论文部分内容阅读
摘要：本文对济南某节能示范楼的变风量空调系统的舒适性问题进行调查分析。选取典型客房不同位置布置测点，得到不同测点不同时段的PMV值，分析对比得出变风量空调系统在节约能耗的前提下的舒适性良好，且离送风口比较近的区域舒适性更佳。
关键词：变风量空调系统 PMV 舒适性
0.引言
空调系统的能耗在建筑系统中占有很大比重，在资源日益匮乏的今天，降低空调系统的能耗是目前亟待解决的问题。变风量空调系统是全空气空调系统的一种空调方式，在实际运行当中，空调系统大不部分时间处于部分负荷运转，因此变风量系统由于处理风量的减少，降低了风机功率电耗以及制冷机的冷量所以节能状况较好[1]，能极大降低能耗，节约运营成本，故越来越得到推广应用。但随着生活水平的提高，人们对其生活环境舒适性的要求也越来越高，变风量系统能否在满足人们舒适度的前提下最大程度的降低能耗，节约成本成为我们首要关注的问题。
1.VAV系统原理
变风量空调系统是全空气空调系统的一种空调方式。其基本原理是向房间输送一定量经过处理的空气，以吸收室内的余热，余湿，使室内的温湿度，舒适度达到满意程度。同时向室内送入一定量新风，使室内空气品质，卫生要求达到标准。其基本计算公式为：
（1）
式中─送风量，；
─空调送分所要吸收的显然和全热余热，；
─空气密度，，可取=1.2；
─空气定压比热，可取=1.01；
─室内空气焓值和送风状态空气焓值；
─室内空气温度和送风温度，℃
由上式可以看出，当室内余热发生变化而又需使室内温度保持不变时，可将送风量固定，而改变送风温度，也可将送风温度固定，改变送风量以维持室内热湿平衡，后者这种空调系统就是变风量空调系统。其基本原理如图1所示，简单的说就是在每个房间的送风入口处装一个变风量末端装置，实际上是一个可以进行自动控制的风阀，以增大或减小送入室内的风量，从而实现对各个房间温度的单独控制[2]。
2.测试内容及室内测点布置
该节能示范楼采用一台HVA-I-06，一台HVA-I-10机组承担楼内房间负荷，房間均采用上送上回的送风方式，采用的送风口类型有双层百叶风口，尺寸为800×160；散流器，尺寸为类型Ⅰ200×200，类型Ⅱ300×300。其中HVA-I-06机组所承担的房间为三层东侧客房，HVA-I-10机组所承担的房间为地下一层的职工餐厅和厨房。对每个房间送风口处的风速进行逐时测量。
选取客房作为典型房间进行室内布点，客房尺寸为8m×3.9m×3.6m。在工作区（2m以下区域）布置测点，垂直方向分别在距离地面0.1m，1m，1.8m高度处以1m为间距布点，大约处于人静坐和站立的呼吸区范围；为了避免壁面辐射等作用的干扰，故距离壁面0.5m，开始进行布点。因此，对于客房每个垂直高度水平面布10个点，共计30个点。所选测试参数为影响人体舒适感的各种环境因素，包括空气温度，空气湿度，空气流速等。
3.热舒适度计算假设
人们对生活空间的舒适性是极为关注的，能耗的降低是不能以牺牲舒适性为代价的。“热舒适”是人体对热环境的主观热反应。美国供暖，制冷与空调工程师协会标准（ASHRAE Standard55-1992）中明确定义：热舒适是对热环境表示满意的状态[3]。选择对舒适感有影响的参数空气温度，空气湿度，空气流速进行逐时测量。根据GB 50019中对舒适性空调的要求，室内温度为22～28℃，室内相对湿度为40%～60%，室内空气流速≤0.3。从采集的数据来看，房间内所布测点的温湿度以及气流速度都达到了国标要求，说明变风量系统的舒适性是满足要求的。国际上通常采用PMV对室内热舒适环境进行综合评价。PMV指标[4]采用7级分度，如表1所示，PMV越接近0，则表明舒适度越好。
由于人的体质等各不相同，新陈代谢率等多种因素均存在差别，因此在计算热舒适时需要进行一些假设，假设条件如下：
①人员在空调房间内的活动状态为静坐休息时，新陈代谢率M=58。当从事轻体力活动时，新陈代谢率M=70。
②人员在夏季一般穿短衫，中长短裤。在空调房间内的衣着量几乎一样。取衣服热阻（）。
③当人体处于静坐休息或从事轻体力活动时，人体对外做功功率近似为W=0。PMV的求解公式如下：
（1）
（2）
服装表面平均温度可由下式求解:
（3）
对流换热系数与服装面积系数分别由公式（4）（5）给出
（4）
（5）
公式中符号的意义如下：
TL—单位皮肤面积的人体热负荷，；
M—单位皮肤面积的人体新陈代谢量，；
W—人体所做的机械功，；
—人体周围水蒸气分压力，;
—衣服热阻，；
—穿衣面积系数，由服装热阻决定；
—空气温度，℃；
—衣服外表面温度，℃；
—平均辐射温度，℃；
—对流换热系数，；
v—相对空气速度，
4.舒适性分析
将测试数据代入公式，所得结果分析如下：
（1）9、10、11时房间内不同测点的PMV值分布有差异，但各个测点的PMV值均分布在0~2
之间，说明热舒适性状况良好。
（2）虽然2、13、14时室外温度比较高，但房间内的热舒适性依然良好，保持在2以内，只
是比9、10、11时的PMV值略有升高，有几个测点达到了1.7.
（3）正午时间过去后，房间的PMV值略有回落，各测点又降到1.6以下。参照ISO 7730中PMV
指标的推荐值范围，PMV值处于＋2～－2之间都属于比较舒适的室内环境。
综上所述，变风量系统的舒适性状况良好，系统运行时间内所有测点的值都位于0～＋2之间，上下波动不算太大，且离送风口比较近的测点舒适性情况更好，基本在0～0.5范围内波动，优于其他测点。总体来说房间整体的舒适性符合要求。
5.结论
VAV系统在满足节约能耗，降低运营成本的前提下，能较好的保持房间舒适性，且受室外环境舒适度影响较小。系统运行时间内所有测点的值都位于0～＋2之间，上下波动不算太大，且离送风口比较近的测点舒适性情况更好，优于其他测点。在风口的布置时，可重点考虑与人活动位置的关系，从而更好的发挥其节约能耗的优势。总体来说房间整体的舒适性符合要求。这表明在全世界能源日益短缺的形势下，该项技术是适应当前需要的，有很好的推广应用前景。
参考文献：
[1]栾继春，魏晓真。某示范楼变风量系统的经济效益分析。山东建筑大学学报，2010，（6）：4。
[2]尹桂娟。变风量空调系统及其优势探讨。工程技术2009，（9）：47。
[3]ASHRAE ANSI/ASHRAE Standard 55-1992.Thermal environment conditions of human occupancy[S],Atlanta;American Society of heating,refrigerating and air conditioning engineers.Inc,1992.
[4]金招芬，朱颖心。建筑环境学[M]。北京：中国建筑工业出版社，2001
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：变风量空调系统 PMV 舒适性
0.引言
空调系统的能耗在建筑系统中占有很大比重，在资源日益匮乏的今天，降低空调系统的能耗是目前亟待解决的问题。变风量空调系统是全空气空调系统的一种空调方式，在实际运行当中，空调系统大不部分时间处于部分负荷运转，因此变风量系统由于处理风量的减少，降低了风机功率电耗以及制冷机的冷量所以节能状况较好[1]，能极大降低能耗，节约运营成本，故越来越得到推广应用。但随着生活水平的提高，人们对其生活环境舒适性的要求也越来越高，变风量系统能否在满足人们舒适度的前提下最大程度的降低能耗，节约成本成为我们首要关注的问题。
1.VAV系统原理
变风量空调系统是全空气空调系统的一种空调方式。其基本原理是向房间输送一定量经过处理的空气，以吸收室内的余热，余湿，使室内的温湿度，舒适度达到满意程度。同时向室内送入一定量新风，使室内空气品质，卫生要求达到标准。其基本计算公式为：
（1）
式中─送风量，；
─空调送分所要吸收的显然和全热余热，；
─空气密度，，可取=1.2；
─空气定压比热，可取=1.01；
─室内空气焓值和送风状态空气焓值；
─室内空气温度和送风温度，℃
由上式可以看出，当室内余热发生变化而又需使室内温度保持不变时，可将送风量固定，而改变送风温度，也可将送风温度固定，改变送风量以维持室内热湿平衡，后者这种空调系统就是变风量空调系统。其基本原理如图1所示，简单的说就是在每个房间的送风入口处装一个变风量末端装置，实际上是一个可以进行自动控制的风阀，以增大或减小送入室内的风量，从而实现对各个房间温度的单独控制[2]。
2.测试内容及室内测点布置
该节能示范楼采用一台HVA-I-06，一台HVA-I-10机组承担楼内房间负荷，房間均采用上送上回的送风方式，采用的送风口类型有双层百叶风口，尺寸为800×160；散流器，尺寸为类型Ⅰ200×200，类型Ⅱ300×300。其中HVA-I-06机组所承担的房间为三层东侧客房，HVA-I-10机组所承担的房间为地下一层的职工餐厅和厨房。对每个房间送风口处的风速进行逐时测量。
选取客房作为典型房间进行室内布点，客房尺寸为8m×3.9m×3.6m。在工作区（2m以下区域）布置测点，垂直方向分别在距离地面0.1m，1m，1.8m高度处以1m为间距布点，大约处于人静坐和站立的呼吸区范围；为了避免壁面辐射等作用的干扰，故距离壁面0.5m，开始进行布点。因此，对于客房每个垂直高度水平面布10个点，共计30个点。所选测试参数为影响人体舒适感的各种环境因素，包括空气温度，空气湿度，空气流速等。
3.热舒适度计算假设
人们对生活空间的舒适性是极为关注的，能耗的降低是不能以牺牲舒适性为代价的。“热舒适”是人体对热环境的主观热反应。美国供暖，制冷与空调工程师协会标准（ASHRAE Standard55-1992）中明确定义：热舒适是对热环境表示满意的状态[3]。选择对舒适感有影响的参数空气温度，空气湿度，空气流速进行逐时测量。根据GB 50019中对舒适性空调的要求，室内温度为22～28℃，室内相对湿度为40%～60%，室内空气流速≤0.3。从采集的数据来看，房间内所布测点的温湿度以及气流速度都达到了国标要求，说明变风量系统的舒适性是满足要求的。国际上通常采用PMV对室内热舒适环境进行综合评价。PMV指标[4]采用7级分度，如表1所示，PMV越接近0，则表明舒适度越好。
由于人的体质等各不相同，新陈代谢率等多种因素均存在差别，因此在计算热舒适时需要进行一些假设，假设条件如下：
①人员在空调房间内的活动状态为静坐休息时，新陈代谢率M=58。当从事轻体力活动时，新陈代谢率M=70。
②人员在夏季一般穿短衫，中长短裤。在空调房间内的衣着量几乎一样。取衣服热阻（）。
③当人体处于静坐休息或从事轻体力活动时，人体对外做功功率近似为W=0。PMV的求解公式如下：
（1）
（2）
服装表面平均温度可由下式求解:
（3）
对流换热系数与服装面积系数分别由公式（4）（5）给出
（4）
（5）
公式中符号的意义如下：
TL—单位皮肤面积的人体热负荷，；
M—单位皮肤面积的人体新陈代谢量，；
W—人体所做的机械功，；
—人体周围水蒸气分压力，;
—衣服热阻，；
—穿衣面积系数，由服装热阻决定；
—空气温度，℃；
—衣服外表面温度，℃；
—平均辐射温度，℃；
—对流换热系数，；
v—相对空气速度，
4.舒适性分析
将测试数据代入公式，所得结果分析如下：
（1）9、10、11时房间内不同测点的PMV值分布有差异，但各个测点的PMV值均分布在0~2
之间，说明热舒适性状况良好。
（2）虽然2、13、14时室外温度比较高，但房间内的热舒适性依然良好，保持在2以内，只
是比9、10、11时的PMV值略有升高，有几个测点达到了1.7.
（3）正午时间过去后，房间的PMV值略有回落，各测点又降到1.6以下。参照ISO 7730中PMV
指标的推荐值范围，PMV值处于＋2～－2之间都属于比较舒适的室内环境。
综上所述，变风量系统的舒适性状况良好，系统运行时间内所有测点的值都位于0～＋2之间，上下波动不算太大，且离送风口比较近的测点舒适性情况更好，基本在0～0.5范围内波动，优于其他测点。总体来说房间整体的舒适性符合要求。
5.结论
VAV系统在满足节约能耗，降低运营成本的前提下，能较好的保持房间舒适性，且受室外环境舒适度影响较小。系统运行时间内所有测点的值都位于0～＋2之间，上下波动不算太大，且离送风口比较近的测点舒适性情况更好，优于其他测点。在风口的布置时，可重点考虑与人活动位置的关系，从而更好的发挥其节约能耗的优势。总体来说房间整体的舒适性符合要求。这表明在全世界能源日益短缺的形势下，该项技术是适应当前需要的，有很好的推广应用前景。
参考文献：
[1]栾继春，魏晓真。某示范楼变风量系统的经济效益分析。山东建筑大学学报，2010，（6）：4。
[2]尹桂娟。变风量空调系统及其优势探讨。工程技术2009，（9）：47。
[3]ASHRAE ANSI/ASHRAE Standard 55-1992.Thermal environment conditions of human occupancy[S],Atlanta;American Society of heating,refrigerating and air conditioning engineers.Inc,1992.
[4]金招芬，朱颖心。建筑环境学[M]。北京：中国建筑工业出版社，2001
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。