南京地區(qū)輻射空調(diào)新風(fēng)量的探討

王文武 張建忠 黃虎

1南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

2南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院

0 引言

新風(fēng)系統(tǒng)是輻射空調(diào)重要的組成部分。新風(fēng)不僅需要滿足人員衛(wèi)生需求，還承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷。新風(fēng)量太小，若不能去除室內(nèi)余濕，則會(huì)引起室內(nèi)結(jié)露，從而會(huì)造成輻射表面潮濕甚至出現(xiàn)積水，對(duì)人們的工作和生活造成不利影響。新風(fēng)量太大，則能耗加大，新風(fēng)輸配管道、機(jī)組加大，初投資增加。合理選擇新風(fēng)量大小對(duì)輻射空調(diào)的運(yùn)行與節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。

本文重點(diǎn)研究了南京地區(qū)辦公，客房與住宅室內(nèi)濕負(fù)荷的來(lái)源，并計(jì)算出了排除室內(nèi)余濕所需新風(fēng)量的大小，再與現(xiàn)有的規(guī)范、手冊(cè)中新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)比較，得到了南京地區(qū)輻射空調(diào)新風(fēng)量的選取方法，為設(shè)計(jì)此類空調(diào)系統(tǒng)提供理論參考。

1 辦公，客房和住宅余濕的來(lái)源

對(duì)于常規(guī)空調(diào)而言，新風(fēng)量主要滿足室內(nèi)的衛(wèi)生要求。而對(duì)于輻射空調(diào)，新風(fēng)不僅要滿足室內(nèi)的衛(wèi)生要求，而且要帶走室內(nèi)的余濕。對(duì)于常規(guī)空調(diào)，一般只考慮冬季新風(fēng)滲透所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。對(duì)于夏季的新風(fēng)滲透，由于其產(chǎn)生的冷負(fù)荷并不顯著，一般不予考慮。在輻射空調(diào)系統(tǒng)中，由于其承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷的是經(jīng)過(guò)處理過(guò)的干空氣，其除濕能力有限，室外滲透所產(chǎn)生的濕負(fù)荷影響較大，不能忽略。特別是近幾年公共建筑玻璃幕墻的使用，新風(fēng)滲透的產(chǎn)濕量越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于某些建筑，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量占總濕負(fù)荷的30%左右[1-2]。本文認(rèn)為對(duì)于辦公和客房類建筑室內(nèi)余濕的來(lái)源主要是人體與新風(fēng)滲透，植物和敞開(kāi)水表面的散濕不予考慮。對(duì)于住宅類建筑室內(nèi)的余濕主要來(lái)源于人體，新風(fēng)滲透，食物散濕，植物散濕和敞開(kāi)水面散濕等。

2 辦公和客房新風(fēng)量確定

當(dāng)辦公和客房應(yīng)用輻射空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，新風(fēng)不僅要滿足室內(nèi)人員的衛(wèi)生需求，還得排除室內(nèi)的余濕。辦公和客房的余濕主要來(lái)源于人員和新風(fēng)滲透。本文提出在設(shè)計(jì)這兩類建筑時(shí)，可把新風(fēng)量分為兩個(gè)部分計(jì)算。一部分用于排除人體的散濕，另一部分用于排除新風(fēng)滲透的產(chǎn)濕。兩部分新風(fēng)量大小之和即為辦公、客房的設(shè)計(jì)新風(fēng)量。

1）排除室內(nèi)人員的散濕所需的新風(fēng)量

為了去除房間的人員濕負(fù)荷，根據(jù)濕平衡方程確定新風(fēng)量為[4]:

式中：D為空調(diào)房間的人員濕負(fù)荷，g/h；V為新風(fēng)送風(fēng)量，m3/h；ρ為新風(fēng)的密度，kg/m3；dn為室內(nèi)空氣的含濕量，g/kg；ds為送入新風(fēng)的含濕量，g/kg。

表1 排除室內(nèi)人員余濕所需的新風(fēng)量

表1給出了為排除室內(nèi)人員余濕所需的新風(fēng)量隨人員勞動(dòng)強(qiáng)度的變化情況。室內(nèi)的含濕量與送風(fēng)含濕量的差值取2.5g/kg（當(dāng)室內(nèi)含濕量為10.8g/kg時(shí)，要求的送風(fēng)含濕量為8.3g/kg），由表中數(shù)據(jù)可知，控制室內(nèi)環(huán)境濕度確定的新風(fēng)量所帶走的CO2量基本能夠帶走人均CO2排放量。當(dāng)室外環(huán)境的CO2濃度為300×10-6時(shí)，根據(jù)排濕確定的新風(fēng)量可以使得環(huán)境的CO2濃度在850～950×10-6之間。當(dāng)室外環(huán)境的CO2濃度為500×10-6時(shí)，根據(jù)排濕確定的新風(fēng)量可以使得環(huán)境的CO2濃度在1000～1150×10-6范圍內(nèi)，基本滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求[3]。

2）排除新風(fēng)滲透產(chǎn)濕的新風(fēng)量

新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量的計(jì)算可按下面公式計(jì)算[1]：

式中：Wi為產(chǎn)濕量，g/h；l為房間各朝向的門窗縫隙長(zhǎng)度之和，m；a1為外門窗縫隙滲風(fēng)系數(shù)，m3/(m·h·Pab)，可按表2確定，b為門窗縫隙滲風(fēng)指數(shù)，取值范圍為0.56～0.78；ρ0為室外計(jì)算溫度下的空氣密度，kg/m3；d0為室外新風(fēng)含濕量，g/kg；dn為室內(nèi)空氣的含濕量，g/kg；Cr為熱壓系數(shù)，可按表3確定；v0為基準(zhǔn)高度室外最多風(fēng)向的平均風(fēng)速，m/s；h為計(jì)算門窗的中心線距室外地面高度，m。

表2 建筑外窗縫隙滲透風(fēng)系數(shù)a1下限值[m3/(m·h·Pab)]

表3 熱壓系數(shù)C r

在所有室內(nèi)的濕負(fù)荷構(gòu)成中，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量受建筑所在的城市、建筑外環(huán)境的風(fēng)速、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性影響較大。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究表明[1-3]，北京、廣州的新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量約占總濕負(fù)荷的15%～20%，上海由于室外新風(fēng)平均風(fēng)速較高，而且室外新風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)的含濕量甚至要比廣州還高，所以新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量約占總濕負(fù)荷的40%[2]。查《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，南京地區(qū)的室外計(jì)算含濕量與室外風(fēng)速介于上海與廣州之間，由此可以推斷出，南京地區(qū)新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量占總濕負(fù)荷的比值介于20%～40%之間。

下面以一個(gè)典型辦公室或客房為例，計(jì)算新風(fēng)滲透負(fù)荷在南京地區(qū)占總濕負(fù)荷的比重。辦公室（客房）為30m2，辦公人員（入住人員）兩人，門窗縫隙長(zhǎng)度按15m計(jì)算，南京夏季空調(diào)室外計(jì)算干求溫度34.8℃，濕球溫度28.1℃，新風(fēng)含濕量21.69g/kg，室外平均風(fēng)速為2.6m/s。辦公或客房的室內(nèi)計(jì)算含濕量為10.8g/kg，取門窗滲透指數(shù)b=0.56，由于辦公室或客房門窗封閉較好，取a1=0.5，熱壓系數(shù)Cr=0.6，計(jì)算門窗的中心線距離地面距離h取2m（首層辦公或客房）。辦公或客房人員為輕度勞動(dòng)，取散濕量為109g/h。由公式(1)可以計(jì)算出典型辦公室或客房新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量為78.6g/h。室內(nèi)的總濕負(fù)荷為296.6g/h，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量對(duì)于首層辦公或客房占總濕負(fù)荷的26.5%。由新風(fēng)產(chǎn)濕量計(jì)算公式可以看出，隨著辦公或客房所在層數(shù)的增加，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量相應(yīng)增加，占總濕負(fù)荷的比重也會(huì)增大。

表4給出了不同規(guī)范，根據(jù)排除室內(nèi)人員散濕及排除室內(nèi)總余濕確定的新風(fēng)量大小比較。查閱相關(guān)資料及調(diào)研市面上幾種類型新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)參數(shù)，大致確定送風(fēng)含濕量在7～9g/kg。為了方便比較不同新風(fēng)含濕量對(duì)應(yīng)的新風(fēng)量與規(guī)范中要求新風(fēng)的大小，本文選取（室內(nèi)含濕量為10.8g/kg）五個(gè)參考點(diǎn)。表中新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量占總濕負(fù)荷的比值取30%進(jìn)行計(jì)算，排除室內(nèi)總余濕的新風(fēng)量折算成每人每小時(shí)的新風(fēng)量。計(jì)算結(jié)果表明，送風(fēng)含濕量對(duì)送風(fēng)量的大小影響較大。送風(fēng)含濕量從7.0g/kg變化到9.0g/kg時(shí)，送風(fēng)量從每人34m3/h增加到了72m3/h。當(dāng)送風(fēng)含濕量在8.0g/kg以上時(shí)，新風(fēng)量的大小基本滿足了辦公與客房規(guī)范中的衛(wèi)生要求。所以在設(shè)計(jì)辦公及客房輻射空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，先確定新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)含濕量值，宜控制在8.0g/kg以上，再根據(jù)室內(nèi)總余濕確定新風(fēng)量大小，可參考表4。

表4 規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及根據(jù)排除余濕的新風(fēng)量大小比較[m3/(h·p)]

3 住宅新風(fēng)量確定

住宅建筑設(shè)計(jì)新風(fēng)量與室內(nèi)人數(shù)和空調(diào)面積有關(guān)。由于住宅建筑類型的多元化以及人員密度低特點(diǎn)，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，以人均最小新風(fēng)量和簡(jiǎn)單的換氣次數(shù)法確定新風(fēng)量均不合理。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[5-7]，采用ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)建議的疊加人員所需新風(fēng)量和按建筑面積所折算稀釋污染物所需新風(fēng)量的方式來(lái)確定住宅類建筑新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)合《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-2011，得出了換氣次數(shù)隨人均居住面積的變化規(guī)律，如圖1所示。為便于設(shè)計(jì)選擇，對(duì)圖1數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行歸納總結(jié)，得出反映人均居住面積這一指標(biāo)的換氣次數(shù)設(shè)計(jì)選擇表，如表5所示。

圖1 換氣次數(shù)隨人均居住面積的變化規(guī)律

《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012也給出了住宅換氣次數(shù)與人均居住面積的變化規(guī)律。具體大小如表6所示。

表6 根據(jù)建筑居住面積確定的換氣次數(shù)

下面是以一個(gè)100m2的住宅為例，分析根據(jù)排除室內(nèi)余濕與GB50736-2012換氣次數(shù)法確定新風(fēng)量大小比較。住宅按3個(gè)人計(jì)算，建筑高度為2.8m。濕負(fù)荷主要考慮人員散濕、新風(fēng)滲透產(chǎn)濕和飯菜散濕。表中同樣選取送風(fēng)含濕量7.0、7.5、8.0、8.5、9g/kg（室內(nèi)含濕量為10.8g/kg）五個(gè)參考點(diǎn)。對(duì)于住宅建筑，新風(fēng)滲透量小于辦公類建筑，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量占總濕負(fù)荷的比值取25%計(jì)算，人均飯菜散濕量取34.9g/(人·h)。表7給出了規(guī)范與根據(jù)排除室內(nèi)余濕新風(fēng)量大小及對(duì)應(yīng)換氣次數(shù)法比較。由表可知，當(dāng)送風(fēng)含濕量在7.5g/kg以上時(shí)，根據(jù)排除總余濕確定的換氣次數(shù)大于《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012的值，可同時(shí)滿足衛(wèi)生需求。所以在設(shè)計(jì)住宅類建筑輻射空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，送風(fēng)含濕量宜控制在7.5g/kg以上，具體換氣次數(shù)大小可參考表7。

表7 規(guī)范與根據(jù)排除室內(nèi)余濕新風(fēng)量大小及對(duì)應(yīng)換氣次數(shù)法比較

4 結(jié)論

1）研究了辦公、客房、住宅室內(nèi)濕負(fù)荷的主要來(lái)源。南京地區(qū)，在計(jì)算室內(nèi)濕負(fù)荷時(shí)，不能忽略新風(fēng)滲透產(chǎn)濕量，產(chǎn)濕量約占濕負(fù)荷的20%～40%左右。

2）辦公和客房建筑室內(nèi)余濕的來(lái)源主要是人體與新風(fēng)滲透，送風(fēng)含濕量從7.0g/kg變化到9.0g/kg，新風(fēng)量從34m3/(h·p)變化到72m3/(h·p)；

3）住宅建筑設(shè)計(jì)新風(fēng)量與空調(diào)面積和換氣次數(shù)有關(guān)，當(dāng)送風(fēng)含濕量從7.0g/kg到9.0g/kg，100m2住宅新風(fēng)量為125～263m3/h，對(duì)應(yīng)的換氣次數(shù)為0.5～0.94次/h。

4）新風(fēng)量與送風(fēng)含濕量密切相關(guān)，新風(fēng)送風(fēng)含濕量宜為8g/kg.干空氣，工程設(shè)計(jì)中新風(fēng)量可考慮10%～15%裕量。