基于舒適性的暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗及節(jié)能問題研究

尤永飛

（寧夏煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，寧夏 銀川750011）

0 引言

我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)加重了對環(huán)境的污染。在全球空氣污染最嚴重的10大城市中，中國就占有5席。我國大氣污染屬煤煙型污染，主要污染物是煙塵和 SO2，燃煤是形成中國大氣污染的主要原因。近年來跨出國界影響到周邊國家和地區(qū)。

如果說傳統(tǒng)“公害”問題的影響范圍有限的話，而全球環(huán)境總是就會涉及到地球上的每一個人。全球環(huán)境問題可歸結(jié)為以下8類：1）溫室氣體排放問題；2）臭氧層破壞問題；3）酸雨問題；4）土地荒漠化問題；5）熱帶雨林的迅速減少；6）生物多樣性的破壞；7）有害廢棄物的越境轉(zhuǎn)移；8）海洋污染。

這八大問題多多少少與人類消耗能量有關(guān)，也多多少少與人類大規(guī)模的建設(shè)有關(guān)，因此也就多多少少與暖通空調(diào)業(yè)有關(guān)。我國建筑能耗在總能耗中所占比例約 20%左右，而建筑能耗中大部分是暖通空調(diào)耗能，幾乎占建筑能耗的 85%，由此可見，暖通空調(diào)在全國溫室氣體排放中的貢獻率約在15%以上。

暖通空調(diào)是用來滿足室內(nèi)良好的空氣環(huán)境的，而由于能量的利用，它又以破壞室外環(huán)境為代價，所以我們需要在能源利用與保護環(huán)境中找到平衡點，以能源的最有效利用，實現(xiàn)良好室內(nèi)環(huán)境，保護全球環(huán)境。

1 室內(nèi)溫度、濕度的優(yōu)化與舒適性、節(jié)能性

1.1 溫濕度變化對熱舒適的影響

室內(nèi)空氣溫度改變對室內(nèi)熱舒適度的影響非常大，而相對濕度變化的影響很小，在一定范圍內(nèi)，相對濕度的變化對人的熱舒適幾乎沒有影響。

1.2 室內(nèi)設(shè)計溫度的改變對空調(diào)能耗的影響

以我國北方某城市一個四層辦公樓為例，計算其夏季冷負荷及節(jié)能率變化情況。每屋有90人工作，新風(fēng)量按30m3/n.人，窗為單層木框窗，外墻為490磚墻采用冷負荷系數(shù)法計算出不同的室內(nèi)設(shè)計溫度tn下的設(shè)計空調(diào)冷負荷、濕負荷和制冷量，及以室內(nèi)設(shè)計溫度取值為 25℃為基準(zhǔn)的節(jié)能率，見表1。

表1 溫度與能耗

從表 1可以看出，隨著室內(nèi)溫度的升高，節(jié)能率也隨著升高（近似呈線性變化），室內(nèi)設(shè)計溫度每提高 1℃，空調(diào)系統(tǒng)將減少能耗6%。

1.3 相對濕度的改變對空調(diào)能耗的影響

仍以上述的建筑為例，取室內(nèi)溫度 26℃為定值，改變相對濕度，相對濕度30%-70%。計算其制冷量及其與相對濕度50%時節(jié)能率，見表 2。

表2 相對濕度與能耗

由表2可以看出，隨著相對濕度的增大，節(jié)能率隨之升高（近、似呈線性）相對濕度每增加 5%，節(jié)能10%。

1.4 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化組合

通過以上分析可以看出：室內(nèi)空氣溫度對人的熱舒適感影響很大，但對空調(diào)能耗的影響則比較小。而相對濕度對人的熱舒適感影響很小，但對空調(diào)能耗的影響很大。因此在確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)時，溫度可以低一點，相對濕度可以高一些。這樣，即可以保證較高的熱舒適度，又可以減少空調(diào)能耗。

2 脈動氣流與室內(nèi)計算參數(shù)的取值與節(jié)能

傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)是以穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境空調(diào)策略為基礎(chǔ)的，其主要特點是力求創(chuàng)造一個穩(wěn)定的中性熱環(huán)境，在ASHRAE55-1992和 ISO-7730標(biāo)準(zhǔn)中給出了室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的推薦值。空氣流速小于 0.15m/s、相對濕度50%左右，有效溫度23-26℃，這些是推薦的熱舒適條件。以這些標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計依據(jù)的穩(wěn)態(tài)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，在經(jīng)濟上存在能量消耗大，運行費高等問題。

與保持人體始終處于熱中性環(huán)境的觀點不同的動態(tài)熱環(huán)境空調(diào)策略，主張室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)節(jié)應(yīng)與室外氣候的變化相適應(yīng)，給予人體可接受的一定程度的動態(tài)刺激，提出了室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)的基本模式，即人體熱反應(yīng)在熱中性時，不采取人工調(diào)節(jié)，提倡自然通風(fēng)模式；人體熱反應(yīng)高于熱中性時，首先采用等溫動態(tài)送風(fēng)方式。在采用模擬自然風(fēng)條件下，動態(tài)空調(diào)的熱舒適區(qū)是干球溫度 26℃-30℃，相對濕度 40%-60%。其中環(huán)境溫度在 27℃-28℃時，可以采用等溫動態(tài)送風(fēng)模式，使人體的熱反應(yīng)接近熱中性；環(huán)境溫度在 28.5℃-30℃可以采用等溫動態(tài)送風(fēng)或溫差在 0-7℃范圍的非等溫動態(tài)送風(fēng)模式使人體熱反應(yīng)接近中性。顯而易見，用動態(tài)送風(fēng)系統(tǒng)替代穩(wěn)態(tài)送風(fēng)系統(tǒng)，可使夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計溫度由穩(wěn)態(tài)的23℃-26℃，提高到 28.5℃-30℃，從而使維護結(jié)構(gòu)負荷新風(fēng)負荷均得到減少，空調(diào)設(shè)備型號相應(yīng)變小，能耗電量降低，空調(diào)系統(tǒng)管件尺寸也相應(yīng)縮小，節(jié)省了工程的初投資。

在工程中，可以開發(fā)新型的末端設(shè)備，采用脈動氣流送風(fēng)來節(jié)能。例如可以采用脈動氣流的風(fēng)機盤管送風(fēng)。

3 標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET＊與節(jié)能

標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（Standard Effective Temperature）將影響人的熱舒適的六個指標(biāo)綜合成一個單一溫度值。是指某個空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境中的溫度，其相對溫度為50%，空氣靜止不動，在該環(huán)境中身著標(biāo)準(zhǔn)熱阻服裝的人若與他在實際環(huán)境和實際服裝熱阻條件下熱感覺相同，這個溫度就是實際情況下的SET*。

在焓濕圖上，ASHRAE推薦了舒適范圍，當(dāng) SET值一定時，人的冷熱感是相同的，在該區(qū)域上的焓值是變化的，即使是相同的 SET*，所處理空氣的能耗電量是不同的，在相同的舒適條件下，能耗電量是有差別的，節(jié)能是有很大潛力的。

4 結(jié)束語

總之，當(dāng)代空調(diào)技術(shù)實際上是以促進人類居住的舒適性、健康性，保護地球環(huán)境，對能源有效利用等，基于可持續(xù)發(fā)展的觀點為原則而取得進展的。可持續(xù)發(fā)展是一種全新的發(fā)展觀，所謂可持續(xù)發(fā)展，就是即要考慮當(dāng)前發(fā)展的需要，又要考慮未來發(fā)展的需要，不要以犧牲后代人的利益為代價來滿足當(dāng)代人的利益。暖通空調(diào)專業(yè)是能源和環(huán)境結(jié)合得最緊密的專業(yè)，肩負著能源利用和保護環(huán)境的任務(wù)。

［1］畢崇寧.暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化策略研究[D].濟南:山東大學(xué),2008.

［2］聶清珍.暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能與節(jié)支優(yōu)化策略研究[D].濟南:山東大學(xué),2010.

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［4］劉映.暖通空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本研究[D].重慶:重慶大學(xué),2004.

［5］楊曉平.暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)研究[D].沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué),2005.

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