張玉東,宣永梅,黃 翔

(西安工程大學環(huán)化學院,陜西西安710048)

在我國新疆地區(qū)已應用的多項蒸發(fā)冷卻空調工程實例中,一般采用蒸發(fā)冷卻全新風直流式空調系統(tǒng)和使用間接蒸發(fā)冷卻冷水機組的干工況風機盤管加獨立新風空調系統(tǒng)兩大類型。蒸發(fā)冷卻全新風直流式空調系統(tǒng)屬于蒸發(fā)冷卻全空氣(新風)系統(tǒng),可以較好地改善室內空氣品質,但存在能耗高、風道尺寸大、難以分室分時控制等問題。干工況風機盤管加獨立新風空調系統(tǒng)屬于蒸發(fā)冷卻空氣-水系統(tǒng),該系統(tǒng)雖然克服了全新風蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)的一些缺點,但是從實際應用情況來看仍存在噪聲大、水系統(tǒng)復雜等問題,因此,有必要研究與蒸發(fā)冷卻相關的新型空調系統(tǒng)。

1 基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)的提出

工位空調系統(tǒng)是一種集區(qū)域通風、設備通風和人員自調節(jié)為一體的個性化送風方式。在核心區(qū)域(人的呼吸區(qū))安裝送風口,通過軟管與送風裝置相連,送風口的位置可以根據室內設施靈活變動。個人可以根據自身舒適要求調節(jié)送風氣流的流速、流向及送風溫度。而在周邊區(qū)域 (會議廳、休息室、走道等)安裝一般的送風裝置,用于控制室內背景環(huán)境的熱濕負荷。由于現(xiàn)代辦公建筑多采用統(tǒng)間式設計,個人對周圍空氣的冷熱需求差異較大,更適合安裝工位空調[1]。

工位空調系統(tǒng)由使用者部分或者完全地控制送風量、送風方向,甚至送風溫度以實現(xiàn)局部小范圍熱環(huán)境,同時背景區(qū)域 (其他非工作區(qū))仍能自動保持合適的環(huán)境條件的空間空調系統(tǒng),也被稱為“個人空調”。工位空調系統(tǒng)是以每個工作臺作為一個單位,把空調系統(tǒng)細分到每個工作臺上,通過控制工作區(qū)域內溫度、濕度和產生的污染源來創(chuàng)造良好的局部微環(huán)境,滿足不同人的舒適性要求。工位空調利用個人調節(jié)實現(xiàn)個人舒適性,而整個背景區(qū)域相對保持不變,使人產生一種身在 “綠洲”的感覺,通過系統(tǒng)調節(jié)實現(xiàn)工作區(qū)與背景區(qū)的匹配。

蒸發(fā)冷卻與輻射供冷相結合[2],具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點,尤其適合我國西北炎熱干燥地區(qū)的使用,符合節(jié)能減排的大方向,具有廣闊的應用前景,是一種值得大力推廣的新型空調方式。輻射供冷利用蒸發(fā)冷卻技術制取的高溫冷水在中濕度以及高濕度地區(qū)會受到結露的限制,如果提高室內設計溫度可以減小輻射供冷結露的風險。而工位空調的環(huán)境區(qū)域相對于工位區(qū)域來講一般對溫濕度的要求不高。

由于工作區(qū)送風以及個人熱控系統(tǒng)可以顯著改善工作區(qū)微環(huán)境,室內背景溫度可以適當提高,室內負荷大大下降。有研究表明,如果人體上半部分的風速控制到1 m/s或者更高,則有可能將背景溫度提高到28℃或30℃[3]。當室內溫度設定值從24℃提高到 30℃時,總的冷負荷最大能夠降低35%～50%[4]。將蒸發(fā)冷卻技術與工位空調相結合,基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調復合系統(tǒng)可以節(jié)省不必要的能耗,提高能源利用品位。

2 基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)的流程及組成

2.1 空調系統(tǒng)的流程

圖1是基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)的結構示意圖。蒸發(fā)冷卻冷水機組Ⅰ夏季制取高溫冷水,通過分集水器以供輻射末端裝置,蒸發(fā)冷卻新風機組制取新風送入室內工位空調末端裝置,輔助冷熱源Ⅲ在蒸發(fā)冷卻無法滿足制冷時開啟,制取的低溫冷水,一部分和蒸發(fā)冷卻冷水機組Ⅰ制取的高溫冷水相混合供給室內輻射末端,另一部分供給蒸發(fā)冷卻新風機組Ⅱ表冷器制取新風。

圖1 基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)

圖中,Ⅰ.蒸發(fā)冷卻冷水機組,Ⅰ-1.蒸發(fā)冷卻冷水機組間接一級,Ⅰ-2.間接二級,Ⅰ-3.蒸發(fā)冷卻冷水機組直接蒸發(fā)冷卻段,Ⅱ.蒸發(fā)冷卻新風機組,Ⅱ-1.蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段,Ⅱ-2.蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段間接一級,Ⅱ-3.表冷段,Ⅱ-4.蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段直接蒸發(fā)冷卻段,Ⅱ-5.再熱段,Ⅱ-6.送風段,Ⅲ.輔助冷熱源。

2.2 工位空調的形式

按送風方式的不同,工位空調系統(tǒng)可分為地板工位空調送風系統(tǒng)、桌面式工位空調送風系統(tǒng)和頂部工位空調送風系統(tǒng)。

2.2.1 地板工位空調送風系統(tǒng)

地板工位送風系統(tǒng)的送風口安裝位置在每個人附近,承擔工作區(qū)的負荷,個人可調節(jié)送風量和送風方向。圖2[5]為地板送風系統(tǒng)的示意圖,圖3為地板送風單元裝置示意圖。

2.2.2 桌面式工位空調送風系統(tǒng)

桌面式工位空調送風系統(tǒng),一般送風口設置在工作臺或隔板上,這樣容易形成工作區(qū)小環(huán)境。圖4[6]為桌面式工位空調送風系統(tǒng)的示意圖。

圖4 桌面送風系統(tǒng)圖

2.2.3 頂部工位空調送風系統(tǒng)

頂部工位空調送風系統(tǒng)的流量、送風溫度也可自行調節(jié)。它所采用的射流風口可以將氣流擴散控制在很小的一個范圍內,從而可以防止在送熱風時,氣流直接吹向人體。圖5[7]為地板送風系統(tǒng)的示意圖。

圖5 天花射流送風系統(tǒng)

上述三種形式的工位空調系統(tǒng)中,桌面工位空調送風系統(tǒng)的送風口距離人體最近,新鮮空氣能夠更好地送到使用者的呼吸區(qū)內,因此是改善呼吸區(qū)空氣品質的最佳途徑。但它的送風口由于距離人體較近,因而容易產生吹風感。

2.2.4 隔斷式工位送風系統(tǒng)

空調送風經過設于地板下的局部變速風機輸送至隔斷的夾層內,經過隔斷上開設的送風口進入室內。圖6[8]為一種隔斷式系統(tǒng)的末端組成示意圖。一部分空氣經隔斷側面送風口進入工作區(qū),另一部分空氣由隔斷夾層送至上部空間形成背景空調。工作人員可通過隔斷上的控制器改變送風參數(shù)或者開關末端裝置。圖7[9]所示是隔斷式送風末端裝置示意圖。置于隔斷內的圓柱體送風末端側面開有送回風口。送風口處設導流葉片,調節(jié)葉片的開度和周角可以調節(jié)送風的速度和方向?；仫L口處設有風閥,控制送風回風的比例。

3 基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)的運行模式

夏季運行時,室外空氣狀態(tài)點在室內狀態(tài)點左側,如圖8(a)所示,開啟蒸發(fā)冷卻冷水機組Ⅰ和蒸發(fā)冷卻新風機組Ⅱ,通過蒸發(fā)冷卻冷水機組間接一級Ⅰ-1可接室內回風預冷、間接二級Ⅰ-2噴淋水自循環(huán)、直接蒸發(fā)冷卻Ⅰ-3制取高溫冷水,調節(jié)三通閥P1,P2通過GS1,GS2水管接入分水器,吸收室內余熱,沿HS2,HS1返回;蒸發(fā)冷卻新風機組,通過過濾Ⅱ-1、間接一級Ⅱ-2預冷,間接二級Ⅱ-3,直接蒸發(fā)冷卻Ⅱ-4制取新風通過SF風管送入室內,吸收室內余熱余濕,經過排風口排出。

室外空氣狀態(tài)點在室內狀態(tài)點右側,如圖8(b)所示,開啟蒸發(fā)冷卻冷水機組和蒸發(fā)冷卻新風機組,同時開啟輔助冷熱源Ⅲ,調節(jié)三通閥P3,P4,P1,P2輔助冷源制取的低溫冷水與蒸發(fā)冷卻冷水機組制取的高溫冷水混合通過GS2接入分水器,吸收室內余熱,沿HS2返回。冷水機組制取的低溫冷水通過GS5接入表冷段Ⅱ-3,蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段間接一級Ⅱ-2和蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段、直接蒸發(fā)冷卻段Ⅱ-4為自噴淋,制取新風通過SF風管送入室內,吸收室內余熱余濕,經排風口排出。

過度季節(jié)運行時,蒸發(fā)冷卻冷水機組開啟,通過蒸發(fā)冷卻冷水機組間接一級Ⅰ-1預冷、間接二級Ⅰ-2噴淋水自循環(huán)、蒸發(fā)冷卻冷水機組直接蒸發(fā)冷卻Ⅰ-3的部分設備或僅用冷卻塔制取高溫冷水,調節(jié)三通閥P1,P2通過供水GS1,GS2水管接入分水器,吸收室內余熱,沿回水HS2,HS1返回蒸發(fā)冷卻冷水機組。開啟蒸發(fā)冷卻新風機組,通過蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段Ⅱ-1、蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段間接一級Ⅱ-2預冷,表冷段Ⅱ-3,蒸發(fā)冷卻新風機組過濾段、直接蒸發(fā)冷卻段Ⅱ-4制取新風通過送風SF風管送入室內,吸收室內余熱余濕經排風口排出。

冬季運行時,如圖8(c)所示,熱源提供低溫熱水,調節(jié)三通閥P3,P4,一部分通過GS3,GS2水管直接向輻射末端供熱,沿HS2,HS3返回熱源,另一部分通過GS4,GS5,GS6水管調節(jié)三通閥P5,P6供給蒸發(fā)冷卻新風機組表冷段Ⅱ-3和再熱段Ⅱ-5沿HS5,HS6,HS4返回,表冷段Ⅱ-3制取新風送入房間。

圖8 空調三種運行模式在焓濕圖上的空氣處理過程

4 基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)的不足

基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng)也不是完全適用于所有建筑,在現(xiàn)代辦公建筑中,由于電器設備大量使用,室內顯熱量大,人員在辦公室內的時間久,對于室內空氣品質要求高,個人對周圍空氣的冷熱需求差異較大,更適合安裝工位空調。輻射板的使用將更加節(jié)能、環(huán)保但是也受到輻射板供冷能力的限制。

5 結語

采用基于蒸發(fā)冷卻的輻射供冷/暖工位空調系統(tǒng),具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點,尤其適合炎熱干燥地區(qū)的辦公建筑中使用,符合節(jié)能減排的大方向,具有廣闊的應用前景,是一種值得大力推廣的新型空調系統(tǒng)方式。

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