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摘要：文章通过对独山子体育馆的空调设计实践，阐述了蒸发冷却空气处理机组及干工况风机盘管＋独立新风空调系统的原理和应用。提出了在干燥炎热地区的空调设计的另一方式。
关键词：独山子体育馆；蒸发冷却机组；空调系统
目前国际社会对能源需求的增长，能源价格不断的飙升。近几年我国的国民经济飞速增长，对能源的需求逐渐增多，国家对节约能源越来越重视，提出了“节约中国”的口号，要把我国建设成节约型社会。为了贯彻落实节约能源，保护环境的基本国策，我国先后颁布了并执行《民用建筑节能设计标准》JGJ 26-95及《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005。为贯彻落实《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005。我区建设厅制定颁布了《公共建筑节能设计标准－新疆维吾尔自治区实施细则》。
随着独山子地区的发展及全民健身运动的开展，独山子地区政府决定建一座体育馆供市民使用，体育场馆的初期投入费用和今后的运行管理费用成了不可回避的问题，提出了体育馆建成后应尽量满足以馆养馆的要求。这就给暖通设计如何在保证良好舒适环境的前提下，降低运行管理成本提出了要求。
从1995年起新疆地区开始使用蒸发冷却空气处理系统至今，经过不断的改进完善已可以做到多级蒸发冷却，同时已开发出间接蒸发冷水机组。从近几年的工程实践其在湿球温度不高的干燥地区（tws<23℃）时。夏季室内温度可达到tn=25 ℃，Фn=60%。冬季时由于有新风的补充，其COP值可达到4.5，标准有效温度SET=20 ℃。同时《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003规定：“空气的冷却应根据不同的条件和要求，分别采用以下处理方式：1。循环水蒸发冷却；2。江水、湖水、地下水等天然冷源冷却；3。采用蒸发冷却和天然冷源等自然冷却方式达不到要求时，应采用人工冷源冷却。”综上所述，經过综合考虑分析：独山子体育馆暖通设计采用主体育场馆采用：三级间接蒸发冷却机组制冷。附属用房部分采用：干工况风机盘管＋独立新风空调系统。可见只要条件许可，循环水蒸发冷却是空气处理的优选方式。
以下对这项工程进行阐述。
一、工程概况
该体育场馆位于克拉玛依市独山子区，总建筑面积16772m2。建筑总高35.03米。本工程主体比赛馆一层，训练馆二层，附属用房三层。主比赛场空调机房设在一层，附属用房空调机房设在地下一层，间接蒸发冷水机组设在室外。
二、主要设计计算参数
（一）室外空气设计参数
独山子地区：夏季：夏季空调室外计算干球温度：twd=34.0℃；夏季空调室外计算湿球温度：t湿=19.7℃；相对湿度：28%；空气焓值：59KJ/Kg干空气；室外平均风速3.5m/s；风向SW；大气压力931.3hPa。
冬季：冬季空调室外计算干球温度：twd=-26℃；相对湿度：80%； 室外平均风速1.6m/s；风向W；大气压力947.2hPa。
（二）室内空气设计参数：
夏季：夏季空调室内计算干球温度：tn=26~28℃；相对湿度：<65%；室外平均速度0.2~0.5m/s。
冬季：冬季空调室内计算干球温度：twd=16~18℃；相对湿度：50~35%；室外平均风速<0.2m/s。
三、空调系统的设计：
（一）比赛馆、训练馆空调系统设计
1．夏季空调设计及分析。综合前言所述原因和独山子地区夏季空调室外计算湿球温度：twd=19.7℃，本工程的比赛馆、训练馆空调系统设计采用全空气系统，送风空调机组选用三级蒸发冷却空调机组。夏季排风由屋顶风机排出。
三级蒸发冷却空调机组由七段组成：新风、回风混合段（含新风预热段）、初效过滤段、冬季加热段、夏季表冷段（一级）、板翅式间接蒸发冷却段（二级）、直接蒸发冷却段（三级）、送风段组成。（如图一所示）
三级蒸发冷却空调机的制冷过程（图二），W-1为表冷段（一级），1－2为间接蒸发冷却段（二级），在一级、二级两个空气处理过程中，空气空气不与水直接接触，空气温度降低但含湿量不变，此过程为等湿冷却过程。2－O为直接蒸发冷却段（三级），空气与水直接接触，此过程为绝热加湿过程。以下为送风量的计算过程。
W-1为表冷段（按冷却效率为50%计算）：
表冷器（一级） 出口的出风温度：t1=tw-（tw-t湿）xE1=26.85℃，
因此过程是等湿冷却，含湿量不变d=9.9g/Kg干空气，查i-d图：焓值i1=52KJ/Kg干空气，t湿1=17.6℃。
1-2为间接蒸发冷却段（按冷却效率为70%计算）：
间接蒸发冷却段（二级）的出风温度：t2=t1-（t1-t湿1）xE2=20.4℃，因此过程是等湿冷却，含湿量不变d=9.9g/Kg干空气，查i-d图：焓值i2=45.6KJ/Kg干空气，t湿2=15.4℃。
2-O为直接蒸发冷却段（按冷却效率为90%计算）：
直接蒸发冷却段（三级）的出风温度：t0=t2-（t2-t湿2）xE3=15.9℃，因此过程是绝热加湿，焓值不变iO=45.6KJ/Kg干空气，查i-d图：含湿量d=11.7g/Kg干空气， 相对湿度95%。
根据热湿比ε＝7100，室内温度26℃，查i-d图：室内焓iN=59KJ/Kg干空气， 相对湿度56%，满足室内要求。
送风量的计算：根据热平衡方程式L=3600*Q/（in-io）*p。其中空调冷负荷Q=930KW， 室内焓iN=59KJ/Kg， 送风焓iO=45.6KJ/Kg，空气密度p=1.2m3/h。得出L=210000m3/h。机组选用三台，每台设计风量75000m3/h。
2．冬季空调设计及分析。本工程比赛馆、训练馆冬季采用一次回风系统，为了使混合点C不落在有雾区，机组设置了新风预热段将新风预热至5℃。此过程是等湿加热，冬季按显热计算，总风量210000m3/h不变，室内温度取20℃。总热负荷为570KW，则经计算送风温差为8℃。
体育馆所需新风量为60000 m3/h，新风比取30％。实际新风量为63000 m3/h，则新风预热段热量为640KW。加热新风所需热量320KW，空调机组所需总热量为890KW。
（二）附属用房空调系统设计
1．夏季空调设计及分析。因为本工程附属用房分布分散，使用时间灵活，同时根据i-d图，附属用房夏季要求房间室内温度为26℃，相对湿度55%时，室内含湿量12.8g/Kg干空气，此时的露点温度为14.7℃。由图二可知，室外空气经过三级蒸发冷却机组处理后，送风含湿量11.7g/Kg干空气，送风温度15.9℃。综合以上原因本工程附属用房采用了干工况风机盘管＋独立新风系统。
由上述分析可知，室内的露点温度为14.7℃。考虑到盘管的热阻影响，系统的安全性，一般风机盘管的进水温度应比室内露点温度高1～2℃，因此取风机盘管的进水温度16℃时可以认为风机盘管在干工况下运行。同时为了利用独山子地区的湿球温度较低的条件，本工程利用了间接蒸发冷水机组来获取干工况风机盘管所需的冷水。冷水供水温度16℃，回水温度为21℃。
室外空气经过三级蒸发冷却机组处理后的含湿量小于室内含湿量，依靠低靠新风系统就可以消除余湿。同时新风的送风温度为15.9℃，也可承担部分显热负荷。由于提高了风机盘管的进水温度，在消除相同余热的情况下风机盘管的换热面积有所增大，即提高了风机盘管的选用型号，风机盘管过多影响到房间的美观，同时增大了维修量，为了解决此问题本设计中独立新风系统也承担了一部分空调显热负荷，经计算比较本工程独立新风系统承担了45％空调显热负荷，干工况风机盘管承担了55％空调显热负荷。这样即可以提高空气品质也可减少风机盘管所带负荷，减少投资。其处理过程如图三。
2．冬季采暖设计及分析。根据《公共建筑节能标准》GB50189-2005，独山子地区属于严寒A区。本工程设置了散热器采暖。因此本工程附属用房冬季采用散热器采暖加新风系统。新风系统用夏季的独立新风系统承担。其新风量同夏季新风量为15000 m3/h。利用散热器采暖使房间温度保持在16~18℃。
四、总结
该工程的设计考虑到当地的气象条件，在保证室内满足舒适、健康的前提下采用了间接蒸发冷却空气处理方式，做到减少一次投资，减少运行费用。响应了国家提出的建设节约型社会的号召。
参考文献
[1]薛殿华．空气调节．清华大学出版社．
[2]陆亚俊．暖通空调．中国建筑工业出版社．
[3]杨昌智，刘光大，李念平．暖通空调工程设计方法与系统分析．中国建筑工业出版社
[4]陆耀庆．实用供热空调设计手册．中国建筑工业出版社．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：独山子体育馆；蒸发冷却机组；空调系统
目前国际社会对能源需求的增长，能源价格不断的飙升。近几年我国的国民经济飞速增长，对能源的需求逐渐增多，国家对节约能源越来越重视，提出了“节约中国”的口号，要把我国建设成节约型社会。为了贯彻落实节约能源，保护环境的基本国策，我国先后颁布了并执行《民用建筑节能设计标准》JGJ 26-95及《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005。为贯彻落实《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005。我区建设厅制定颁布了《公共建筑节能设计标准－新疆维吾尔自治区实施细则》。
随着独山子地区的发展及全民健身运动的开展，独山子地区政府决定建一座体育馆供市民使用，体育场馆的初期投入费用和今后的运行管理费用成了不可回避的问题，提出了体育馆建成后应尽量满足以馆养馆的要求。这就给暖通设计如何在保证良好舒适环境的前提下，降低运行管理成本提出了要求。
从1995年起新疆地区开始使用蒸发冷却空气处理系统至今，经过不断的改进完善已可以做到多级蒸发冷却，同时已开发出间接蒸发冷水机组。从近几年的工程实践其在湿球温度不高的干燥地区（tws<23℃）时。夏季室内温度可达到tn=25 ℃，Фn=60%。冬季时由于有新风的补充，其COP值可达到4.5，标准有效温度SET=20 ℃。同时《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003规定：“空气的冷却应根据不同的条件和要求，分别采用以下处理方式：1。循环水蒸发冷却；2。江水、湖水、地下水等天然冷源冷却；3。采用蒸发冷却和天然冷源等自然冷却方式达不到要求时，应采用人工冷源冷却。”综上所述，經过综合考虑分析：独山子体育馆暖通设计采用主体育场馆采用：三级间接蒸发冷却机组制冷。附属用房部分采用：干工况风机盘管＋独立新风空调系统。可见只要条件许可，循环水蒸发冷却是空气处理的优选方式。
以下对这项工程进行阐述。
一、工程概况
该体育场馆位于克拉玛依市独山子区，总建筑面积16772m2。建筑总高35.03米。本工程主体比赛馆一层，训练馆二层，附属用房三层。主比赛场空调机房设在一层，附属用房空调机房设在地下一层，间接蒸发冷水机组设在室外。
二、主要设计计算参数
（一）室外空气设计参数
独山子地区：夏季：夏季空调室外计算干球温度：twd=34.0℃；夏季空调室外计算湿球温度：t湿=19.7℃；相对湿度：28%；空气焓值：59KJ/Kg干空气；室外平均风速3.5m/s；风向SW；大气压力931.3hPa。
冬季：冬季空调室外计算干球温度：twd=-26℃；相对湿度：80%； 室外平均风速1.6m/s；风向W；大气压力947.2hPa。
（二）室内空气设计参数：
夏季：夏季空调室内计算干球温度：tn=26~28℃；相对湿度：<65%；室外平均速度0.2~0.5m/s。
冬季：冬季空调室内计算干球温度：twd=16~18℃；相对湿度：50~35%；室外平均风速<0.2m/s。
三、空调系统的设计：
（一）比赛馆、训练馆空调系统设计
1．夏季空调设计及分析。综合前言所述原因和独山子地区夏季空调室外计算湿球温度：twd=19.7℃，本工程的比赛馆、训练馆空调系统设计采用全空气系统，送风空调机组选用三级蒸发冷却空调机组。夏季排风由屋顶风机排出。
三级蒸发冷却空调机组由七段组成：新风、回风混合段（含新风预热段）、初效过滤段、冬季加热段、夏季表冷段（一级）、板翅式间接蒸发冷却段（二级）、直接蒸发冷却段（三级）、送风段组成。（如图一所示）
三级蒸发冷却空调机的制冷过程（图二），W-1为表冷段（一级），1－2为间接蒸发冷却段（二级），在一级、二级两个空气处理过程中，空气空气不与水直接接触，空气温度降低但含湿量不变，此过程为等湿冷却过程。2－O为直接蒸发冷却段（三级），空气与水直接接触，此过程为绝热加湿过程。以下为送风量的计算过程。
W-1为表冷段（按冷却效率为50%计算）：
表冷器（一级） 出口的出风温度：t1=tw-（tw-t湿）xE1=26.85℃，
因此过程是等湿冷却，含湿量不变d=9.9g/Kg干空气，查i-d图：焓值i1=52KJ/Kg干空气，t湿1=17.6℃。
1-2为间接蒸发冷却段（按冷却效率为70%计算）：
间接蒸发冷却段（二级）的出风温度：t2=t1-（t1-t湿1）xE2=20.4℃，因此过程是等湿冷却，含湿量不变d=9.9g/Kg干空气，查i-d图：焓值i2=45.6KJ/Kg干空气，t湿2=15.4℃。
2-O为直接蒸发冷却段（按冷却效率为90%计算）：
直接蒸发冷却段（三级）的出风温度：t0=t2-（t2-t湿2）xE3=15.9℃，因此过程是绝热加湿，焓值不变iO=45.6KJ/Kg干空气，查i-d图：含湿量d=11.7g/Kg干空气， 相对湿度95%。
根据热湿比ε＝7100，室内温度26℃，查i-d图：室内焓iN=59KJ/Kg干空气， 相对湿度56%，满足室内要求。
送风量的计算：根据热平衡方程式L=3600*Q/（in-io）*p。其中空调冷负荷Q=930KW， 室内焓iN=59KJ/Kg， 送风焓iO=45.6KJ/Kg，空气密度p=1.2m3/h。得出L=210000m3/h。机组选用三台，每台设计风量75000m3/h。
2．冬季空调设计及分析。本工程比赛馆、训练馆冬季采用一次回风系统，为了使混合点C不落在有雾区，机组设置了新风预热段将新风预热至5℃。此过程是等湿加热，冬季按显热计算，总风量210000m3/h不变，室内温度取20℃。总热负荷为570KW，则经计算送风温差为8℃。
体育馆所需新风量为60000 m3/h，新风比取30％。实际新风量为63000 m3/h，则新风预热段热量为640KW。加热新风所需热量320KW，空调机组所需总热量为890KW。
（二）附属用房空调系统设计
1．夏季空调设计及分析。因为本工程附属用房分布分散，使用时间灵活，同时根据i-d图，附属用房夏季要求房间室内温度为26℃，相对湿度55%时，室内含湿量12.8g/Kg干空气，此时的露点温度为14.7℃。由图二可知，室外空气经过三级蒸发冷却机组处理后，送风含湿量11.7g/Kg干空气，送风温度15.9℃。综合以上原因本工程附属用房采用了干工况风机盘管＋独立新风系统。
由上述分析可知，室内的露点温度为14.7℃。考虑到盘管的热阻影响，系统的安全性，一般风机盘管的进水温度应比室内露点温度高1～2℃，因此取风机盘管的进水温度16℃时可以认为风机盘管在干工况下运行。同时为了利用独山子地区的湿球温度较低的条件，本工程利用了间接蒸发冷水机组来获取干工况风机盘管所需的冷水。冷水供水温度16℃，回水温度为21℃。
室外空气经过三级蒸发冷却机组处理后的含湿量小于室内含湿量，依靠低靠新风系统就可以消除余湿。同时新风的送风温度为15.9℃，也可承担部分显热负荷。由于提高了风机盘管的进水温度，在消除相同余热的情况下风机盘管的换热面积有所增大，即提高了风机盘管的选用型号，风机盘管过多影响到房间的美观，同时增大了维修量，为了解决此问题本设计中独立新风系统也承担了一部分空调显热负荷，经计算比较本工程独立新风系统承担了45％空调显热负荷，干工况风机盘管承担了55％空调显热负荷。这样即可以提高空气品质也可减少风机盘管所带负荷，减少投资。其处理过程如图三。
2．冬季采暖设计及分析。根据《公共建筑节能标准》GB50189-2005，独山子地区属于严寒A区。本工程设置了散热器采暖。因此本工程附属用房冬季采用散热器采暖加新风系统。新风系统用夏季的独立新风系统承担。其新风量同夏季新风量为15000 m3/h。利用散热器采暖使房间温度保持在16~18℃。
四、总结
该工程的设计考虑到当地的气象条件，在保证室内满足舒适、健康的前提下采用了间接蒸发冷却空气处理方式，做到减少一次投资，减少运行费用。响应了国家提出的建设节约型社会的号召。
参考文献
[1]薛殿华．空气调节．清华大学出版社．
[2]陆亚俊．暖通空调．中国建筑工业出版社．
[3]杨昌智，刘光大，李念平．暖通空调工程设计方法与系统分析．中国建筑工业出版社
[4]陆耀庆．实用供热空调设计手册．中国建筑工业出版社．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。