建筑室内热湿环境实验综述报告

2020-12-23安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601

安徽建筑 2020年5期

关键词：盘管风机能源

张虎（安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥 230601）

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建筑室内热湿环境与人们工作生活息息相关，在典型的地域条件下，采用人工环境与能源利用技术创造适合人们生活与工作的健康、舒适、节能、环保的建筑环境，是专业工作者的己任。室内热湿环境的实验研究，为建筑环境的创造提供数据参考。

本文依托于安徽建筑大学建筑室内热湿环境重点实验室。

1 建筑室内热湿环境实验研究方向

建筑室内热湿环境实验主要研究领域是建筑环境、建筑能源。主要实验研究方向：建筑热湿环境的实现技术、建筑能源系统的集成技术。

1.1 建筑热湿环境的实现技术

室内热湿环境由室内空气的温度、湿度、气流速度、室内物体的表面辐射温度、人体的着衣热阻、人体代谢率和人体热感觉等组成，其中，温度、湿度、气流速度、室内物体的表面辐射温度构成了人体所处空间的客观热湿环境[1]。对人体的作用是上述因素的共同作用，产生的是综合效果。

人体实感舒适度与各种量化参数(如：季节,天气,人群,身体状况,年龄,心理状况,精神状态,主观作用等)之间有非常复杂的关系。影响热湿环境的各个因素的不同组合可以得到相同效应的热湿环境；在某种特定条件下，某种单一因素可能起到决定性作用。由于技术发展水平所限，传统热湿环境的研究强调的是综合效果，即采用冷却。

根据人体的生理学接受程度，采用解耦方式，单一边界处理舒适环境7要素之间的关系，建立室内环境舒适度评价实验方案，如：单一的通风技术，单一的降温方式去除显热，单一的除湿方式去除潜热，单一改变维护结构构造提高或降低物体的表面辐射温度，除非特别情况，不采取耦和方式处理。如：安徽省夏季的大部分时间是闷、热并存，但除了极端气候外，温度基本处于人体可接受的范围，处理方式采用单独将多余的湿度去除，而不是将温度降至人体不适感以下除湿，并浪费大量的降温能源。

目前，国内外在对室内热湿环境的处理上，解耦方式越来越被业界认同，有学者在进行这方面的专门实验研究。清华大学的江亿院士团队多年来一直坚持温湿度独立控制的理论和技术研究，在实验理论支持下开发的溶液调湿技术从新风侧单独处理室外空气的潜热负荷，产品已工业化并进行了市场推广[2]；1987年全球第一台商业用溶液除湿空调设备诞生，1997年以色列成立DryKor Ltd.——专注于溶液除湿空调设备，2006年成立美国公司，注册Ducool品牌，2010年总部移至美国迈阿密，并以Advantixsystems（沃登福）的名称向全球市场扩张，2011年开始在中国市场发展；同济大学的张旭教授团队对家用小型温湿度分控双工况机组进行了研发，样机已进入试验阶段。

在维持同一室内热舒适型指标的同时，消耗较少的能源，采用合适的技术营造室内热湿环境。因此，采用解耦方式研究室内热湿环境的实现技术是实验室的重要研究手段。

1.2 建筑能源系统的集成技术

建筑能源系统应充分考虑能源与资源的梯级利用、生态利用[3]。地域的特点使资源与能源具备多样化的特点，因地制宜的确定城市能源结构、建筑供能方式以及合理的根据自然变化规律确定能源组合的运行方式实验意义重大。

在能源中，天然气使用简单，燃烧充分，热值高，燃烧产物单一，污染小，和煤炭相比是高品位热源。高品位能源的多次利用就构成了能源的梯级利用，天然气先用于发电，烟气用于吸收式制冷，对其进行热回收，降低排气温度，再用热泵系统回收排出的低位烟气热能；夏季空调系统工作产生的冷凝水在冷凝器上利用，能有效减少空调系统运行能耗。

资源合理利用的关键是生态利用，生态恢复的周期越短越好。中国建筑科学研究院徐伟研究员主持的国家“十一五”科技支撑项目“中国地源热泵项目适宜性评价”结题报告中，将夏热冬冷地区包括我省绝大部分地区列为：办公建筑单一型土壤源热泵系统一般适宜区，办公建筑和居住建筑复合型土壤源热泵系统较适宜区，其中评价的重要指标就是生态的可恢复性。地下资源中，地下水资源与土壤资源的优劣要进行专门的专业评价是实验研究的重要内容。

2 建筑室内热湿环境主要实验内容与方法[4]

2.1 集中送风空调性能测试

利用空调系统实验台，在现有的条件下尽可能准确得测定在某一种工况下工作的空调机制冷、制热能力。在实验的过程中分析确定干、湿球温度计点布置，准确测量风口风量。

热泵型房间空调器的性能测试原理主要有焓差法和热平衡法2种。相对热平衡法而言，焓差法具有投资小、反应快等优点，比较适合于高校研究性的实验测试。空气焓差法不但可以对空调系统的静态性能进行测试，同时还可以进行空调系统的动态特性研究和空调系统季节能效比的测量，这是热平衡法所不具备的。空气焓差法试验装置可以对空气干、湿球温度、风量以及房间空调器的输入功率等参数进行连续、频繁的采样测量，其测试可再现性达1%。

实验采用空气焓差法，对空调机的送风参数、回风参数以及循环风量进行测量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定空调机的能力。

2.2 风机盘管的性能测试

风机盘管机组是空调系统的主要空气处理设备，它的性能直接影响空调系统的运行效果，通过实验测试了解风机盘管性能，可以优化工程设计。

实验依据于国家标准《风机盘管机组》（GB/T19232-2003）规定以空气焓差法作为风机盘管性能试验的方法，此外还有风管热平衡法和房间热平衡法等。

通过独立运行风机盘管系统，当房间内的冷热负荷达到平衡时，测定风机盘管进、出口干湿球温度和送入房间的风量，并确定空气的焓值，利用空气焓差法，计算风机盘管的供冷量。从而判断风机盘管的性能。

2.3 燃气锅炉系统性能测试

通过热平衡试验,测试燃气锅炉系统在稳定工况下燃料利用程度、烟气热量回收使用效果和热量损失[5]。对锅炉系统的运行状况、能源梯级利用进行分析、评价，为节能技改项目提供技术依据。

燃气锅炉系统在燃烧稳定工况下，测定锅炉燃气量、锅炉的进水出水温度和流量、烟气成分、烟气温度和流动压差、不同工作原理的烟气热量回收装置进水出水温度和流量。利用锅炉系统正反热平衡法，计算锅炉系统热效率和不同的烟气热回收效率,分析影响锅炉系统热效率的各种因素。

2.4 土壤源热泵系统性能测试

土壤源热泵系统核心内容是土壤特性的研究，实验方法采用土壤源热泵冷热响应测试获得土壤取散热特性。通过土壤源冷热响应测试，掌握地埋管与周围土壤间的换热规律、地下岩土的热物性参数等变化情况，能有效的预知地下岩土的综合传热系数。模型简化数值计算方法获得取散热特性误差较大,经验估算仅在方案分析阶段有一定的参考价值。

依据测量的温度、流量、功率，考虑土壤热导率、土壤初始温度对埋地管换热器的换热效果影响[6]进行综合分析。