蒸發(fā)式冷氣機(jī)在西安某高校食堂通風(fēng)降溫的測試及分析

田閏樂 強(qiáng)天偉 李躍奇 董宇光

蒸發(fā)式冷氣機(jī)在西安某高校食堂通風(fēng)降溫的測試及分析

田閏樂 強(qiáng)天偉 李躍奇 董宇光

（西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院 西安 710600）

采用德國德圖testo-410多功能風(fēng)速儀，對終南餐廳的室內(nèi)空氣溫度、相對濕度以及氣流速度進(jìn)行了實(shí)測。并對結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，來探究蒸發(fā)式冷氣機(jī)通風(fēng)降溫系統(tǒng)在該餐廳的應(yīng)用效果。結(jié)果表明如果能夠?qū)ε棚L(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改善，蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)在終南餐廳的應(yīng)用效果會(huì)更好。

高校食堂；蒸發(fā)式冷氣機(jī)；測試分析；通風(fēng)降溫

0 引言

近年來，隨著高校擴(kuò)招的展開，高校學(xué)生人數(shù)已經(jīng)越來越多，而學(xué)校大多只是對教學(xué)樓和圖書館這類受關(guān)注度較高的建筑進(jìn)行一些改造，對食堂的改造反而較少，因此大多數(shù)的高校食堂還只是老式食堂，這類食堂不僅內(nèi)部裝修較差、功能單一，同時(shí)其通風(fēng)降溫系統(tǒng)也漸漸不能滿足學(xué)生對用餐時(shí)的舒適度要求[1-3]高校食堂中午就餐人數(shù)多，冷負(fù)荷大，油煙、飯菜味道較重，室內(nèi)空氣品質(zhì)較差。同時(shí)，伴隨著國家發(fā)出節(jié)能減排的號(hào)召，高校食堂通風(fēng)降溫系統(tǒng)的改造工程也應(yīng)該考慮如何降低系統(tǒng)的能耗。

國外的蒸發(fā)冷卻技術(shù)發(fā)展較早，LD Santoli，F(xiàn) Fraticelli，F(xiàn) Fornari等提出羅馬市公立學(xué)校建筑能源性能評價(jià)與改造策略。根據(jù)學(xué)校的規(guī)模、技術(shù)和建筑特點(diǎn)，確定了降低學(xué)校建筑能耗的措施，并進(jìn)行成本對比，回收時(shí)間分析[4]。Watt J R在《Evaporative air conditioning handbook》的修訂版中指出：在干燥地區(qū)使用直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)，比常規(guī)機(jī)械制冷空調(diào)節(jié)約費(fèi)用達(dá)60～80%[5]。Richard O Pearson等人將蒸發(fā)冷卻技術(shù)與機(jī)械制冷相結(jié)合，并得出結(jié)論：兩者結(jié)合能夠有效地降低單獨(dú)使用機(jī)械制冷時(shí)的能耗[5]。

國內(nèi)學(xué)者秦榕通過搜集、分析各大高校的餐飲建筑實(shí)際資料，研究影響高校食堂室內(nèi)環(huán)境的各種因素，提出高校校園餐飲建筑中存在的問題[6]。何梅等人通過對西安地區(qū)高校餐飲建筑夏季室內(nèi)熱環(huán)境主觀反映的問卷調(diào)研結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用專業(yè)測試儀器對某些高校餐廳室內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行測試，分析問卷結(jié)果和測試結(jié)果，得出對西安高校餐飲建筑熱環(huán)境的評價(jià)。他們發(fā)現(xiàn)校園餐飲建筑內(nèi)存在一些熱環(huán)境問題，因此提出加裝節(jié)能空調(diào)來改善此情況[7]。

隨著人們對高校食堂的愈發(fā)重視，舒適的就餐區(qū)域也愈發(fā)吸引消費(fèi)者的重視。本文以西安某高校食堂為試驗(yàn)對象，對該食堂的通風(fēng)降溫系統(tǒng)進(jìn)行測試分析。

1 終南餐廳室內(nèi)數(shù)據(jù)測試

1.1 測試區(qū)域

西安某高校終南餐廳由就餐區(qū)域、操作區(qū)域以及洗消衛(wèi)生區(qū)域構(gòu)成，該餐廳蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初衷是為了給該餐廳的就餐區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)降溫，因此本次測試的主要對象為終南餐廳的就餐區(qū)域。測試區(qū)域如圖1方框所示。

圖1 餐廳測試區(qū)域

1.2 測試儀器及方案

（1）測試儀器簡介

本此測試儀器選用的是德國德圖testo-410多功能風(fēng)速儀，testo-410多功能風(fēng)速儀小巧并且便于攜帶，且非常適于快速檢查測量。該風(fēng)速儀的測量范圍為0.4~20m/s，甚至可用于低風(fēng)速場合，而且可以同時(shí)用于測量就餐區(qū)域的空氣溫度以及相對濕度。其主要性能參數(shù)見表1，測試儀器實(shí)物圖如圖2所示。

表1 testo-410主要性能參數(shù)

圖2 testo-410多功能風(fēng)速儀

（2）測試方案

本次課題項(xiàng)目測試日期為2019年8月26日到8月31日，選取晴天時(shí)進(jìn)行測試，測試時(shí)間段均選定為當(dāng)天中午就餐時(shí)間段，即為11:00～13:00，此時(shí)間段就餐人數(shù)較多，室內(nèi)熱濕負(fù)荷較大。在測試期間，兩個(gè)人同時(shí)測量室內(nèi)就餐區(qū)域的空氣溫度、室內(nèi)相對濕度以及室內(nèi)風(fēng)速，每隔30分鐘對各測點(diǎn)測試一次。

圖3 餐廳測點(diǎn)布置圖

由于餐廳內(nèi)就餐人員就坐區(qū)域具有隨機(jī)性，無法估計(jì)，根據(jù)GB/T 5071-2008《室內(nèi)熱環(huán)境條件》，測點(diǎn)的布置應(yīng)盡量選取具有室內(nèi)溫度代表性的區(qū)域，或是在區(qū)域的中心位置進(jìn)行測量。本次課題的測點(diǎn)共設(shè)10個(gè)點(diǎn)，其中測點(diǎn)1為室外測點(diǎn)，測點(diǎn)2～10為就餐區(qū)域測點(diǎn)?？紤]到用餐人員用餐時(shí)身體主干的高度，根據(jù)GB/T 5071-2008《室內(nèi)熱環(huán)境條件》對測點(diǎn)的要求[8]，室內(nèi)測點(diǎn)高度選定為坐姿時(shí)1.1m，室外測點(diǎn)高度選取為站姿時(shí)1.7m，每個(gè)測點(diǎn)的測試時(shí)間為3分鐘。餐廳測點(diǎn)布置如圖3所示。

2 實(shí)際測試結(jié)果及分析

影響餐廳內(nèi)就餐人員熱舒適性的因素包括室內(nèi)空氣的溫度、相對濕度、風(fēng)速以及熱輻射量等，本文將選用2019年8月29日對終南餐廳的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在測試過程中，11:00時(shí)蒸發(fā)式冷氣機(jī)尚未開啟，11:30時(shí)處于剛開啟狀態(tài)。

2.1 溫度測試結(jié)果與分析

對終南餐廳就餐區(qū)域的溫度進(jìn)行測，通過對溫度測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2和圖4所示。

表2 終南餐廳蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)開啟時(shí)溫度測試統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，在蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)開啟期間，即測試時(shí)間為11:30～13:00，終南餐廳就餐區(qū)域的溫度變化范圍為26.1℃～28.5℃。在測試期間，終南餐廳室外平均干球溫度為32.4℃，而室內(nèi)平均干球溫度為26.8℃，較室外溫度下降了5.6℃。從東西方向來看，測點(diǎn)2處平均溫度最高，達(dá)到27.9℃，同時(shí)測點(diǎn)5、測點(diǎn)8處平均溫度均高于它們西側(cè)測點(diǎn)的溫度，這主要是因?yàn)闇y點(diǎn)2、5、8處于東側(cè)區(qū)域，冷負(fù)荷較大；從南北方向來看，第一排測點(diǎn)即測點(diǎn)2、3、4離北墻較近，因此存在蒸發(fā)式冷氣機(jī)送風(fēng)盲區(qū)的現(xiàn)象，其溫度比后兩排溫度略高，第二排測點(diǎn)即測點(diǎn)5、6、7與同列測點(diǎn)相比溫度最低，分析原因是由于第三排測點(diǎn)靠近操作間，熱負(fù)荷較大，同時(shí)蒸發(fā)式冷氣機(jī)的特點(diǎn)是送風(fēng)量大、送風(fēng)溫差小，送入室內(nèi)的冷風(fēng)隨著吹風(fēng)距離的增加，冷量存在衰減現(xiàn)象。

表3 就餐區(qū)域平均溫度值

圖5 就餐區(qū)域溫度隨時(shí)間變化圖

表3和圖5體現(xiàn)的是終南餐廳就餐區(qū)域室內(nèi)平均溫度隨測試時(shí)間的改變而產(chǎn)生的變化，其中室內(nèi)平均溫度取同時(shí)刻測點(diǎn)2～10溫度的算術(shù)平均值。

由圖5可得，終南餐廳在11:00時(shí)，蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)尚未開啟，就餐區(qū)域平均溫度為28.1℃，11:30處于剛開啟狀態(tài)，室內(nèi)平均溫度為27.3℃，未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在開啟一段時(shí)間后，溫度逐漸穩(wěn)定在26.7℃左右，滿足夏季餐廳就餐區(qū)域24～28℃范圍的要求。

2.2 相對濕度測試結(jié)果與分析

對終南餐廳就餐區(qū)域的相對濕度進(jìn)行測試。通過對相對濕度測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4和圖6所示。

表4 蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)開啟時(shí)相對濕度測試統(tǒng)計(jì)表

終南餐廳室內(nèi)濕負(fù)荷主要來自人體的散濕量以及食物的散濕量，從表4中的相對濕度測試統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，夏季就餐區(qū)域的平均相對濕度范圍為77.1%～86.3%，之間。在測試期間，餐廳室內(nèi)最大的相對濕度值出現(xiàn)在測點(diǎn)6為89.8%，最小值出現(xiàn)在測點(diǎn)2，為67.8%。

從南北方向來看，第一排測點(diǎn)，即測點(diǎn)2、3、4平均相對濕度較其他測點(diǎn)數(shù)值較小，分析原因是送風(fēng)口高度較高，而第一排測點(diǎn)處于送風(fēng)口的下方，處于送風(fēng)盲區(qū)；第三排測點(diǎn)的相對濕度數(shù)值明顯高于前面兩排，超過相對濕度設(shè)計(jì)范圍，這是由于操作區(qū)域打飯窗口位置有一道玻璃隔擋，同時(shí)后面還有一堵隔墻阻隔造成的排風(fēng)不暢所導(dǎo)致的。從東西方向來看，東側(cè)區(qū)域測點(diǎn)即測點(diǎn)2、5、8平均相對濕度數(shù)值較小，這是由于東側(cè)測點(diǎn)離正門較近，室內(nèi)外空氣進(jìn)行交換導(dǎo)致，同時(shí)還有一部分空氣能通過東側(cè)的走廊流動(dòng)到操作區(qū)域后面并通過后門排出，因此測點(diǎn)2、5、8平均相對濕度數(shù)值較小

表5和圖7體現(xiàn)的是終南餐廳就餐區(qū)域室內(nèi)平均相對濕度隨測試時(shí)間的改變而產(chǎn)生的變化，其中室內(nèi)平均相對濕度取同時(shí)刻測點(diǎn)2～10相對濕度的算術(shù)平均值。

表5 就餐區(qū)域平均相對濕度值

圖7 就餐區(qū)域平均相對濕度隨時(shí)間變化圖

由圖7可知，終南餐廳在11:00時(shí)，蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)尚未開啟，就餐區(qū)域平均相對濕度為56.8%，11:30蒸發(fā)式冷氣機(jī)剛開啟時(shí)，室內(nèi)平均相對濕度為77.1%，等到蒸發(fā)式冷氣機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，就餐區(qū)域的相對濕度逐漸穩(wěn)定在84%左右，此時(shí)室內(nèi)濕度較大，超過80%。

2.3 風(fēng)速測試結(jié)果與分析

對終南餐廳就餐區(qū)域的風(fēng)速進(jìn)行測試，具體測試數(shù)據(jù)見附錄。通過對溫度測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表6和圖8所示。

表6 蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)開啟時(shí)風(fēng)速測試統(tǒng)計(jì)表

終南餐廳的氣流組織為蒸發(fā)式冷氣機(jī)從北側(cè)送風(fēng)，吸收室內(nèi)的余熱余濕后經(jīng)由南側(cè)的排風(fēng)機(jī)排出，或者通過室內(nèi)正壓作用經(jīng)由門窗排出。從表6和圖4-8可知，終南餐廳夏季就餐區(qū)域平均風(fēng)速范圍為0.5～1.7m/s，室內(nèi)平均風(fēng)速為1.0m/s。在測試工程中一些因素對風(fēng)速的測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如人員的行走帶來的局部氣流擾動(dòng)、操作間內(nèi)門的開閉使得排風(fēng)機(jī)不能有效的排出室內(nèi)空氣以及送風(fēng)口安裝高度高達(dá)2.5m等因素的影響，并且測點(diǎn)位置對風(fēng)速測量結(jié)果也影響較大。

3 總結(jié)

本文對終南餐廳就餐區(qū)域的空氣溫度、相對濕度以及氣流速度進(jìn)行了實(shí)際數(shù)據(jù)測量及分析，來探究蒸發(fā)式冷氣機(jī)通風(fēng)降溫系統(tǒng)在該餐廳的應(yīng)用效果，同時(shí)也為后面進(jìn)行模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

（1）在測試期間，終南餐廳室外溫度范圍為31.9℃～33.1℃，在蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)開啟前，就餐區(qū)域平均溫度為28.1℃，開啟后，就餐區(qū)域平均溫度逐漸穩(wěn)定在26.7℃左右。在測試分析過程中發(fā)現(xiàn)，東側(cè)測點(diǎn)，即測點(diǎn)2、5、8的平均溫度較高。東側(cè)平均溫度較高是由于在實(shí)際安裝過程中，該餐廳只安裝了6臺(tái)蒸發(fā)式冷氣機(jī)（設(shè)計(jì)為7臺(tái)），而且在設(shè)計(jì)時(shí)將蒸發(fā)式冷氣機(jī)均勻布置在北墻處，忽略了東側(cè)區(qū)域冷負(fù)荷較大這一現(xiàn)象，導(dǎo)致靠近東側(cè)的測點(diǎn)，即測點(diǎn)2、5、8溫度較高，而遠(yuǎn)離東側(cè)墻的測點(diǎn)6、7、9溫度最低，較為舒適。

（2）夏季就餐區(qū)域的平均相對濕度范圍為84%，而設(shè)計(jì)的工況為80.1%，分析室內(nèi)就餐區(qū)域濕度較大的原因是在設(shè)計(jì)過程中，未考慮到后期加上操作間的隔墻以及打飯窗口格擋的影響，因此造成蒸發(fā)式冷氣機(jī)送入室內(nèi)的空氣不能快速排出，使得氣流在第三排測點(diǎn)，即測點(diǎn)8、9、10處形成了“淤積”現(xiàn)象。

（3）在實(shí)際測量過程中，由于蒸發(fā)式冷氣機(jī)的送風(fēng)為擺風(fēng)模式，這對測量過程帶來了一定的影響，同時(shí)在測量時(shí)間段內(nèi)，室內(nèi)就餐人員較多，來來往往的行動(dòng)對測量結(jié)果也產(chǎn)生了一定的影響。但是通過多次測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第二排測點(diǎn)即測點(diǎn)5、6、7平均風(fēng)速較大，吹風(fēng)感較為明顯。

（4）通過實(shí)際測量分析以及親身感受，雖然由于實(shí)際工程現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)狀況有所區(qū)別，未能達(dá)到設(shè)計(jì)的理想狀況，并且排風(fēng)不暢導(dǎo)致室內(nèi)相對濕度較大，但是如果能夠?qū)ε棚L(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改善，蒸發(fā)式冷氣機(jī)系統(tǒng)在終南餐廳的應(yīng)用效果會(huì)更好。

[1] 王麗娜.我國高校校園學(xué)生生活區(qū)規(guī)劃與生活建筑設(shè)計(jì)研究[D].北京:清華大學(xué),2004.

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[3] 周鐵軍.高校綜合性餐欽服務(wù)中心設(shè)計(jì)與技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2004.

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[8] GB/T 5701-2008,室內(nèi)熱環(huán)境條件[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

The Test and Analysis of Evaporative Air Conditioner in the Canteen of a University in Xi'an

Tian Runle Qiang Tianwei Li Yueqi Dong Yuguang

( College of Urban Planning and Municipal Engineering, Xi’an Polytechnic University, Xi’an, 710600 )

This article with Germany Testo testo-410 multi-function anemometer, the novel restaurants of indoor air temperature, relative humidity and air velocity were measured and the results are the data analysis, to explore an evaporative air conditioner ventilation cooling system application effect shows that in the restaurant if can carry on the optimization to the exhaust system, an evaporative air conditioner system in the novel the restaurant's application effect will be better.

College canteens; Evaporative air conditioners; Test analysis; Ventilation cooling

TU831.6

B

1671-6612（2021）01-095-06

田閏樂（1995-），男，在讀碩士研究生，E-mail：252623304@qq.com

強(qiáng)天偉（1970-），男，博士，教授，E-mail：16840218@qq.com

2020-09-24