摘要：本文針對干工況風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)的空調方式的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論，包括干工況風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)的空調系統各種參數的確定、其節能情況和經(jīng)濟性，并提出了一種新型新風(fēng)機組，用以實(shí)現我國風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統從濕工況改造為干工況。

　　關(guān)鍵詞：干工況 風(fēng)機盤(pán)管 節能 新風(fēng)機組

　　引言

　　在我國傳統的中央空調系統很多都采用風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統（濕工況），存在盤(pán)管表面積存濕垢、產(chǎn)生霉菌的問(wèn)題。SARS疫情以后社會(huì )有關(guān)方面對現有空調方式的偏見(jiàn)，使得人們再次對風(fēng)機盤(pán)管干工況運行的利和弊進(jìn)行思考。實(shí)際上，除了干工況風(fēng)機盤(pán)管空調系統在運行時(shí)對建筑空氣品質(zhì)、隔絕污染方面所應承擔的責任有意義以外，它在運行能耗的貢獻是明顯的。關(guān)鍵是針對我國現有的風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)空調系統采用干工況運行時(shí)，出現的問(wèn)題進(jìn)行改造或在運行模式上進(jìn)行必要的調整。

　　1、現有中央空調方式的弊病民用建筑的中央空調大部分是舒適性空調，過(guò)去我們偏重研究如何保證舒適度以及如何節能，而對室內空氣品質(zhì)的研究往往只停留在理論研究上，在標準規范中也缺少明確的約束。因此，對空調方式進(jìn)行審視，提出或重新認識新的，更安全的空調方式是極為有必要的。

　　在我國傳統的中央空調系統通常采用全空氣系統及風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統（濕工況）。這里只討論風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統。

　　新風(fēng)機組和風(fēng)機盤(pán)管系統指在空調房間內設置風(fēng)機盤(pán)管，對室內空氣進(jìn)行處理，室外新風(fēng)經(jīng)集中處理的新風(fēng)機組處理后送入房間。國內的該類(lèi)系統在夏季通常將新風(fēng)處理到室內焓值，不承擔室內負荷，由風(fēng)機盤(pán)管承擔室內的濕負荷和顯熱負荷，因此，風(fēng)機盤(pán)管通常處于濕工況。風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)的空調系統存在以下問(wèn)題：

　　1）新風(fēng)機組通常采用冷卻盤(pán)管除濕，盤(pán)管表面長(cháng)期帶水，在停止運行時(shí)（夜間及非工作日），表面溫度升高，并與空氣接觸，容易滋生細菌，污染新風(fēng)。

　　2）風(fēng)機盤(pán)管根據室內溫度調節，控制濕度的能力較弱。過(guò)渡季節中隨著(zhù)顯熱負荷的減少，為保持室內空氣溫度，風(fēng)機盤(pán)管的水溫相應提高，除濕能力相應下降，室內含濕量有所增加。

　　3）風(fēng)機盤(pán)管的凝結水。風(fēng)機盤(pán)管承擔室內的熱濕負荷，去濕過(guò)程有冷凝水產(chǎn)生，容易出現細菌滋生和漏水污染天花板的問(wèn)題。潮濕的盤(pán)管表面往往成為細菌等致病微生物的滋生地，微生物又隨著(zhù)空氣的送入污染整個(gè)建筑內部環(huán)境。

　　2、干工況風(fēng)機盤(pán)管系統相關(guān)參數的確定

　　2.1 確定新風(fēng)加干工況風(fēng)機盤(pán)管空調方式的相關(guān)參數

　　2.1.1 負荷

　　1） 室內顯熱負荷Qx：室內顯熱負荷包括圍護結構冷負荷，室內燈光產(chǎn)生的冷負荷，室內設備散熱產(chǎn)生的冷負荷，以及人員顯熱負荷。

　　2） 室內潛熱負荷Qq及室內散濕量W：對一般民用建筑來(lái)說(shuō)，室內潛熱負荷和濕負荷主要是由人員產(chǎn)生的潛熱負荷及散濕量。

　　3） 新風(fēng)負荷Qw：

　　2） 風(fēng)機盤(pán)管進(jìn)出水溫度：

　　室內風(fēng)機盤(pán)管在干工況下運行，冷凍水溫度必須高于室內露點(diǎn)溫度。當室內干球溫度25℃，相對濕度50%，含濕量為9.8g/kg，露點(diǎn)溫度為13.85℃。，考慮一定的安全因素，風(fēng)機盤(pán)管送水溫度可定為15℃，回水溫度定為18℃。

　　2.1.3 新風(fēng)機組參數

　　1）新風(fēng)量Gw：新風(fēng)量對改善室內環(huán)境的空氣品質(zhì)起著(zhù)重要的作用，但它也是增加建筑能耗的不利因素。房間新風(fēng)量的合理確定應滿(mǎn)足：

　　a 滿(mǎn)足人的衛生要求；

　　b 補充房間局部排風(fēng)量并維持其正壓要求。

　　對多數采用風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統的民用建筑來(lái)說(shuō)，新風(fēng)量主要是滿(mǎn)足人員的最小新風(fēng)量。各國根據建筑中房間的用途，都制定了每人所需新風(fēng)量的標準，如美國的ASHRAE62-1989標準、我國的《采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》（GBJ19-87）。我國規定，影劇院、博物館、體育館、商店為8m³/（h.人）；辦公室、圖書(shū)館、會(huì )議室、餐廳、舞廳、醫院門(mén)診部和病房17 m³/（h／人）；旅館客房30 m3/（h／人）「2」。

　　2） 新風(fēng)送風(fēng)含濕量do：

　　其中，do：送風(fēng)含濕量，g/kg；

　　dN：室內空氣含濕量，g/kg；

　　W：室內濕負荷，g/s；

　　G：送風(fēng)量，m³/h.

　　3）新風(fēng)送風(fēng)溫度

　　新風(fēng)送風(fēng)溫度對風(fēng)機盤(pán)管系統中諸多因素皆有影響，

　　a 送風(fēng)溫度決定了新風(fēng)可承擔室內顯熱負荷，新風(fēng)溫度越低，承擔的顯負荷越多，可相應減少風(fēng)機盤(pán)管的承擔量，節約風(fēng)機盤(pán)管面積；

　　b 送風(fēng)溫度越低，對風(fēng)管的保溫要求越高，保溫的一次投入會(huì )增加；

　　c 送風(fēng)溫度過(guò)低時(shí)，還可能出現由于低溫空氣易于下沉，使人有吹風(fēng)不適感；送風(fēng)裝置表面溫度低，稍不注意可能發(fā)生凝露現象。所以如果送風(fēng)溫度很低時(shí)，新風(fēng)系統應該采用誘導比較大的誘導風(fēng)口，高的混合比使得冷空氣在0.3~0.4m處被加熱到室內溫度，因此避免了吹冷風(fēng)的不適感。

　　2.2 新風(fēng)機組的設計與研制

　　采用風(fēng)機盤(pán)管干工況下運行的新風(fēng)機組與一般的空氣處理設備相比，處理風(fēng)量相對較小，但單位風(fēng)量所承擔的熱濕負荷相對較大。因此，需確定新風(fēng)機組的設備配比形式。有必要研制一種新風(fēng)機組，而且在確定這種新型的新風(fēng)機組中的各種參數時(shí)，應具體考慮到對現有建筑的原有系統改造，從而帶來(lái)更多的現實(shí)意義。

　　2.2.1 表冷器的熱工計算

　　新風(fēng)機組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低（見(jiàn)圖1），新風(fēng)機組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調機組處理新風(fēng)。直接蒸發(fā)式表冷器即把制冷系統的蒸發(fā)器放在空調箱中直接冷卻空氣。進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計算也應用到濕球溫度效率Es和通用熱交換效率E'.

　　直接蒸發(fā)式表冷器的濕球溫度效率定義為：

　　其中：t0是制冷系統的蒸發(fā)溫度，oC

　　ts1，ts2是處理前、后空氣的濕球溫度，oC

　　通用熱交換效率為：

　　其中：t1，t2是處理前、后空氣的干球溫度，oC

　　t3是空氣處理的理想終溫，oC

　　Es的大小與蒸發(fā)器的結構形式、迎面風(fēng)速以及制冷劑性質(zhì)有關(guān)，可由實(shí)驗求得。有了生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品結構參數及Es ， E，就可以進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計算。由于蒸發(fā)器是制冷系統中的一個(gè)部件，所以它能提供的冷量大小一定要和制冷系統的產(chǎn)冷量平衡，即被處理空氣從直接蒸發(fā)式表冷器得到的冷量應與制冷系統提供的冷量相等。應根據空調系統和制冷系統熱平衡的概念對蒸發(fā)器進(jìn)行校核計算，定出合理的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、冷卻水溫、冷卻水量等「1」。

　　2.2.2 表冷器的阻力計算

　　1）空氣阻力 表冷器作為空氣處理設備中的一個(gè)重要部件，對流經(jīng)其表面的空氣會(huì )產(chǎn)生一定阻力，這一阻力與換熱器型式、構造、以及空氣流速有關(guān)，對于一定結構特性的表冷器阻力可由實(shí)驗公式計算求出。但是由于表冷器有干、濕工況之分，而且濕工況的空氣阻力△Hs比干工況的△Hg大，并與析濕系數有關(guān)，所以應區分干工況與濕工況的空氣阻力計算公式「1」。新風(fēng)機組中的表冷器為濕工況，△Hs=Bvy

　　2）水阻力 表冷器對冷熱媒介質(zhì)在管內的流動(dòng)也會(huì )產(chǎn)生阻力，△h=Cwq.對于直接蒸發(fā)式表冷器，它與制冷機是一個(gè)整體，它對與制冷機來(lái)說(shuō)就是制冷機的蒸發(fā)器。

　　B，C，q，y為實(shí)驗的系數和指數。

　　2.2.3 過(guò)濾段

　　對于大多數工業(yè)與民用建筑空調都以溫濕度要求為主，對室內空氣污染物濃度沒(méi)有具體要求，通常設置一道粗效過(guò)濾器，對送入的空氣只進(jìn)行一般的凈化處理。SARS疫情以后，人們更關(guān)心室內空氣品質(zhì)，對于多數設有空調系統的民用建筑在防止微生物的污染的問(wèn)題上需要進(jìn)一步研究并找到合理的解決辦法。

　　3、運行能耗分析與傳統的全空氣系統空調及新風(fēng)加風(fēng)機盤(pán)管（濕工況）的方式運行能耗比較如下：

　　1）干工況風(fēng)機盤(pán)管系統保持干工況運行，則送入風(fēng)機盤(pán)管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點(diǎn)溫度。相對于濕工況的運行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機組的COP值亦可相應提高，相同的冷量的能耗可相應的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節能的制冷方式以挖掘更多節能潛力。

　　2）全空氣系統由于在過(guò)渡季節采用全新風(fēng)或大部分新風(fēng)方式運行，來(lái)達到室內降溫的目的，而不需要啟動(dòng)人工冷源，有顯著(zhù)的節能效果，并能顯著(zhù)提高室內空氣品質(zhì)。而新風(fēng)系統由于可送入的新風(fēng)量有限，可利用的自然能源亦有限，加長(cháng)了一年中人工冷源的運行時(shí)間，增加運行費用。為降低新風(fēng)機組加風(fēng)機盤(pán)管系統的能耗，應充分考慮自然冷源的使用。

　　3）新風(fēng)機組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低。在采用冷水機組作冷源時(shí)，如為了給新風(fēng)機組提供溫度較低的冷水而降低制冷系統的蒸發(fā)溫度，會(huì )造成冷水機組的制冷效率下降，運行能耗增加。若在通常的冷水溫度下運行，就需增加盤(pán)管的排數來(lái)增大換熱面積，盤(pán)管排數的增加和迎風(fēng)面風(fēng)速的減小，使得表冷器的換熱效率降低，新風(fēng)機組的體積增大，金屬耗費增加。因此，新風(fēng)機組采用直接蒸發(fā)表冷器的空調機組處理新風(fēng)，得到了低的送風(fēng)溫度而且減少了機房的面積。

　　4）其他減少能耗的途徑：

　　有組織排風(fēng)時(shí)采用適當的熱回收裝置回收排風(fēng)能量。

　　采用建筑能耗程序對建筑空調能耗進(jìn)行模擬計算，計算比較建筑內區、外區的負荷差異。建立空調系統費用的合理數學(xué)模型，優(yōu)化運行參數：送風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)機盤(pán)管送水溫度等。

　　4、經(jīng)濟分析

　　1）新風(fēng)系統承擔室內全部的濕負荷和部分顯熱負荷，新風(fēng)機組的處理焓差大，新風(fēng)機組采用低溫送風(fēng)機組送出的新風(fēng)溫度較低，風(fēng)機盤(pán)管只承擔部分顯熱負荷，這樣風(fēng)機盤(pán)管可以保持干工況，可省去凝結水管路，減少了工程的設備投資和安裝造價(jià)，避免有凝結水產(chǎn)生，防止發(fā)生凝結水滴漏對建筑及裝修造成破壞的問(wèn)題，并防止細菌滋生。室內濕負荷和顯熱負荷分開(kāi)處理，亦可避免顯熱負荷變化引起室內空氣含濕量的不穩定。

　　2）新風(fēng)系統送風(fēng)溫度較低，空調機組規格縮小，機房面積相應縮小，節省了建筑空間。風(fēng)道變小，吊頂凈空、風(fēng)道占吊頂空間變小。

　　3）新風(fēng)系統送風(fēng)量小，噪音低于常規空調機組。

　　5、結論

　　采用新風(fēng)加風(fēng)機盤(pán)管干工況運行方式的系統，不僅可以解決濕工況下滋生細菌、污染新風(fēng)所造成的建筑空氣品質(zhì)不佳的問(wèn)題，并且在運行能耗和經(jīng)濟性方面也有一定的貢獻。

　　1）相對于濕工況的運行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機組的COP值亦可相應提高，相同的冷量的能耗可相應的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節能的制冷方式以挖掘更多節能潛力。

　　2）為了獲得溫度較低的新風(fēng)又避免冷水機組的制冷效率下降，新風(fēng)機組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調機組處理新風(fēng)。

　　3）風(fēng)機盤(pán)管在干工況下運行，室內無(wú)凝水，沒(méi)有細菌滋生的潮濕環(huán)境，改善了空調房間的空氣品質(zhì)。

　　4）新風(fēng)機組的過(guò)濾段引進(jìn)了一種新型的空調過(guò)濾器，使對引進(jìn)的室外空氣有很好的滅菌作用，并采用紫外燈殺菌，從風(fēng)系統這個(gè)通道也切斷了微生物對室內空氣的污染。

　　參考文獻：

　　「1」 何天祺，康侍民，盧軍。供暖通風(fēng)與空氣調節。重慶：重慶大學(xué)出版社，2002

　　「2」 GBJ19-87采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范。北京：中國計劃出版社，1989

　　「3」 萬(wàn)建武，鐘朝安。干工況風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統的空調過(guò)程設計。建筑熱能通風(fēng)空調，2001，（1），25～28

　　「4」 石顯能，劉剛。紫外線(xiàn)照射滅菌對空調環(huán)境微生物污染的防治。東華大學(xué)學(xué)報，2003，29（1）