溫濕度獨(dú)立控制的工位空調(diào)(1)
摘要溫濕獨(dú)立控制的工位空調(diào)是對(duì)傳統(tǒng)集中空調(diào)的一次革新。本文介紹了工位空調(diào)產(chǎn)生的背景，指出了其優(yōu)于混合式空調(diào)和置換式空調(diào)的特點(diǎn)。通過(guò)分析一次回風(fēng)冷凝除濕的焓濕圖，從負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)角度和人體舒適感與送風(fēng)參數(shù)的關(guān)系兩個(gè)角度論述了溫濕獨(dú)立控制的必要性。介紹了工位空調(diào)與溫濕獨(dú)立控制結(jié)合后的主要形式，以及與之相適應(yīng)的熱、濕獨(dú)立處理的方法和優(yōu)缺點(diǎn)。提出了溫濕獨(dú)立控制的工位空調(diào)目前存在的問(wèn)題及需要繼續(xù)研究的方向。
關(guān)鍵詞工位空調(diào)溫濕獨(dú)立控制
1工位空調(diào)產(chǎn)生的背景
傳統(tǒng)的舒適性空調(diào)系統(tǒng)為了滿足室內(nèi)大多數(shù)人的需要，力圖營(yíng)造一種大而化之的室內(nèi)空氣環(huán)境，將新風(fēng)與一部分室內(nèi)回風(fēng)混合起來(lái)集中處理送入室內(nèi)，努力使送風(fēng)與室內(nèi)空氣完全混合。但是隨著由空調(diào)導(dǎo)致的健康問(wèn)題、生產(chǎn)效率降低的投訴越來(lái)越多，空調(diào)系統(tǒng)耗能量居高不下，人們發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的混合式空調(diào)存在著不小的缺陷，諸如空氣品質(zhì)的改善能力弱，不能滿足所有人的喜好，熱濕處理過(guò)程能耗大。置換式空調(diào)的出現(xiàn)改變了混合式空調(diào)改善空氣品質(zhì)能力弱的狀況，具有較高的通風(fēng)效率。但是如果設(shè)計(jì)不合理，產(chǎn)生的垂直溫度梯度將引起人體局部不舒適感。
在這種情況下，工位空調(diào)應(yīng)運(yùn)而生。所謂工位空調(diào)（TaskAir-Conditioning），是在以工作臺(tái)為個(gè)人工作單元的開(kāi)放式辦公空間內(nèi)，把空調(diào)系統(tǒng)細(xì)分到每個(gè)工作位上，工作人員可以控制送風(fēng)量、送風(fēng)方向以及送風(fēng)溫度等參數(shù)，來(lái)調(diào)節(jié)工作區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和污染物濃度，在保證局部微環(huán)境舒適的同時(shí)，能夠有效利用能源的空調(diào)系統(tǒng)。與上述空調(diào)存在的問(wèn)題相比，工位空調(diào)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
1)空氣品質(zhì)、可感知的空氣品質(zhì)優(yōu)異。工位空調(diào)將清潔、低焓值的空氣直接送入室內(nèi)人員的呼吸區(qū)，空氣未經(jīng)室內(nèi)污染物的污染，空氣品質(zhì)優(yōu)異。低焓值的空氣冷卻能力強(qiáng)，呼吸道特別是鼻粘膜的對(duì)流和蒸發(fā)冷卻作用顯著[1]，使人感覺(jué)空氣新鮮通透，可感知的空氣品質(zhì)較高。
2)個(gè)體滿意度提高。室內(nèi)人員對(duì)個(gè)人工作位的送風(fēng)速度、角度可以自行調(diào)節(jié)，對(duì)局部環(huán)境的溫度可以自主控制，因此使每個(gè)人都對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境感到滿意成為可能。從心理學(xué)上講,當(dāng)一個(gè)人感到他可以對(duì)周圍環(huán)境參數(shù)有著某種程度的控制,可以按照自己的意愿去調(diào)整的時(shí)候,他會(huì)更容易對(duì)此環(huán)境感到滿意和舒適[10]。
3)具備溫濕獨(dú)立控制的先天優(yōu)勢(shì)。工位空調(diào)可以由背景空調(diào)-工作位送風(fēng)-個(gè)人熱控系統(tǒng)三部分組成，如果采用溫濕獨(dú)立控制，可以對(duì)各部分進(jìn)行分工：工作位送新風(fēng)，承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷；背景空調(diào)采用輻射或?qū)α鞯男问匠袚?dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。顯熱和潛熱負(fù)荷分離，自然使溫度和濕度的處理解耦。個(gè)人熱控系統(tǒng)調(diào)節(jié)個(gè)人局部環(huán)境的溫度，這一部分負(fù)荷是否要考慮，仍有待進(jìn)一步研究。
4)節(jié)能。由于工作區(qū)送風(fēng)以及個(gè)人熱控系統(tǒng)可以顯著改善工作區(qū)微環(huán)境，室內(nèi)背景溫度可以適當(dāng)提高，室內(nèi)負(fù)荷大大下降。有研究表明，如果人體上半部分的風(fēng)速控制到1m/s或者更高，則有可能將背景溫度提高到31℃或29℃[16]。當(dāng)室內(nèi)溫度設(shè)定值從24℃提高到30℃時(shí)，總的冷負(fù)荷最大能夠降低35%-50%[17]。而且采用熱濕獨(dú)立控制后，與傳統(tǒng)的冷凝除濕相比，也可以節(jié)省不必要的能耗，提高能源利用品位。
2溫濕獨(dú)立控制的必要性
假設(shè)夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)干球溫度24℃，相對(duì)濕度60%，露點(diǎn)溫度15.7℃。利用表冷器冷凝除濕，考慮冷凍水傳熱溫差5℃和輸送過(guò)程溫差5℃，則所需冷凍水溫度為5.7℃。如果只是消除顯熱負(fù)荷，在空調(diào)排熱溫度24℃的情況下，采用14℃的高溫冷水就可以了。一次回風(fēng)的熱濕處理過(guò)程的焓濕圖如圖1所示，將潛熱負(fù)荷和顯熱負(fù)荷在圖中分別標(biāo)示出來(lái)，可見(jiàn)顯熱負(fù)荷占了冷負(fù)荷的50%以上。這一部分負(fù)荷不得不用5.7℃的冷凍水冷卻降溫，如果送風(fēng)溫差要求較小，還需要額外的再熱，能量利用品位低下，甚至存在不必要的消耗。
從負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)角度來(lái)看。潛熱負(fù)荷的主要來(lái)源是室外新風(fēng)和室內(nèi)人員。新風(fēng)的潛熱負(fù)荷隨室外氣候變化較大，室內(nèi)人員引起的潛熱負(fù)荷與室內(nèi)人數(shù)有關(guān)。顯熱負(fù)荷則隨室外氣候、室內(nèi)設(shè)備的狀況的變化而變化。而由圖1可見(jiàn)，對(duì)于冷凝除濕，潛熱負(fù)荷和顯熱負(fù)荷只能按照一定比例變化。兩者之間的變化關(guān)系實(shí)際上不耦合，如果處理過(guò)程耦合顯然是不合理的。如果按照基本不變的潛熱顯熱之比處理，當(dāng)動(dòng)態(tài)的熱濕負(fù)荷之比與這個(gè)比例不符的時(shí)候，一般是優(yōu)先消除顯熱負(fù)荷，于是導(dǎo)致室內(nèi)相對(duì)濕度與設(shè)計(jì)值相比或大或小。相對(duì)濕度過(guò)大，人體容易感覺(jué)不舒適；相對(duì)濕度過(guò)小，處理新風(fēng)的能耗增大，造成不必要的能源消耗。
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