濕熱地區高校實驗室通風空調系統現狀與節能措施探討

李宇峰

摘 要：濕熱地區由于室外氣溫和濕度常年處于較高水平，日照時間與太陽輻射較寒冷地區和夏熱冬冷地區要多，需要開啟空調系統來消除室內余熱余濕的時間較長，因此建筑全年通風與空調能耗相對于寒冷地區和夏熱冬冷地區都要高。高校實驗室通常配備通風設備比如通風柜、排煙罩和排氣扇等，用以將室內實驗過程中散發的污染物排出保證室內人員呼吸與健康安全，但這些設備會導致通風與空調能耗增加，因此在節能減排的大形式下很有必要進行節能改造。本文針對濕熱地區實驗室建筑通風與空調系統能耗現狀進行分析，闡述通風與空調系統存在的問題并針對性地指出節能措施，為濕熱地區實驗室建筑節能設計和改造提供參考價值。

關鍵詞：濕熱地區；實驗室建筑；通風空調；能耗；節能

一、高校實驗室建筑節能背景

“節能減排”是我國的一項基本國策，建筑的能耗問題長久以來都是國家和社會關注的熱點問題。同時，降低建筑能耗，實現“零能耗”建筑和建筑能源自給自足的綠色建筑一直是相關領域的研究熱點，因此，發展可持續經濟，走可持續發展之路要求建筑要降低能源消耗，減少碳排放。

2015年國家發改委發布的能源數據表明，我國建筑用于供暖、空調和照明的能耗為1644萬KWh，占全年總能耗的20%（工業能耗占70%，其他能耗占10%），其中空調能耗占建筑總能耗的40%-60%，對于商用及辦公建筑而言其暖通空調的能耗占比60%以上，對于高校實驗室建筑而言，作為教育類建筑其總能耗占所有建筑總能耗的3%，通風空調系統的能耗占實驗室建筑總能耗的48%，照明能耗占25%，電梯能耗占5%，給排水占4.9%，其他能耗占11.5%，因此降低實驗室建筑通風與空調系統的能耗對于降低整棟建筑的總能耗有重要的作用[1]。

實驗室類建筑與商業建筑、辦公建筑和住宅建筑等不同。首先在使用功能上，實驗室建筑屬于教育類建筑，用于師生的教學、科研和學習活動，人員活動強度低；在人密集程度上，實驗室建筑擁有人員密集程度大，集中程度高的特點；在作息時間上，擁有白天和夜晚都工作的特點，設備開啟時間長；在設備分布上，除了正常的電腦、打印機、風扇、照明系統、空調設備、給排水和插座外，還有實驗設備如酒精燈、燃燒爐等發熱設備、通風柜、新風系統、排風系統等。因此，設備能耗較高。本文所說的實驗室指具有學習、實驗和部分教學活動的實驗室。

近年來高校擴招背景下，高校的辦學規模越來越大，學生人數呈現增加趨勢，對于實驗室的需求也增加，研究生工作室和科研實驗室的建設作為科研成果的誕生地，因此成為高校近年來的重點建設項目，但是同時通風與空調系統的使用增加也會增加建筑的能耗，可見做好實驗室建筑的通風與空調節能工作很有必要[2]。

二、濕熱地區實驗室建筑通風與空調系統現狀及存在的問題

和北方寒冷地區與長江中下游的夏熱冬冷地區的四季分明氣候特點不同，以嶺南地區為代表的濕熱地區氣候擁有室外氣溫高、空氣濕度高、雨量大、日溫差小，無風或少風的特點。年平均溫度21.9℃，夏季最熱月月平度溫度達到28.1℃，少數幾天溫度達到38℃以上，年平均相對濕度在50%以上，風速較低。因此，為保證實驗室室內科研工作人員正常的學習和工作，就要安裝通風與空調設備消除室內余熱余濕，營造舒適環境[3]。目前主要現狀及問題如下：

（1）安裝排氣扇通風換氣，使用風扇強迫室內空氣流動散熱

以廣州地區為例，氣象資料顯示廣州年平均氣溫為22℃，夏季最熱月（7月）白天平均氣溫為33℃，夜間平均溫度25℃，夏季（6月、7月、8月）白天平均溫度為32℃，最高溫度為39.2℃，夜間平均溫度25℃，平均相對濕度68%。特別是近年來廣州夏季的氣溫普遍升高，最高溫度都在35度以上，夏季平均高溫高濕天數45.2天。有的學校實驗室考慮到科研經費緊張、實驗室房間比較多和排風系統開啟就能排走污染物達到室內空氣健康標準的效果，因此只安裝風扇和排氣扇，達到降低成本又能強迫室內空氣對流散熱消除人員、設備的熱負荷和引入新風而實現通風換氣的效果。

但是由于室外空氣溫度較高，濕度較大，在風扇和抽氣扇的持續開啟下，室內空氣紊流分布，室內空氣狀態點與室外空氣狀態點相同，故熱舒適環境惡劣。

（2）根據室內面積選擇安裝分體式或VRV多聯機空調

通常市場上都擁有各個品牌的分體式空調和多聯機空調，以其經濟、廉價、安裝方便、設備所占空間小、制冷效果好等優點被廣泛使用于住宅建筑、辦公建筑和學校教育建筑。但是分體式或VRV多聯機空調的設備選型并不嚴格按照室內空調負荷進行準確選型，而是運用經驗去估算實驗室房間面積然后去選擇市場上對應的空調機匹數，同時不考慮新風負荷等，因此會出現以下幾個問題：

1、即使空調開啟，室內溫度仍達不到預期室溫。濕熱地區夏季空調和通風系統開啟，空調消除室內余熱降低空氣溫度，由于實驗室排風柜、排風罩等通風系統開啟，會帶走一部分室內空氣達到防止實驗污染物擴散的目的，結果也帶走了很多室內冷量，造成冷量浪費，而由于室內呈負壓狀態，因此室外空氣透過門窗縫隙滲入，加熱室內空氣。因此，即使假設設置空調溫度是26℃，實際室內溫度卻依舊達不到26℃。繼續遙控降低空調室內機出風溫度則增加空調能耗。

2、實際的空調制冷容量小于消除室內負荷達到熱舒適溫度所需的空調冷量，不能營造熱舒適環境。由于室內使負壓的狀態，部分室外高溫度、高濕度的空氣滲透進入室內，而室內空調并不能消除這部分新風負荷，空調機制冷量不足夠。為了保持室內熱舒適環境則降低空調出風溫度和提高出風速度，這會增加了空調機組能耗，但是也達不到預期制冷效果。

3、容易出現結露問題。由于通風系統的開啟帶走一部分室內冷量導致室內負壓，因此造成室外高溫高濕空氣未經處理滲透進入室內。假設某天濕熱地區夏季室外白天空氣狀態點為：溫度35℃，濕度68%，室內空調溫度設置為節能溫度26℃，則室外空氣露點溫度為25.5℃，因此熱濕空氣混合后上升到回風口附近，接觸到溫度小于26℃的出風口會發生出風口結露現象，影響室內裝修。

（3）安裝獨立新風系統，減少室外新風未經處理通過門窗滲入室內

雖然安裝獨立新風系統能夠向室內源源不斷補充了處理到室內狀態點的新風，保證人員健康呼吸和減少滲透進風提高熱舒適性，但是很明顯，增加了很大一部分新風處理能耗，不節能。

可見目前濕熱地區實驗室建筑通風和空調系統節能潛力巨大。

三、濕熱地區實驗室建筑節能改造措施

通過以上的分析可知，目前濕熱地區實驗室建筑空調能耗居高不下和結露的原因主要在于通風系統引起的新風負荷過大問題，因此降低新風負荷就能降低空調的能耗，可以采用內補風的方式，將室外的新風引入排風柜和排風罩等通風設備，減少室內的排風量，降低新風處理量從而降低空調能耗，也能避免出風口結露現象發生。

參考文獻

[1]陳慧梅，張宇峰，王進勇，等.我國濕熱地區自然通風建筑夏季熱舒適研究——以廣州為例[J].暖通空調，2010，40（2）：96-101.

[2]謝浩，劉曉帆.濕熱地區的建筑熱環境控制——以住宅設計為例[J].建筑節能，2006，34（5）：21-22.

[3]方玲，程葉志.濕熱地區建筑被動式防熱設計與節能的探討——以廣州為例[J].建筑節能，2016，44（10）：65-67.

（作者單位：廣東工業大學）