置换通风与混合送风供冷季运行能耗比较

0 引言

　　随着办公自动化设备的开发与利用，新型办公楼室内布局的变化以及智能化建筑的出现，置换通风空调方式以其自身在热环境、空气品质等方面的优点及在施工运行中的灵活性及性，历外办公建筑中的日趋广泛^[1]。，置换通风在国内的及应用亦已起步。
　　置换通风形式不同于传统的混合通风形式。置换通风空间分上区和下区，下区的气流为置换气流，空气品质明显优于混合式通风。与混合通风相比^[2～4]，置换通风还有通风效率高、工作区负荷低、室内垂直温度分层明显等特点，但它是否节能学术界沿有争议。因为尽管工作区负荷低可相对提高置换通风的送风温度，扩大室外新风的利用率，使冷水温度相应提高，从而降低AHU负荷并提高制冷机的COP；但基于控制工作区温度梯度的要求以及AHU回风温度显著升高的现实情况，亦有可能增加AHU负荷。Seppanen（1989年）对美国的办公建筑做了置换通风和混合送风的能耗比较^[5]，就美国4个典型的气候带、两种典型的通风控制策略（VAV，CAV）、带有不同热回收部件的AHU系统等方面作了研究，内区平均冷负荷14 W/m²，最大冷负荷负荷24W/m²,外区负荷约120 W/m²。研究发现：置换通风的能耗很大程度上取决于控制策略和空调箱系统。一个带有热回收器、采用VAV控制的置换通风系统的能耗和混合通风系统的能耗几乎一样。Zhivov（1998年）比较了不同气候下美国一餐厅使用置换通风和混合送风的能耗^[6]。考虑了两种室外空气的控制策略：定室外空气量、变室外空气量，结果发现：当定室外空气量时，置换通风节省12%～18%的能量；当变室外空气量时，置换通风节省16%～26%的能量。陈清焰等考察了美国5种典型气候条件下办公室、教室、厂房使用置换通风的能耗情况^[4]，结果发现：与混合通风相比，置换通风系统可能消耗更多的风机能量、较少的制冷机和锅炉的能量。置换通风的总体能耗稍微小于混合通风。国内有学者曾作过上送风与下送风方式的耗冷量比较^[7]，但只是基于定性分析，并没有进行逐时，也缺乏对不同空调系统运行模式的全面讨论。为此本文拟通过计算机逐时模拟，对此进行更为深入的探讨。 字串2
　　
1 研究
　　
　　研究对象为北京某写字楼一标准办公楼层。如图1所示。室内空调设计温度为24±2℃，相对湿度为50%±10%。建筑外墙为370mm保温砖墙，屋顶采用加气混凝土保温屋面。夏季办公室内设备负荷为20 W/m²，照明负荷为15m²，人员密度约0.1人/m²。混合通风楼层高度为3.5m，房间面积：A_r3-1=A_r3-3=A_r3-4=A_r3-5=700 m²;A_r3-2= 460m²。
　　以建筑热环境设计模拟软件DeST分别计算采用混合送风和置换通风两种方式供冷季的逐时负荷，并对不同的空调系统模式（定风量、变风量；定新风比、变新风比以及定送风状态或变送风状态等）进行逐时模拟。模拟结果包括AHU的逐时送风状态、送风量、新风比例β、逐时能耗以及各房间的逐时风量及室内温度等。根据AHU负荷，对冷水侧取一固定的综合COP（一般为1.8～2.5，本文取为2），即可得到水侧的总能耗；在风侧，分别考虑定风量系统和变风量系统下风机的效率以及风机压头，根据逐时的总送风量即可得到风机的侧总能耗；由此可得整个系统的总能耗并进行分析比较。
　　模拟计算说明如下：
　　① 混合送风和置换通风两种方式所处理的房间总负荷相同。 字串6
　　② 不同情况下进行模拟计算时，室外逐时气象情况相同。
　　③ 考虑到置换通风效率较高，因此其所需的新风量应小于混合送风，本文取置换通风和混合送风的效率分别为1.25和1。根据空调办公房间的空气品质要求，不同系统类型下混合送风和置换通风的新风设定如表1。
　　 　　　　　　　 　　　　　　
　　 　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　　表1 新风比的设定

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　　④ 置换通风最大送风温差为5℃，混合送风的最大送风温差为8℃，即二者相应的最低送风温度分别为19℃和16℃；在定风量系统中置换通风和混合送风的送风量相同；在变风量系统中二者风量的变化范围相同，最小送风量为最大送风量的30%。