福建地区内区房间冬季新风供冷设计研究

陈建胜

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

地下建筑或者一些体量较大的地上建筑内区房间，在过渡季甚至冬季都存在供冷需求。我国地域辽阔，各地域四季温差较大，为了节约能源，对于此类建筑，在冬季或过渡季应充分利用室外新风降温；当技术经济分析合理时，也可利用冷却塔进行供冷[1]。

南方地区过渡季节室外湿球温度较高，冷却塔出水温度高，一般不适合利用冷却塔供冷；冬季室外干球温度和湿球温度低的地区，室外新风作为冷源或利用冷却塔供冷均有可能满足供冷需求。基于此，本文拟通过理论分析，探讨福建省各地区空调通风系统在冬季适当加大新风量，以满足内区房间供冷需求的可行性。

1 冬季新风供冷室外计算参数的确定

冬季利用室外新风消除室内余热余湿时，应采用冬季通风室外计算温度而非空调室外计算温度。冬季通风室外计算相对湿度的取值，规范并无相关规定，笔者认为，可采用冬季空调室外计算相对湿度(累年最冷月平均相对湿度)。

2 内区房间冬季供冷室内计算温度范围的确定

现有规范未明确冬季供冷时室内计算温度的取值。

《北京地区冷却塔供冷设计指南》提出：内区办公可取24～25 ℃，内区商场可取22～23 ℃。

冬季热舒适度(-1≤PMV≤1)对应的温度范围为18～28.4 ℃，基于节能的原则，冬季供暖温度选择偏冷(-1≤PMV≤0)取18～24℃[2]。笔者认为：同理，冬季供冷时，基于节能的原则，室内温度宜尽量选择偏热(0≤PMV≤1),可取22～26℃。

3 送风温度的确定

舒适性空调系统的送风温差不宜大于10 ℃；有低温冷媒可利用时，宜采用低温送风空调系统；送风口表面温度应高于室内露点温度[2]。可见，可采用低温送风，考虑安全因素，送风温度宜高于室内露点温度1 ℃。

为了充分利用新风冷源，减少送风量，节约能源，送风温度应尽量采用通风室外计算温度并应高于室内空气露点温度1℃。

4 室内热湿负荷计算

内区房间一般无外围护结构，其热负荷包括人体显热及潜热、灯光及电器设备散热，在没有加湿或其它散湿时，室内的湿负荷即人体散湿量。

Qx=ql+a×qp+qe

(1)

Qx为单位面积显热冷负荷， W/m2;

ql为单位面积灯光显热冷负荷，W/m2;

qp为一名成年男子的显热冷负荷，W/pe；

a为人员密度，pe/m2，普通办公室可取0.17pe/m2,商场可取0.25pe/m2;

qe为单位面积设备散热冷负荷，W/m2；办公室的设备散热主要为电脑散热，每台计算机及其屏幕的散热量可分别按75W、80W计算。商场的设备散热可按《公共建筑节能设计标准》取值。

ε为室内空气热湿比，kJ/kg;

Q为室内余热，kW；W为室内湿负荷，kg/s。

表1列出了办公及商场在各种室内温度下的热湿负荷。

表1 办公及商场在各种室内温度下的热湿负荷表

由表1可见：室内温度降低时，人体显热增大，人体潜热及散湿量减少，室内余热基本保持不变，室内热湿比增大；商场设备散热较小，室内显热略小于办公室内显热，室内余热比办公大5%～25%，人体潜热及散湿量比办公大1.5倍，室内热湿比值大约是办公的40%～50%。

5 室内空气露点温度及室内计算温度的确定

如图1所示，室外状态点W即送风状态点，经过W点画出各室内计算温度下的热湿比线ε交于其对应的温度线，可得到室内状态点N，经过点N沿等湿线画直线交于100%的相对湿度线即可得露点L。

图1 新风供冷焓湿图

当送风状态点W一定时，室内温度越低，ε越大，室内空气相对湿度越小，其露点温度越低，室内空气更不易结露。当tW-tL<1时，可在热舒适度(-1≤PMV≤1)对应的温度范围内适当降低室内温度，减小室内空气露点温度，以使tW-tL≥1，达到利用室外新风降温的目的，但降低室内温度取值将造成送风量变大，因此室内温度不宜低于下限值22 ℃。

如图2所示，粗虚线为办公的热湿比线，粗实线为商场的热湿比线。商场的热湿比小于办公热湿比，热湿比线向右倾斜，在送风状态点及室内温度一定时，商场的室内空气相对湿度及露点温度更高，更易产生结露。因此，当新风直接送入室内供冷，且未对室内空气加湿或减湿处理的情况下，商场室内温度取值应比办公室内温度更低。

图2 办公及商场新风供冷焓湿图

以厦门为例：冬季室外通风计算温度tW=12.5℃，当办公室内计算温度取26℃时，室内空气露点温度tL=11.9℃，送风温度高于室内露点温度但不满足tW-tL≥1；室内温度取值为24℃时，tL1=11.1℃，满足tW-tL1≥1，即冬季办公室内温度取24℃时，可直接利用室外新风供冷。

同样以厦门为例：当商场室内温度取值降至19℃时，tL4=11.3℃，才满足tW-tL4≥1，此时送风温差为19-12.5=6.5℃。可见利用新风直接供冷时，商场室内计算温度应低于办公室内计算温度。

各地区室内空气露点温度计算结果见表2。

表2 各地区各种室内计算温度下露点温度

6 风量计算

L为消除室内显热，单位面积所需的新风量m3/(h·m2)；

c为空气比热容，取1010J/(kg·℃) ；

ρ为空气密度，取1.2kg/m3；

tn为室内计算温度，ts为新风送风温度，℃。

把c及ρ值代入式2，得:

表3列出了福建各地区利用室外新风供冷的送风量。

表3 各地区利用室外新风供冷送风量

由表2～表3可见，漳州、厦门、龙岩、福州、南平内区办公用房冬季室内温度在22～26℃时，室内空气露点温度低于室外通风计算温度1℃，可直接利用室外新风供冷，送风量为空调新风量的1.8～2.4倍；三明、宁德由于室外新风温度低，室温降至18℃仍不满足室内空气露点温度低于室外通风计算温度1℃，室外新风不能直接送入办公室内。

漳州、厦门、龙岩、福州内区商场冬季如直接利用室外新风供冷，室内温度在19～20℃之间，送风量大，为空调新风量的3.4～4.6倍；南平、三明、宁德如直接利用室外新风送入内区商场，室温降至18℃仍不满足室内空气露点温度低于室外通风计算温度1℃。

当室内温度低于热舒适度0≤PMV≤1的下限值，将造成人员不适，且送风温差小，送风量大，风管尺寸偏大，输送能耗增加。

为避免结露及上述问题，可适当提高送风温度，对新风进行预热或新风与部分室内空气混合。

7 新风预热及新风与部分室内空气混合

如图3所示，室外新风点W沿等湿线加热至W1点，经W1点画各室内计算温度下的热湿比线与相应的温度线相交即得到室内状态点。当tw1=15℃时，室内温度tN3=24℃对应的露点温度tL3=13.8℃，tW1-tL3>1，送风不结露，此时送风温差为24-15=9℃。预热新风需额外增加能耗，而送风温差变大，送风量及风机能耗减小。此方法需增加热源，系统较复杂，是否节能需综合比较加热能耗及风机能耗后确定。

图3 新风预热焓湿图

如图4所示，新风W与部分室内空气N混合至点C，使其高于室内露点温度1℃。绘出干球温度线tC=tL+1，与相应的室内温度下的热湿比线相交于点C，即为混合状态点。当tN=26℃时，tC=17.8℃；tN1=24℃时，tC1=15.9℃；tN2=22℃时，tC2=14.3℃；送风温差均约为8℃。此方法送风温差比直接送风时的6.5℃更大，风量更小；而且不需任何热源，简便可行，仅需把原有的新排风管路进行局部连接即可实现(图5)，但应注意将新排风机房临近设置以便新排风旁通管连接。

图4 新回风混合焓湿图

图5 新回风混合平面图

也有文献提出将新风接入风机盘管出风管，冬季开启风机盘管，新风与回风混合后送入室内。但风机盘管的运行与否及风速档位对空调新风量有较大影响。因此，笔者不建议此种做法。

根据能量守恒原理，不同状态的空气混合时：

GW×hW+(G-GW)×hN=G×hC

(5)

如图6，△CNA与△WNB相似，依三角形相似原理:

图6 新回风混合计算图

联合式(6)、(7)可得：

GW、G分别为新风量、总送风量；hC、hN、hW分别为混合点C、室内点N、室外点W的焓值；CN、WN为焓湿图上线段的长度。

根据式(8)和焓湿图， 可求得混合过程的新风量与总送风量，见表4。

表4 新风与部分室内空气混合的风量计算

但应特别注意：当新风温度较低时，混合的新风量较小，可能不满足最小新风量要求，此时只能利用额外热源进行预热。当混合线穿过100%相对湿度线(即穿过结雾区)时，也应将室外新风预热后再送入室内。

8 结论

(1)冬季新风供冷室外计算温度应按通风室外计算温度，室外计算相对湿度可按冬季空调室外计算相对湿度。

(2)冬季供冷室内计算温度宜取22～26℃，具体温度取值应根据各室内温度下的热湿负荷及利用焓湿图进行计算比较，以室内空气露点温度低于送风温度1℃及尽量按计算温度范围的上限取值，以尽量节能为原则。

(3)商场内散湿量大，湿度大，室内空气露点比办公室低，更易结露，因此，当不对新风进行任何处理而直接送风时，商场室内计算温度应低于办公室内计算温度。

(4)福建省除三明、宁德地区外，内区办公用房冬季均可直接利用室外新风供冷，室内温度为22～26℃，送风量为空调新风量的1.8～2.4倍。三明、宁德地区室外新风需与部分室内空气混合后或预热后方可送入，混合后总送风量为空调新风量的1.6～2.1倍。

(5)福建省内各地区内区商场冬季均不宜利用室外新风直接供冷，应与部分室内空气混合后送入室内，混合后总送风量为空调新风量的2.6～3.5倍，新风量为空调新风量的1.2～3.1倍。