全熱交換器地送風(fēng)方案設(shè)計(jì)與能效比較

時(shí)間：2014-03-13作者：鄭州瑞風(fēng)通風(fēng)設(shè)備有限公司瀏覽：341

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一、概述

一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于空調(diào)房間氣密性高，無(wú)室內(nèi)外換氣的房間，全熱交換器可以保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)和節(jié)能。從地板或墻底部送風(fēng)口或上送風(fēng)口所送冷風(fēng)在地板表面上擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，形成有組織的氣流組織；并且在熱源周圍形成浮力尾流帶走熱量。由于風(fēng)速較低，氣流組織紊動(dòng)平緩，沒(méi)有大的渦流，因而室內(nèi)工作區(qū)空氣溫度在水平方向上比較一致，而在垂直方向上分層，層高越大，這種現(xiàn)象越明顯。由熱源產(chǎn)生向上的尾流不僅可以帶走熱負(fù)荷，也將污濁的空氣從工作區(qū)帶到室內(nèi)上方，由設(shè)在**部的排風(fēng)口排出。底部風(fēng)口送出的新風(fēng)，余熱及污染物在浮力及氣流組織的驅(qū)動(dòng)力作用下向上運(yùn)動(dòng)，所以全熱交換器能在室內(nèi)工作區(qū)提供良好的空氣品質(zhì)。全熱交換器地送風(fēng)方式首先在北歐出現(xiàn)，并且在過(guò)去的二十年得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在近十年內(nèi)也展開(kāi)了大量研究。

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全熱交換器地送風(fēng)方式雖然有一定的優(yōu)點(diǎn)，但也有其一定的適用條件。一般適用于污染源與發(fā)熱源相關(guān)的場(chǎng)所，且層高不**2.5m，此時(shí)污濁空氣才易于被浮力尾流帶走；對(duì)房間的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷也有一個(gè)上限，目前的研究表明，如果有足夠的空間來(lái)大型送風(fēng)散流裝置的話，房間冷負(fù)荷可達(dá)120w/㎡。房間冷負(fù)荷過(guò)大，置換通風(fēng)的動(dòng)力能耗將顯著加大，經(jīng)濟(jì)性下降，而且送風(fēng)裝置占地、占空間的矛盾也較為**。




由于置換通風(fēng)的送風(fēng)口處于工作區(qū)，送風(fēng)溫度必須控制在人體舒適范圍內(nèi)，送風(fēng)溫差的合理確定是置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。如果送風(fēng)溫差設(shè)計(jì)偏小，則會(huì)造成送風(fēng)量偏大，送風(fēng)散流裝置的尺寸大小和數(shù)量增多，設(shè)備投資加大；如果送風(fēng)溫差過(guò)大，送風(fēng)溫度必然較低，人體頭部與腳面之間溫差偏大，使人產(chǎn)生冷感，降低人體熱舒適性。根據(jù)Melikov和Nelson的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)33%的測(cè)試點(diǎn)上**過(guò)15%的人感動(dòng)有吹風(fēng)感，引起不適，40%測(cè)試點(diǎn)上人體頭腳溫差**過(guò)3℃，這**過(guò)了活動(dòng)區(qū)環(huán)境條件的ASHARE5592標(biāo)準(zhǔn)。因此，合理的設(shè)計(jì)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度是關(guān)系到置換通風(fēng)保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適性的一個(gè)重要因素。本文分別從人體熱舒適性和控制污染源保證室同空氣品質(zhì)的角度討論置換通風(fēng)送風(fēng)量和送風(fēng)溫度的計(jì)算方法。

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二、送風(fēng)量計(jì)算

1.從人體熱舒適性角度

對(duì)于置換通風(fēng)，室內(nèi)空氣溫度在垂直方向的分布近似如圖1所示。Tf為腳面處(0.1m)溫度，由于地板的對(duì)流和輻射傳熱以及送風(fēng)口周圍空氣的卷入，使其略**送風(fēng)Ts，Td為排風(fēng)溫度，Th為1.1m高度，即人為坐姿時(shí)頭部高度的溫度。瑞典Mundt［5］理論推導(dǎo)出無(wú)量綱溫度θf(wàn)的計(jì)算式：

(1) LT：通風(fēng)量M3/hρ：空氣密度Kg/m3 Cp：空氣定壓比熱KJ/Kg·℃A：地板面積㎡一般情況下，可按下述數(shù)值?。害羠：房間輻射換熱系數(shù)，αr=5w/㎡·℃αr：房間對(duì)流換熱系數(shù)，αc=4w/㎡·℃ 圖1置換通風(fēng)室內(nèi)溫度垂直分布垂直溫度分布是非線形的，且與通風(fēng)量、熱負(fù)荷類型、壁面溫度、輻射熱空間尺寸、風(fēng)口形式等均有關(guān)系。要想準(zhǔn)確的描述它不僅很困難的，而且也沒(méi)這個(gè)必要。因?yàn)槭孢m性角度出發(fā)考慮這個(gè)問(wèn)題，我們較關(guān)心的是人體頭部和腳部之間的溫度。XiaoxiongYuan［7］1999根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，得到計(jì)算頭腳溫差的經(jīng)驗(yàn)公式：

(2) QO:室內(nèi)人員及電氣設(shè)備負(fù)荷w， Ql：室內(nèi)照明負(fù)荷w， Qe：結(jié)構(gòu)及太陽(yáng)輻射熱負(fù)荷w, 式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值如下： A=0.295，B=0.132，C=0.185上述公式在計(jì)算余熱量時(shí)，不計(jì)入室內(nèi)潛熱，因?yàn)橹脫Q通風(fēng)中促成溫度分層的實(shí)際因素是顯熱。而濕度可按污染物濃度計(jì)算［8］。此公式適用于小型辦公室、分區(qū)域大型辦公室以及工業(yè)廠房等。它雖然是根據(jù)坐姿人體舒適性擬和得到，但由于1.1m與1.8m垂直溫度梯度要比0.1m與1.1m間溫度梯度小，所以上式同樣可作為站立人員的舒適性條件。按ASHARE5592標(biāo)準(zhǔn)，取ΔThf＜3℃，再根據(jù)不同類型熱負(fù)荷大小，就可以利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式確定在滿足人體熱舒適性條件下所需送風(fēng)風(fēng)量LT。

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2.從控制污染源濃度及室內(nèi)空氣品質(zhì)的角度考慮

置換通風(fēng)的換氣效率要**混合通風(fēng)，在保證相同的室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，所需新風(fēng)量要少于混合通風(fēng)所需量，若仍采用混合通風(fēng)方式確定新風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)，必將導(dǎo)致新風(fēng)量大，且浪費(fèi)了冷量。其所需新風(fēng)量的計(jì)算可采用下列經(jīng)驗(yàn)公式［6］: n為換氣次數(shù)，Q為總負(fù)荷，Lm是混合通風(fēng)方式下通風(fēng)效率為1時(shí)的新風(fēng)量，按ASHRAE1989標(biāo)準(zhǔn)［8］規(guī)定，應(yīng)由每人較小新風(fēng)量指標(biāo)Rp(L/so人)和每㎡地板所須較小新風(fēng)量指標(biāo)Rb(L/so人)之和確定： PD:人數(shù)，D：差異系數(shù)，A：地板面積，具體取值詳見(jiàn)表1［7］。表1ASHRAE62-1989R新風(fēng)量要求 使用類型 通風(fēng)要求 使用指標(biāo) RP Rb 人員密度 差異因數(shù) 通風(fēng)效率 辦公空間 3.0 0.35 0.07 1 0.8 零售商店 3.5 0.85 0.15 0.75 1.00 普通教室 3.0 0.55 0.35 1 0.90 會(huì)議室 2.5 0.35 0.5 1 1.00 3.送風(fēng)量的確定 送風(fēng)量的大小L取LI與LT的較大值 在特殊情況下，LI=LT，則空氣處理系統(tǒng)采用**的新風(fēng)，即空氣處理系統(tǒng)為直流式：一般情況下，LI＜LT，則新風(fēng)率R=LI/LT。

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三、送風(fēng)溫度的計(jì)算

送風(fēng)量一旦確定后，就可以根據(jù)負(fù)荷大小確定送風(fēng)溫度Ts和排風(fēng)溫度Td。 當(dāng)室內(nèi)參數(shù)送風(fēng)量L，送風(fēng)量溫度Ts，排風(fēng)溫度Td以及新風(fēng)量LI確定后，就可以確定制冷系統(tǒng)總的冷負(fù)荷。

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四、計(jì)算示例

一個(gè)置換通風(fēng)辦公室，房間尺寸為4m×8m×3m(L×W×H)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷Qe為1.5Kw,照明冷負(fù)荷QI為0.2Kw，人員及設(shè)備冷負(fù)荷Qo為2Kw，單位面積的冷負(fù)荷指標(biāo)115.6w/㎡，室內(nèi)散濕量為0.25g/s，則ε=14800。試計(jì)算送風(fēng)量和送風(fēng)溫度。工作區(qū)設(shè)計(jì)溫度為24℃。 解：根據(jù)公式2計(jì)算，取ΔThf=2.5℃,LT=1001.7m3/h 根據(jù)公式6，且PD取4人，Lm=83.5m3/h 根據(jù)公式4：η=2.05，所需新風(fēng)量為：LI=40.7m3/h LI＜LT,L=LT=0.278m3/s,Th=24℃,Tf=24-2.5=21.5 根據(jù)公式1：θf(wàn)=0.175，由此得到：Ts=19.5℃,Te=30.5℃ ΔT=Te-Ts=11.0℃ 若采用混合通風(fēng)設(shè)計(jì)，按機(jī)器露點(diǎn)送風(fēng)TL=13℃，送風(fēng)溫差為13℃，新風(fēng)量為L(zhǎng)m，由于置換通風(fēng)室內(nèi)溫度垂直分布(21.5℃-30.5℃)，故為了增強(qiáng)可經(jīng)，混合通風(fēng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取平均值TN1=26℃，則送風(fēng)量及新風(fēng)比分別為： L1=0.236m3/s=849.6m3/h,R1=9.8% 根據(jù)置換通風(fēng)及混合通風(fēng)的送風(fēng)溫度及新風(fēng)比可以確定系統(tǒng)的能耗。 可以分別計(jì)算置換通風(fēng)和混合通風(fēng)的耗冷量Qd和Qm，對(duì)于置換通風(fēng)，可以選擇確定二次回風(fēng)量L2以及一次回風(fēng)混合點(diǎn)C的焓值iC： 對(duì)于混合通風(fēng)，可以選擇需要確定一次回風(fēng)后的混合點(diǎn)焓值iC: 可以看出，采用置換通風(fēng)設(shè)計(jì)，將會(huì)造成送風(fēng)量加大，造成風(fēng)機(jī)能耗加大，送風(fēng)散流器的大小和數(shù)量增多。但由于新風(fēng)量**混合通風(fēng)的設(shè)計(jì)值，且置換通風(fēng)送風(fēng)溫度(19.5℃)明顯**混合式通風(fēng)(13℃)，可有效利用二次回風(fēng)，使整個(gè)系統(tǒng)能耗將于混合式通風(fēng)，節(jié)能12%-18%［9］。

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五、結(jié)論

置換通風(fēng)送風(fēng)量及送風(fēng)溫度是通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，涉及室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適性要求，同時(shí)也關(guān)系到系統(tǒng)能耗。 按上述介紹公式來(lái)確定送風(fēng)量和送風(fēng)溫度，不僅可以滿足人體舒適性要求，也能保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，設(shè)計(jì)送風(fēng)量略**混合通風(fēng)。 合理地設(shè)計(jì)置換通風(fēng)系統(tǒng)，并有效地與熱回收、二次回風(fēng)等結(jié)合起來(lái)，可以使系統(tǒng)節(jié)能。 上文所提供的設(shè)計(jì)方法是按具體的條件得到的，有一定的適用條件，對(duì)于大空間，如劇院、大型工業(yè)廠房還有待進(jìn)一步的研究。


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