关于低温送风系统的若干问题的浅析.doc

关于低温送风系统的若干问题的浅析摘要： 低温送风空调系统能够大量的节省能耗，提高室内空气品质，其优点已经得到很多工程设计人员及业主的认同。但是，这种系统也存在一些影响其应用的难题，其中关键的一点是：对低温送风系统的射流分离点的控制比较困难。本文从五个方面对低温送风系统的射流分离距离进行分析和讨论：（1）由于送风温度的降低，容易导致送风射流提前分离下降到工作区，从而造成室内人员的吹冷风感。（2）由于送风射流的提前分离，会造成室内一部分区域形成空气滞止区。（3）在部分负荷情况下，低温送风系统的射流分离距离的研究更加具有工程意义。（4）房间空间结构对低温送风系统的分离距离的影响。（5）在空调供热工况下，低温送风系统的分离距离的研究。 关键词： 低温送风 射流分离 节能 室内环境1 低温送风系统射流分离点的简介1.1 低温送风系统的特点及其射流分离的特性低温送风系统就是随着冰蓄冷系统的发展而兴起的。它可以充分利用冰蓄冷系统直接供应的14的低温冷媒水，从而在不增加制取低温冷媒水费用的前提下，降低送风温度提高送风温差。并且带来一系列的优点：.送风量减少节省送风系统的风机能耗；.减少送风设备（如风管、散流器、空气处理机组、风机等设备）的初投资和安装费用，以及所需的安装空间，从而有可能降低楼层高度；.提高冷媒水的除湿能力，从而提高了室内舒适性。低温送风系统可以节约能源，改善室内环境，这些优点已经在实践中证实。但是，这种系统也存在一些影响其应用的难题，其中关键的一点是：由于低温送风系统的送风温差增大，射流分离点的控制比较困难，从而有可能会恶化室内环境。1.2 目前的研究现状在1988年，Dorgan C E, Elleson J S.2就提出了：低温送风系统的低温射流容易下降到工作区，从而造成室内人员的吹冷风感，降低了室内的环境质量。在应用低温送风系统刚开始时，常采用带风机的混合箱末端设备。但是，采用这种方法，有研究表明3：这种空气分布末端设备的小功率风机消耗大量的能耗，甚至有可能超过所节约的风机能耗，而且小风机的噪声比较大，降低室内环境质量，所以这种方法不是一种理想的节能方法。随后，有许多研究者对低温送风系统的散流器进行了研究，并设计了一些专用的散流器，如：旋流型散流器4、喷嘴型散流器5以及中国西南交通大学设计的“风车风扇”式旋流型散流器6。通过这些散流器可以提高送风射流与室内空气的混合，从而降低射流提早下降到工作区的可能性。本文将从五个方面对低温送风系统进行分析和讨论：2 射流下降引起吹风感2.1 吹风感的定义“吹风感”的概念是用来评价室内空气速度和温度对人体舒适性的一个指标。其定义是：在空气湿度和热辐射一定的情况下，由于空气流动和温度引起的局部冷、热感10。其评价方法是：有效吹风温度法。2.2 射流下降对舒适性的影响对于制冷工况，送风射流下降到工作区，会产生两个方面的影响。一方面，在射流下降的区域会造成空气流速比较大并且温度也比较低，从而会造成室内人员的吹冷风感。另一方面，由于射流提前下降，造成室内存在空调风不能到达的区域。在该区域里，空气流速比较低而且温度比较高，从而造成室内人员比较热，降低室内热舒适性。在低温送风系统射流下降的可能性更大，而且影响也更加严重。由于送风温度低，会对低温送风系统造成两个负面影响。其一，送风温差增大，导致射流的浮力的影响增大，从而使射流提前下降的可能性增大。其二，送风流量减少，低温送风系统的气流组织设计的难度加大。如果送风系统没有进行良好设计的话，很可能会导致室内温度分布的不均匀，降低了室内的热舒适性。对于低温送风系统的气流组织的几点建议：（1）宜采用具有送风射流不易下降的圆形散流器，但需注意这种射流的射程比较短。（2）为了使室内的温度分布比较均匀，需要采用数量更多，尺寸较小的散流器来分布较小流量的空调风。（3）采用扩散性能比较好的散流器，使低温射流快速与室内空气混合，从而降低射流下降的可能性，提高室内温度分布的均匀性。（4）射流的紊度也是产生吹冷风感的一个原因，不要轻信高紊流度的射流会使低温射流能与室内空气混合较快提高室内的热舒适性。所以在应用高紊流度的散流器，需要考虑射流的紊流度，以免造成的负面效应。3 射流分离距离对滞止区的影响3.1 滞止区的位置滞止区的位置与送风方式以及送风末端设备有关，也与空调工况有关。本文主要讨论低温送风系统的气流组织。一般地，低温送风系统采用顶部送风方式，这样的话，低温射流可以通过与房间上部非工作区的空气进行有效混合，从而降低室内人员的吹冷风感的可能性。对于制冷工况下，由于自然对流的原因，室内空气会从上往下形成一个速度大约为0.1m/s的滞止区域。对于供热工况下，同样的原因，室内空气会形成一个从下往上的滞止区。为了便于理解，这里给出顶部送风的圆形散流器和高侧墙散流器分别在供冷和供热工况下的滞止区域分布图10，见图1。从图1可以看出：在供冷工况下，滞止区域比较小而且分布在房间的上部，对室内环境的影响较小。在供热工况下，滞止区域在房间的下部，而且比供冷工况的要大，当采用圆形散流器时，更为明显。3.2 滞止区对室内环境的影响滞止区域的特点是空气流动缓慢，不同速度呈分层状态。但这并不表示空气品质不好。只要室内的其他舒适性参数满足要求的话，舒适性标准并没有室内最小流速的限制。但是，在实际工程当中，当空气流速比较低的情况下，很难维持室内的温度分布均匀，以及保证室内的污染物有效的排出。所以，虽然滞止区域对室内环境没有直接的影响，但是在设计过程中还是应尽可能的减少滞止区域。3.3 射流分离距离对滞止区的影响及其建议从顶部风口送冷风的示意图（图1）可以看出，在受热墙壁一侧，上升的自然对流阻碍了整个射流的运动，因此，射流在到达该墙壁之前就开始下降。另一方面，整个射流到达内墙后会沿墙壁下降一段距离。采用这种送风口，能够使室内滞止空气量降低并且室内空气的温差减少，适合于低温送风系统。图1：圆形散流器和高侧墙散流器的顶部送风系统的滞止区域分布图4 VAV系统中射流分离距离的分析空调设计负荷是按照最不利情况得出的，在实际工程当中大部分时间空调负荷都低于空调设计负荷。为了进一步的节约能源，通常空调系统采用变风量系统（VAV）以满足低负荷要求。在低温送风系统中应用VAV系统，由于流量的减少以及温差的增大会产生一些新的问题。在变风量系统中，存在一个最小风量，该风量是根据室内环境最小通风量确定的。在低温送风系统中，这个风量是影响室内环境最恶劣的情况。如果调节散流器的风口不能满足舒适性要求的话，需要提高送风温度。VAV系统，在最小送风量下运行是最容易产生不舒适感的情况。所以工程师和设计人员需要对此时的射流分离距离进行仔细设计和考虑。4.1 送风量以及送风速度对射流分离距离的影响散流器的开口面积不变时，如果送风量减少，那么送风速度也相应减少。此时，Ar数会增大，浮升力对射流的影响增大，射流下降的可能性增大。Kirkpoatrick和Hassani从理论上已经研究表明6：当其他条件不变的情况下，只要送风射流的动量相同的话，射流产生的室内热舒适性相同。所以可以通过调节散流器的开口面积来避免这个问题。但是，送风速度又必须满足室内环境的噪声要求，以及散流器的压降要求。当散流器的压降过大，不但会增加能耗，而且噪声会增大。需要强调的几点是：（1）对于送风温差一定，送风量对射流分离距离的影响比速度对其的影响要大。因此，为了避免射流降落，房间内采用几个较小的送风口比单独用一个大风口要好得多。（2）偏转角度大的送风口也会引起顶棚效应，这一效应将会增加射程，减小射流降落值。但是，需要注意，这样的话，要保证吊顶的卫生状况，以避免送风射流受到吊顶的污染。5 房间空间结构对射流分离距离的影响。房间的几何尺寸和空间结构都会影响室内的气流组织分布。当房间的几何尺寸比较小，会使送风射流变成受限射流。一般舒适性空调中，送风射流基本上都具有受限射流特性。当射流为受限射流时，射流的射程受到回流的截面尺寸和空间长度的影响。另外，当射流沿着墙体或者吊顶壁面送出的话，会形成贴附射流。其次，房间的梁对射流的影响也非常大。如果气流组织设计不合理的话，梁对射流会起阻碍作用，同时，也会使室内滞止区域增加，影响室内环境。5.1 贴附射流的特点及其对射流分离距离的影响假如射流沿着表面或者离表面几厘米平行射出时，射流会具有贴附表面的特性。而影响射流的因素就称之为射流的“Coanda”效应。这种效应使得在射流贴附表面会形成一个低压区，导致房间气压较高的空气使得送风射流贴附在表面上，所以射流难得下降，射流分离距离增大。一般的原则是：贴附射流的分离距离是自由射流的分离距离的倍。5.2 天花板的梁以及室内障碍物对射流的影响在房梁裸露的空间内，梁和室内障碍物有可能会改变送风射流的流型，影响室内气流组织，降低室内舒适性。送风口应该布设在最低房梁的底部，其高度应该低到足以采用向上或弧形的射流路径。送风口与梁的位置是梁对射流的影响的决定因素。当梁离送风口的距离超过一个极限值时，可以认为梁对射流没有影响。否则，射流将会与梁碰撞，并且改变了射流的方向，有可能导致射流提前下降，使室内温度分布不均匀。6 供热工况时射流的分离距离随着人们生活质量的提高，室内热源不断增加。空调在供热工况运行的时间也越来越少。在有些大楼的内部区域需要常年制冷，仅在周边区域需要供热，而且热负荷比较低。造成供热工况下，空调系统运行比较难以控制。空调在供热工况下运行，会产生两个方面的问题。其一：热负荷较低，送风量减少，气流组织设计比较困难。其二：受浮力的影响，热射流有上升的趋势，从而造成室内温度分层现象。根据ASHRAE标准，工作区的垂直温差不宜超过3K。解决方案建议：在制冷工况下，低温送风系统中，由于送风温差大，流量也比较小。如果制冷工况满足的话，那么供热工况也比较容易满足舒适性要求。从这个角度来讲，低温送风系统对于供热工况还有优势。但是，根据ASHRAE手册可知：供热送风温差不宜超过15，以免造成室内的温度分布不均匀，影响室内的舒适性。对于热风上浮的问题，可以采用调整散流器的导叶片，使得送风射流朝工作区方向送出。另外，也可以调整散流器的送风面积，提高送风速度，以减少浮升力对射流的影响。目前制造厂商已经生产出了这类产品。可以到制造厂商的产品目录获得相关信息。7 经过对低温送风系统的若干问题进行分析与讨论，得出如下一些结论与建议： · 对于低温送风系统的送风口选择的几点建议：（1）空气末端设备采用较小型号的散流器对室内环境有利。（2）采用扩散性能比较好的散流器。（3）射流的紊度也是产生吹冷风感的一个原因，需注意：紊流对射流分离具有两面性作用。 · 虽然滞止区域对室内环境没有直接的影响，但是在设计过程中还是应尽可能的减少滞止区域。 · 热源对射流分离距离至少有两个方面的影响。当热源较近时会使容易射流下降到工作区。当热源较远时，射流比较难得下降到工作区，从而影响室内温度分布的均匀性。 · 偏转角度大的送风口也会引起顶棚效应，并可以减小射流下降到工作区的可能性。但是，需要注意要防止送风射流受到吊顶的污染。 · 对于热风上浮的问题，可以采用调整散流器的导叶片，使得送风射流直接往工作区方向送出。另外，也可以调整散流器的送风面积，使得送风速度提高，以减少浮升力对射流的影响。 · 在吊顶有梁和室内障碍物进行气流组织设计时，需考虑：他们有可能阻碍射流的扩散，导致射流提前下降到工作区，并在室内形成较大的空气滞止区域。 · 上海广播电视大厦空调设计简介、概况· 建筑面积约为30000m2，主楼地面上17层，地下1层，建筑高度约100m，裙房3层，屋面高度约34m。· 主楼平面呈三角形，采用三个钢筋混凝土筒体支撑的大型桁架结构体系，使主楼内形成一个600m2左右的大空间。· 大楼为电视台业务用房，内容有：多功能综合演播厅、新闻发布厅、新闻中心、新闻演播区、新闻配音、播音区、广播电视播出中心、国际广播电视交流及陈列、国际广播电视节目编辑及制作、餐厅酒吧等。地下层为设备用房，内容有：交配电室、冷冻机房、水泵房、冷库等。· 二、设计标准· 1. 温湿度· 计算机中心机房、电影机房、播出磁带库等t=1824，=40%65%；门厅、陈列厅、休息厅、交流厅t=1428其他房间t=1627；· 2. 噪声· 播音室 NR15dB调音室 NR25dB新闻演播室 NR25dB新闻发布厅 NR25dB多功能演播厅 NR25dB· 三、工程设计· 1.空调系统· 根据不同使用情况，考虑不同的空调方式。电视记者编辑用房，国际广播电视节目编辑及制作用房等为风机盘管加新风系统。送风方式为顶送回或上侧送顶回。· 餐厅、语言播音、调音室、新闻发布厅、展览厅、门厅、交流厅、多功能厅等为低速全空气系统。送风方式为顶送下侧回。· 播出中心机房、电影放映机房等为整体式空调机组系统。活动地板下送风，上部回风。· 2. 冷热源及空调水系统· 冷源为1570kW(135×104kcal/h)离心式冷水机组2台，698kW(60×104kcal/h)活塞式冷水机组1台，可满足不同负荷时的使用要求（夏季冷水供水温度为7）。冬季热源是原有锅炉房供应的蒸汽，水系统经气水换热器后获得60温水供冬季采暖用。· 空调水系统为冷、热二管制、一次泵、闭式循环系统。供、回水管分二路，一路供主楼，一睡供裙房。· 3. 控制· 风机盘管配有温控器，能进行冬、夏转换，并通过电动二通阀控制室温。· 空调机水路上设有带温度传感器的电动二通调节阀以控制回风温度。新同机组则控制送风温度。冷冻机房供、回水管间设有用压差控制的电动二通旁通阀。· 4. 播音室、调音室系统· 为了满足对噪声控制的要求，除播音室、调音室全部采用房中房全浮筑隔声结构外，空调机房地坪也采用浮筑楼板以隔绝固体传声。所有产生振动的设备均配置减振器、减振垫。空调机上送、回风口设软接管，供、回水接口设双向挠性橡胶软接管。管道穿墙、穿楼板处作了弹性处理。风管、水管等均采用弹性吊支架支承，以减弱振动及固体传声。在所有送、回风管上设置了必要数量的消声器及消声弯头，并采取措施，防止各室这间串声干扰。· 5. 多功能厅系统· 本多功能厅面积约为1050m2，分成舞台区、活动舞台区、观众区三部分，功能上要求能满足：· <1>.电视演播· <2>.一般戏剧演出· <3>.举办音乐会等社会活动· 设计人数800，照明安装容量400kW。该系统采用65000m3/h组合式空调器两套，送风管敷设在屋顶网架里面。干管分成三路，一路供观众区，另二路供舞台区。回风大部分经设在观众区卒位下的条缝风口进入下面的静压箱，再通过风管回到空调器。另外，在舞台两侧分别设置一只回风口。为了满足舞台的不同使用要求，在舞台两侧的每根回风管上各设置一只电动风门，需要时可随时关闭。· 三路送风管上也分别设置电动风门，以便调节舞台区或观众区的不同温度要求。· 为了满足对噪声控制的要求，除了在送、回风管上设置必要的消声器与消声弯头外，对组合式空调器送、回风口处的噪声级也向厂商提出了限制。· 6. 新闻发布厅系统· 由于房间的布置形式及建筑结构上的要求，本系统空调机房设在发布厅楼上。空调箱的进、出风口只能在规定的梁间穿过，且送、回风管上要安装满足噪声要求的常规消声设备有困难，故在组合式空调器的进出风口处各设计一段非标准组合式消声器，将片式消声器与消声弯头组合在一起。· 技术经济指标表技术指标单位空调面积房间性质冷量指标(W/m2) (kcal/h.m2)热量指标(W/m2) (kcal/h.m2)裙房304262182157办公205176.7144123.7客房公寓148127.4118101.9耗电量(kW/m2)0.1158空调总面积(m2)13178经济指标空调总造价8246950(元)单位空调面积造价625.7(元/m2)单位冷量造价3.0(元/W), 3.5(元/kcal/h)概算单位建筑面积总指标土建指标总造价(元)单位造价(元/m2)土建造价(元)单位造价(元/m2)751061403131434339401811· 主要空调设备表形式代号(1)活塞式(2)离心式(3)螺杆式(4) 吸收式(5)分体式(6) 水-水热泵(7) 空气-水热泵制冷机组序号形式台数单台制冷量(kW, kcal/h)总计电机功率(kW)    蒸汽耗量(t/h)总计冷媒生产厂家1(1)169860000038383300000178.4884.2R-22合众开利2(2)21570  1350000352R-22合众开利3/空调水泵额定负荷冷水泵型号名称IS20-150-315               IS150-125-315生产厂家国产台数1用备2用备流量(m3/h)400,200扬程(m)32,32电机功率55 (kW/台)30 (kW/台)额定负荷热水泵型号名称IS150-125-250生产厂家国产台数2 用备流量(m3/h)200扬程(m)20电机功率18.5(kW/台)额定负荷热水泵型号名称IS125-100-315生产厂家国产台数1 用备流量(m3/h)100扬程(m)32电机功率15(kW/台)冷却水泵型号名称IS生产厂家国产台数4 用 1 备冷却水系统流量(m3/h)200扬程(m)20电机功率18.5(kW/台)冷却水泵型号名称PBLSSJ-200生产厂家国产台数4 用备性能规格200t/h风机功率5.5(kW/台)风系统末端装置型式全空气系统耗电量风机盘管耗电量(kW)其他耗电量(kW)主要服务房间多功能演播厅, 新闻发布厅106.5电视节目编辑制作64.5计算机房等180通风系统主要服务房间浴室、厕所、开水间、厨房、电源机房、变压器室耗电量(kW)44防排烟设计消防电梯间室加压送风，中庭排烟空调自控设计风机盘管与空调器设电动控制阀，冷冻机房供回水设压差旁通控制备注热源：0.4Mpa蒸汽，热负荷2326kW(200×1004kcal/h)···