內外分區在空調系統設計中的應用研究

王 極

沈陽建筑大學（110168）

1 內外分區的概念及原理

目前，我國的建筑面積年均增長16～20億m2，而其中高能耗建筑占95%，因此，如何利用有限的能源使建筑發揮盡可能大的效益是眾多亟待解決的節能問題之一[1]。建筑內外區劃分不合理，或者在空調系統設計中對內外區的處理措施不當，不僅會造成建筑內外區熱工參數與設計值不符、熱舒適性差、新風分布不均勻等問題，最重要的是在冬季還會因內區溫度過高而造成大量能源損失。

根據大型公共建筑的內外區結構特點，可將空調系統大致分為兩種類型，第一種是全部內區房間或者全部外區房間相互獨立的空調系統；第二種是將一個空曠的大平面區域劃分為內、外區的空調系統。前者內外區的分界線由隔墻的位置決定，而后者需根據熱平衡法進行劃分。

熱平衡的原理就是使外圍護結構散熱量與室內的內熱源散熱形成的冷負荷相平衡。在采暖季，室內的熱量通過外圍護結構散發到室外，形成熱負荷，而室內的內熱源，如人員散熱、照明散熱、設備散熱形成冷負荷，理論上兩者可以互相抵消。通過使外區的圍護結構耗熱量和內熱源形成的冷負荷近似相等，可以減少外區采暖供熱量。室內散熱:設室內單位面積內熱源形成的冷負荷為qr，空調內外區分界線距外墻尺寸為Di，則寬度為1 m的外區的熱量為Diqr；圍護結構散熱:設含有窗及墻的外圍護結構的單位面積耗熱量為qt，設外圍護結構計算高度為hw，則寬度為1 m的外圍護結構的耗熱量為hwqt。

令Diqr=hwqt，可以得出各朝向進深尺寸Di。

在劃分空調內區時，不僅要考慮到應便于調節室內空氣參數的情況，還要充分考慮空調系統運行期間的能耗。在正常情況下，空調系統在采用強制對流的方式對室內溫濕度進行控制時，外圍護結構耗熱量對室內空氣的影響是可以人工控制的。所以，在采暖季采用熱平衡原理劃分空調內外區的分界線是合理的。

2 合理分區的重要性

在同一個建筑物內，各區域圍護結構在構造、朝向和計算時間上的差異產生了不同的圍護結構瞬時負荷，各區域功能和使用情況的差異也造成了不同的內熱負荷。在負荷分析的基礎上，根據空調負荷的差異性，恰當地把空調系統劃分為若干個溫度控制區域，這樣做的目的或意義不僅在于使空調系統能更方便地跟蹤負荷變化，改善室內熱環境，更重要的是還可以降低空調的運行能耗。內外區的劃分是否合理體現在空調系統的運行效果、耗能大小等諸多方面。

通過對一些大型商場、辦公寫字樓等公共建筑的調研，發現在內區和外區工作的人們經常會有相反的對冷熱的感知。在采暖季節，在內區的人們往往反映室溫過高、喘不過氣。顯而易見，公共建筑內冷熱不均、溫度控制不合理已經是一個普遍且亟待解決的問題。

《采暖通風與空氣調節設計規范》中也規定了如大型商場、展廳、航站樓等公共建筑的空調系統宜在內區和外區分開設置[2]。而沈陽作為遼寧省的省會城市，在政府政策的引領下，正逐步發展為一線城市，但能源的消耗制約了它的發展速度。沈陽屬于嚴寒地區的大城市，冬季采暖能耗較大，其商業公共建筑更是能耗大戶，因此商業建筑的節能潛力非常之大。建筑每層空間是否進行了內外區劃分，或劃分內外區的界限是否合理，將直接影響輸送新風、房間的氣流組織設計、空調機組的運行能耗及供暖末端設備的選型工作等。應該依據本層建筑結構特點和本層冷熱負荷情況來劃分內外區，盡量使送風末端的風量在各種運行工況下都比較均勻，避免頻繁地對末端風量進行調節，以減少因內、外區交界處冷量和熱量相互抵消而造成的能源浪費。分區不合理會直接影響空調效果、室內空氣品質和熱舒適性。因此，合理劃分內外區是建筑空調系統設計中關鍵的一步；其對降低空調系統能耗，即降低辦公、商業等公共建筑的能耗，有非常重要的意義。

西安建筑科技大學的武滿江以西安本地某商場建筑為模型，分別計算了分區與不分區兩種情況下的空調系統的冷熱負荷；在對設備選型后，對兩種情況下的經濟性進行比較；并運用DsST能耗模擬軟件對該建筑進行全年動態能耗模擬。通過分析和計算表明，空調系統在分區與不分區兩種情況下，夏季設計冷負荷相同，冬季設計熱負荷會減少55%；每產生1 kW制冷量，初投資增加6.7%，運行費用減少了7.2%[3]。

雖然我國研究公共建筑內外區的相關文獻或是學者都相對較少，但通過調查，發現國外對此方向的研究更少。在美國，一些建筑設計者認為建筑進深超過8 m時才需要劃分內外區；在歐洲，設計師認為建筑的進深超過5 m就要劃分內外區[4]；日本的設計者針對一般辦公、商場等公共建筑，將距離外窗3～4 m的范圍做為空調外區[5]。顯而易見，這些模棱兩可的內外區劃分意見大多是根據自己的從業經驗或是具體項目所得出，缺乏具體的理論、數據支撐，且劃分內外區的范圍波動較大，其指導意義不大。

3 結語

盡管目前國內對空調系統內外區劃分的研究較少，且國外如歐洲、日本地區只是以設計師的經驗去劃分內外區的界限，但隨著公共建筑面積的逐年增長，建筑節能問題已逐漸成為學者的研究重點。合理地設計建筑空調系統的內外區，不僅可以提高室內人員的熱舒適性，而且達到空調系統節能的目的，從而實現建筑節能。