大空間分層空調(diào)

1、1分層空調(diào)技術(shù)介紹分層空調(diào)指使高大空間下部工作區(qū)域的空氣參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求的空氣 調(diào)節(jié)方式.分層空調(diào)方式是以送風(fēng)口中央線作為分層面,將建筑空間在垂直 方向分為2個區(qū)域,分層面以下空間為空調(diào)區(qū)域,分層面以上空間為非空調(diào) 區(qū)域.如圖1所示.圖1分層空調(diào)示意圖分層空調(diào)的空調(diào)區(qū)的冷負(fù)荷由2大局部組成,即空調(diào)區(qū)本身得熱形成的 冷負(fù)荷和非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)熱轉(zhuǎn)移形成的冷負(fù)荷.熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷包括對流和輻射2局部.當(dāng)空調(diào)區(qū)送冷風(fēng)時(shí),非空調(diào)區(qū)的空氣溫度和內(nèi)外表溫度均高于空 調(diào)區(qū),由于送風(fēng)射流卷吸作用,使非空調(diào)區(qū)局部熱量轉(zhuǎn)移到空調(diào)區(qū)直接成為 空調(diào)負(fù)荷即對流熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷.而非空調(diào)區(qū)輻射到空調(diào)區(qū)的熱量,被空調(diào)區(qū)各 個面接收后,其

2、中只有以對流方式再放出的局部才轉(zhuǎn)為空調(diào)負(fù)荷即輻射熱轉(zhuǎn) 移負(fù)荷,夏季由于太陽輻射熱作用到各外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,屋蓋的內(nèi)外表溫度最 高,而地板的內(nèi)外表溫度往往是最低的,非空調(diào)區(qū)各個面 包括透過窗進(jìn)入 空調(diào)區(qū)的對地板的輻射熱占輻射熱轉(zhuǎn)移熱量 Q的70%80%.采用分層空調(diào)與全室空調(diào)相比,可顯著地節(jié)省冷負(fù)荷、初投資和運(yùn)行能 耗.按國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際運(yùn)用,一般可節(jié)省冷量在 30%左右.因此,對 于高大空間建筑中,房間高度A 10 m,容積10 000m3的建筑,采用分層 空調(diào)這種方式是非常適宜的.近些年來,隨著我國大型展覽、會議場所和航空、鐵路、陸路交通樞紐 建設(shè)的大力開展,出現(xiàn)許多高大空間建筑,這些建筑中

3、需要空調(diào)的區(qū)域僅為 下部工作區(qū)域,可利用合理的分層空調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高大空間節(jié)能.現(xiàn)狀存在的問題是分層空調(diào)技術(shù)應(yīng)用不普以及有些做法值得商榷.如, 分層空調(diào)在滿足空調(diào)區(qū)使用要求的各項(xiàng)參數(shù)下,分層高度h1越低越節(jié)能,有些建筑借用冬季地板輻射采暖的設(shè)備滿足高大空間空調(diào)制冷,輻射地面溫度比全空氣系統(tǒng)對流換熱時(shí)的溫度低,空氣是輻射的近似透明體,這樣采用輻 射供冷處理高大空間空調(diào)沒有分層高度,同時(shí)會加大空調(diào)制冷的能耗.在高大空間中,利用合理的氣流組織僅對大空間下部或上部的空間 即工作區(qū)進(jìn)行通風(fēng)空調(diào),而對上部或下部的大局部空間不進(jìn)行空調(diào),非 空調(diào)區(qū)和空調(diào)區(qū)以大空間腰部噴口送風(fēng)形成的射流層作為分界線.大空間建筑分層

4、空調(diào)適用的氣流組織形式主要有四種：1帶空氣幕的雙側(cè)對噴下部 排風(fēng)；2雙側(cè)對噴上、下部排風(fēng)；3雙側(cè)對噴上、下部排風(fēng)中部一次回風(fēng)； 4雙側(cè)對噴上、下部排風(fēng)中部送新風(fēng).這種技術(shù)應(yīng)用的根本原那么是：1供冷時(shí),冷風(fēng)只送到工作區(qū),此外利 用室外空氣或回風(fēng)以分隔形成上部非空調(diào)空間,或用于滿足消防排煙之需； 2在供暖時(shí),送風(fēng)溫差宜小,且應(yīng)送到工作區(qū).有條件時(shí)與輻射供暖相結(jié) 合.采取這些舉措后,空調(diào)負(fù)荷可減少 30%40%在分層空調(diào)的設(shè)計(jì)中,氣 流組織非常重要,它直接與空調(diào)效果有關(guān).能否保證工作區(qū)的溫度分布均勻, 得到理想的速度場,到達(dá)分層空調(diào)的效果和節(jié)能的目的,很大程度上取決于 合理的氣流組織.只要將空調(diào)區(qū)的

5、氣流組織得好,使送入室內(nèi)的空氣充分發(fā) 揮作用,就能在滿足工作區(qū)空調(diào)要求的前提下,最大限度地降低分層高度, 節(jié)約空調(diào)負(fù)荷,減小空調(diào)設(shè)備容量并節(jié)省設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用.2常見的氣流組織形式通風(fēng)空調(diào)室內(nèi)的氣流組織,是指其中的氣流流形以及空氣的各物理量的 分布,如溫度、速度、濕度以及污染物濃度等.氣流組織的方式歸結(jié)起來主 要取決于送風(fēng)口和回風(fēng)口的位置和形式,即送、回風(fēng)方式.常見的空調(diào)送、 回風(fēng)方式可分為如下幾種形式：1側(cè)送下回方式.側(cè)送方式是大空間建筑采用的最廣泛的一種氣流組織形 式,它是將送風(fēng)口設(shè)在大廳側(cè)墻上部,冷風(fēng)或熱風(fēng)由送風(fēng)口送出,氣流 吹過一定距離后轉(zhuǎn)折下落到工作區(qū)后以較低的速度流過整個工作區(qū),由設(shè)置

6、 于同側(cè)下部的回風(fēng)口排出.根據(jù)空間跨度大小,分單側(cè)送風(fēng)單側(cè)回風(fēng)方式和 雙側(cè)送風(fēng)雙側(cè)回風(fēng)方式.側(cè)送方式中,以噴口側(cè)送最為常見.除了噴口送風(fēng) 外,側(cè)送方式還包括百葉側(cè)送,但由于有噪聲和“腦后風(fēng)等,百葉側(cè)送只 作為輔助送風(fēng)方式被采用.2上送下回方式.上送下回方式,是將送風(fēng)口安裝在建筑的頂棚或上部網(wǎng) 架空間內(nèi),將回風(fēng)口設(shè)在下部側(cè)壁上,空氣自上而下送至人員活動區(qū),然后 由回風(fēng)口抽走,其送風(fēng)形式包括散流器、噴口、旋流風(fēng)口、條縫和孔板送風(fēng) 等.從使用效果上講,上送下回方式是比擬好的.它能把處理好的空氣均勻 送到各個部位,以滿足不同區(qū)域的空調(diào)要求.但上送風(fēng)也存在著諸多缺乏： 空調(diào)區(qū)域包括了建筑內(nèi)的上部空間,冷

7、熱負(fù)荷較大,能耗高,送風(fēng)量比 噴口側(cè)送大25%30溢右.3下送上回方式.這種氣流組織的方式是由下部如地板或側(cè)墻下部送 風(fēng),由空調(diào)房間上部回、排風(fēng).它作為一種節(jié)能型氣流組織形式,比擬適合 于人員較多的建筑.這種送風(fēng)方式防止了將燈光和屋頂負(fù)荷的對流局部帶入 空調(diào)區(qū)域,可使送風(fēng)量大大減小,從而節(jié)省了設(shè)備運(yùn)行和投資費(fèi)用.但下送 風(fēng)風(fēng)口形式復(fù)雜、數(shù)量多,難以運(yùn)行治理,目前對于很多空調(diào)設(shè)計(jì)單位技術(shù) 上還難以實(shí)現(xiàn),因此在大空間建筑空調(diào)實(shí)例中并不多見.4假柱送風(fēng)方式.目前,在我國一些大型會展建筑中采用了類似于機(jī)場候 機(jī)廳風(fēng)柱送風(fēng)的送風(fēng)方式,即假柱送風(fēng).假柱送風(fēng)是在候車廳人員活動區(qū)均 勻布置幾根假柱,送風(fēng)高度約

8、22.5m,柱體斷面為方形或圓形,出風(fēng)口為假 柱頂面或側(cè)面、面積較大非噴射型.此種送風(fēng)方式,送風(fēng)口離人員活動 區(qū)近,因此送風(fēng)速度小,但是布置假柱占用人員活動空間,采用時(shí)應(yīng)綜合考 慮現(xiàn)場結(jié)構(gòu)條件和經(jīng)濟(jì)條件.5多種氣流組織形式的結(jié)合使用.為了到達(dá)最正確的氣流組織效果,同時(shí)取 得更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的運(yùn)行方式,從二十世紀(jì)八十年代至今,工程設(shè)計(jì)人員把多種氣流組織形式結(jié)合使用,以到達(dá)能耗低與效果好的統(tǒng)3冬季工況采用高大空間分層空調(diào)需注意,分層空調(diào)技術(shù)對于夏季空調(diào)是節(jié)能的, 大約節(jié)約30%勺冷量,因此節(jié)省運(yùn)行能耗和初投資,但對于嚴(yán)寒和嚴(yán)寒地區(qū), 在冬季供暖工況下并不節(jié)能,冬季由于熱空氣上浮,人員活動區(qū)域的溫度就

9、 會受到影響,上部空間的溫度較高,通常有兩種方法可應(yīng)用：1設(shè)置室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),將上部過熱空氣通過風(fēng)道引至下部空間再利用.2底層設(shè)置地板輻射供暖系統(tǒng)或地板送風(fēng)供暖系統(tǒng).下部送風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式作為一種通風(fēng)效率高、空氣齡短、空氣品質(zhì)較 高的通風(fēng)方式,通?？煞譃橹脫Q通風(fēng)和地板送風(fēng)的方式.置換通風(fēng)是將經(jīng)過 處理或未經(jīng)處理的空氣,以低風(fēng)速、低湍流度、小溫差的方式送入室內(nèi)人員 活動區(qū)的下部,使送入房間的氣流在地板上均勻分布,首先帶走人員負(fù)荷, 然后,升溫的空氣上升至上部空間,被燈光等設(shè)備散發(fā)的熱量加熱,在房間 上部空間形成滯留層,從滯留層中帶走房間余熱和污染物.形成以熱煙羽形 式向上的對立氣流,有效地將熱量和

10、污染物排出人員活動區(qū). 地板送風(fēng)UFAD 是指利用地板靜壓箱,將經(jīng)熱濕處理的空氣由地板送風(fēng)風(fēng)口送到人員活動區(qū) 的氣流組織形式,與置換通風(fēng)相比,地板送風(fēng)以較高的風(fēng)速從尺寸較小的地 板送風(fēng)口送出,形成相對較強(qiáng)的空氣混合,因此送風(fēng)溫度可較置換通風(fēng)的低, 系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的冷負(fù)荷也大于置換通風(fēng), 但是地板送風(fēng)的風(fēng)口附近區(qū)域不應(yīng)有人 長期停留.下部送風(fēng)方式的節(jié)能性還表達(dá)在,送風(fēng)溫度較高,一般為1618C, 隨著送風(fēng)溫度的提升,冷水機(jī)組的出水溫度提升,COP直也相應(yīng)提升,因此對于除濕要求不嚴(yán)格的場所,是一種舒適節(jié)能的系統(tǒng)形式.4送風(fēng)口相對高度及換氣次數(shù)對分層空調(diào)氣流組織的影響房高不同、送風(fēng)口高度不同、送風(fēng)速度不同

11、、送風(fēng)口斷面高度不同在分層空調(diào)方案設(shè)計(jì)時(shí),推薦應(yīng)用以下結(jié)論：當(dāng)建筑物的送風(fēng)口相對 高度Q值為0.20.4時(shí),將整體空間的換氣次數(shù)設(shè)定在13次之間小于1次時(shí),空調(diào)區(qū)溫度過高,熱舒適性差；大于3次時(shí),空調(diào)系統(tǒng)提供的冷量 過大,能耗高,室內(nèi)垂直方向上溫度分布存在梯度,能夠產(chǎn)生明顯的分層 現(xiàn)象,從而到達(dá)節(jié)能的目的.并且,將送風(fēng)口以下空調(diào)區(qū)的換氣次數(shù)維持在 6次左右時(shí),能夠使工作區(qū)產(chǎn)生較好的熱舒適性效果.5自然通風(fēng)與分層空調(diào)耦合運(yùn)行的節(jié)能分析5.1 溫度分布比擬單獨(dú)運(yùn)行分層空調(diào)和耦合運(yùn)行時(shí)在垂直方向上的溫度云圖.可以看出：D兩種方式下,下部空調(diào)區(qū)域高度04m,空氣混合均勻,溫度均滿 足舒適性要求.在上部

12、區(qū)域,隨著高度的增加,溫度逐漸升高,均會產(chǎn)生明 顯的溫度分層現(xiàn)象.2在分層空調(diào)單獨(dú)運(yùn)行時(shí),下部空調(diào)區(qū)域溫度為 298K 25C,房頂處 溫度最高可達(dá)318K45C,在非空調(diào)區(qū)域尤其在天花板處熱氣流滯留明顯.3在自然通風(fēng)與分層空調(diào)耦合運(yùn)行時(shí),下部空調(diào)區(qū)域溫度下降為296K23C,房頂處的溫度下降為310K37C,上部熱氣流滯留的現(xiàn)象得到了 明顯的緩解.對于分層空調(diào),空調(diào)區(qū)域冷負(fù)荷由兩局部組成,即空調(diào)區(qū)域本身得熱所 形成冷負(fù)荷和非空調(diào)區(qū)域通過對流及輻射方式向空調(diào)區(qū)域轉(zhuǎn)移的熱負(fù)荷.也就是說,非空調(diào)區(qū)溫度越高,熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷越大.利用自然通風(fēng)與分層空調(diào)耦 合運(yùn)行,可有效降低非空調(diào)區(qū)域的溫度,從而減少空調(diào)區(qū)域的冷負(fù)荷,到達(dá) 節(jié)能的效果.5.2 氣流分布比擬單獨(dú)運(yùn)行分層空調(diào)和耦合運(yùn)行時(shí)速度矢量圖.可以看出：1分層空調(diào)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí),空