建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境實驗綜述報告

張 虎 （安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 前言

建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境與人們工作生活息息相關(guān)，在典型的地域條件下，采用人工環(huán)境與能源利用技術(shù)創(chuàng)造適合人們生活與工作的健康、舒適、節(jié)能、環(huán)保的建筑環(huán)境，是專業(yè)工作者的己任。室內(nèi)熱濕環(huán)境的實驗研究，為建筑環(huán)境的創(chuàng)造提供數(shù)據(jù)參考。

本文依托于安徽建筑大學(xué)建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境重點實驗室。

1 建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境實驗研究方向

建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境實驗主要研究領(lǐng)域是建筑環(huán)境、建筑能源。主要實驗研究方向：建筑熱濕環(huán)境的實現(xiàn)技術(shù)、建筑能源系統(tǒng)的集成技術(shù)。

1.1 建筑熱濕環(huán)境的實現(xiàn)技術(shù)

室內(nèi)熱濕環(huán)境由室內(nèi)空氣的溫度、濕度、氣流速度、室內(nèi)物體的表面輻射溫度、人體的著衣熱阻、人體代謝率和人體熱感覺等組成，其中，溫度、濕度、氣流速度、室內(nèi)物體的表面輻射溫度構(gòu)成了人體所處空間的客觀熱濕環(huán)境[1]。對人體的作用是上述因素的共同作用，產(chǎn)生的是綜合效果。

人體實感舒適度與各種量化參數(shù)(如：季節(jié),天氣,人群,身體狀況,年齡,心理狀況,精神狀態(tài),主觀作用等)之間有非常復(fù)雜的關(guān)系。影響熱濕環(huán)境的各個因素的不同組合可以得到相同效應(yīng)的熱濕環(huán)境；在某種特定條件下，某種單一因素可能起到?jīng)Q定性作用。由于技術(shù)發(fā)展水平所限，傳統(tǒng)熱濕環(huán)境的研究強(qiáng)調(diào)的是綜合效果，即采用冷卻。

根據(jù)人體的生理學(xué)接受程度，采用解耦方式，單一邊界處理舒適環(huán)境7要素之間的關(guān)系，建立室內(nèi)環(huán)境舒適度評價實驗方案，如：單一的通風(fēng)技術(shù)，單一的降溫方式去除顯熱，單一的除濕方式去除潛熱，單一改變維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造提高或降低物體的表面輻射溫度，除非特別情況，不采取耦和方式處理。如：安徽省夏季的大部分時間是悶、熱并存，但除了極端氣候外，溫度基本處于人體可接受的范圍，處理方式采用單獨將多余的濕度去除，而不是將溫度降至人體不適感以下除濕，并浪費大量的降溫能源。

目前，國內(nèi)外在對室內(nèi)熱濕環(huán)境的處理上，解耦方式越來越被業(yè)界認(rèn)同，有學(xué)者在進(jìn)行這方面的專門實驗研究。清華大學(xué)的江億院士團(tuán)隊多年來一直堅持溫濕度獨立控制的理論和技術(shù)研究，在實驗理論支持下開發(fā)的溶液調(diào)濕技術(shù)從新風(fēng)側(cè)單獨處理室外空氣的潛熱負(fù)荷，產(chǎn)品已工業(yè)化并進(jìn)行了市場推廣[2]；1987年全球第一臺商業(yè)用溶液除濕空調(diào)設(shè)備誕生，1997年以色列成立DryKor Ltd.——專注于溶液除濕空調(diào)設(shè)備，2006年成立美國公司，注冊Ducool品牌，2010年總部移至美國邁阿密，并以Advantixsystems（沃登福）的名稱向全球市場擴(kuò)張，2011年開始在中國市場發(fā)展；同濟(jì)大學(xué)的張旭教授團(tuán)隊對家用小型溫濕度分控雙工況機(jī)組進(jìn)行了研發(fā)，樣機(jī)已進(jìn)入試驗階段。

在維持同一室內(nèi)熱舒適型指標(biāo)的同時，消耗較少的能源，采用合適的技術(shù)營造室內(nèi)熱濕環(huán)境。因此，采用解耦方式研究室內(nèi)熱濕環(huán)境的實現(xiàn)技術(shù)是實驗室的重要研究手段。

1.2 建筑能源系統(tǒng)的集成技術(shù)

建筑能源系統(tǒng)應(yīng)充分考慮能源與資源的梯級利用、生態(tài)利用[3]。地域的特點使資源與能源具備多樣化的特點，因地制宜的確定城市能源結(jié)構(gòu)、建筑供能方式以及合理的根據(jù)自然變化規(guī)律確定能源組合的運(yùn)行方式實驗意義重大。

在能源中，天然氣使用簡單，燃燒充分，熱值高，燃燒產(chǎn)物單一，污染小，和煤炭相比是高品位熱源。高品位能源的多次利用就構(gòu)成了能源的梯級利用，天然氣先用于發(fā)電，煙氣用于吸收式制冷，對其進(jìn)行熱回收，降低排氣溫度，再用熱泵系統(tǒng)回收排出的低位煙氣熱能；夏季空調(diào)系統(tǒng)工作產(chǎn)生的冷凝水在冷凝器上利用，能有效減少空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

資源合理利用的關(guān)鍵是生態(tài)利用，生態(tài)恢復(fù)的周期越短越好。中國建筑科學(xué)研究院徐偉研究員主持的國家“十一五”科技支撐項目“中國地源熱泵項目適宜性評價”結(jié)題報告中，將夏熱冬冷地區(qū)包括我省絕大部分地區(qū)列為：辦公建筑單一型土壤源熱泵系統(tǒng)一般適宜區(qū)，辦公建筑和居住建筑復(fù)合型土壤源熱泵系統(tǒng)較適宜區(qū)，其中評價的重要指標(biāo)就是生態(tài)的可恢復(fù)性。地下資源中，地下水資源與土壤資源的優(yōu)劣要進(jìn)行專門的專業(yè)評價是實驗研究的重要內(nèi)容。

2 建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境主要實驗內(nèi)容與方法[4]

2.1 集中送風(fēng)空調(diào)性能測試

利用空調(diào)系統(tǒng)實驗臺，在現(xiàn)有的條件下盡可能準(zhǔn)確得測定在某一種工況下工作的空調(diào)機(jī)制冷、制熱能力。在實驗的過程中分析確定干、濕球溫度計點布置，準(zhǔn)確測量風(fēng)口風(fēng)量。

熱泵型房間空調(diào)器的性能測試原理主要有焓差法和熱平衡法2種。相對熱平衡法而言，焓差法具有投資小、反應(yīng)快等優(yōu)點，比較適合于高校研究性的實驗測試?？諝忪什罘ú坏梢詫照{(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)性能進(jìn)行測試，同時還可以進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)特性研究和空調(diào)系統(tǒng)季節(jié)能效比的測量，這是熱平衡法所不具備的?？諝忪什罘ㄔ囼炑b置可以對空氣干、濕球溫度、風(fēng)量以及房間空調(diào)器的輸入功率等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)、頻繁的采樣測量，其測試可再現(xiàn)性達(dá)1%。

實驗采用空氣焓差法，對空調(diào)機(jī)的送風(fēng)參數(shù)、回風(fēng)參數(shù)以及循環(huán)風(fēng)量進(jìn)行測量，用測出的風(fēng)量與送風(fēng)、回風(fēng)焓差的乘積確定空調(diào)機(jī)的能力。

2.2 風(fēng)機(jī)盤管的性能測試

風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的主要空氣處理設(shè)備，它的性能直接影響空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，通過實驗測試了解風(fēng)機(jī)盤管性能，可以優(yōu)化工程設(shè)計。

實驗依據(jù)于國家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》（GB/T19232-2003）規(guī)定以空氣焓差法作為風(fēng)機(jī)盤管性能試驗的方法，此外還有風(fēng)管熱平衡法和房間熱平衡法等。

通過獨立運(yùn)行風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，當(dāng)房間內(nèi)的冷熱負(fù)荷達(dá)到平衡時，測定風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)、出口干濕球溫度和送入房間的風(fēng)量，并確定空氣的焓值，利用空氣焓差法，計算風(fēng)機(jī)盤管的供冷量。從而判斷風(fēng)機(jī)盤管的性能。

2.3 燃?xì)忮仩t系統(tǒng)性能測試

通過熱平衡試驗,測試燃?xì)忮仩t系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下燃料利用程度、煙氣熱量回收使用效果和熱量損失[5]。對鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、能源梯級利用進(jìn)行分析、評價，為節(jié)能技改項目提供技術(shù)依據(jù)。

燃?xì)忮仩t系統(tǒng)在燃燒穩(wěn)定工況下，測定鍋爐燃?xì)饬?、鍋爐的進(jìn)水出水溫度和流量、煙氣成分、煙氣溫度和流動壓差、不同工作原理的煙氣熱量回收裝置進(jìn)水出水溫度和流量。利用鍋爐系統(tǒng)正反熱平衡法，計算鍋爐系統(tǒng)熱效率和不同的煙氣熱回收效率,分析影響鍋爐系統(tǒng)熱效率的各種因素。

2.4 土壤源熱泵系統(tǒng)性能測試

土壤源熱泵系統(tǒng)核心內(nèi)容是土壤特性的研究，實驗方法采用土壤源熱泵冷熱響應(yīng)測試獲得土壤取散熱特性。通過土壤源冷熱響應(yīng)測試，掌握地埋管與周圍土壤間的換熱規(guī)律、地下巖土的熱物性參數(shù)等變化情況，能有效的預(yù)知地下巖土的綜合傳熱系數(shù)。模型簡化數(shù)值計算方法獲得取散熱特性誤差較大,經(jīng)驗估算僅在方案分析階段有一定的參考價值。

依據(jù)測量的溫度、流量、功率，考慮土壤熱導(dǎo)率、土壤初始溫度對埋地管換熱器的換熱效果影響[6]進(jìn)行綜合分析。

3 結(jié)語

建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境實驗研究方向明確，實驗手段、實驗內(nèi)容與實驗方法選取符合要求。該實驗立足于實踐應(yīng)用，為建筑環(huán)境的創(chuàng)造提供數(shù)據(jù)參考與支持，同時能夠?qū)崿F(xiàn)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)畢業(yè)生與工程實踐無縫對接。該實驗可作為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)學(xué)生的綜合性、創(chuàng)新性實驗開放。