舒適性與空調系統能耗研究

劉德娣

摘要：能源危機已成為全球關注的熱點之一，建筑能源消費占全球能源消費的40%。如何有效降低建筑能耗已經是當今許多學者的研究方向。本文針對空調系統能耗以及舒適性進行了研究。

關鍵詞：空調系統；能耗；舒適性

近年來，人們對室內環境舒適度要求日益提高，而評價熱舒適度的主要方法是利用PMV-PPD指標評價人體的熱舒適性。而居住建筑總能耗主要包括照明、家用電器、通風、空調和采暖等。常規空調系統通過冷凝方式對空氣進行冷卻除濕，采用5～7℃的低溫冷源。溫濕度獨立控制系統排除顯熱可使用溫度較高的冷源，避免常規空調系統中用低溫冷源處理高溫空氣所造成的高品位冷源的損失，也可避免因濕度過高而依靠降低室溫所帶來的冷量損失，從而實現提高舒適度和節能的目標。

1空調設定參數對空調系統能耗的影響

溫度是影響人體熱舒適的主要因素，夏季人體感覺舒適的室溫在24-28℃。可是目前大多數公共建筑夏季空調溫度調得很低，不但浪費能源，舒適性也很差。在人體舒適的前提下，提高空調設定溫度可使建筑能耗下降，原因有以下幾點：

（1）從傳熱基本公式Q=KA（tw-tn）可知，室內外溫差減小了，通過維護結構傳入室內的熱量也減小了；

（2）室內設定溫度提高，室內焓值變大，新風與室內空氣的焓差變小，新風負荷降低；

QX=GW（hW—hN）

式中QX——夏季空調新風冷負荷，kW；

GW——新風量，kg/s；

hW——室外空氣的焓值，kJ/kg；

hN——室內空氣的焓值，kJ/kg。

（3）全年可以利用自然通風的時間變長，從而減少了開啟空調的時間及輸配設備的運行時間。

但是僅僅從調整空調設定溫度來進行節能是遠遠不夠的，空氣濕度不僅對人體舒適度影響很大，溫度、含濕量的不同組合也影響著空調系統的節能狀況。根據下式可知，當室內冷負荷、濕負荷一定時，室內設定狀態與送風狀態的焓差、濕度差不同時，送風量也不同，風機能耗隨之改變。

G=■=■

式中G——送風量（kg/s）；

Q——房間余熱量（即房間冷負荷）（kW）；

W——房間余濕量（即房間濕負荷）（kg/s）；

ho，do——分別為送風狀態空氣的焓值（kJ/kg）和含濕量（g/kg）；hN，dN——分別為室內空氣狀態的焓值（kJ/kg）和含濕量（g/kg）。

一般室內濕度的設定更常用相對濕度φ表示。某空調辦公室不同室內干球溫度和相對濕度下的空調系統的能耗是不同的室內干球溫度和相對濕度越高，空調系統總能耗降低，反之亦然。最低能耗與最高能耗相差達到70%。當室內參數設為行業推薦值時（t=26℃，φ=60%），比最高能耗節約39.3%。

2空調舒適性分析

2.1兩種空調系統的熱舒適結果分析

根據建筑季節劃分的時間，熱舒適性分析數據一部分取自供熱季和制冷季的典型代表日：1月21日和7月21日，另一部分則取各房間全年空調運行的PMV-PPD值進行分析；建筑的功能是別墅住宅，因此選用日常生活主要使用的房間：客廳和臥室。在供熱季典型代表日客廳空調運行時段10：00～12：00和15：00～22：00，兩種系統的舒適性都未達到我國規范中Ⅱ級熱舒適度的要求。但采用溫濕度獨立控制空調系統的舒適性優于風機盤管加新風系統，且在18：00～22：00時段溫濕度獨立控制系統房間的PPD值小于30%。顯示在7月21日客廳空調運行期間，兩種空調系統的房間熱環境都非常舒適，PMV值為：0～0.5，PPD≤10%，達到國家規范規定的Ⅰ級熱舒適度要求。在臥室1-1空調系統運行期間21：00～24：00和0：00～09：00采用溫濕度獨立控制空調系統室內的熱舒適性更接近規范要求，其PMV值為-1.1～0.7，PPD值最大值為35%。而風機盤管系統加新風系統室內的PMV≤-1.7，PPD≥60%。兩種空調系統的室內熱環境非常舒適且都已滿足規范Ⅰ級熱舒適度要求。在全年空調運行時段，風機盤管加新風系統房間的PMV值在供熱季絕大部分時間都小于-1，在制冷季房間里大部分時間的PMV值都處于-1和1之間，在5～6月中旬、9～10月大部分時間室內的PMV<-1。在溫濕度獨立控制空調系統運行期間，房間里的絕大部分時間的PMV值都處于-1～1之間，PPD≤27%，符合規范給定的Ⅱ級熱舒適度要求。在全年空調運行期間，風機盤管加新風系統房間在供熱季中大部分時間的PMV值都小于-1，室內人員會感覺偏冷；在供冷季室內的PMV值絕大部分時間都處于-1和1之間，房間里預計不滿意者百分數PPD≤27%，在5～6月、10月期間室內人員的熱感覺皆偏冷。在溫濕度獨立控制空調系統運行期間，室內的PMV和PPD值只有一少部分時間是在規范規定的Ⅱ級熱舒適度范圍之外。

3建筑能耗分析

通過軟件計算，得到采用兩種不同空調系統所產生的能耗：

1）溫濕度獨立控制空調系統供熱能耗比風機盤管加新風系統多2843.5kWh，主要原因：溫濕度獨立控制空調系統采用輻射吊頂作為換熱末端裝置，冬季供熱時輻射板需先將周圍墻體和樓板或屋頂加熱，然后通過對流方式再與空氣進行換熱，而風機盤管加新風系統主要利用加熱的空氣與空氣進行對流換熱。

2）風機盤管加新風系統中的供冷能耗比溫濕度獨立控制系統的要多6047.01kWh，主要原因是：溫濕度獨立控制系統全年運行過程分為制冷季、供冷季、通風季、除濕季，而風機盤管系統全年運行過程只有制冷季、供熱季和通風季。

3）兩種系統的風機能耗和水泵能耗差異較大，這主要由于兩個系統的形式差別造成，在風機盤管加新風系統，室內的末端采用風機盤管增加了風機的耗電量，而溫濕度獨立控制系統末端采用低溫熱水輻射吊頂因而水泵耗電量較多。

4）采用溫濕度獨立控制系統全年耗電量相比較風機盤管加新風系統少3372.29kWh，其中溫濕度獨立控制系統的耗電量為33714.70/280=120.41kWh/m2，風機盤管加新風系統為37086.99/280=132.45kWh/m2，每平方建筑耗電量節省132.45-120.41=12.01kWh/m2

4結論

通過模擬結果分析可知：1）采用溫濕度獨立控制空調系統的室內的熱舒適性要優于常規空調系統；2）采用溫濕度獨立控制空調系統全年運行總能耗比常規空調系統節省3372.29kWh，每平方建筑耗電量節省12.01kWh/m2。為能更好的發揮溫濕度獨立控制系統的優勢，建議用戶根據實際熱濕狀況來選擇空調模式：通風、除濕、制冷或制熱。

參考文獻：

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[2]亓曉琳，楊柳.夜間通風建筑傳熱模型研究及實測驗證[J].太陽能學報，2015，36（3）：636-640.

（作者單位：中國建筑科學研究院有限公司）