濕熱地區(qū)高校實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀與節(jié)能措施探討

李宇峰

摘 要：濕熱地區(qū)由于室外氣溫和濕度常年處于較高水平，日照時(shí)間與太陽(yáng)輻射較寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)要多，需要開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)來(lái)消除室內(nèi)余熱余濕的時(shí)間較長(zhǎng)，因此建筑全年通風(fēng)與空調(diào)能耗相對(duì)于寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)都要高。高校實(shí)驗(yàn)室通常配備通風(fēng)設(shè)備比如通風(fēng)柜、排煙罩和排氣扇等，用以將室內(nèi)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中散發(fā)的污染物排出保證室內(nèi)人員呼吸與健康安全，但這些設(shè)備會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)與空調(diào)能耗增加，因此在節(jié)能減排的大形式下很有必要進(jìn)行節(jié)能改造。本文針對(duì)濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，闡述通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題并針對(duì)性地指出節(jié)能措施，為濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和改造提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：濕熱地區(qū)；實(shí)驗(yàn)室建筑；通風(fēng)空調(diào)；能耗；節(jié)能

一、高校實(shí)驗(yàn)室建筑節(jié)能背景

“節(jié)能減排”是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，建筑的能耗問(wèn)題長(zhǎng)久以來(lái)都是國(guó)家和社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)，降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)“零能耗”建筑和建筑能源自給自足的綠色建筑一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此，發(fā)展可持續(xù)經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展之路要求建筑要降低能源消耗，減少碳排放。

2015年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的能源數(shù)據(jù)表明，我國(guó)建筑用于供暖、空調(diào)和照明的能耗為1644萬(wàn)KWh，占全年總能耗的20%（工業(yè)能耗占70%，其他能耗占10%），其中空調(diào)能耗占建筑總能耗的40%-60%，對(duì)于商用及辦公建筑而言其暖通空調(diào)的能耗占比60%以上，對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)室建筑而言，作為教育類建筑其總能耗占所有建筑總能耗的3%，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗占實(shí)驗(yàn)室建筑總能耗的48%，照明能耗占25%，電梯能耗占5%，給排水占4.9%，其他能耗占11.5%，因此降低實(shí)驗(yàn)室建筑通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的能耗對(duì)于降低整棟建筑的總能耗有重要的作用[1]。

實(shí)驗(yàn)室類建筑與商業(yè)建筑、辦公建筑和住宅建筑等不同。首先在使用功能上，實(shí)驗(yàn)室建筑屬于教育類建筑，用于師生的教學(xué)、科研和學(xué)習(xí)活動(dòng)，人員活動(dòng)強(qiáng)度低；在人密集程度上，實(shí)驗(yàn)室建筑擁有人員密集程度大，集中程度高的特點(diǎn)；在作息時(shí)間上，擁有白天和夜晚都工作的特點(diǎn)，設(shè)備開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)；在設(shè)備分布上，除了正常的電腦、打印機(jī)、風(fēng)扇、照明系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備、給排水和插座外，還有實(shí)驗(yàn)設(shè)備如酒精燈、燃燒爐等發(fā)熱設(shè)備、通風(fēng)柜、新風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)等。因此，設(shè)備能耗較高。本文所說(shuō)的實(shí)驗(yàn)室指具有學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和部分教學(xué)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室。

近年來(lái)高校擴(kuò)招背景下，高校的辦學(xué)規(guī)模越來(lái)越大，學(xué)生人數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的需求也增加，研究生工作室和科研實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)作為科研成果的誕生地，因此成為高校近年來(lái)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，但是同時(shí)通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的使用增加也會(huì)增加建筑的能耗，可見(jiàn)做好實(shí)驗(yàn)室建筑的通風(fēng)與空調(diào)節(jié)能工作很有必要[2]。

二、濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

和北方寒冷地區(qū)與長(zhǎng)江中下游的夏熱冬冷地區(qū)的四季分明氣候特點(diǎn)不同，以嶺南地區(qū)為代表的濕熱地區(qū)氣候擁有室外氣溫高、空氣濕度高、雨量大、日溫差小，無(wú)風(fēng)或少風(fēng)的特點(diǎn)。年平均溫度21.9℃，夏季最熱月月平度溫度達(dá)到28.1℃，少數(shù)幾天溫度達(dá)到38℃以上，年平均相對(duì)濕度在50%以上，風(fēng)速較低。因此，為保證實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)科研工作人員正常的學(xué)習(xí)和工作，就要安裝通風(fēng)與空調(diào)設(shè)備消除室內(nèi)余熱余濕，營(yíng)造舒適環(huán)境[3]。目前主要現(xiàn)狀及問(wèn)題如下：

（1）安裝排氣扇通風(fēng)換氣，使用風(fēng)扇強(qiáng)迫室內(nèi)空氣流動(dòng)散熱

以廣州地區(qū)為例，氣象資料顯示廣州年平均氣溫為22℃，夏季最熱月（7月）白天平均氣溫為33℃，夜間平均溫度25℃，夏季（6月、7月、8月）白天平均溫度為32℃，最高溫度為39.2℃，夜間平均溫度25℃，平均相對(duì)濕度68%。特別是近年來(lái)廣州夏季的氣溫普遍升高，最高溫度都在35度以上，夏季平均高溫高濕天數(shù)45.2天。有的學(xué)校實(shí)驗(yàn)室考慮到科研經(jīng)費(fèi)緊張、實(shí)驗(yàn)室房間比較多和排風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)啟就能排走污染物達(dá)到室內(nèi)空氣健康標(biāo)準(zhǔn)的效果，因此只安裝風(fēng)扇和排氣扇，達(dá)到降低成本又能強(qiáng)迫室內(nèi)空氣對(duì)流散熱消除人員、設(shè)備的熱負(fù)荷和引入新風(fēng)而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣的效果。

但是由于室外空氣溫度較高，濕度較大，在風(fēng)扇和抽氣扇的持續(xù)開(kāi)啟下，室內(nèi)空氣紊流分布，室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)與室外空氣狀態(tài)點(diǎn)相同，故熱舒適環(huán)境惡劣。

（2）根據(jù)室內(nèi)面積選擇安裝分體式或VRV多聯(lián)機(jī)空調(diào)

通常市場(chǎng)上都擁有各個(gè)品牌的分體式空調(diào)和多聯(lián)機(jī)空調(diào)，以其經(jīng)濟(jì)、廉價(jià)、安裝方便、設(shè)備所占空間小、制冷效果好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用于住宅建筑、辦公建筑和學(xué)校教育建筑。但是分體式或VRV多聯(lián)機(jī)空調(diào)的設(shè)備選型并不嚴(yán)格按照室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確選型，而是運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)去估算實(shí)驗(yàn)室房間面積然后去選擇市場(chǎng)上對(duì)應(yīng)的空調(diào)機(jī)匹數(shù)，同時(shí)不考慮新風(fēng)負(fù)荷等，因此會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：

1、即使空調(diào)開(kāi)啟，室內(nèi)溫度仍達(dá)不到預(yù)期室溫。濕熱地區(qū)夏季空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)啟，空調(diào)消除室內(nèi)余熱降低空氣溫度，由于實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)柜、排風(fēng)罩等通風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)啟，會(huì)帶走一部分室內(nèi)空氣達(dá)到防止實(shí)驗(yàn)污染物擴(kuò)散的目的，結(jié)果也帶走了很多室內(nèi)冷量，造成冷量浪費(fèi)，而由于室內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)，因此室外空氣透過(guò)門窗縫隙滲入，加熱室內(nèi)空氣。因此，即使假設(shè)設(shè)置空調(diào)溫度是26℃，實(shí)際室內(nèi)溫度卻依舊達(dá)不到26℃。繼續(xù)遙控降低空調(diào)室內(nèi)機(jī)出風(fēng)溫度則增加空調(diào)能耗。

2、實(shí)際的空調(diào)制冷容量小于消除室內(nèi)負(fù)荷達(dá)到熱舒適溫度所需的空調(diào)冷量，不能營(yíng)造熱舒適環(huán)境。由于室內(nèi)使負(fù)壓的狀態(tài)，部分室外高溫度、高濕度的空氣滲透進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)空調(diào)并不能消除這部分新風(fēng)負(fù)荷，空調(diào)機(jī)制冷量不足夠。為了保持室內(nèi)熱舒適環(huán)境則降低空調(diào)出風(fēng)溫度和提高出風(fēng)速度，這會(huì)增加了空調(diào)機(jī)組能耗，但是也達(dá)不到預(yù)期制冷效果。

3、容易出現(xiàn)結(jié)露問(wèn)題。由于通風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)啟帶走一部分室內(nèi)冷量導(dǎo)致室內(nèi)負(fù)壓，因此造成室外高溫高濕空氣未經(jīng)處理滲透進(jìn)入室內(nèi)。假設(shè)某天濕熱地區(qū)夏季室外白天空氣狀態(tài)點(diǎn)為：溫度35℃，濕度68%，室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置為節(jié)能溫度26℃，則室外空氣露點(diǎn)溫度為25.5℃，因此熱濕空氣混合后上升到回風(fēng)口附近，接觸到溫度小于26℃的出風(fēng)口會(huì)發(fā)生出風(fēng)口結(jié)露現(xiàn)象，影響室內(nèi)裝修。

（3）安裝獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，減少室外新風(fēng)未經(jīng)處理通過(guò)門窗滲入室內(nèi)

雖然安裝獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)能夠向室內(nèi)源源不斷補(bǔ)充了處理到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的新風(fēng)，保證人員健康呼吸和減少滲透進(jìn)風(fēng)提高熱舒適性，但是很明顯，增加了很大一部分新風(fēng)處理能耗，不節(jié)能。

可見(jiàn)目前濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。

三、濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑節(jié)能改造措施

通過(guò)以上的分析可知，目前濕熱地區(qū)實(shí)驗(yàn)室建筑空調(diào)能耗居高不下和結(jié)露的原因主要在于通風(fēng)系統(tǒng)引起的新風(fēng)負(fù)荷過(guò)大問(wèn)題，因此降低新風(fēng)負(fù)荷就能降低空調(diào)的能耗，可以采用內(nèi)補(bǔ)風(fēng)的方式，將室外的新風(fēng)引入排風(fēng)柜和排風(fēng)罩等通風(fēng)設(shè)備，減少室內(nèi)的排風(fēng)量，降低新風(fēng)處理量從而降低空調(diào)能耗，也能避免出風(fēng)口結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]陳慧梅，張宇峰，王進(jìn)勇，等.我國(guó)濕熱地區(qū)自然通風(fēng)建筑夏季熱舒適研究——以廣州為例[J].暖通空調(diào)，2010，40（2）：96-101.

[2]謝浩，劉曉帆.濕熱地區(qū)的建筑熱環(huán)境控制——以住宅設(shè)計(jì)為例[J].建筑節(jié)能，2006，34（5）：21-22.

[3]方玲，程葉志.濕熱地區(qū)建筑被動(dòng)式防熱設(shè)計(jì)與節(jié)能的探討——以廣州為例[J].建筑節(jié)能，2016，44（10）：65-67.

（作者單位：廣東工業(yè)大學(xué)）