溫濕度獨立控制的工位空調(1)
摘要溫濕獨立控制的工位空調是對傳統(tǒng)集中空調的一次革新。本文介紹了工位空調產(chǎn)生的背景，指出了其優(yōu)于混合式空調和置換式空調的特點。通過分析一次回風冷凝除濕的焓濕圖，從負荷變化的動態(tài)角度和人體舒適感與送風參數(shù)的關系兩個角度論述了溫濕獨立控制的必要性。介紹了工位空調與溫濕獨立控制結合后的主要形式，以及與之相適應的熱、濕獨立處理的方法和優(yōu)缺點。提出了溫濕獨立控制的工位空調目前存在的問題及需要繼續(xù)研究的方向。
關鍵詞工位空調溫濕獨立控制
1工位空調產(chǎn)生的背景
傳統(tǒng)的舒適性空調系統(tǒng)為了滿足室內大多數(shù)人的需要，力圖營造一種大而化之的室內空氣環(huán)境，將新風與一部分室內回風混合起來集中處理送入室內，努力使送風與室內空氣完全混合。但是隨著由空調導致的健康問題、生產(chǎn)效率降低的投訴越來越多，空調系統(tǒng)耗能量居高不下，人們發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的混合式空調存在著不小的缺陷，諸如空氣品質的改善能力弱，不能滿足所有人的喜好，熱濕處理過程能耗大。置換式空調的出現(xiàn)改變了混合式空調改善空氣品質能力弱的狀況，具有較高的通風效率。但是如果設計不合理，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，工位空調應運而生。所謂工位空調（TaskAir-Conditioning），是在以工作臺為個人工作單元的開放式辦公空間內，把空調系統(tǒng)細分到每個工作位上，工作人員可以控制送風量、送風方向以及送風溫度等參數(shù)，來調節(jié)工作區(qū)域內的溫度、濕度和污染物濃度，在保證局部微環(huán)境舒適的同時，能夠有效利用能源的空調系統(tǒng)。與上述空調存在的問題相比，工位空調具有明顯的優(yōu)勢：
1)空氣品質、可感知的空氣品質優(yōu)異。工位空調將清潔、低焓值的空氣直接送入室內人員的呼吸區(qū)，空氣未經(jīng)室內污染物的污染，空氣品質優(yōu)異。低焓值的空氣冷卻能力強，呼吸道特別是鼻粘膜的對流和蒸發(fā)冷卻作用顯著[1]，使人感覺空氣新鮮通透，可感知的空氣品質較高。
2)個體滿意度提高。室內人員對個人工作位的送風速度、角度可以自行調節(jié)，對局部環(huán)境的溫度可以自主控制，因此使每個人都對室內空氣環(huán)境感到滿意成為可能。從心理學上講,當一個人感到他可以對周圍環(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整的時候,他會更容易對此環(huán)境感到滿意和舒適[10]。
3)具備溫濕獨立控制的先天優(yōu)勢。工位空調可以由背景空調-工作位送風-個人熱控系統(tǒng)三部分組成，如果采用溫濕獨立控制，可以對各部分進行分工：工作位送新風，承擔室內潛熱負荷；背景空調采用輻射或對流的形式承擔室內顯熱負荷。顯熱和潛熱負荷分離，自然使溫度和濕度的處理解耦。個人熱控系統(tǒng)調節(jié)個人局部環(huán)境的溫度，這一部分負荷是否要考慮，仍有待進一步研究。
4)節(jié)能。由于工作區(qū)送風以及個人熱控系統(tǒng)可以顯著改善工作區(qū)微環(huán)境，室內背景溫度可以適當提高，室內負荷大大下降。有研究表明，如果人體上半部分的風速控制到1m/s或者更高，則有可能將背景溫度提高到31℃或29℃[16]。當室內溫度設定值從24℃提高到30℃時，總的冷負荷最大能夠降低35%-50%[17]。而且采用熱濕獨立控制后，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溫濕獨立控制的必要性
假設夏季室內設計干球溫度24℃，相對濕度60%，露點溫度15.7℃。利用表冷器冷凝除濕，考慮冷凍水傳熱溫差5℃和輸送過程溫差5℃，則所需冷凍水溫度為5.7℃。如果只是消除顯熱負荷，在空調排熱溫度24℃的情況下，采用14℃的高溫冷水就可以了。一次回風的熱濕處理過程的焓濕圖如圖1所示，將潛熱負荷和顯熱負荷在圖中分別標示出來，可見顯熱負荷占了冷負荷的50%以上。這一部分負荷不得不用5.7℃的冷凍水冷卻降溫，如果送風溫差要求較小，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。
從負荷變化的動態(tài)角度來看。潛熱負荷的主要來源是室外新風和室內人員。新風的潛熱負荷隨室外氣候變化較大，室內人員引起的潛熱負荷與室內人數(shù)有關。顯熱負荷則隨室外氣候、室內設備的狀況的變化而變化。而由圖1可見，對于冷凝除濕，潛熱負荷和顯熱負荷只能按照一定比例變化。兩者之間的變化關系實際上不耦合，如果處理過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，當動態(tài)的熱濕負荷之比與這個比例不符的時候，一般是優(yōu)先消除顯熱負荷，于是導致室內相對濕度與設計值相比或大或小。相對濕度過大，人體容易感覺不舒適；相對濕度過小，處理新風的能耗增大，造成不必要的能源消耗。
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