有10%的人感覺不滿意。在3種模式中，機(jī)械通風(fēng)模式是最為舒適的。
    結(jié)合PPD、PMV值計算結(jié)果，空調(diào)模式下的PPD值高達(dá)80%以上，PMV值達(dá)到-2.0以下。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，空調(diào)模式下室內(nèi)干球溫度在23℃以下，風(fēng)速高達(dá)1.20m/s，較低的溫度和強烈的吹風(fēng)感導(dǎo)致了PPD值較高。
   機(jī)械通風(fēng)與自然通風(fēng)模式相比，室內(nèi)干球溫度和相對濕度并無太大的差別。但是在機(jī)械通風(fēng)模式下，室內(nèi)平均風(fēng)速在0.5m/s左右，引起室內(nèi)空氣的擾動，形成良好的空氣循環(huán)，有利于熱量的排出，PPD值低于10%。而在自然通風(fēng)模式下，空氣基本不流動，導(dǎo)致PPD值在下午時段達(dá)到20.3%。
   相比其他兩種模式，采用全新風(fēng)運行的機(jī)械通風(fēng)模式既節(jié)約了能量，又帶來了最為舒適的熱環(huán)境，因此在重慶地區(qū)過渡季節(jié)采用這種運行模式是值得大力推行的。
4 結(jié)論
   ① 在重慶地區(qū)過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行的機(jī)械通風(fēng)模式是最為舒適的，在下午時段對室內(nèi)熱環(huán)境的改善程度更為顯著。
   ② 機(jī)械通風(fēng)模式的設(shè)備功耗是空調(diào)模式的15%左右。
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(本文作者：丁勇 蘇瑩瑩 李百戰(zhàn) 張立文 重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室 重慶 400045)