商業建筑空氣品質管理論文

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摘要為改善室內空氣品質，國家標準GBJ19-87修改稿增大了新風量。針對高檔商業建筑中常見的一次回風再熱式系統，提出了幾種新風預處理系統方案，進行改造以滿足新標準的要求。本文確定了幾種新風預處理系統能否適用改造工程的判據，以具體實例研究了每種新風預處理系統在全國的適用范圍。

關鍵詞室內空氣品質新風預處理判據適用性

1前言

為改善室內空氣品質，美國國家標準研究院（ANSI）標準委員會和ASHRAE頒布了《ASHRE標準62-1989》，提出了一系列改進措施。其中對空調系統設計影響最大的兩點是：1.將設計新風量增大到原來的2倍～4倍；2.建筑物相對濕度保持在30%～60%[1]。隨后的《ASHRE標準62-1989R》進一步提出了同時考慮人員和建筑物污染的最小新風量計算方法[2]。我國有關部門也正在對國家標準GBJ19-87"采暖、通風空氣調節設計規范"進行修改（簡稱國標修改稿），其中明確包括增大最小新風量一項，其結果將增大空調系統的設計冷負荷和濕負荷。為使原有空調系統滿足國標的新要求，大量建筑必須進行改造，筆者曾針對如何以經濟有效的方式對原有建筑中的傳統空調設備進行最少的改建，從而改善室內空氣品質，滿足新標準的要求問題，提出了熱回收式、蒸發冷卻和除濕式新風預處理系統[5]。商業建筑的特點是室內人員較多，熱濕比較少，機器露點低，為滿足室內溫濕度要求（尤其是濕度），國外及國內高檔商業建筑多采用一次回風再熱式空調系統。本文主要介紹為滿足增大最小新風量的要求，對高檔商業建筑中的一次回風再熱式空調系統。本文主要介紹為滿足增大最小新風量的要求，對高檔商業建筑中的一次回風再熱式空調系統。本文主要介紹為滿足增大最小新風量的要求，對高檔商業建筑中的一次回風再熱式空調系統，采用新風預處理系統對其進行改建的技術措施在全國主要城市的不同室外氣象條件下的適用情況。

2新風預處理系統的適用性判據

由于國標修改稿沒有明確對相對濕度作出修改，所以室內設計相對濕度、設計溫度仍取原標準值，新風量增大為原來的兩倍，來確定各種新風預處理系統適用性的判據。

2．1熱回收式新風預處理系統的適用性判據

對于夏季工況，若設定室內空調設計狀態N，通過N點的等溫線和等焓線可以把工程所在地的室外氣象包絡線范圍分隔為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四個氣象區，如圖1。第Ⅰ區室外空氣溫度和焓值都低于室內設計值，顯然不適合用熱回收；第Ⅱ區室外空氣溫度高于室內設計值，焓值低于室內設計值，顯然只適合用顯熱回收；第Ⅲ區室外空氣溫度和焓值都高于室內設計值，適合用全熱回收；第Ⅳ室外空氣溫度低于室內設計值，焓值高于室內設計值，適合用熱回收。

一次回風再熱式空調系統在焓濕圖上的處理過程如圖2所示。實線表示的為原系統的空氣處理過程，W、N、C、L、O分別為室外空氣狀態點，室內空氣狀態點，在原新風量的新、回風混合點，機器露點和送風狀態點；如附設熱回收式新風預處理系統，則虛線表示為按國標修改稿規定的新風量設計的一次回風再熱式系統空氣處理過程，W1，C1分別為室外空氣經熱回收后的狀態點，在國標修改稿規定的新風量下的新、回風混合點。為使原空調系統仍能滿足要求，即新系統所需的冷量小于等于原系統能提供的冷量，則應使新風熱回收后與回風的混合點C1的焓值小于等于原系統C的焓值，即：ic1≤ic。

由上述條件可得熱加收式新風預處理系統的適用性判據為：

顯熱回收式：

全熱回收式：

2．2蒸發冷卻新風預處理系統適用性判據

對于夏季工況，若設定室內空調設計狀態N，通過N點的等含濕量線等濕球溫度線可以把工程所在地的室外氣象包絡線范圍分隔為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四個氣象區，如圖3。第Ⅰ區室溫外空氣濕球溫度和含濕量都低于室內設計值，這表明直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻都可以使用，甚至可以不用機械制冷，而直接處理到送風狀態點；第Ⅱ區室溫外空氣濕球溫度高于室內設計值，含濕量低于室內設計值，顯然只適合用間接蒸發冷卻；第Ⅲ區室溫外空氣濕球溫度和含濕量都高于室內設計值，適合用間接蒸發冷卻對新風進行預處理；第Ⅳ區室溫外空氣濕球溫度低于室內設計值，含濕量高于室內設計值，不適合用蒸發冷卻技術。對于區Ⅰ、Ⅱ可用直接蒸發或間接蒸發直接供冷的技術國內外已有大量研究，這里僅討論在Ⅲ區應用間接蒸發冷卻對新風進行預處理的技術適用性。

圖3蒸發冷卻式新風預處理系統的氣象范圍

圖4附設間接蒸發冷卻新風預處理的一次回風再熱式系統

附設蒸發冷卻式新風預處理的空調系統工程焓濕圖上的表示如圖4。與熱回收式新風預處理系統相同，為保證原空調系統仍能滿足要求的條件為：ic1≤ic

則在Ⅲ區間接蒸發冷卻式新風預處理系統的適用性判據為：

2．3除濕式新風預處理系統的適用性判據

對于夏季工況，若設定室內空調設計狀態N，通過N點的等含濕量線可以把工程所在地的室外氣象包絡線范圍分隔為Ⅰ、Ⅱ兩個氣象區，如圖5。第Ⅰ區室外空氣含濕量低于室內設計值，這表明該區域不僅不需要除濕反而要加濕；第Ⅱ區空氣含濕量高于室內設計值，顯然可以采用除濕技術。

圖5除濕式新風預處理系統的氣象范圍

圖6附設新風與回風混合預冷除濕熱回收（蒸發冷卻）式預處理的一次回風再熱式系統

為使除濕機在高效率下運行，通常先將新風預冷，再除濕；為充分利用排風冷量，常將除濕以后的高溫干空氣通過熱回收或蒸發冷卻設備，進行降溫；根據除濕量的大小，可采用僅對新風除濕和對新風與部分中全部回風的混合風除濕的方式。這里新風與回風混合預冷除濕熱回收（蒸發冷卻）式為例，介紹其適用性判據的確定方法。室外空氣狀態點W與N按國標修改稿規定的新風量混合至C4，預冷至C3，然后全部除濕至C2（或部分除濕）再與未除濕的混合風混合至C1，通過熱加收或蒸發冷卻至C11，最后由原空調系統冷卻至送風狀態點O。為使原空調系統仍能滿足要求，即新系統所需的冷量不于等于原系統能提供的冷量，則應使混合風的預冷量與由C11冷卻至O點所需冷量之和小于等于原系統的冷量，即：

全部除濕：

部分除濕：

則除濕式新風預處理系統的適用性判據為：

全部除濕：

部分除濕：

其他幾種附設除濕式新風預處理的空調系統在焓濕圖上的表示及適用性分析的判據見表1。由于除濕熱回收式與除濕蒸發冷卻式的示意圖相似，判據相同，故放在一起討論，但由于熱回收與蒸發冷卻設備的效率不同，所以得到的C11點參數實際是不同的。

除濕式新風預處理系統的適用性判據表1

原空調系統（實線）及附設新風預處理的空調系統（虛線）在i-d圖上的表示

適用性分析的判據

附設新風預冷除濕熱回收（蒸發冷卻）式新風預處理系統

附設新風與回風混合除濕熱回收（蒸發冷卻）式預處理系統

全部除濕：

部分除濕：

附設新風與回風混合預冷除濕熱回收（蒸發冷卻）式預處理系統

全部除濕：

部分除濕：

3新風預處理系統適用范圍

根據上述分析及具體判斷條件，應用C語言進行編程計算，將全國主要城市的空調室外設計氣象參數，原有空調建筑物的室內設計溫濕度，新風比，熱濕比，采用的熱回收裝置的熱回收效率，國標修改稿規定的新風比，室內設計溫濕度作為輸入文件，通過空氣狀態參數計算公式，編寫計算程序OAPS（OutdoorAirPreconditioningSystem），可以用于判斷全國主要城市不同條件下原一次回風再熱式空調系統中，各種機關預處理系統的適用范圍。

下面以對上海市某一次回風再熱式空調系統（按舊標準設計）的改造為例，說明新風預處理系統的應用。室內設計條件為：原系統（舊標準）：tN=26℃，φN=65%，新風比：15%；新系統（GBJ19-87國標修改稿）：tN=26℃，φN=65%，新風比：30%；室外設計條件為：tW=34℃，tWS=28.2℃；送風量為2000m3/h；室內熱濕比ε=6100，要求的送風狀態：原系統：tO=34℃，dO=12.3g/kg；新系統與原系統一樣，轉輪式全熱交換器的效率為：ηZ=70%；間接蒸發冷卻器的熱交換效率為：E1=70%，以排風為二次風。對不更換原有空調系統的冷源、末端裝置，僅附設上述新風預處理系統進行改建的方法在全國范圍的技術適用性作一分析計算。

計算結果見表2。其中"·"表示適用；"-"表示不適用。表中只列出適用城市的新風預處理系統形式。

新風預處理系統的技術適用范圍表2

城市名稱熱回收式蒸發冷卻式除濕式

新風預冷除濕熱回收混合預冷除濕熱回收

（蒸發冷卻）混合預冷除濕熱回收新風預冷除濕熱蒸發冷卻混合預冷除濕蒸發冷卻

北京·-··-··

天津·-··-··

石家莊····-··

太原····-··

呼和浩特·------

沈陽····-··

長春····-··

哈爾濱·······

上海··-·-·-

南京··-·-·-

杭州··-·-·-

合肥··-·-·-

福州·--·-·-

南昌·--·-·-

濟南·-··-··

鄭州·-··-·-

武漢··-·-·-

長沙·--·-·-

廣州·--·-·-

南寧····-·-

成都····-·-

重慶·-··-·-

貴陽····-·-

昆明-·-----

拉薩-·-----

西安····-··

蘭州··-----

西寧-·-----

銀川··-----

烏魯木齊··-----

臺北····-··

香港····-·-

4結論

（1）針對GBJ19-87國標修改稿的要求，對原有高檔商業建筑中常用的一次回風再熱式空調系統的改建問題，確定了各種新風預處理系統的技術適用性判據。

（2）幾種新風預處理系統的適用范圍基本可以覆蓋全國各直轄市和省會城市，即任何一個城市中的原一次回風再熱式空調系統都至少可以采用一種新風預處理系統進行改造。

（3）熱回收式、蒸發冷卻式和除濕式中的新負預冷除濕蒸發冷卻式、混合除濕熱回收式（蒸發冷卻）新風預處理系統的適宜和范圍最廣；新風預冷除濕熱回收式和混合預冷除濕蒸發冷卻式新風預處理系統的適用范圍較小；混合預冷除濕熱回收式新風預處理系統只適用于一個城市。

（4）如GBJ19-87國標修改稿正式頒布，全國各地將有大量建筑的空調系統要改建，新風預處理系統是一種很的解決方法，本文提出的適用性判據將有助于業主和設計方的選擇與決策。

參考文獻

1ANSI/ASHRAEStandard62～1989.Ventilationforacceptableindoorairquality.Atlanta,GA:ASHRAEInc.

2ASHRAEPublicReviewDraft62～1989R.Ventilationforacceptableindoorairquality.

3ANSI/ASHRAEStandard62～1989.Ventilationforacceptableindoorairquality.Atlanta,GA:ASHRAEInc.

4沈晉明，《ASHRAE標準62～1989》的修正對通風空調行業的影響，暖通空調，1998，28（5）：28～33。

5李芃，沈晉明，新風預處理概念及系統形式，空調暖通技術，2001，（1）：11～17。