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論文導(dǎo)讀:：分析了長沙地區(qū)商場的空氣品質(zhì)和客流規(guī)律，借此得出了長沙地區(qū)商場負(fù)荷的特點和氣流組織原則，重點研究了商場新風(fēng)負(fù)荷的確定與新風(fēng)量控制原理和方法，以及商場熱回收優(yōu)勢和方法。研究表明：可利用BIN法計算商場隨人流變化的新風(fēng)負(fù)荷，新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)商場位置、客流量、樓層等不同而區(qū)別設(shè)計；商場新風(fēng)機適宜采用變頻或變速調(diào)節(jié)，其新風(fēng)量調(diào)節(jié)依據(jù)客流量變化調(diào)節(jié)為佳，減少新風(fēng)負(fù)荷，降低空調(diào)能耗；客流量大的商場可以采用排風(fēng)熱回收，實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能，提高能源的利用效率。
論文關(guān)鍵詞：商場，空調(diào)，新風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)冷負(fù)荷，熱回收

　　(一)引言
　　商場是人員密集、流動性大的公共建筑。據(jù)資料介紹，長沙市商場內(nèi)空氣質(zhì)量，在新風(fēng)系統(tǒng)運行不正常時，CO2濃度達(dá)0.2%以上，灰塵濃度0.5mg/m2左右，二者均超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1倍以上。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，商場顧客普遍反應(yīng)舒適性較差。目前，依靠新風(fēng)稀釋室內(nèi)污染物的濃度，是改善空調(diào)房間空氣品質(zhì)的辦法主要，并以此來滿足人們的衛(wèi)生要求[1-2]。同時，商業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)能耗所占比重較大，加之國內(nèi)能源緊張，因此，新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計具有現(xiàn)實意義。
　　(二)商場空調(diào)冷負(fù)荷與氣流組織
　　1 商場空調(diào)冷負(fù)荷特點
　　商場空調(diào)冷負(fù)荷中，人體散熱量和新風(fēng)冷負(fù)荷占有較大比例，是空調(diào)冷負(fù)荷的重要組成部分[3]。根據(jù)長沙商場實際空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計計算，其空調(diào)冷負(fù)荷的組成情況見表1。由表1可知，新風(fēng)冷負(fù)荷和人體散熱量是長沙商場空調(diào)冷負(fù)荷的主要組成部分，其次為照明散熱量、設(shè)備散熱量和維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量。
　　表1 商場空調(diào)冷負(fù)荷的分布
　　

分析空調(diào)冷負(fù)荷各組成部分可知熱回收，商場營業(yè)時間內(nèi)照明散熱量基本不變，設(shè)備散熱量變化很小，只主要受變頻空調(diào)功率變化影響，維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量受外室內(nèi)外溫差影響，由于其在整個商場空調(diào)負(fù)荷中所占比重很小，其對商場空調(diào)負(fù)荷變化影響很小。商場一天中人體散熱量取決于商場內(nèi)的人數(shù)，新風(fēng)冷負(fù)荷是為滿足室內(nèi)人員空氣品質(zhì)而產(chǎn)生的負(fù)荷，其主大小要受人員產(chǎn)生污染氣體多少影響，即新風(fēng)負(fù)荷也只受商場內(nèi)人員數(shù)量影響，同樣人體散熱量和新風(fēng)負(fù)荷又與商場所在城市的位置、樓層、銷售商品種類等有關(guān)。在特定位置的商場，其人體散熱量和新風(fēng)負(fù)荷只取決于商場內(nèi)的人流量。圖1是經(jīng)過統(tǒng)計得到的長沙商場人員流動規(guī)律圖。由圖1可知，商場人流在一天運營時間內(nèi)有較大幅度的波動，分別在10:00、15:30和19:00出現(xiàn)人流峰值�？芍�商場空調(diào)負(fù)荷中人體散熱量和新風(fēng)量在商場營業(yè)時間內(nèi)均有較大波動，結(jié)合表1中空調(diào)能耗分布和上述分析可知，人流量變化是影響商場內(nèi)空調(diào)負(fù)荷變化的主要因素。
　　
　　圖1 商場人員流動規(guī)律
　　2. 商場內(nèi)氣流組織特點
　　(1)商場人員流動性大，顧客在商場內(nèi)停留時間一般較短，工作人員在室內(nèi)工作時間較長，新風(fēng)的分配應(yīng)體現(xiàn)出對環(huán)境和人實際需要的滿足。即在人員密集的地點和顧客停留時間較長的區(qū)域相應(yīng)分配較多新風(fēng)量。
　　(2)商場空調(diào)空氣量大，且速度較大，空氣在商場中停留時間較長。為提高新風(fēng)的利用效率，應(yīng)合理布置送風(fēng)口、回風(fēng)口和排風(fēng)口的位置，防止新風(fēng)停留時間短。
　　(三) 新風(fēng)量的確定與調(diào)節(jié)
　　1. 新風(fēng)負(fù)荷確定
　　確定新風(fēng)負(fù)荷[4,5]的要素包括：1、滿足人們衛(wèi)生要求的新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)。2、商場營業(yè)高峰期在場人數(shù)。商場的污染源主要是人們活動排出的CO2，產(chǎn)生的灰塵及其它有害氣體論文提綱格式。實踐證明，采用新風(fēng)稀釋室內(nèi)污染物，當(dāng)CO2濃度達(dá)到室內(nèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時，其他污染物的濃度一般均可滿足衛(wèi)生要求。因此，商場內(nèi)空氣的CO2濃度是衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)。國家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18883-2002）規(guī)定室內(nèi)空氣中污染物質(zhì)允許的最低限值：CO2濃度為0.1%，可吸入顆粒物為0.15mg/m3。商場內(nèi)人數(shù)的特點是，人流密集，室內(nèi)停留的時間短，且隨時間變化較大。因此，要確定節(jié)能且舒適新風(fēng)供應(yīng)量，應(yīng)采用隨聚集人數(shù)變化的變風(fēng)量送風(fēng)，新風(fēng)負(fù)荷的計算應(yīng)考慮旅客數(shù)量的波動。因此可以采用BIN法進(jìn)行計算，以確定最優(yōu)新風(fēng)量。
　　(1)BIN法
　　BIN法[6-7]是ASHRAE提出的一種簡化能耗計算方法，根據(jù)某地氣象參數(shù)，將室外干球溫度按某間隔分段，得出各溫度段中的溫度在全年或某一期間段出現(xiàn)的小時數(shù)，即溫度的時間頻數(shù)。取各溫頻段的中點溫度作為代表溫度熱回收，將該頻段中所有干球溫度對應(yīng)的含濕量之和與溫頻數(shù)的比值作為代表含濕量。然后分別計算在不同溫度頻段下的建筑能耗，并將計算結(jié)果乘以各頻段的小時數(shù)，相加便可得到全年或季節(jié)的空調(diào)假想負(fù)荷。
　　(2)商場新風(fēng)負(fù)荷計算法
　　室外溫度參數(shù)在一年當(dāng)中是變化的，商場的人數(shù)也是時刻變化的，所以應(yīng)分時間段計算新風(fēng)量。因為商場8:00—21:00的聚集人數(shù)能夠代表一天人數(shù)變化特點，將該時間段分解為14個小時段，計算每個時間段每分鐘的新風(fēng)負(fù)荷，并由此計算該時刻的新風(fēng)量。然后將所有時間段的新風(fēng)量進(jìn)行累加，最終得到年新風(fēng)量。
　　BIN法中的新風(fēng)負(fù)荷計算公式如下：
　　(1)
　　(2)
　　式中：QTj新顯——新風(fēng)顯熱負(fù)荷；
　　QTj新潛——新風(fēng)潛熱負(fù)荷；
　　i——一天中第i個時刻；
　　Vi——i時刻的新風(fēng)量，m3：
　　Vi =v×ni（3）
　　ni——第j個BIN溫度下第i時間段的商場的總?cè)藬?shù)；
　　v——最小新風(fēng)量，m3/h按CO2濃度為0.1%計算；
　　t——BIN時間間隔；
　　d-dj——室內(nèi)外含濕量差；
　　Af——建筑物空調(diào)面積，m2；
　　Tj——室外溫度(第j個BIN溫度)，℃；
　　T——室內(nèi)溫度，℃；
　　(3) 室外參數(shù)選取
　　1）夏季各地區(qū)BIN參數(shù)
　　
　　圖2 夏季長沙BIN參數(shù)
　�。�2）冬季各地區(qū)BIN參數(shù)
　　
　　圖3 冬季長沙BIN參數(shù)
　　(3) 仿真計算
　　將全年的負(fù)荷以天為單位計算，每天分為14個小時段（計算8:00—21:00），每個時間段的每分鐘表示為i；干球溫度表示為Tj；
　　1）算法思想：
　　首先對所有參數(shù)設(shè)定并初始化；調(diào)用室外氣象參數(shù)與各項計算參數(shù)，并判斷工作日性質(zhì)；然后用公式（1）、（2）計算室外溫度Tj下的新風(fēng)負(fù)荷，計算時判斷Tj值，從而決定是計算冷負(fù)荷還是計算熱負(fù)荷；然后進(jìn)行單位換算得到新風(fēng)量；進(jìn)入下一時刻計算新風(fēng)負(fù)荷；再進(jìn)行另外一天的計算；這樣重復(fù)累積計算后，當(dāng)時間超過366天后，輸出計算新負(fù)荷的結(jié)果，即得全年的新風(fēng)負(fù)荷。
　　2）算法流程：
　　a、參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)初始化：數(shù)據(jù)包括時間M=0，H=0，D=0（M為月，D為天，H為小時），商場新風(fēng)冷負(fù)荷Xcl=0，熱負(fù)荷Xhl=0；
　　b、調(diào)用室外氣象參數(shù)：室外溫度Tj、該地區(qū)開始供冷的最低溫度段的代表溫度TiC、該地區(qū)開始供暖溫度段的代表溫度Tih、室外焓值hi。通過判斷工作日性質(zhì)確定聚集人數(shù)ni，通過式（3）計算該時刻的新風(fēng)量。然后根據(jù)式（1）與式（2）計算新風(fēng)負(fù)荷。
　　c、進(jìn)行下一時刻的計算；
　　d、若全年新風(fēng)負(fù)荷計算已完成，將新風(fēng)冷負(fù)荷與新風(fēng)熱負(fù)荷相加并輸出；
　　計算過程通過計算機實現(xiàn)，應(yīng)用PowerBuilder9.0和SQL Server2005數(shù)據(jù)庫共同完成。如圖4所示。
　　圖4 新風(fēng)負(fù)荷計算的流程圖
　　2. 新風(fēng)量的調(diào)節(jié)
　　如前所述，商場內(nèi)的人數(shù)在一天之內(nèi)是不斷變化的，就是說商場的新風(fēng)量可以隨著人數(shù)的變化而改變。新風(fēng)量的調(diào)節(jié)對降低空調(diào)能耗具有顯著的作用。新風(fēng)量的調(diào)節(jié)方式與空調(diào)系統(tǒng)的形式有關(guān)。
　　(1) 新風(fēng)量控制方法
　　新風(fēng)量的控制主要存在三方面的問題：新風(fēng)的分配、新風(fēng)總量的確定和新風(fēng)的均勻性。目前常用的新風(fēng)量控制方法有：1)風(fēng)機跟蹤法。其控制原理是：新風(fēng)量等于送風(fēng)機風(fēng)量與回風(fēng)機風(fēng)量之差，因此，在系統(tǒng)運行期間不論送風(fēng)量如何變化，同時測量進(jìn)送風(fēng)量和回風(fēng)量，間接控制新風(fēng)量。2)新風(fēng)量直接測量法。該方法是目前使用最簡單的的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量控制方法，它是通過測量進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量而直接控制新風(fēng)量。但是，由于風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速較低熱回收，新風(fēng)量的測定誤差大。3)設(shè)置獨立的新風(fēng)機。設(shè)置獨立的新風(fēng)機是目前公認(rèn)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量最好的調(diào)節(jié)方法之一，它通過新風(fēng)機入口處的風(fēng)速傳感器來調(diào)節(jié)風(fēng)閥，維持最小新風(fēng)量。該方法控制準(zhǔn)確，實用簡單，但需另外設(shè)置最小新風(fēng)風(fēng)管，不適合于工程改造。4)焓差法控制新風(fēng)量。該方法根據(jù)新、回風(fēng)焓值比較來控制新風(fēng)量與回風(fēng)量的比例，從而實現(xiàn)最大限度地減少人工冷量與熱量。5)多風(fēng)機新風(fēng)量控制法。其基本原理為：在新風(fēng)風(fēng)管內(nèi)安裝獨立的變風(fēng)量新風(fēng)風(fēng)機，過度季節(jié)采用新風(fēng)冷卻運行模式。風(fēng)機的最大風(fēng)量即為全新風(fēng)冷卻時所需的新風(fēng)量，最小新風(fēng)量即為滿足衛(wèi)生需要的最小新風(fēng)量。6)二氧化碳濃度控制監(jiān)控法。它是用二氧化碳變送器測量回風(fēng)管中的二氧化碳的濃度并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號，送入調(diào)節(jié)器來控制新風(fēng)閥的開度，以保持足夠的新風(fēng)量。此外，通過計算機模擬以控制通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量也是現(xiàn)在工程界常用的方法。如曾藝[8]等對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量分配進(jìn)行了模擬計算，計算了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的不同新風(fēng)量模式下新風(fēng)量在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的各個分區(qū)的分配情況,為新風(fēng)量控制提供了依據(jù)。
　　 　　(2)新風(fēng)量調(diào)節(jié)
　　以下討論兩種常見的空調(diào)形式及新風(fēng)量的調(diào)節(jié)方式。
　　1) 組合式空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的調(diào)節(jié)
　　組合式空調(diào)系統(tǒng)是商場空調(diào)常見的形式。通常新風(fēng)量是按空調(diào)送風(fēng)量的比例確定�？照{(diào)送風(fēng)量取決于空調(diào)冷熱負(fù)荷的大小，而新風(fēng)量取決于商場內(nèi)CO2的濃度，即人數(shù)，而通常二者是不一致的論文提綱格式。尤其當(dāng)冬季運行熱負(fù)荷較低時，所需的新風(fēng)量可能會大于空調(diào)送風(fēng)量。因此新風(fēng)量應(yīng)根據(jù)商場內(nèi)CO2濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。
　　圖5是設(shè)回風(fēng)機的組合式空調(diào)系統(tǒng)。新風(fēng)閥3根據(jù)商場內(nèi)CO2的濃度進(jìn)行控制，并與回風(fēng)閥4、排風(fēng)閥5聯(lián)動。當(dāng)過渡季節(jié)室外空氣的焓低于室內(nèi)空氣的焓值時，可采用全新風(fēng)運行，此時閥3和閥5全開，閥4關(guān)閉。
　　
　　1、新風(fēng)機 2、回風(fēng)機3、新風(fēng)閥4、回風(fēng)閥
　　5、排風(fēng)閥6、換熱器7、空氣過濾器
　　圖5 組合式空調(diào)機組示意圖
　　2) 風(fēng)柜式（含風(fēng)機盤管）空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的調(diào)節(jié)
　　風(fēng)柜式（含風(fēng)機盤管）空調(diào)系統(tǒng)，見圖6，一般設(shè)置單獨的新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)設(shè)備采用柜式新風(fēng)機組。新風(fēng)量只能滿足設(shè)計工況下的新風(fēng)要求[9]，過渡季節(jié)利用新風(fēng)量降溫的效果有限。
　　風(fēng)柜式（含風(fēng)機盤管）空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的調(diào)節(jié)可采用變頻調(diào)速風(fēng)機，根據(jù)商場CO2濃度調(diào)節(jié)新風(fēng)量。如果柜式新風(fēng)機組臺數(shù)較多，也可以通過臺數(shù)調(diào)節(jié)。
　　
　　1、新風(fēng)機2、新風(fēng)調(diào)節(jié)閥3、空氣過濾器
　　4、換熱器
　　圖6 柜式新風(fēng)機組示意圖
　　(四) 商場空調(diào)系統(tǒng)熱回收
　　1. 熱回收可行性
　　商場建筑的新風(fēng)量大，相應(yīng)的排風(fēng)量也大，系統(tǒng)運行時間長，排風(fēng)的熱焓較大，有利于設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。組合式空調(diào)系統(tǒng)，宜在機組設(shè)置全熱回收裝置[10]，柜式空調(diào)系統(tǒng)往往不設(shè)機械排風(fēng)裝置，可選用換熱熱回收裝置。
　　熱回收裝置的熱回收量，隨室內(nèi)外空氣焓差的變化而變化。過渡季節(jié)，當(dāng)室外空氣的焓低于室內(nèi)空氣的焓值，此時利用室外空氣降溫，熱回收裝置將失去意義，并產(chǎn)生負(fù)面影響熱回收，即室外新風(fēng)會被排風(fēng)加熱。因此，熱回收裝置應(yīng)設(shè)旁通管，避免新風(fēng)和排風(fēng)進(jìn)行換熱。當(dāng)設(shè)置旁通管有困難時，也可以將新風(fēng)和排風(fēng)分別控制，此時，排風(fēng)機停止運行，通過商場門窗排風(fēng)。
　　2. 熱泵熱回收
　　采用空氣源熱泵作為熱源設(shè)備時，可利用熱泵進(jìn)行熱回收，即將排風(fēng)引至熱泵機組進(jìn)風(fēng)口處與外部空氣混合（設(shè)集氣罩）。制冷工況時，可以降低冷卻空氣的溫度；制熱工況時，可以提高換熱空氣的溫度，均可提高熱泵機組的COP值，從而回收了能量。
　　(五) 結(jié)論
　　1. 商場的新風(fēng)量和新風(fēng)負(fù)荷是根據(jù)新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)停留人數(shù)確定的。前者有規(guī)范可依，而人數(shù)的確定往往帶有隨意性。商場新風(fēng)負(fù)荷的選取可利用BIN法確定，而新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)商場位置、客流量、樓層等不同而區(qū)別設(shè)計。
　　2. 商場內(nèi)人員密度變化大，新風(fēng)量應(yīng)跟蹤調(diào)節(jié)。新風(fēng)機宜變頻或變速調(diào)節(jié)，根據(jù)客流量的變化來調(diào)節(jié)新風(fēng)量，減少新風(fēng)負(fù)荷，降低空調(diào)能耗。
　　3. 商場的客流量大，相應(yīng)的新風(fēng)量大，運行時間長，有利于排風(fēng)熱回收，降低空調(diào)能耗，提高能源的利用效率。

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