全新风机械通风在重庆地区的应用

摘 要

摘要：在对实际建筑空调系统运行调研的基础上，对重庆地区过渡季节分别采用自然通风、机械通风、空调模式下的设备功耗和室内舒适度进行了实验对比。在过渡季节，采用全新风运行的
摘要：在对实际建筑空调系统运行调研的基础上，对重庆地区过渡季节分别采用自然通风、机械通风、空调模式下的设备功耗和室内舒适度进行了实验对比。在过渡季节，采用全新风运行的机械通风模式，室内舒适度最优，设备功耗仅为空调模式的15%左右。
关键词：机械通风；设备功耗；室内舒适度；全新风
    通风可以有效改善室内热湿环境，提高室内舒适度，从而有效缩短空调时间，进而实现建筑节能。特别是在过渡季节采用全新风运行，消除室内余热，又不需要开启制冷系统，不仅满足了热舒适要求，还有效降低了空调系统的能耗[1～10]。目前，集中空调系统基本上进行了过渡季节全新风运行的系统设计和状态转换设计，然而在实际运行中，真正进行全新风运行的却屈指可数。那么，是这种运行方式不能满足室内舒适度要求，还是节能效果有限，本文将这一问题数据化，分析采用全新风运行的节能效果及对室内热环境的影响。
1 运行管理现状
    为了解重庆市公共建筑空调系统的运行管理现状，我们于2009年6月、7月分别开展了重庆市办公、商场、酒店建筑空调系统运行管理现状调研，包括办公建筑37幢、商场建筑32幢、酒店建筑8幢。
    对于37幢办公建筑，有27幢建筑的空调系统安装了手动新风调节阀，有6幢建筑安装了电动新风调节阀。在安装新风调节阀的空调系统中，有14幢建筑空调系统在过渡季节采用全新风运行，其余建筑的新风系统处于无人管理和维护的状态。
    对于32幢商场建筑，有20幢建筑的空调系统安装了手动新风调节阀，有6幢建筑的空调系统安装了电动新风调节阀，而其他6幢建筑空调系统的运行人员对是否安装了新风调节阀缺乏了解。在安装新风调节阀的空调系统中，只有9幢建筑空调系统的运行人员根据气象条件对新风量进行调节，另外17幢建筑空调系统的新风调节阀相对开度常年不变。
    对于8幢酒店建筑，有5幢建筑空调系统安装了手动新风调节阀，另外3幢建筑的空调系统安装了电动新风调节阀。在实际运行中，只有2幢建筑的空调系统分别采用手动、电动新风调节阀对新风量进行调节。
    由此可见，在重庆地区，充分利用新风运行降低公共建筑空调系统能耗的运行方式并未得到很好贯彻与执行。
2 实验方案
   ① 实验平台
为了对比过渡季节在分别采用空调、机械通风、自然通风模式下的室内舒适度和设备功耗，建立了实验平台，实验平台的布置见图1。
 

   实验房间长×宽为4.8m×2.8m，房间净高为3m。安装一台制冷量为3.5kW、制热量为4.0kW、额定风量为600m3/h的空调机组，采用一次回风系统。为满足通风需求，安装了一台风量为1010m3/h加压风机，可保证实验房间最大换气次数为25次/h。
    室内温度采用高精度水银温度计进行测量，测量范围为0～50℃，分度值为0.1℃，相对误差范围为±2%。相对湿度采用毛发湿度计进行测量，测量范围为0～100%，分度值为1%，误差范围为±5%。风速采用热线风速仪进行测量，测量范围为0～20m/s，在风速为0～2m/s范围内其相对误差范围为±5%。风量采用风量罩进行测量，测量范围为42～4250m3/h，误差范围为±1m3/h。设备功率的测量分别采用测量范围0～300V、0～2.5A、精度等级0.5级的单相功率表和测量范围0～600V、0～1A、精度等级1级的三相功率表。测试前，按照文献[11～14]的要求对实验房间进行了测点布置。
   ② 实验方案
   为了对比实验房间在空调、机械通风、自然通风模式下的室内舒适度和设备功耗，在室外气象条件接近的情况下分别进行3种模式的实验。于2009年6月15日、17日、18日分别进行了空调、机械通风、自然通风模式的实验。
    在实验过程中，室外气象条件比较接近，最高气温为27.1～30.4℃，最低气温为25.8～26.3℃，平均气温为26.3～28.8℃。相对湿度最大值为88.7%～96.0%，最小值为81.6%～83.0%，平均值为85.4%～86.7%。测试时间为9:00～12:30、14:30～18:00，每0.5h读取一次室内热环境参数，每10min读取一次功率值。机械通风模式为开启加压风机，打开新风调节阀，关闭回风调节阀。空调模式是开启空调器，设定送风温度为26℃，开启加压风机，并开启新风、回风调节阀。
3 设备功耗和室内舒适度分析
    将测试数据进行整理，对3种模式下的设备功耗进行对比。采用PPD(预期不满意百分率)、PMV(预期平均评价)，对室内舒适度进行评价。
   ① 设备功耗
   在空调模式下，工作设备主要有空调压缩机、空调风机、加压风机。在实验过程中，测试开始后0.5h系统进入稳定阶段，采用功率表测试这3个设备的功率。上下午时段空调压缩机功率的测试数据分别见图2、3。由图2、3可知，在上午时段，压缩机的最大功率达到180W，最小功率为160W。在下午时段，最大功率达到了200W，其余时段保持在180W。
    空调风机、加压风机在运行过程中的功率比较稳定，无论是上午还是下午时段，功率都分别稳定在45W、40W，都远低于空调压缩机的功率。综合这3个设备功率的测试数据，空调模式下设备平均功耗为263.9W，主要的功率消耗来自于空调压缩机，占整体功率消耗的67.8%，空调风机、加压风机的功耗分别占17.0%、15.2%。
    在机械通风模式下，功耗仅来自于加压风机，通过功率表对加压风机功率的测量，得出了上下午时段加压风机功率随时间的变化。在运行过程中，加压风机的功率一直稳定在40W。
 

    上下午两个时段空调、机械通风模式下的设备功耗随时间的变化见图4、5。由图4、5可知，对于空调模式，上午时段设备功耗的平均值为259.7W，下午时段的平均值为268.2W。对于机械通风模式，整个时段的平均设备功耗为40W。由此可知，机械通风模式下的设备功耗远小于空调模式，仅为后者的15%左右。
 

    ② 室内舒适度
    为全面评价室内舒适度，将测试参数输入到文献[15]的PMV、PPD程序中进行计算。对比出不同模式下，室内的PMV、PPD值的差别，从而判别3种模式对室内舒适度的影响。计算时，根据测试数据和环境状态，分别对人体能量代谢率、人体所做机械功、室内人员衣着、热环境参数进行了选取[15]。
    整个时段3种模式下的PPD值随时间的变化见图6。由图6可知，自然通风模式下PPD值在下午时段达到20.3%；机械通风模式下除个别时刻外，大部分时间PPD值都在10%以下；空调模式下的PPD值高达80%以上。由此说明，在重庆地区过渡季节开启空调并没有给室内创造令人满意的热环境。
 

   整个时段3种模式下的PMV值随时间的变化见图7。由图7可知，3种模式的PMV值差别较为显著，自然通风模式下PMV值在0.5以上；空调模式下达到-2.0以下，偏离最佳热舒适度的程度很大；采用机械通风模式，上午时段的PMV平均值为-0.53，下午时段约为0，比上午时段更加接近最优热舒适度。
   IS0 7730[16]对PMV-PPD指标的推荐值为：PPD＜10%，即PMV为-0.5～0.5，相当于允许有10%的人感觉不满意。在3种模式中，机械通风模式是最为舒适的。
    结合PPD、PMV值计算结果，空调模式下的PPD值高达80%以上，PMV值达到-2.0以下。根据实测数据，空调模式下室内干球温度在23℃以下，风速高达1.20m/s，较低的温度和强烈的吹风感导致了PPD值较高。
   机械通风与自然通风模式相比，室内干球温度和相对湿度并无太大的差别。但是在机械通风模式下，室内平均风速在0.5m/s左右，引起室内空气的扰动，形成良好的空气循环，有利于热量的排出，PPD值低于10%。而在自然通风模式下，空气基本不流动，导致PPD值在下午时段达到20.3%。
   相比其他两种模式，采用全新风运行的机械通风模式既节约了能量，又带来了最为舒适的热环境，因此在重庆地区过渡季节采用这种运行模式是值得大力推行的。
4 结论
   ① 在重庆地区过渡季节采用全新风运行的机械通风模式是最为舒适的，在下午时段对室内热环境的改善程度更为显著。
   ② 机械通风模式的设备功耗是空调模式的15%左右。
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(本文作者：丁勇 苏莹莹 李百战 张立文 重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆 400045)