2) 气流速度
另一个重要的热舒适性参数是气流速度。较低的冷却顶板温度可以使供冷能力提高,使工作区的气流速度增大,速度的增大是由冷却顶板下方的下降对流引起的。然而,由自然对流诱导的空气速度仍是很低的,一般不会形成气流。事实上,工作区最高的气流速度在地面上约5cm 处,该处是射流区,而且是置换通风散流器射流速度最大的位置。
对于大空间,需要注意的是当没有热源时,顶板附近的冷空气会下降到工作区。但是当工作区有热源时这种现象就会消失,这是因为热羽替代了冷空气,降低了形成气流的危险。
3) 平均辐射温度
使用DV/CC系统的房间的平均辐射温度稍低于或等于房间的空气温度,因为整个维护结构都是由辐射制冷。也就是说,所有其他的空气系统,如:全空气变风量系统(VAV系统),平均辐射温度都要高于房间的空气温度。对于依靠维护结构传导获得热量的周边区,研究表明:DV/CC系统具有足够的辐射能力使平均辐射温度降低到接近房间的空气温度。绝热房间全空气系统的平均辐射温度要比空气温度高2℃。因此ANSI/ASHRAE标准55-1992规定:在获得相同的热舒适性的前提下,DV/CC系统的平均温度可以比全空气系统低2℃。同时,较低的平均辐射温度对热舒适性有好的效果,因为它从工作区有效的去除了辐射热。
4) 室内空气质量参数
室内空气品质通常用活动区(尤其是呼吸区)的污染物浓度来评价。房间内某一位置的空气质量可以用下式确定:
μ=
其中:μ=污染程度,或者叫污染物移除效率;
Ci=局部污染物浓度;
Cs=送风污染物浓度;
Ce=排风污染物浓度。
污染程度取决于污染源在空间的分布,也受房间内空气流动模式的影响。混合通风中,排风的污染物浓度近似等于室内污染物浓度,污染程度的数值一般为1.0。置换通风系统,由于污染物浓度垂直分层,比混合通风去除污染物的效果好,污染程度小于1.0。
3. 能耗分析
在能够满足热舒适性与室内空气质量的条件下,究竟该选择何种类型的HVAC系统,则取决于该系统的能耗与初投资费用。
1) 能耗
几乎所有对DV/CC系统的能耗分析都是用数值模拟的方法得出的,图4是三种针对某区域的气候条件进行研究所得出的DV/CC系统和VAV系统的年能耗比较图。三种研究中,需要加热的时期,使用外围护结构周边加热,均使用热回收和自然冷却。VAV系统的能耗为基准值100%。研究结果表明:DV/CC系统可能节能也可能不节能,主要取决于该气候条件下的送风温度,室外空气流速和冷负荷的大小。随着冷负荷的增加,DV/CC系统的节能性得到体现。Sodec的研究指出:随着负荷的增加,DV/CC系统比VAV系统更节能。Brunk比较了冷负荷为73W/m2时的DV/CC系统比VAV系统的能耗低35%。从图4可以看出DV/CC系统的耗能大于或近似等于VAV系统的加热耗能。这可能是因为房间类型的不同。处于建筑物周边的房间,冬季需要取暖,这种情况下两种系统的耗能相近。对于内区房间,全年大部分时间需要制冷,因为冬季DV系统的送风温度远远高于VAV系统的送风温度,加热能耗较大。由于送风体积流速小,减小了风机的电能消耗,虽然增加了冷却塔和冷却顶板系统的泵的能耗,但总的来说,DV/CC系统消耗的电能还是小于VAV系统,因为水的热容性大,要消除一定热量,冷却顶板系统需要的能量只是使用风机时能量的一小部分。Sodec对三种系统的能耗进行了比较(见图4),DV/CC系统要多耗能17%,原因是DV系统的送风温度高。为了保证冷却顶板温度在空气的露点温度以下,室外空气先被冷却去湿,然后加热到置换通风系统的送风温度。
2) 初投资
在系统的初投资方面,DV/CC系统和VAV系统的差别很难精确确定,它主要取决于市场价格和工程施工,在不同的国家有不同的考虑。通常来讲,冷负荷较小时,DV/CC系统的初投资要比VAV系统高,因为冷却顶板虽然减小了送风量,所要求的空气处理设备和风管道小,但是增加了冷却顶板的费用。根据Handel等人的计算,冷负荷为60W/m2时,DV/CC系统的初投资要比VAV系统高20%。但随着冷负荷的增加,VAV系统的初投资比DV/CC系统增长的快,达到某一负荷量之后,DV/CC系统的初投资就会小于VAV系统。Sodec根据德国市场情况得出的这一负荷值为55W/m2。
通过减少冷却顶板的面积就可以降低初投资,因为冷却顶板的价格在总投资中占主要部分。Sodec根据德国市场情况算出冷却顶板的投资占总投资的50~55%。对于美国市场,这一比例更高,冷却顶板制造商认为会达到75%。但是,在负荷不变的情况下减小冷却顶板面积,就要降低供水温度,容易发生结露现象。
4. 结论
1) DV/CC系统是一种可以把DV系统的优点和空气质量联系到一起的HVAC系统,冷却顶板系统可以提高热舒适性、供冷能力。但是该系统是非常敏感的,因为污染物浓度高的层边界层很容易降低到呼吸区的位置。为了避免这一现象,需要维持某一温度梯度值来有效去除污染物;
2) 由冷却顶板承担的冷负荷比例是温度梯度和空气质量的关键参数。由冷却顶板去除的冷负荷越多,垂直温度梯度越小,污染物等级越小;
3) 受冷负荷大小、气候条件、房间类型和系统构造的影响,DV/CC系统的耗能可能低于也可能高于VAV系统,负荷大时,DV/CC系统比较节能。
参考文献:
1. 陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1994
2. 马玉奇,刘学来,李永安,薛红香,张红瑞. 冷却顶板空调系统热工参数分析 山东建筑大学学报,2007,22(5):425-429。
3. 王倩. 冷却顶板与置换通风. 洁净与空调技术,2001,(3):18-20