南京地区辐射空调新风量的探讨

2018-06-19王文武张建忠黄虎

建筑热能通风空调 2018年12期

王文武张建忠黄虎

1南京市建筑设计研究院有限责任公司

2南京师范大学能源与机械工程学院

0 引言

新风系统是辐射空调重要的组成部分。新风不仅需要满足人员卫生需求，还承担室内的湿负荷。新风量太小，若不能去除室内余湿，则会引起室内结露，从而会造成辐射表面潮湿甚至出现积水，对人们的工作和生活造成不利影响。新风量太大，则能耗加大，新风输配管道、机组加大，初投资增加。合理选择新风量大小对辐射空调的运行与节能起着至关重要的作用。

本文重点研究了南京地区办公，客房与住宅室内湿负荷的来源，并计算出了排除室内余湿所需新风量的大小，再与现有的规范、手册中新风量标准比较，得到了南京地区辐射空调新风量的选取方法，为设计此类空调系统提供理论参考。

1 办公，客房和住宅余湿的来源

对于常规空调而言，新风量主要满足室内的卫生要求。而对于辐射空调，新风不仅要满足室内的卫生要求，而且要带走室内的余湿。对于常规空调，一般只考虑冬季新风渗透所产生的热负荷。对于夏季的新风渗透，由于其产生的冷负荷并不显著，一般不予考虑。在辐射空调系统中，由于其承担室内湿负荷的是经过处理过的干空气，其除湿能力有限，室外渗透所产生的湿负荷影响较大，不能忽略。特别是近几年公共建筑玻璃幕墙的使用，新风渗透的产湿量越来越大。据统计，对于某些建筑，新风渗透产湿量占总湿负荷的30%左右[1-2]。本文认为对于办公和客房类建筑室内余湿的来源主要是人体与新风渗透，植物和敞开水表面的散湿不予考虑。对于住宅类建筑室内的余湿主要来源于人体，新风渗透，食物散湿，植物散湿和敞开水面散湿等。

2 办公和客房新风量确定

当办公和客房应用辐射空调系统时，新风不仅要满足室内人员的卫生需求，还得排除室内的余湿。办公和客房的余湿主要来源于人员和新风渗透。本文提出在设计这两类建筑时，可把新风量分为两个部分计算。一部分用于排除人体的散湿，另一部分用于排除新风渗透的产湿。两部分新风量大小之和即为办公、客房的设计新风量。

1）排除室内人员的散湿所需的新风量

为了去除房间的人员湿负荷，根据湿平衡方程确定新风量为[4]:

式中：D为空调房间的人员湿负荷，g/h；V为新风送风量，m3/h；ρ为新风的密度，kg/m3；dn为室内空气的含湿量，g/kg；ds为送入新风的含湿量，g/kg。

表1 排除室内人员余湿所需的新风量

表1给出了为排除室内人员余湿所需的新风量随人员劳动强度的变化情况。室内的含湿量与送风含湿量的差值取2.5g/kg（当室内含湿量为10.8g/kg时，要求的送风含湿量为8.3g/kg），由表中数据可知，控制室内环境湿度确定的新风量所带走的CO2量基本能够带走人均CO2排放量。当室外环境的CO2浓度为300×10-6时，根据排湿确定的新风量可以使得环境的CO2浓度在850～950×10-6之间。当室外环境的CO2浓度为500×10-6时，根据排湿确定的新风量可以使得环境的CO2浓度在1000～1150×10-6范围内，基本满足室内空气品质的要求[3]。

2）排除新风渗透产湿的新风量

新风渗透产湿量的计算可按下面公式计算[1]：

式中：Wi为产湿量，g/h；l为房间各朝向的门窗缝隙长度之和，m；a1为外门窗缝隙渗风系数，m3/(m·h·Pab)，可按表2确定，b为门窗缝隙渗风指数，取值范围为0.56～0.78；ρ0为室外计算温度下的空气密度，kg/m3；d0为室外新风含湿量，g/kg；dn为室内空气的含湿量，g/kg；Cr为热压系数，可按表3确定；v0为基准高度室外最多风向的平均风速，m/s；h为计算门窗的中心线距室外地面高度，m。

表2 建筑外窗缝隙渗透风系数a1下限值[m3/(m·h·Pab)]

表3 热压系数C r

在所有室内的湿负荷构成中，新风渗透产湿量受建筑所在的城市、建筑外环境的风速、围护结构的密闭性影响较大。据相关文献研究表明[1-3]，北京、广州的新风渗透产湿量约占总湿负荷的15%～20%，上海由于室外新风平均风速较高，而且室外新风设计参数的含湿量甚至要比广州还高，所以新风渗透产湿量约占总湿负荷的40%[2]。查《实用供热空调设计手册》可知，南京地区的室外计算含湿量与室外风速介于上海与广州之间，由此可以推断出，南京地区新风渗透产湿量占总湿负荷的比值介于20%～40%之间。

下面以一个典型办公室或客房为例，计算新风渗透负荷在南京地区占总湿负荷的比重。办公室（客房）为30m2，办公人员（入住人员）两人，门窗缝隙长度按15m计算，南京夏季空调室外计算干求温度34.8℃，湿球温度28.1℃，新风含湿量21.69g/kg，室外平均风速为2.6m/s。办公或客房的室内计算含湿量为10.8g/kg，取门窗渗透指数b=0.56，由于办公室或客房门窗封闭较好，取a1=0.5，热压系数Cr=0.6，计算门窗的中心线距离地面距离h取2m（首层办公或客房）。办公或客房人员为轻度劳动，取散湿量为109g/h。由公式(1)可以计算出典型办公室或客房新风渗透产湿量为78.6g/h。室内的总湿负荷为296.6g/h，新风渗透产湿量对于首层办公或客房占总湿负荷的26.5%。由新风产湿量计算公式可以看出，随着办公或客房所在层数的增加，新风渗透产湿量相应增加，占总湿负荷的比重也会增大。

表4给出了不同规范，根据排除室内人员散湿及排除室内总余湿确定的新风量大小比较。查阅相关资料及调研市面上几种类型新风机组送风参数，大致确定送风含湿量在7～9g/kg。为了方便比较不同新风含湿量对应的新风量与规范中要求新风的大小，本文选取（室内含湿量为10.8g/kg）五个参考点。表中新风渗透产湿量占总湿负荷的比值取30%进行计算，排除室内总余湿的新风量折算成每人每小时的新风量。计算结果表明，送风含湿量对送风量的大小影响较大。送风含湿量从7.0g/kg变化到9.0g/kg时，送风量从每人34m3/h增加到了72m3/h。当送风含湿量在8.0g/kg以上时，新风量的大小基本满足了办公与客房规范中的卫生要求。所以在设计办公及客房辐射空调系统时，先确定新风机组的送风含湿量值，宜控制在8.0g/kg以上，再根据室内总余湿确定新风量大小，可参考表4。

表4 规范、标准及根据排除余湿的新风量大小比较[m3/(h·p)]

3 住宅新风量确定

住宅建筑设计新风量与室内人数和空调面积有关。由于住宅建筑类型的多元化以及人员密度低特点，对于夏热冬冷地区，以人均最小新风量和简单的换气次数法确定新风量均不合理。根据相关文献[5-7]，采用ASHRAE标准建议的叠加人员所需新风量和按建筑面积所折算稀释污染物所需新风量的方式来确定住宅类建筑新风量标准。

根据ASHRAE标准和结合《住宅设计规范》GB50096-2011，得出了换气次数随人均居住面积的变化规律，如图1所示。为便于设计选择，对图1数据图表进行归纳总结，得出反映人均居住面积这一指标的换气次数设计选择表，如表5所示。

图1 换气次数随人均居住面积的变化规律

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012也给出了住宅换气次数与人均居住面积的变化规律。具体大小如表6所示。

表6 根据建筑居住面积确定的换气次数

下面是以一个100m2的住宅为例，分析根据排除室内余湿与GB50736-2012换气次数法确定新风量大小比较。住宅按3个人计算，建筑高度为2.8m。湿负荷主要考虑人员散湿、新风渗透产湿和饭菜散湿。表中同样选取送风含湿量7.0、7.5、8.0、8.5、9g/kg（室内含湿量为10.8g/kg）五个参考点。对于住宅建筑，新风渗透量小于办公类建筑，新风渗透产湿量占总湿负荷的比值取25%计算，人均饭菜散湿量取34.9g/(人·h)。表7给出了规范与根据排除室内余湿新风量大小及对应换气次数法比较。由表可知，当送风含湿量在7.5g/kg以上时，根据排除总余湿确定的换气次数大于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012的值，可同时满足卫生需求。所以在设计住宅类建筑辐射空调系统时，送风含湿量宜控制在7.5g/kg以上，具体换气次数大小可参考表7。