基于舒适性的暖通空调系统能耗及节能问题研究

尤永飞

（宁夏煤矿设计研究院有限责任公司，宁夏 银川750011）

0 引言

我国以煤为主的能源结构加重了对环境的污染。在全球空气污染最严重的10大城市中，中国就占有5席。我国大气污染属煤烟型污染，主要污染物是烟尘和 SO2，燃煤是形成中国大气污染的主要原因。近年来跨出国界影响到周边国家和地区。

如果说传统“公害”问题的影响范围有限的话，而全球环境总是就会涉及到地球上的每一个人。全球环境问题可归结为以下8类：1）温室气体排放问题；2）臭氧层破坏问题；3）酸雨问题；4）土地荒漠化问题；5）热带雨林的迅速减少；6）生物多样性的破坏；7）有害废弃物的越境转移；8）海洋污染。

这八大问题多多少少与人类消耗能量有关，也多多少少与人类大规模的建设有关，因此也就多多少少与暖通空调业有关。我国建筑能耗在总能耗中所占比例约 20%左右，而建筑能耗中大部分是暖通空调耗能，几乎占建筑能耗的 85%，由此可见，暖通空调在全国温室气体排放中的贡献率约在15%以上。

暖通空调是用来满足室内良好的空气环境的，而由于能量的利用，它又以破坏室外环境为代价，所以我们需要在能源利用与保护环境中找到平衡点，以能源的最有效利用，实现良好室内环境，保护全球环境。

1 室内温度、湿度的优化与舒适性、节能性

1.1 温湿度变化对热舒适的影响

室内空气温度改变对室内热舒适度的影响非常大，而相对湿度变化的影响很小，在一定范围内，相对湿度的变化对人的热舒适几乎没有影响。

1.2 室内设计温度的改变对空调能耗的影响

以我国北方某城市一个四层办公楼为例，计算其夏季冷负荷及节能率变化情况。每屋有90人工作，新风量按30m3/n.人，窗为单层木框窗，外墙为490砖墙采用冷负荷系数法计算出不同的室内设计温度tn下的设计空调冷负荷、湿负荷和制冷量，及以室内设计温度取值为 25℃为基准的节能率，见表1。

表1 温度与能耗

从表 1可以看出，随着室内温度的升高，节能率也随着升高（近似呈线性变化），室内设计温度每提高 1℃，空调系统将减少能耗6%。

1.3 相对湿度的改变对空调能耗的影响

仍以上述的建筑为例，取室内温度 26℃为定值，改变相对湿度，相对湿度30%-70%。计算其制冷量及其与相对湿度50%时节能率，见表 2。

表2 相对湿度与能耗

由表2可以看出，随着相对湿度的增大，节能率随之升高（近、似呈线性）相对湿度每增加 5%，节能10%。

1.4 室内设计参数的优化组合

通过以上分析可以看出：室内空气温度对人的热舒适感影响很大，但对空调能耗的影响则比较小。而相对湿度对人的热舒适感影响很小，但对空调能耗的影响很大。因此在确定室内设计参数时，温度可以低一点，相对湿度可以高一些。这样，即可以保证较高的热舒适度，又可以减少空调能耗。

2 脉动气流与室内计算参数的取值与节能

传统的空调系统是以稳态热环境空调策略为基础的，其主要特点是力求创造一个稳定的中性热环境，在ASHRAE55-1992和 ISO-7730标准中给出了室内热环境指标的推荐值。空气流速小于 0.15m/s、相对湿度50%左右，有效温度23-26℃，这些是推荐的热舒适条件。以这些标准为设计依据的稳态空调送风系统，在经济上存在能量消耗大，运行费高等问题。

与保持人体始终处于热中性环境的观点不同的动态热环境空调策略，主张室内热环境的调节应与室外气候的变化相适应，给予人体可接受的一定程度的动态刺激，提出了室内热环境调节的基本模式，即人体热反应在热中性时，不采取人工调节，提倡自然通风模式；人体热反应高于热中性时，首先采用等温动态送风方式。在采用模拟自然风条件下，动态空调的热舒适区是干球温度 26℃-30℃，相对湿度 40%-60%。其中环境温度在 27℃-28℃时，可以采用等温动态送风模式，使人体的热反应接近热中性；环境温度在 28.5℃-30℃可以采用等温动态送风或温差在 0-7℃范围的非等温动态送风模式使人体热反应接近中性。显而易见，用动态送风系统替代稳态送风系统，可使夏季室内空调设计温度由稳态的23℃-26℃，提高到 28.5℃-30℃，从而使维护结构负荷新风负荷均得到减少，空调设备型号相应变小，能耗电量降低，空调系统管件尺寸也相应缩小，节省了工程的初投资。

在工程中，可以开发新型的末端设备，采用脉动气流送风来节能。例如可以采用脉动气流的风机盘管送风。

3 标准有效温度SET＊与节能

标准有效温度（Standard Effective Temperature）将影响人的热舒适的六个指标综合成一个单一温度值。是指某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度，其相对温度为50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下热感觉相同，这个温度就是实际情况下的SET*。

在焓湿图上，ASHRAE推荐了舒适范围，当 SET值一定时，人的冷热感是相同的，在该区域上的焓值是变化的，即使是相同的 SET*，所处理空气的能耗电量是不同的，在相同的舒适条件下，能耗电量是有差别的，节能是有很大潜力的。

4 结束语

总之，当代空调技术实际上是以促进人类居住的舒适性、健康性，保护地球环境，对能源有效利用等，基于可持续发展的观点为原则而取得进展的。可持续发展是一种全新的发展观，所谓可持续发展，就是即要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不要以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的利益。暖通空调专业是能源和环境结合得最紧密的专业，肩负着能源利用和保护环境的任务。

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