关于建筑物内区空调方式的比较随着我国经济的发展, 在大中城市出现了许多大型建筑物如写字楼、商场、超市、航站楼、候车楼等。

这些建筑的共同特征是有较大面积的内区。

采暖通风与空气调节设计规范规定此类建筑物的内外区宜分设空调系统。

1.有内区建筑物未按内外分区设置空调系统的后果理论分析与实测表明, 在有内区的建筑物内未按内外区分设空调系统将产生如下不良后果:a) 无法满足环境舒适度的要求。

由于内区与外区空调负荷特性存在差别, 那些对内区与外区不作系统划分, 采用同一送风参数的做法, 势必造成满足其中一个分区而无法满足另外一个分区的后果。

这种现象在冬季与过渡季节尤其明显。

在冬季与部分过渡季节, 外区受外围护结构传热的影响, 一般需要供热, 而内区基本不受外围护结构的影响, 其负荷主要为灯光、设备、人体的散热构成的冷负荷, 所以需要供冷。

如果只是按外区的需要全面供热风, 势必造成内区过热, 使建筑物水平方向上冷热不均。

当内区有中庭等敞开空间时, 过热的内区空气会上升到建筑的顶层, 致使首层冷风侵入量过大, 造成建筑物垂直方向冷热不均。

b) 冷热能量混合损失严重。

内区常年处于需要供冷的状态, 但在冬季与部分过渡季节反而供给大量的热风, 不仅导致内区能量的浪费, 而且会使外区的温度不必要地升高, 加大温差传热造成的能量损失。

c) 系统调节困难。

在冬季与过渡季节, 由于内区与外区负荷特性的差异, 无论是以内区还是以外区的回风温度作为检测信号, 都无法使空调机盘管的电动二通调节阀调节出内、外区均满意的结果。

依靠调节系统中送风口的送风量来达到整个区域温度的均匀也是不现实的。

d) 系统改造困难。

由于内外分区设置的空调系统无论在设备选型, 还是在风系统、水系统设计上都与无分区的空调系统存在很大的差别。

因此,对未分区空调系统进行改造是非常困难的。

2. 有内区建筑空调系统的特点及对空调方式进行分析的意义 2.1 有内区建筑空调负荷的特点对距外围护结构3~ 8 m 以外的内区而言, 室外气温及太阳辐射等形成的热扰对该区域温度场影响很小, 基本可以忽略不计[ 5] , 其负荷主要为由照明、各种办公设备和人员散热形成的冷负荷, 负荷随季节变化全年波动较小。

距外围护结构3~ 8 m 以内的区域, 其空调负荷主要为围护结构传热、太阳辐射得热形成的负荷。

其特点是冬季是热负荷, 夏季是冷负荷, 与室外气象条件密切相关。

2.2 有内区建筑空调系统的特点a) 按采暖通风与空气调节设计规范要求,在无特殊困难时, 有内区建筑物空调系统必须按内外区分开设置。

b) 有内区建筑, 一般而言建筑面积较大, 人员、设备、货物比较密集。

为减少空调系统漏水及设备检修给办公或经营带来的干扰, 不宜采用风机盘管系统和所有末端均以水为热媒再热的变风量系统。

c) 虽然内区负荷比较稳定, 但存在人流、物流波动, 内部功能重新划分的可能。

所以空调系统要有充分的可调节性, 在过渡季节能大量利用新风。

2.3 对有内区建筑空调方式进行分析的意义到目前为止, 设计师对按内外分区设置空调系统的必要性已经有了足够的认识, 而且可供选择的方式也比较多, 但每种可供选择的方式都有局限性。

一个合理的方案不是两种方式的简单组合, 在众多的组合方案中如何根据工程特点选择合理的方案, 做到系统简洁、实用可靠、减少冷热混合损失、充分利用过渡季节新风冷量和内区余热正是本文要介绍的。

3. 几种内外区空调组合方式基于对有内区建筑空调系统特点的分析, 提出如下几种在工程上比较成熟的内外区组合空调方式。

3. 1 外区单设立式风机盘管或散热器供暖系统,内区为可变新风量的定风量全空气空调系统由于内、外区负荷特性的差别在过渡季节与冬季尤其明显, 所以仅在过渡季节的部分时间和冬季运行外区的供暖系统, 新风由内区系统提供。

外区系统送出的热气流沿外围护结构上升, 形成的气幕可以有效降低冷辐射造成的不舒适感。

内区的全空气系统根据输入的内区温度信号调节新、回风比例和进入机组盘管的水量来满足内区温度变化的要求。

在夏季, 外区供暖系统停止运行, 内、外区冷负荷全部由全空气系统承担。

该系统的优点为: 内、外区系统均为传统而成熟的空调方式, 所有工作区均无冷凝水管道, 无渗漏危险, 温湿度易于控制, 卫生条件好; 可大量利用新风的天然冷量, 在冬季内区不必开启制冷机供冷, 节约能源和运行费用; 内、外区水系统无需分开, 动力站房处水系统与传统方式完全一样。

因此特别适合于旧系统的改造和内、外区均为无隔墙,且层高较大的大空间建筑物, 如大型商场、超市、航站楼等。

该系统的缺点是内区应为双风机空调系统, 且机组必须带预热段, 所以在空调机房布置上存在一定难度, 而且风道布置对建筑层高有一定要求; 系统存在少量内、外区冷热混合损失。

3. 2 外区为供暖系统, 内区为变风量系统该组合方式与3. 1 节方式基本相同, 所不同的是外区的供暖系统可由带热水盘管的变风量系统末端代替, 内区是变风量的全空气系统。

传统的变风量系统采用静压控制法( 定静压或变静压) , 即在维持系统的静压相对稳定的基础上, 通过调节末端风阀的开度来改变房间的送风量。

这种方式存在静压检测准确性差, 系统压力波动大, 风阀及其执行器机械故障多, 易产生噪声, 调试维护费用高等缺点, 在一定程度上影响了变风量系统的进一步推广。

本文推荐的内区变风量系统为采用总风量控制法的系统。

该类系统的末端为电容式电机驱动的风机箱, 其各温区的末端数字控制器可以实时采集温度的变化, 并用模糊逻辑控制技术实时平滑地调节风机的转速从而改变送风量; 其集中控制器则实时采集所有末端控制器的参数, 加以解耦计算后控制空调机组的变频器调节机组的总风量。

该类系统有效克服了静压控制法的诸多问题, 使系统更加可靠、灵敏, 可以减少维护费用。

该系统的特点为: 除具备3. 1 节方式的全部优点外, 系统的电能消耗、设备容量可进一步减小, 对内区负荷波动的适应性更好。

缺点是初投资、系统维护费用会增加, 同样存在少量的冷热混合损失。

3. 3 闭式环路水源热泵系统前两种组合方式, 虽然在冬季与部分过渡季节可以用低温空气的冷量来消除内区的余热, 但外区却依然需要提供大量的热量来供暖。

也就是说内区的大量低品位余热被浪费了。

闭式水环热泵系统可以利用其独特的能量转移优势在过渡季节和冬季把内区的大量余热提升后送到外区, 同时内区也不必过多运行冷却塔即可实现供冷。

外区供暖与空调负荷相当的建筑, 即内区空调时向系统水环路排出的热量与外区供暖时从系统水环路吸收的热量相当时, 辅助热源是可以取消的, 从而可以更进一步减少投资。

随着制造与控制技术的进步和系统设计运行经验的积累, 闭式环路水源热泵系统已经成为一种高效成熟的空调方式。

该系统的特点为: 除具备全空气空调系统的全部优点外, 还以与普通双管制风机盘管接近的价格实现了四管制系统的功能。

一年四季用户完全可以根据分区负荷的特性选择供热或制冷, 并可随意设定室内温度。

热泵机组的供冷( 热) 量范围为2~ 125 kW, 既适用于内、外区无隔墙的大空间建筑, 也适用于内、外区有多重分隔的建筑。

用户除需按比例分担不多的集中水系统费用外, 机组的电费完全可以根据使用情况单独计算。

该系统特别适用于出租用的写字楼, 由于没有集中的冷冻机房, 所以节约了宝贵的建筑面积; 水环路无须保温,不仅减少了建筑空间, 而且节约了施工费用; 设备分散布置, 系统整体可靠性提高, 个别机组出现故障可以很方便地从系统中隔离出来, 不会影响其他机组的工作。

由于每台机组自带压缩机, 所以系统的消声与隔振处理需加以注意。

3.4 VRV热回收系列空调系统与闭式环路水源热泵系统不同, VRV热回收系列空调系统通过制冷剂管道, 而非水环路将末端设备与室外机连成一个系统, 达到同时供冷、供热的目的。

该系统可以有效地把内区的余热提升后送到外区供热, 并保持压缩机在最低能耗下运转, 从而可以大幅度节约电能。

该系统一般要单独设置新风系统, 新风系统可以选配节能型通风系统, 其内部的换热部件由强吸水型材料制成, 可以使排风与新风进行充分的热湿交换, 进一步减少了新风冷负荷。

该系统有如下优点: 能像闭式水环热泵系统一样, 末端设备可以实现同时供热、供冷, 实现冷热能 量在建筑物内的最佳平衡, 节能显著; 无需大的冷冻机房, 无需辅助热源, 节约建筑面积;冷媒管道小, 易于布置, 不受层高制约; 末端供冷( 热) 量较小, 所以特别适合内、外区均为有多个房间的办公商务类建筑; 系统独立性好, 任何一台室外机发生故障, 只影响与其相连的末端, 不会影响整个系统的正常工作; 系统设计安装周期短, 特别适合旧项目的改造。

其局限性为: 末端之间高差及总冷媒管长度受到一定的限制, 给室外机的布置带来一定的困难; 工作区内有冷凝水管道通过; 系统可以在寒冷地区实现供热运转, 却无法在严寒地区冬季实现供热; 末端可以实现对室内温度的精确控制, 但冬季室内湿度控制不是很理想。

4 结语综上所述, 对于有内区的建筑物, 其空调系统的设计, 在无特殊困难时, 一定要分区设置。

本文对4 种内外区空调组合方式的初投资、能量利用、对建筑空间的要求以及系统的运行管理等多方面进行了比较, 供开发商、设计人员在实践中根据具体情况参考选用。

在学术研究与工程设计中还有以下问题值得关注: a) 更合理地确定内、外分区的界限, 相应的负荷计算尚需更完备的理论和相关软件支持。

b) 进一步减少系统设计和内外区参数选配不合理造成的能量混合损失。

c) 有内区的建筑物顶层、首层与标准层负荷有较大区别, 在系统划分、设备容量选择上要特别注意。