低溫送風系統(tǒng)設計

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一 大溫差送風系統(tǒng)
1.大溫差送風系統(tǒng)出現(xiàn)的背景
    近20年來，改革、開放的春風給中國的HVAC&R事業(yè)帶來了蓬勃發(fā)展的生機，數以百萬平方米計的民用建筑在全國各地的大、中城市中似雨后春筍般地聳立起來。城市現(xiàn)代化的發(fā)展與人民生活水平的普遍提高，既給我國的電力建設提供了強大動力，又給城市供電電網施加了巨大的壓力。中央空調與分散空調的用電負荷跟隨著城市商業(yè)與家用用電負荷的同步增長已使我國的一些大、中城市供電負荷峰谷差相繼拉大到30%-40%。這必將給城市電網的均衡運行與安全供電造成極大的困難，同時也向我國的電力建設與供電管理提出了新課題。城市用電負荷峰谷差的不斷拉大已迫使我國的電力部門冷靜地思考如何去適應這種用電負荷的需求，如何從計劃經濟下的準官方的壟斷性的行政調度思變?yōu)槭袌鼋洕碌呢摵蓚裙芾?，以合理的時間電價結構與補貼政策調動電力負荷，削峰填谷，開創(chuàng)發(fā)電、輸配、供電及用電的最經濟、電力建設投資最有效的新局面。
    單純的冰蓄冷，利用午夜以后的低谷電制冰，儲存到白天用電尖峰時段供冷，確實可以有效地轉移一部分尖峰用電時段的空調用電負荷。但是，這種辦法不但要使冷源建設設總投資費比常規(guī)冷源提高1.6-2.0倍，而且空調的實際用電量也要比常規(guī)空調系統(tǒng)高1.3倍。國外80年代發(fā)展冰蓄冷的經驗早已證明了這一點。最近幾年我國的蓄冷空調工程的實踐也使我們不少人認識了這一點。解決這個問題的重要出路是走冰蓄冷與大溫差送風系統(tǒng)相結合的道路。

2.大溫差送風系統(tǒng)的起源
    大溫差送風系統(tǒng)與流行的一般送風設計相比較以降低了的溫度向空調房間送風。這些系統(tǒng)，有時稱為低溫空氣分布系統(tǒng)，一般送4-10℃的風。這種送風溫度與大多數"常規(guī)"送風設計不同，常規(guī)設計采用10-15℃的名義溫度送風。
    大溫差送風系統(tǒng)不是一項新技術，即使它的實施較之今天的"標準"做法有某些改變。在一些濕度控制工程中，長期以來一直采用了4℃或低于4℃的送風溫度。許多住宅與小型商業(yè)建筑在50年代改造加裝空調時就采用了9℃送風溫度，采用89mm(3.5in)的風管裝在木柱隔墻內，并用高速射流散流器使冷風與室內空氣在進入房間的很短距離內混合。許多醫(yī)院　在60.年代就設計用2-4℃的一次風向定風量房間誘導器送風。
目前的"常規(guī)"13℃送風標準是由希望保持房間相對濕度（RH）50%-60%，但又要使冷凍水供水溫度盡量高，制冷機效率最高而演變而來的。對于一般具有0.8-0.9顯熱比的辦公室來說，13℃的送風溫度為24℃室溫提供了55%-60%的房間相對濕度。這樣的送風溫度還給冷卻盤管的選擇提供了靈活性，因為對于6-7℃的冷凍水供水溫度可有許多種選擇方案。然而，這些"標準"設計參數不一定是最小的。這種"標準"設計參數多半是出于方便的需要而發(fā)展起來，并且已經在今天的HVAC行業(yè)中變成根深蒂固的了。
    在80年代，當對蓄冷供冷系統(tǒng)重新發(fā)生興趣時，降低送風溫度的優(yōu)點漸漸顯而易見了，由于從蓄冷槽那里可得到1-4℃的冷介質溫度，所以就能容易地達到4-9℃的送風溫度，使空氣輸配系統(tǒng)費用與能耗有顯著的節(jié)省。在降低了的相對濕度水平下居住舒適性也被公認為有了提高。

3.大溫差送風系統(tǒng)的好處與局限性
（1）大溫差送風系統(tǒng)的好處
    大溫差送風的好處包括有：
•降低了機械系統(tǒng)費用。
•降低了樓層高度要求。
•用較低的房間相對濕度提高了熱舒適。
•減少了風機的電耗與電力需求。
•提高了現(xiàn)有大溫差送風系統(tǒng)的供冷能力。
    減少一次費用一直是推動大溫差送風系統(tǒng)工程的一個重要因素。較低的送風溫度減少了所要求的送風量。同時減小了風機與風管的尺寸，導致較低工的機械系統(tǒng)費用。在某些情況下，由于采用大溫送風系統(tǒng)而造成的費用節(jié)省可以補償添置蓄冷槽所增加的費用。于是，業(yè)主們可以在支付和非蓄冷系統(tǒng)一樣或更少一點的一次費用條件下，實現(xiàn)冰蓄冷運行費用的節(jié)省。
    較小的風管尺寸還可以導致降低樓層層高要求，使建筑結構、圍護結構及其他一些建筑系統(tǒng)費用有一顯著的節(jié)省。在某些情況下，風管尺寸被減少到這樣的程度，它們可以穿過桁架或梁，而不是在梁下通過。大溫差送風還有助于使設計者在管網空間受到嚴格限制的工程中，如在一些古建筑改造中，有更多的選擇方案。
通過大溫送風系統(tǒng)所維持的較低相對濕度提供了改善了的熱舒適與室內空氣品質。實驗室研究表明在較低的濕度下，受試者感覺更為涼快和舒適，判斷空氣比較新鮮，空氣品質更可接受。
    大溫差送風系統(tǒng)還提供了能源費用上的節(jié)省。送風機能耗由于減少了風量可以降低30%-40%。這種電能減少主要是少用了價貴的高峰時段電能。在蓄冷條件下，所采用的大溫差送風系統(tǒng)中，制冷所增加的電能是電價便宜的非尖峰用電時段的電能。送風機的電力需求也降低了40%。這種電力需求節(jié)省要加到由于采用冰蓄冷而降低了制冷設備的電力需求上去。
大溫差送風可能對于那些冷負荷超過了現(xiàn)有風機與管網能力的系統(tǒng)特別有效。通過降低送風溫度，業(yè)主們可以避免更換或添加現(xiàn)有的空氣分布設備的開支。

（2）大溫差送風系統(tǒng)的適用范圍
    在許多工程中，大溫差送風特別有吸引力，這樣的情況包括：
•降低層高將顯著地降低高層建筑的總高度，從而降低了總的建筑造價；
•用于布置風管或空氣處理設備的空間有限；
•希望降低房間濕度；
•冷負荷已經增加到了超出現(xiàn)有分布系統(tǒng)的能力。
    當然，在某些工程中，采用大溫差送風應該小心。這種工程包括了以下情況：
•無法制取1-4℃的冷凍介質；
•房間相對濕度必須保持在高于40%；
•需要高的通風換氣量；
•全年中有許多小時，可以利用7-13℃的室外溫度來作省能器供冷。
　　這樣的一些工程應該利用在這本指南中所提出的原則進行逐個分析，以便確定大溫送風是否適用。對于給定項目，大溫送風的適用性取決于對所有適用技術與經濟因素的一項全面而有充分依據的評價。

二、大溫差送風系統(tǒng)的設計原則
1．送風溫度的選擇
    設計送風溫度幾乎影響到空調系統(tǒng)設計的所有方面。由于降低了送風溫度，因而：
•風機的大小與風管的尺寸減小了；
•風機的發(fā)熱量與電耗減小了；
•風機與風管對空間的要求降低了；
•潛熱負荷與伴隨的制冷電耗可能要增加；
•對于再加熱最小送風量的要求可能要增加；
•冷卻盤管的迎風面積少了，排深增加了；
•所要求的冷介質供應溫度，或者直接膨脹的吸氣溫度降低了；
•對于混合或擴散送風的要求增加了；
•新風的百分比提高了，雖然新風的絕對數量一般仍保持不變。
為了對給定項目選擇合適的送風溫度，必須在這些影響因素之間求出折衷值。在：
•既滿足顯熱負荷，又滿足潛熱負荷要求；
•在所有的負荷條件下，提供足夠的通量；
•提供足夠的空氣擴散；
•提供可接受的聲學性能；
等條件后，最優(yōu)的送風溫度選擇將一次費用與運行費用最少。
　 評價最優(yōu)送風溫度的準則，每項工程似乎是不同的。氣候條件，熱舒適與聲學要求，使用功能，居住方式，及一次費用與運行費用的相對重要性，都可能會隨項目的不同而變化。在選擇一個系統(tǒng)來滿足特定建筑的業(yè)主目標時，應該把這些因素都考慮到。

2．系統(tǒng)配置的選擇
    空調系統(tǒng)的整個配置包括制冷機的類型，送風系統(tǒng)的類型，空氣處理機組的數量與位置，向房間的送風方式。這些配置方案的選擇可以由業(yè)主或建筑師所施加的限制所決定。在各市地多情況下，將針對幾種方案中每一種方案進行初步設計，以便能選擇最優(yōu)配置。
    向大溫差送風系統(tǒng)供冷的冷源設備必須要能提供足夠低的冷流體溫度，以產生所要求的送風溫度。許多大溫差送風系統(tǒng)采用冰蓄冷設備作為冷源，但是大溫差送風系統(tǒng)也可以在非蓄冷制冷機條件下安裝。一般是用冷凍水，或者用如乙二醇溶液這樣的二次冷流體輸配給空氣處理機組的冷卻盤管。然而，直接膨脹與過量供液式冷卻盤管也一直應用于大溫差送風系統(tǒng)。
    在大溫差送風系統(tǒng)中，空氣處理機組尺寸的減小能影響到配置方案的選擇。在大溫差送風系統(tǒng)的情況下，服務于多樓層的大型機組可能是更實用些，因為它占地在面積較少，且穿越樓板的豎向風管的尺寸減小了。另一方面，采用大溫差送風系統(tǒng)的每層機組可以安裝在每一層的較小機房內。
    可以通過散流器直接向空調房間送風，或者可以利用誘導箱共患難風機為動力的混合箱來調和送風溫度。

3．房間冷負荷的確定
    對于大溫差送風系統(tǒng)的負荷計算特別重要的考慮，包括有：
•要把從送風機，混合箱風機及風管的得熱計算進去；
•要把由于滲透與通過圍護結構的濕擴散所可能增加的潛熱負荷計算進去。

4．通風換氣量的確定
    通風換氣要求按室內人數和房間用途確定。雖然在送風量中，新風的比例隨著冷風溫度的降低而提高，但是新風的數量要求通常不受送風溫度的影響。

5．送風溫度與送風量的選擇
    盡管設計送風溫度選擇受到許多限制，一般仍將在一個切實可行的可供選擇的范圍。設計者的任務是選擇使一次費用和運行費用最低，同時又滿足系統(tǒng)功能要求的送風溫度。
    房間冷負荷確定了房間送風溫差與送風量之乘積。采用較低送風溫度，所要求的送風量就較少，從而降低了送風設備的一次費用與運行費用。但是，冷量產生與傳熱損失費用增加了。