南京地區(qū)輻射空調(diào)新風量的探討

王文武 張建忠 黃虎

1南京市建筑設計研究院有限責任公司

2南京師范大學能源與機械工程學院

0 引言

新風系統(tǒng)是輻射空調(diào)重要的組成部分。新風不僅需要滿足人員衛(wèi)生需求，還承擔室內(nèi)的濕負荷。新風量太小，若不能去除室內(nèi)余濕，則會引起室內(nèi)結(jié)露，從而會造成輻射表面潮濕甚至出現(xiàn)積水，對人們的工作和生活造成不利影響。新風量太大，則能耗加大，新風輸配管道、機組加大，初投資增加。合理選擇新風量大小對輻射空調(diào)的運行與節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。

本文重點研究了南京地區(qū)辦公，客房與住宅室內(nèi)濕負荷的來源，并計算出了排除室內(nèi)余濕所需新風量的大小，再與現(xiàn)有的規(guī)范、手冊中新風量標準比較，得到了南京地區(qū)輻射空調(diào)新風量的選取方法，為設計此類空調(diào)系統(tǒng)提供理論參考。

1 辦公，客房和住宅余濕的來源

對于常規(guī)空調(diào)而言，新風量主要滿足室內(nèi)的衛(wèi)生要求。而對于輻射空調(diào)，新風不僅要滿足室內(nèi)的衛(wèi)生要求，而且要帶走室內(nèi)的余濕。對于常規(guī)空調(diào)，一般只考慮冬季新風滲透所產(chǎn)生的熱負荷。對于夏季的新風滲透，由于其產(chǎn)生的冷負荷并不顯著，一般不予考慮。在輻射空調(diào)系統(tǒng)中，由于其承擔室內(nèi)濕負荷的是經(jīng)過處理過的干空氣，其除濕能力有限，室外滲透所產(chǎn)生的濕負荷影響較大，不能忽略。特別是近幾年公共建筑玻璃幕墻的使用，新風滲透的產(chǎn)濕量越來越大。據(jù)統(tǒng)計，對于某些建筑，新風滲透產(chǎn)濕量占總濕負荷的30%左右[1-2]。本文認為對于辦公和客房類建筑室內(nèi)余濕的來源主要是人體與新風滲透，植物和敞開水表面的散濕不予考慮。對于住宅類建筑室內(nèi)的余濕主要來源于人體，新風滲透，食物散濕，植物散濕和敞開水面散濕等。

2 辦公和客房新風量確定

當辦公和客房應用輻射空調(diào)系統(tǒng)時，新風不僅要滿足室內(nèi)人員的衛(wèi)生需求，還得排除室內(nèi)的余濕。辦公和客房的余濕主要來源于人員和新風滲透。本文提出在設計這兩類建筑時，可把新風量分為兩個部分計算。一部分用于排除人體的散濕，另一部分用于排除新風滲透的產(chǎn)濕。兩部分新風量大小之和即為辦公、客房的設計新風量。

1）排除室內(nèi)人員的散濕所需的新風量

為了去除房間的人員濕負荷，根據(jù)濕平衡方程確定新風量為[4]:

式中：D為空調(diào)房間的人員濕負荷，g/h；V為新風送風量，m3/h；ρ為新風的密度，kg/m3；dn為室內(nèi)空氣的含濕量，g/kg；ds為送入新風的含濕量，g/kg。

表1 排除室內(nèi)人員余濕所需的新風量

表1給出了為排除室內(nèi)人員余濕所需的新風量隨人員勞動強度的變化情況。室內(nèi)的含濕量與送風含濕量的差值取2.5g/kg（當室內(nèi)含濕量為10.8g/kg時，要求的送風含濕量為8.3g/kg），由表中數(shù)據(jù)可知，控制室內(nèi)環(huán)境濕度確定的新風量所帶走的CO2量基本能夠帶走人均CO2排放量。當室外環(huán)境的CO2濃度為300×10-6時，根據(jù)排濕確定的新風量可以使得環(huán)境的CO2濃度在850～950×10-6之間。當室外環(huán)境的CO2濃度為500×10-6時，根據(jù)排濕確定的新風量可以使得環(huán)境的CO2濃度在1000～1150×10-6范圍內(nèi)，基本滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求[3]。

2）排除新風滲透產(chǎn)濕的新風量

新風滲透產(chǎn)濕量的計算可按下面公式計算[1]：

式中：Wi為產(chǎn)濕量，g/h；l為房間各朝向的門窗縫隙長度之和，m；a1為外門窗縫隙滲風系數(shù)，m3/(m·h·Pab)，可按表2確定，b為門窗縫隙滲風指數(shù)，取值范圍為0.56～0.78；ρ0為室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3；d0為室外新風含濕量，g/kg；dn為室內(nèi)空氣的含濕量，g/kg；Cr為熱壓系數(shù)，可按表3確定；v0為基準高度室外最多風向的平均風速，m/s；h為計算門窗的中心線距室外地面高度，m。

表2 建筑外窗縫隙滲透風系數(shù)a1下限值[m3/(m·h·Pab)]

表3 熱壓系數(shù)C r

在所有室內(nèi)的濕負荷構(gòu)成中，新風滲透產(chǎn)濕量受建筑所在的城市、建筑外環(huán)境的風速、圍護結(jié)構(gòu)的密閉性影響較大。據(jù)相關(guān)文獻研究表明[1-3]，北京、廣州的新風滲透產(chǎn)濕量約占總濕負荷的15%～20%，上海由于室外新風平均風速較高，而且室外新風設計參數(shù)的含濕量甚至要比廣州還高，所以新風滲透產(chǎn)濕量約占總濕負荷的40%[2]。查《實用供熱空調(diào)設計手冊》可知，南京地區(qū)的室外計算含濕量與室外風速介于上海與廣州之間，由此可以推斷出，南京地區(qū)新風滲透產(chǎn)濕量占總濕負荷的比值介于20%～40%之間。

下面以一個典型辦公室或客房為例，計算新風滲透負荷在南京地區(qū)占總濕負荷的比重。辦公室（客房）為30m2，辦公人員（入住人員）兩人，門窗縫隙長度按15m計算，南京夏季空調(diào)室外計算干求溫度34.8℃，濕球溫度28.1℃，新風含濕量21.69g/kg，室外平均風速為2.6m/s。辦公或客房的室內(nèi)計算含濕量為10.8g/kg，取門窗滲透指數(shù)b=0.56，由于辦公室或客房門窗封閉較好，取a1=0.5，熱壓系數(shù)Cr=0.6，計算門窗的中心線距離地面距離h取2m（首層辦公或客房）。辦公或客房人員為輕度勞動，取散濕量為109g/h。由公式(1)可以計算出典型辦公室或客房新風滲透產(chǎn)濕量為78.6g/h。室內(nèi)的總濕負荷為296.6g/h，新風滲透產(chǎn)濕量對于首層辦公或客房占總濕負荷的26.5%。由新風產(chǎn)濕量計算公式可以看出，隨著辦公或客房所在層數(shù)的增加，新風滲透產(chǎn)濕量相應增加，占總濕負荷的比重也會增大。

表4給出了不同規(guī)范，根據(jù)排除室內(nèi)人員散濕及排除室內(nèi)總余濕確定的新風量大小比較。查閱相關(guān)資料及調(diào)研市面上幾種類型新風機組送風參數(shù)，大致確定送風含濕量在7～9g/kg。為了方便比較不同新風含濕量對應的新風量與規(guī)范中要求新風的大小，本文選?。ㄊ覂?nèi)含濕量為10.8g/kg）五個參考點。表中新風滲透產(chǎn)濕量占總濕負荷的比值取30%進行計算，排除室內(nèi)總余濕的新風量折算成每人每小時的新風量。計算結(jié)果表明，送風含濕量對送風量的大小影響較大。送風含濕量從7.0g/kg變化到9.0g/kg時，送風量從每人34m3/h增加到了72m3/h。當送風含濕量在8.0g/kg以上時，新風量的大小基本滿足了辦公與客房規(guī)范中的衛(wèi)生要求。所以在設計辦公及客房輻射空調(diào)系統(tǒng)時，先確定新風機組的送風含濕量值，宜控制在8.0g/kg以上，再根據(jù)室內(nèi)總余濕確定新風量大小，可參考表4。

表4 規(guī)范、標準及根據(jù)排除余濕的新風量大小比較[m3/(h·p)]

3 住宅新風量確定

住宅建筑設計新風量與室內(nèi)人數(shù)和空調(diào)面積有關(guān)。由于住宅建筑類型的多元化以及人員密度低特點，對于夏熱冬冷地區(qū)，以人均最小新風量和簡單的換氣次數(shù)法確定新風量均不合理。根據(jù)相關(guān)文獻[5-7]，采用ASHRAE標準建議的疊加人員所需新風量和按建筑面積所折算稀釋污染物所需新風量的方式來確定住宅類建筑新風量標準。

根據(jù)ASHRAE標準和結(jié)合《住宅設計規(guī)范》GB50096-2011，得出了換氣次數(shù)隨人均居住面積的變化規(guī)律，如圖1所示。為便于設計選擇，對圖1數(shù)據(jù)圖表進行歸納總結(jié)，得出反映人均居住面積這一指標的換氣次數(shù)設計選擇表，如表5所示。

圖1 換氣次數(shù)隨人均居住面積的變化規(guī)律

《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012也給出了住宅換氣次數(shù)與人均居住面積的變化規(guī)律。具體大小如表6所示。

表6 根據(jù)建筑居住面積確定的換氣次數(shù)

下面是以一個100m2的住宅為例，分析根據(jù)排除室內(nèi)余濕與GB50736-2012換氣次數(shù)法確定新風量大小比較。住宅按3個人計算，建筑高度為2.8m。濕負荷主要考慮人員散濕、新風滲透產(chǎn)濕和飯菜散濕。表中同樣選取送風含濕量7.0、7.5、8.0、8.5、9g/kg（室內(nèi)含濕量為10.8g/kg）五個參考點。對于住宅建筑，新風滲透量小于辦公類建筑，新風滲透產(chǎn)濕量占總濕負荷的比值取25%計算，人均飯菜散濕量取34.9g/(人·h)。表7給出了規(guī)范與根據(jù)排除室內(nèi)余濕新風量大小及對應換氣次數(shù)法比較。由表可知，當送風含濕量在7.5g/kg以上時，根據(jù)排除總余濕確定的換氣次數(shù)大于《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012的值，可同時滿足衛(wèi)生需求。所以在設計住宅類建筑輻射空調(diào)系統(tǒng)時，送風含濕量宜控制在7.5g/kg以上，具體換氣次數(shù)大小可參考表7。

表7 規(guī)范與根據(jù)排除室內(nèi)余濕新風量大小及對應換氣次數(shù)法比較

4 結(jié)論

1）研究了辦公、客房、住宅室內(nèi)濕負荷的主要來源。南京地區(qū)，在計算室內(nèi)濕負荷時，不能忽略新風滲透產(chǎn)濕量，產(chǎn)濕量約占濕負荷的20%～40%左右。

2）辦公和客房建筑室內(nèi)余濕的來源主要是人體與新風滲透，送風含濕量從7.0g/kg變化到9.0g/kg，新風量從34m3/(h·p)變化到72m3/(h·p)；

3）住宅建筑設計新風量與空調(diào)面積和換氣次數(shù)有關(guān)，當送風含濕量從7.0g/kg到9.0g/kg，100m2住宅新風量為125～263m3/h，對應的換氣次數(shù)為0.5～0.94次/h。

4）新風量與送風含濕量密切相關(guān)，新風送風含濕量宜為8g/kg.干空氣，工程設計中新風量可考慮10%～15%裕量。