某办公楼低温送风空调系统分析

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摘要：针对某办公楼集中空调系统，设计采用常温送风空调系统或低温送风系统，进行了焓湿图分析，比较两种系统的优略，并给出设计中需注意的事项。

关键词：低温送风焓湿图分析送风温度气流组织

引言

相对于送风温度为12~16°C的常温空调系统而言，低温送风空调系统是指系统运行时送风温度小于11°C的空调系统【1】。低温送风系统相较于常温送风系统，由于其送风温度较低，系统的送风风量小，因此可有效的减小风管尺寸，节省建筑空间，降低空气处理机组造价及能耗，使房间达到较低的相对湿度提高热舒适性等。但是，低温送风的送风量减少，也将造成末端送风口易结露、低温冷风容易下沉，使房间气流组织不均匀、有吹冷风不舒适感，风管保温要求高等问题。

本文针对某办公楼的实际工程中应用进行分析，比较低温送风系统与常温送风系统，讨论低温送风系统在本工程中运用的适应性。

1、工程概况简介

本工程为办公楼建筑，地下四层，地上45层。空调面积约15.4万平方米。空调系统冷源采用冰蓄冷中央空调系统，为提高单位体积冷水的输送能力，降低了泵耗，节省运行费用，空调水系统采用大温差供冷方式。

标准层建筑面积约2000m2，空调面积约为1600m2，末端采用变风量空调系统。其送风温度采用11.1°C低温送风（方案一）和13°常温送风（方案二）进行分析比较。

2、空调系统焓湿图分析

方案一，设定室内房间空调室内设计参数为25°C， 42%，经过详细负荷计算，标准层余热量为200.92kw，余湿量0.01292kg/s，新风量为7600m3/h。设定11.1°C送风温度，焓湿图分析计算如图一所示：室外33°C的高温空气与室内空气混合达到状态点C，经过组合式空气处理机处理至机器露点L后，经过送风机及空调系统送风管道温升至S点送至室内。

由焓湿图可确定出N点和S点的比焓，利用公式G1=Q/（hN-hS）计算出空调送风量G1约为36500m3/h。

图一 图二

方案二，设定室内房间空调室内设计参数为25°C， 45%，标准层余热量为200.92kw，余湿量0.01105kg/s，新风量为7600m3/h。13°C送风温度，焓湿图分析计算如图二所示。由焓湿图计算出空调送风量G2约为42500m3/h。

对比2种方案，此时低温送风量G1与常规送风量G2之比为G1/G2=86%。

由此可知，采用11°C低温送风系统其送风量相对于常温送风系统可减少约14%。减少幅度较小。

按方案一选用空气处理机组：额定冷量160kw，额定风量18500 m3/h，机外静压450Pa，电机额定功率11kw。按方案二选用空气处理机组：额定冷量158kw，额定风量21500 m3/h，机外静压450Pa，电机额定功率11kw。方案一与方案二的空气处理机组电机额定功率不变，变频运行时，方案一的空气处理机组运行节能效果不明显。

若继续降低送风温度，将送风温度设定至8度，此时的送风状态点S’为的焓值约为22.83KJ/kg，绘制室内热湿比线与室内温度设定为25°C相交，可得出室内状态点N‘的相对湿度为36.3%，焓值为43.57KJ/kg，计算此时送风量G’约为29000 m3/h。此时8°C低温送风量G‘与常规送风量G2之比为G’/G2=68.2%。其送风量相对于常温送风系统可减少31.8%，减少幅度较大，其节能效益更为客观。但是，其相对湿度降低到36.3%，低于人体舒适区域范围40%~60%，室内空气较为干燥，可能引起人体不舒适感，且由于低相对湿度可能会导致静电的产生，影响室内舒适度。

对于办公楼性质的建筑其热湿比很大的特点，将送风温度设定至较低的送风温度，如8°C左后，节能效果明显，但空调区域的舒适度不能保证。若将送风温度设定至11°C左右低温送风，增加了末端风口和风管投资，但节能效果不甚明显。

3、气流组织分析

针对本建筑为夏热冬暖地区的办公楼，且建筑平面内房间进深较小的特点，本工程不分内外区，变风量系统末端采用无内置风机的单风道型VAV末端装置。

采用方案一低温送风时，未避免室内环境中的热湿空气遇到温度较低的风口表面，形成凝结水，末端风口不宜采用目前办公室最常用的散流器送风口，应采用导热性能低的低温风口。目前低温风口价格为常规风口的数倍，若采用高诱导风口，则价格更高，能达到常规风口的100倍以上。

当室温一定时，送风温度越低，送风气流贴附长度越小，越容易造成冷风下沉，使房间气流组织不均匀、有吹冷风不舒适感。因此，与常规温度送风相比，要满足室内的气流组织舒适性要求，低温送风需要较大的送风温度、较小的风口布置间距、选择衰减特性系数较大的贴附型低温风口【2】。

4、空调系统风管的保冷

对于低温送风空调系统，由于送风温度与环境温度的差值较常温送风空调系统大，其风管保温层厚度与常规送风空调有差别。

低温送风管保冷层外表面温度可以通过下式计算：

ts = tsa +[ (ta tsa) Ri/( Ri+ Rs ) ]

低温送风风管最小保冷热阻可以通过下式计算：

Ri =Rs （tdp tsa ）/（ta tdp ）

根据风管最小保冷热阻，可以通过下式计算风管保冷层最小厚度：

ti =Ki Ri

以上式中：

ts――风管表面温度（°C）；

tsa――送风温度（°C）；

ta――风管周围空气的干球温度（°C）；

tdp――风管周围空气的露点温度（°C）；

Ri――保冷层的热阻（m2•K/W）；

Rs――表面对流换热热阻，0.109m2•K/W；

Ki――保冷绝热材料导热系数（W/( m•K)）；

ti――保冷绝热层厚度（m）；【1】

若采用导热系数为0.033W/(m•K)的酚醛泡沫保温材料，计算采用低温送风和常温送风采用的保温厚度。按以上公式计算，低温送风的保温厚度约为29mm。常温送风的保温厚度按照规范规定，“一般空调风管绝热层的最小热阻要求0.74m2•K/W【3】。”计算，常温送风的保温厚度约为25mm。因此，低温送风保温层厚度比常规送风温度需加厚较大。

由于保温材料的热胀冷缩，风管的保温层在使用一定年限后，在风管的保温接缝处，水汽会慢慢渗入保冷材料内部，随着使用时间的延长，保冷材料的导热系数会逐渐增大，使按初始导热系数选定的保冷层厚度变得不足因而产生结露，导致天花板、墙面的破坏，影响室内空气品质。因此，在低温送风系统中，对保温材料的材质及保温施工工艺的要求更高。

6、结论

采用适度的低温送风(11°C送风温度)，末端采用单风道型变风量末端，设置低温风口，相较于采用常温送风变风量系统，其送风量减少约14%，成本略有减少，运行费用少量降低。但是，低温送风系统需采用低温风口，价格较高，并且风管保温材料材质要求高及风管保温厚度需加厚，成本造价增加。因此，在办公楼性质的建筑中运用低温送风之前，应先对该工程进行经济性比较，以达到节能与经济效益并存的目的。

参考文献

【1】 Kirkpatrick A T，Elleson J S.低温送风空调系统设计指南[M].王训昌，译.北京：中国建筑工业出版社，1999.

【2】 王建敏，程凤娟，粟艳.办公室低温送风空调系统的气流组织研究. 暖通空调，2008,38（4）.

【3】 公共建筑节能设计标准，GB50189-2005.

【4】 杨国荣，叶大法，方伟，魏炜，胡仰耆.低温送风系统风管保冷设计与施工. 暖通空调，2006,36（9）

【5】 陆耀庆主编，实用供热空调设计手册（第二版）. 中国建筑工业出版社，2008.