[建筑设计]高档办公楼空调系统适应性分析-暖通设计专项课题.doc

高档办公楼空调系统适应性分析-暖通设计专项课题引言： 针对我市建筑市场活跃，特别是滨海新区的开发，将会兴建一批高档写字楼、办公楼、高档商业建筑及博物馆，为我院接受此类项目设计时提供一些空调系统的选择方案。本文就高档办公建筑空调系统除常规系统形式外进行了资料收集，在评价比对的基础上综合国内外发展趋势重点介绍了未来有可能在高档办公建筑和有特殊要求建筑中可推广的系统形式。第一章 适合高档办公楼的空调系统形式1、 变风量空调系统（ Variable Air Volume System，简称VAV系统）属于全空气系统的一种，是通过变风量箱调节送入房间的风量，并相应调节空调（空气处理机组）的风量来控制某一空调区域温度的一种空调系统（图一）。简而言之，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。 图一 变风量系统流程图1.1优点：（与风机盘管加新风系统或定风量空调系统相比）1.1.1在开放空间可实现高舒适度，适合于高档敞开式办公。1.1.2有利于敞开式办公灵活分隔与业主更换。1.1.3运行能耗低。1.1.4末端与空气处理机均能实现负荷追踪。1.1.5过渡季可实现全新风运行，节能。1.2缺点：1.2.1初投资高。1.2.2需要的吊顶空间较高，需加大建筑层高。1.2.3控制相对复杂。 针对变风量空调系统特点、常用形式、控制方式、适用场所及设计中应注意问题的详细阐述见第二章。2、地板送风系统（underfloor air distribution, UFAD）-空气通过地板送风口进入室内，与室内空气进行热质交换后从房间上部（顶棚或者工作区之上）的出风口排出。其中送风口一般与地面平齐设置，地面需要架空，下部空间用于布置送风管或直接用作送风静压箱。2.1优点：2.1.1实现局部气候微环境的个人控制，提高舒适度。2.1.2提高通风效率，明显改善室内空气质量。2.1.3翻新改造施工简便，易于变动。2.1.4运行能耗低。2.2缺点：2.2.1初投资高。2.2.2安装及维修要求较高的专业技术。2.2.3控制相对复杂。针对地板送风空调系统由来、室内气流分布、末端装置的应用场所等的详细阐述见第三章。3、 辐射供冷（暖）空调（radiant cooling(heating) air conditioning system） 辐射供冷（暖）是指降低（升高）围护结构内表面中一个或多个表面的温度，形成冷（热）辐射面，依靠辐射面与人体、家具及围护结构其余表面的辐射热交换进行供冷（暖）的技术方法。辐射面可通过在围护结构中设置冷（热）管道，也可在天花板或墙外表面加设辐射板来实现。由于辐射面及围护结构和家具表面温度的变化，导致它们和空气间的对流换热加强，增强供冷（暖）效果。在这种技术中，一般来说，辐射换热量占总热交换量的50%以上。3.1.辐射供暖的优点3.1.1节能。较之传统方法，辐射供暖系统供水温度低，设计室温较散热器采暖低，能耗相应较少。再者，可以使用热泵、太阳能、地热及低品位热能，可以进一步节省能量。一般认为，地板采暖比传统的采暖方式节能20%30%。3.1.2舒适性强。辐射采暖提高了室内平均辐射温度，使人体辐射散热大量减少，增强人体的舒适感。由于室温可以比采用散热器低，室内空气就不那么干燥。3.1.3可按户计量、分室调温。3.1.4成本与散热器基本持平。3.2辐射供冷的优点3.2.1节能。 与常规空调系统比较节能28%40%3.2.2舒适性强。 一般认为，舒适条件下人体产生的热量，大致以如下比例散发：对流30%、辐射45%、蒸发25% 。辐射供冷在夏季降低围护结构表面温度，加强人体辐射散热份额，提高了舒适性。3.2.3提供一种新的末端形式，有利于系统及布置方式的优化 。空调送风系统，特别是采用全新风的空调系统，其风管截面大、占用建筑空间大、有时还有与建筑的梁相碰，难于布置。采用地板或顶板供冷，有利于系统和布置方式进一步优化，减少建筑层高的增加幅度。3.3辐射供冷的缺点3.3.1表面温度低于室内空气露点温度时，会产生结露，影响室内卫生条件。3.3.2由于露点温度限制，加上表面温度太低，会影响人的舒适感，所以限制了辐射供冷的能力。3.3.3在潮湿地区，室外空气进入室内会增大结露的可能性，因此要求门窗尽可能密闭，影响自然通风。3.3.4不同时使用风系统时，室内空气流速太低，如果温度达不到要求，更增加闷热感。3.4辐射空调系统的构成：辐射空调系统由辐射供冷供热末端系统、独立除湿新风系统和冷热源三部分组成（图二） 图二 辐射空调系统该系统的特点：高空气品质、高舒适性、低能耗。辐射供冷（热）系统末端有以下几种a) 金属辐射顶板（图三）b) 干式辐射地板c) 毛细管式辐射板（图四）。 图三 金属辐射顶板 图四 毛细管辐射席（聚丙烯）其中以毛细管作为末端，即空调末端系统利用充满水的毛细管向所在房间辐射冷/热量。毛细管产品辐射供暖具有以下优点1）辐射构造方式得当时，能对室内负荷变化有较快反应速度，安装简捷，节约建筑空间2）可以根据客户要求定制尺寸、干湿式建筑施工要求均可。3）节能：与非“冷冻”除湿新风系统配合使用时，夏季不需低温冷冻水，冬季不需高温热水。夏季供水温度为16度时，冷水机组的理论效率可以大幅度提高；冬季供水温度在40度以下，可以提高热泵的运行效率。4）毛细管空调末端系统可以和任何形式的冷热源结合使用，尤其是与土壤源热泵、闭式地表水水源热泵配套使用，由于夏季可以直供，不需要开启机组制冷，节能效果更明显。5）热舒适性高：热舒适性是评价空调系统优劣的重要指标，从网上收集到的对各种形式的空调系统舒适性的调查结果我们不难看出平面式系统的受欢迎程度详见图（五）。 系统一：无置换新风的辐射空调系统 系统二：常规式空调系统 系统三：有置换新风的毛细管辐射空调系统 系统一 系统二 系统三 图五 热舒适性指标（不满意度）以毛细管作为末端的空调系统，由于毛细管的水通路小，易堵塞，对水质要求较高。4、其他：除对上述三种空调形式的介绍外，由于超高层建筑的设计项目越来越多，而对于超高层建筑，其冷热源的分析与确定，分区水系统的划分，水系统参数的选择，直接影响着日后运行的经济性，可行性。在附录中给大家提供案例：一个是超高层建筑空调设计的概念性方案举例；一个是负荷模拟分析；目的是为了分析该建筑采用两管制空调系统与四管制空调系统哪个更为合理。第二章 变风量系统1、变风量系统简述及其发展状况变风量系统（Variable Air Volumn System）简称VAV系统，按处理的空调负荷所采用的输送介质分类，变风量系统属于全空气系统的一种，变风量空调系统是通过改变送风量也可调节送风温度来控制某一空调区域温度的一种空调系统，该系统是通过变风量末端装置调节送入房间的风量，并相应调节空调机组的风量，来适应系统的风量需求。变风量系统可根据空调负荷的变化及室内参数要求的改变，自动调节空调送风量以满足室内人员的舒适要求或其他工艺要求。同时根据实际送风量自动调节空调送风机的转数，最大限度地减少风机动力，节约运行能耗。变风量系统于20世纪60年代起源于美国，在80年代末期我国出现的首批智能化建筑中也曾采用过变风量系统，但是由于建设过程和使用过程中的一些问题，变风量系统的研究和应用后来又中断了。有些工程两三年后使用单位便取消了变风量系统的运行方式，相应的自控设备也被拆除了，使得变风量系统的优势没有发挥出来。造成这种现象的原因主要有以下几点： 1.1在当时变风量系统对于设计人员来讲是相对较新的知识，掌握和应用需要一定的过程和时间。对于使用者来讲，对变风量系统的运行管理也缺乏一定的经验。这就造成了使用者和设计者都满足于常用的空调方式（如风机盘管加新风系统）。1.2由于受到当时的技术水平限制，国内对变风量系统及其末端装置的研究成果未形成定型产品，特别是变风量末端装置的控制部分不能很好的实现设计要求，空调机组的变频调速控制问题也受到当时的技术和经济水平的影响没有完全解决，基本上是依赖于进口产品，而早期的进口产品在技术和使用可靠性上也存在一定的问题。国内有的工程采用了进口末端装置，使用不久其调节装置开始失灵，无法按要求运行，造成设计者和使用者对变风量系统的可靠性产生了疑虑。1.3当时进口设备价格昂贵，尤其是变风量系统，采用进口产品的变风量系统投资比其它系统要高，而国内的能源收费一直较低，造成其投资的回收期太长，使得一些投资人放弃采用变风量系统。随着九十年代DDC技术和BA系统在空调领域的应用和普及，变风量系统的控制技术和产品也在不断发展和完善。变风量系统在国外已经得到广泛的应用，近几年变风量系统正得到我国的一些设计者和使用者的逐步认可，目前国内也已有变风量系统研究和产品研发的专业公司，在选择高档办公楼空调系统形式时，变风量空调系统是一种值得推广的新型空调方式。2、变风量系统的特点2.1变风量系统能实现局部区域（房间）的灵活控制，比全空气定风量系统具有优势。对于一个风系统带有多个房间时，定风量系统一般只能控制某个主要房间的温度，或者在大多数情况下控制一个综合的回风温度。由此带来的缺点是：造成部分房间过冷或过热，这种情况尤其是对于不同朝向或者使用时间不一致的房间更为突出，对使用效果产生影响而且存在部分房间能源浪费的现象。如采用变风量系统，由于各个房间变风量末端装置可随该区域温度的变化自动调节送风量，因此能保证各区域或房间温度按使用要求进行温度控制，使用标准得到提高，房间过冷或过热现象的消除也使能量得到合理的应用。2.2在考虑同时使用系数的情况下，变风量系统的空调机组装机容量可减小。变风量系统与定风量系统的负荷计算是不完全相同的。如果一个风系统负担多个房间时，由于各房间在朝向、位置、使用方式及使用时间上的不一致，因此每个房间的冷热负荷不可能同时达到最大值。如采用定风量系统，由于要满足各房间最大负荷的需要，系统的总冷负荷应是各个房间最大冷负荷之和，总送风量也应是各房间最大送风量之和，在实际运行中定风量系统的空调机组基本是在部分负荷的状态下运行。如采用变风量系统，各房间的最大送风量与定风量系统是相同的。但是，由于各房间内设置的变风量末端装置可独立控制送风量，而且并非每个房间都是在最大负荷值状态下运行的，因此变风量系统的冷负荷或风量应为各房间逐时冷负荷或风量之和的最大值。从负荷计算中我们可以知道：各房间逐时负荷之和的最大值应小于各个房间最大负荷之和，尽管设计时各变风量末端装置是按其负担的房间的最大负荷来选择的，但由于变风量末端装置的独立控制特点，使系统具有把不同的能量移至不同需求的场所的功能。因此在设计状态下，变风量系统的总风量及冷负荷通常低于定风量系统的总风量及冷负荷，这就使得空调机组容量可以减小，该系统在这部分的投资可降低。2.3变风量系统运行能耗节省当各房间的负荷减少时，各变风量末端装置的风量可随之减少，通过适当的控制手段，可降低送风机的转数，使其运行能耗得以降低。2.4变风量系统有利于房间的灵活分隔，并可避免风机盘管加新风系统中凝结水对吊顶等装饰的影响。目前高档办公楼根据使用要求，一般采用大开间设计，待其出售或出租后，用户通常会根据自己的使用要求对房间进行二次分隔和装修，如果用户变更，新用户又会按照自己的要求重新进行分隔和装修，在整个开间的总冷热负荷不变的前提条件下，变风量系统由于其末端装置的灵活布置，而且能进行区域温度控制，只要重新分割后各方间的冷热负荷与该房间重新调整的变风量末端装置的风量相匹配，即可较方便的满足新用户的需求。对于风机盘管加新风系统，风机盘管通常设于房间内，必然有冷冻水管进入房间，容易出现以下问题：水管阀门的漏水；冷冻水管和阀门的保温未做好，容易造成凝结水滴漏；风机盘管的凝结水管经常由于阻塞或安装坡度不够导致排水不畅，造成凝结水的跑冒滴漏。而变风量系统进入房间的设备包括变风量末端装置及其风管，配有再热盘管的变风量末端装置只需有热水管进入房间。由于没有冷冻水管进入房间，就避免了因凝结水引起的相关问题，也减小了维修工作量。2.5变风量系统的不足 变风量系统湿度控制能力较差， 由于变风量末端装置是根据室内温度调节风量，送风量的减少导致系统的除湿能力下降，从而引起室内相对湿度偏高；变风量系统比风机盘管加新风系统占据空间要大；变风量末端装置如配有再热盘管加热会有部分冷热抵消。3、变风量系统的控制方法3.1空调机组的控制方法3.1.1定静压控制法定静压控制法的主要控制原理为在系统风管上某一点（通常此点设在送风系统管网的适当位置，常在离风机出口约2/3处）设置静压传感器，以保持该点静压固定不变为前提。室内要求风量由变风量风阀调节，而系统送风量通过不断的调节空气处理机送风机输入频率来改变空调系统的送风量，同时还可以通过改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。此种控制方法比较简单，调试周期短，运行较为可靠稳定，但是此种控制方法由于系统送风量由某点静压值来控制，当变风量末端装置所带风阀开度过小时，气流通过噪声加大，影响室内环境，风系统较复杂时，静压点位置很难确定，达不到最佳节能效果。3.1.2变静压控制法变静压控制法是在保持每个变风量末端装置的阀门开度在85-100%之间，把系统静压降至最低，通过调节风机转速改变空调系统的送风量，可最大限度的降低风机转速，以达到节能目的。该控制方法弥补了静压控制法的不足，在节能、噪声控制等方面有优势，但由于此控制方法调试周期较长，调试较困难，运行不稳定，容易造成系统产生振荡。3.1.3总风量控制法总风量控制法是直接根据末端设定风量计算出要求的风机转速，在某种程度上是前馈控制，不同于静压控制的后馈控制，可以避免使用压力测量装置，简化了控制系统，使系统的可靠性提高，节能效果接近于变静压控制，优于定静压控制。4、变风量末端装置变风量末端装置（又称为VAV BOX）是变风量系统中的关键设备之一，它的好坏将直接影响整个变风量系统的工作性能。它是根据空调区域内冷热负荷的变化，通过调节一次风送风量维持室温的装置。变风量末端装置品种繁多，目前国内最常见的主要为两类：单风道型变风量末端装置和风机动力型变风量末端装置。另外还有双风道型变风量末端装置、诱导型变风量末端装置、旁通型变风量末端装置、变流量风口等。4.1单风道型变风量末端装置单风道变风量末端装置是其它变风量末端装置的基本形式，主要由金属箱体、进风管、风阀、风阀执行器及其联动装置、与控制配套的电器元件和测量元件(风量、温度传感器及控制器)组成，在出口处可配电加热器或热水再热盘管。单风道变风量末端装置具有结构简单，工作可靠，控制较为容易的特点，是目前应用较多的一种变风量末端装置。单风道变风量末端装置主要是通过控制末端阀门的开度来调节送风量即根据室温设定值与室温实测值的偏差，计算设定送风量，再根据风量设定值与风量实测值的偏差来控制风阀开度。4.2风机动力型变风量末端装置风机动力型变风量系统送入空调房间的空气是由经过空调机组处理过的一次风和通过风机动力型变风量末端装置二次回风口吸入的室内空气混合而成，输送到每个风机动力型变风量末端装置处的一次风量，不但要负担空调房间的冷负荷，还要确保空调区域内气流组织良好和满足卫生要求。风机动力型变风量末端装置根据增压风机与一次风阀的排列位置的不同分为串联式风机动力型和并联式风机动力型，在出口处可配电加热器或热水再热盘管。串联型风机动力型变风量末端装置的风机流量不变，随着房间冷负荷增加，一次风风阀开始开大，二次风（室内回风）随之减小，使送风温度降低来满足房间使用要求，反之亦然。在常温送风系统中，一次送风量可以作为串联型风机动力型变风量末端装置风机设计风量；在低温送风系统中，串联型风机动力型变风量末端装置风机设计风量要大于一次风最大送风量。并联式风机动力型变风量末端装置送冷风且当空调房间供冷负荷最大时，其增压风机不运行，增压风机出口处逆止风阀关闭，一次风风阀全开。此时经过并联式风机动力型变风量末端装置送入空调房间的风量为一次风设计风量。随着空调房间冷负荷的减少，并联式风机动力型变风量末端装置的一次风风阀开始工作，逐渐减少送入空调房间的一次风送风量，此阶段并联式风机动力型变风量末端装置的运行方式与单风道变风量末端装置的运行方式相同。当一次风风阀关至较小位置，送入空调房间的一次风风量达到较小值或最小值，而空调冷负荷继续减小时，增压风机启动，风机出口处逆止风阀打开，并联式风机动力型变风量末端装置把室内回风与一次风混合后送入空调房间内。随着室外气候逐渐变冷，空调房间内室温逐渐下降，控制系统转换为加热工况，增压风机启动，风机出口处逆止风阀打开，设置在风机动力型变风量末端装置出风口处的辅助电加热器或者热水盘管开始工作，提高送风温度，使空调房间的室温升高。此时并联式风机动力型变风量末端装置进入定风量、变温度运行方式。并联式风机动力型变风量末端装置增压风机仅在为了保持最小循环风量或加热时运行。由于只有二次风经过风机，风机处理风量小，噪音低。并联式风机动力型变风量末端装置的一次风最大送风量可以作为风机动力型变风量末端装置的设计风量，而一次风最小送风量则需满足空调房间所需新风量的要求，所选增压风机的风量须满足冬季空调区域内送风时的风量要求。并联型风机动力型变风量末端装置的最小新风量加上增压风机风量一般不大于设计风量。5、变风量系统设计需注意的问题5.1变风量系统有多种形式，如单风道变风量系统，双风道变风量系统，变风量及定风量组合系统等等，应根据不同的实际情况采取不同的系统形式。应根据使用特点、负荷变化及参数要求，通过技术经济比较确定变风量系统形式。5.2在进行变风量系统设计时，首先要涉及到的一个问题就是内、外区的划分。在夏季内、外区都是需要供冷的，而冬季情况则不尽相同，高档办公楼一般室内进深较大，冬季热负荷只对在靠外围护结构一定范围内的区域产生影响，也就是通常所说的外区。在内区，由于人员、灯光尤其是大量配备的个人计算机设备，使得该区域的得热量较大，由于内区很少受外围护结构的影响，常年都会处于需要供冷的状态。内、外分区的界限问题也是目前空调设计中较有争议的问题，一般较为认可的分区方式是，靠外围护结构3-4.5米以内的室内区域为外区，其余部分室内区域为内区。5.3做好负荷计算和负荷综合分析，因为负荷计算和负荷分析是变风量系统设计和运行控制的基础。负荷计算应按内、外区分别进行。由于一幢建筑物各朝向外围护结构的峰值负荷并不是同时出现，所以，除了做单个房间的负荷计算外，还要做建筑物分区负荷（或系统负荷）的综合负荷计算，从而求得同时出现的分区（或系统）的最大负荷值。5.4合理选择变风量末端装置，根据房间需要的送风量确定末端装置的型式及数量，并确定每台末端装置允许的最大送风量，选择末端装置应尽量与建筑隔断、照明灯具和吊顶上的其它设备的平面协调一致。末端装置应保证在风量改变时室内气流分布不受影响，满足被控区域内温度和风速的基本要求。5.5新风量控制问题应是变风量系统设计需要重点考虑的因素。空调机组送入房间的一次风已经包含了新风和回风，当室内负荷偏低，一次风量就会减少，新风量也就随之减少，容易造成房间新风量过小而导致室内人员感到烦闷，为保证室内人员的舒适度，应采取控制新风量的措施。第三章 地板送风空调1、地板送风空调的由来地板送风空调系统早在20世纪50年代就在欧洲开始应用，当时主要是用在室内负荷较大的房间（190-950W/m2）如计算机房、控制中心和实验室等，而到70年代由于电子设备的应用和技术的现代化开始在办公楼中所应用。随着信息技术的飞速发展和IT商务的繁荣，智能建筑的需求呈上升趋势。由于大楼业主的要求和使用者（租户）一直在变化，据国际设施管理协会（IFMA）调查，美国办公楼由于租户的更新或者因为扩大面积、更改平面布置、更换办公设备和办公家具而重新装修办公空间的比例平均高达44%，这就要求室内设备具有较高的灵活性，便于变更。所谓的智能建筑要能影响个人、团体和环境的要求并能适应变化，业主无需在每次大楼内租户改变时需要重新装备而付出额外成本，租户可以以最小的成本为楼层平面布置、照明、空调等设施作适当的调整。智能建筑的特点之一是使用带有标准工作台设备和架空地板，架空地板不仅可以为计算机、通讯等的布线提供空间以满足现代IT设备和网络的要求，而且是一个方便、廉价的定风量和变风量空调系统（或风机盘管、地板风机动力箱等系统）的空气输送空间。因此，架空地板在现代办公楼的广泛应用也促进了地板送风空调技术、个人空调等空调领域的新技术的应用和发展。80年代中期，英国伦敦的Lloyds大楼和香港汇丰银行采用下送风空调系统的成功，引起了各国空调技术界的关注。目前，地板送风系统在我国的研究和应用处于起步阶段，例如：上海财富广场、华尔顿广场二期。但各国的研究人员已作了大量的研究工作，取得了不少研究成果，同时也积累了一定的实际应用经验。有大量相关文献、专著及网址介绍这方面的研究，目前我市建筑市场活跃，特别是滨海新区的开发，将会兴建一批高档写字楼、办公楼、高档商业建筑及博物馆。本文通过介绍地板送风技术在办公楼中实际应用的新进展及设计方法，希望能对我院设计高档办公楼空调系统提供一些参考。2、地板送风系统与传统送风系统的主要区别及特点：就冷热源设备和空气处理设备而言，地板送风系统与传统的上送风空调系统是相似的。传统的顶棚送风（上送风）空调方式是将送风从位于房间上方的送风口送入室内，与室内空气充分混合，吸收室内的余热余湿，同时稀释室内污染物并从房间上方的回/排风口排出，而传统空调方式的思路是将送风与室内空气充分混合，力求室内空间任何一点的空气参数均匀统一。但办公室工作人员对室内空气温度湿度及送风速度等影响热舒适的室内空气参数的要求通常是不一致的（随所在位置、着装、工作强度等状况不同而不同），而顶棚送风方式的缺点则是无法满足不同使用者对室内空气温度、气流速度等不同的要求，而且系统通常安装在吊平顶内，不便对风口的安装位置进行调整，吊顶的空间也比较高。与顶棚送风空调方式不同，地板送风空调方式通常是利用室内架空地板下的空间用于布置送风管道或者直接作为送风静压层，经过空调机组处理的空气通过布置于地板上的送风末端送入室内，与室内空气进行热湿交换后从位于房间上方的回/排风口排出。3、地板送风系统的优点地板送风有如下优点：3.1便于建筑物重新装修和现有建筑的翻新改造，当办公室用途改变，需要重新布置、装修时，设置在活动地板上的送风口易于变动，且地板下部空间可方便电力线路、通讯线路、水管等的重新安装，这可大大降低重新装修的费用。据日本经验，仅劳动力就可以节约32%。地板送风系统可以用于建筑物翻新改造，虽然加高地板会遇到楼层高度、楼梯和电梯停靠位置的调整、卫生间地面的抬高问题，但是这些问题可以得到解决。另外，静压箱的安装过程是一个相对干燥的过程，对其他建筑结构的破坏可以减到最小。3.2提供局部气候微环境的个人控制。送风口设在地面上，人伸手可及，能随个人的要求调节送风量/送风速度和出风方向，满足个人的舒适性要求，此外，部分送风口也可布置于办公桌、工作区域分隔板上(送风口与办公桌、分隔板结合成一体)从而形成个人空调系统，每个工作人员可以根据自己的喜好进行调节，从而有效提高工作效率和劳动生产率。3.3提高通风效率并改善室内工作区空气质量。类似于置换通风，新风是从接近工作区的地板送入，而在房间上方形成热力分层，保证人员处于相对清洁新鲜的空气环境中，改善了人员工作区的空气质量并提高了通风效率。3.4较佳的热舒适性。室内发生的热量、尘粒、污染物等可通过热对流作用自然向上有效地排出房间；向工作区扩散的热量仅一部分，热负荷的增减对工作区的变动影响较小；由于地板温度受送风空气的影响，地板表面温度与常规顶棚送风空调方式相比，夏季低、冬季高，热舒适较佳，同时由于个人可以根据自己喜好调节的控制送风方向和送风量，可提高工作人员的舒适性。3.5节能：地板送风系统的能耗是传统空调系统能耗的34%，其节能效果可以体现在如下几个方面3.5.1静压箱送风系统送风温度较高，有关研究表明，在达到相同的工作区温湿度环境时，地板送风系统比传统空调系统的送风温度高约4，这就允许在空气较为干燥的季节，采用较高的盘管冷却温度和蒸发器蒸发温度，提到了冷水机组的COP。3.5.2由于地板送风系统的热力分层特性，所以空气的混合区只要在人员停留的区域即可。对于该系统，大部分从安装在天花板的灯具所产生的热量还未到达地面就被排出，提高了排风温度，减少了总冷负荷，减小了制冷机组的容量。据文献表明，地板送风系统仅需处理整个空调房间显热得热的64%3.5.3由于地板下送风横截面较大，所以压力损失较小，从而减小了空气输送动力，减少了风机能耗。3.5.4在过渡季节，使用较高的送风温度延长了使用室外新风的时间，减少了制冷机的开启时间。3.5.5建筑物使用地板送风系统，虽然需要送风静压箱，但不需要较大的顶棚空间来容纳送风管路及末端装置，与传统上送风全空气空调系统相比，地板送风系统可降低5%-10%的楼层高度。尽管地板送风系统较传统送风系统具有上述诸多优点，但是也有些缺点，例如不舒适的吹风感，得到不满意的热力分层等。文献提到，距地板散流器0.8m的区域会产生不适的吹风感。3.5.6施工安装便利：由于地板送风方式大多不考虑设置风管（或设少量风管），省去了大量风管制作的工作量，同时其他管线无空间上的矛盾。4、地板送风与置换通风的区别在描述从房间下部送风的空调通风系统时，人们可能会混淆两个概念：地板送风系统与置换通风（displacement ventilation, DV）。地板送风和置换通风两种送风方式具有一定的相似性，二者均是从房间下部送风，形成热力分层，同时目标都是为了降低建筑能耗，提高室内空气质量。从表面上看，二者似乎没有很大的区别，事实上，二者无论是从概念上还是应用上都存在许多区别，有必要对这两种不同的系统的特性区分清楚，这是设计人员、业者、物业管理人员正确应用地板送风系统和置换通风系统的前提。对这两者的分析比较如下：地板送风（UFAD）置换送风（DV）图式机理从地面送出具有一定速度的空气，在 向上流动过程中，与工作区的空气迅速大量混合进行热湿交换而达到调节工作区温度的目的。气流进入非工作区时，通过自然对流从上部回/排风口排出，房间上部存在热力分层现象，但不十分明显。以低速在房间下部送风，气流以类似层流的活塞流状态主要依靠室内热源产生的热浮升气流不断卷吸室内的空气向上运动，从房间上部排出。热力分层现象明显。功能送风空气既承担室内的热湿负荷，且混有新风并有通风换气功能。主要满足通风换气功能，通常是单独的新风送风系统。送风速度地板送风出风口气流速度高，一般可达1.0m/s。送风速度很低，通常为0.2m/s。送风温度送风温度通常为18左右或者更低（取决于室内负荷及室内温湿度的要求），但为避免在室内低处造成“冷风感”，通常不低于15.5。送风温度接近室内温度（通常比室温低11.6。负担室内热湿负荷送风空气是负担室内热湿负荷的主要介质。送风空气仅承担小部分的室内热湿负荷，通常采用其他方法控制室内温度（常用辐射冷/热吊顶系统）。风量风量大风量小室内气流送风空气尽可能与工作区空气充分混合，在室内较高处存在轻微热力分层现象。尽可能减少工作区的空气混合，空气流动主要是热浮力层流的形式，室内高处存在明显的热力分层现象。内/周边区系统通常内区采用定风量，而周边区采用变风量系统（或四管制风机盘管及其他末端装置）。在所有区域（内区和周边区）都是定风量低压风管系统。送风空气来源利用部分室内空气（回风）与新风混合后经处理送入室内（除过渡季节为充分利用新风冷量而采用全新风外）。通常是100新风而无回风。风口性能与风口型式风口湍流系数大、掺混性能好，通常采用旋流风口，同时，为满足局部调节的要求，一般地板送风口数量多，风口尺寸小，通常采用架空地板，风口与架空地板相结合。风口湍流系数小、扩散性能好，通常采用孔板风口，同时，为保证较小的送风温度，风口面积一般较大，大多采用墙角、窗台下的送风装置，要与建筑空间协调。适用性不仅适用于制冷工况，由于气流的高速掺混性，在冬季需要加热的时候也可送部分热风。仅适用于制冷工况，不能用于加热工况，因为送风热空气密度较小，会形成短路而很快由房间上部风口排走。空气流动动力送风空气的动量是空气流动的主要动力，而由人体和设备等热源产生的热浮升气流则是次要的。室内热源（人员和设备等）产生的热浮升气流是空气流动的主要动力。应用场合现代办公建筑、高档的商业建筑、博物馆、展览馆等，如上海财富广场。层高较大、空调负荷较小（最大冷负荷小于120W/m2 ）、尤其是污染物与热源相关的场合，如清华大学超低能耗示范楼。需要指出的是，在实际的工程应用中，有时二者间的界限比较模糊，有的系统兼有二者的特点，因此，如何界定地板送风与置换通风尚可进一步探讨。5、地板送风空调方式的室内气流分布 室内气流组织的好坏直接影响到热舒适、室内空气质量和空调能耗。与常规顶棚送风方式相比，地板送风空调方式的很多优势都与其气流组织有关，即送风空气直接送入工作区并从房间上部排走。世界各国的学者在这方面作了很多研究，通常采用理论分析建立数学模型、CFD数值模拟、实验研究、现场实测等研究手段。5.1室内气流模型为一办公楼采用地板送风空调方式的典型室内气流流型。图中两条特征高度线TH和SH分别表示地板送风的射流高度与热力分层高度。当送风量(速度)较小时，其气流流型类似于置换通风，存在明显的热力分层并将室内空气分成上、下两个区域；热力分层下部区域近似为活塞式的单向流动区，上部则为混合区。室内空气温度分布和浓度分布在这两个区域有非常明显的差异，下部单向流动区存在明显的垂直温度梯度和浓度梯度，而上部湍流混合区温度场和浓度场则比较均匀，接近排风温度和浓度。然而，当送风量较大时，地板送风口的送风气流因速度较大形成的空气射流将引起下部工作区空气的混合，从而削弱了工作区单向流的置换作用；当送风的射流高度接近或超过热力分层高度时，则有部分上部混合空气会被卷吸到下部工作区，使工作区的温度和污染物浓度升高；如果送风量进一步加大，送风射流达到顶棚，则室内气流接近混合通风的气流模型。通常地板送风的送风速度不大于2m/s。为了清楚地比较地板送风与置换通风及混合通风的异同， 图示出了三种送/通风方式的室内垂直温度梯度。该图反映了三种通风方式的量纲温度（温差比）与房间高度之间的关系，混合通风则假设空气充分混合，室内各点空气参数均匀统一。对于地板送风空调方式，射流高度线与热力分层线将室内空间分成三个区域：下部混合区、中部分层区、上部混合区。所谓下部混合区就是靠近地板的一个区域，由于地板送风口的送风速度相对比较高，送风气流会卷吸周围的空气并与之充分混合，该区域的上部边界就是射流高度线，通常即射流速度衰减为0.25m/s的断面，该区域的高度主要取决于风口的射流及室内负荷与送风量的比值；中部分层是下部分层区与上部混合区之间的过渡区域，在该区域空气流动的主要动力是室内热源（人员和设备等）产生的热浮升气流，垂直温度梯度在该区域达到最大并且接近于置换通风，中间分层区存在的前提条件是射流高度低于热力分层高度；上部混合区的空气充分混合，温度较高，污染物浓度也较高，与置换通风的热力分层的上部区域非常相似，该区域的下边界，即热力分层线的高度主要取决于室内负荷与送风量的比值，后文将详细阐述，而该区域存在的前提是地板送风量小于室内热源产生的热浮升气流量。5.2热力分层一般而言，地板送风的室内平面温度分布比较均匀，但垂直温度分布则比较复杂。显然，控制和优化室内垂直温度分布（即热力分层）是地板送风空调系统成功与否的一个关键，它影响到系统风量大小、空调能耗、室内空气质量、热舒适等多方面的因素。与常规顶棚送风不同，对于地板送风系统，在热力分层以上的对流性热源散发的热量不会进入工作区，直接从排风口排走，因而可以降低冷负荷。尽管地板送风的送风速度较高，其热力分层的高度（垂直温度梯度）主要取决于送风量、室内热源（大小和位置）及风口型式，出风口射流对热力分层高度的影响很有限。5.2.1送风量影响Webster等通过在一间5m*5m*3m的实验室（模拟办公环境）中进行研究得到了地板送风量对室内垂直温度梯度（热力分层）的影响规律。其实验条件为：包括照明在内的室内总输入量为56W/m2；送风温度为18；送风口为旋流风口。从实验结果可以看出：室内得热不变的情况下，送风量越小，垂直温度梯度越大。当送风量从5.1L/(s.m2)减少到1.5L/(s.m2)时，工作区（0.1-1.7m）的温度梯度从0.8/m上升到3.8/m，但工作区的空气温度的平均值变化并不太大，仅为1.4。该实验说明了怎样通过改变送风量达到节能与室内热舒适的最佳控制：当送风量为较大的5.1L/(s.m2)时，热力分层不明显，工作区上下部（头部、脚部）的温度仅为0.8，这表明送风量过大；相反，当送风量为较小的1.5L/(s.m2)时，工作区头部与脚部之间的温差相差到3.8，超过了ASHRAE舒适标准所规定的3.0的界限，影响室内热舒适；为保证数十条兼并尽可能减少空调能耗，采用中间数值的送风量3.0L/(s.m2)较为合理，这样工作区人员头部与脚部之间的温差为1.8。送风量从5.1L/(s.m2)降低到3.0L/(s.m2)，减少了40%，而室内1.2m高处的空气温度仅上升了0.5。此外，实验结果还表明，在送风量和室内得热不变的情况下，送风温度的变化并不影响图中曲线的形状，即室内垂直温度分布，只是引起图中曲线的平移。5.2.2室内热源影响室内热源的散热量及热源本身的位置均对垂直温度分布有影响。一般而言，散热量越大，垂直温差越大；当热源位于房间上部（如灯具）时，房间上部的垂直温度梯度大而下部的垂直温度梯度小；当热源位于房间下部（如人员、设备等）时，房间下部的垂直温度梯度大而上部的垂直温度梯度小，总之是靠近热源的区域的垂直温度梯度相对较大。5.2.3送风射流的影响最近的实验研究表明：虽然当送风的射流高度接近或超过热力分层高度时，有部分上部混合区的气流会被卷吸到下部工作区，只要射流进入上部混合区的距离不太长，例如，对于3m层高的办公室射流长度可以达到2.1m，则工作区的热舒适条件与射流长度较小的情况基本相同。但是，如果送风量过大，实验研究表明，一些带风机的末端装置的送风射流有可能过长并达到顶棚时，则上部混合区基本不存在（热力分层消失），整个气流类似于混合通风，这将削弱甚至消除了地板送风空调方式在节能和提高通风效率等方面的优势。为了避免地板送风系统热力分层的消失，送风射流据顶棚的最小距离应不小于0.51m，通常建议射流高度应接近于工作人员头部的位置。5.2.4风口型式的影响地板送风口多采用旋流风口以防止吹风感，也有采用格栅式、孔板风口等其他型式。文献建议，当送风量要求大、风口数量要求少、风口距离人体近等情况下采用旋流风口，反之则采用普通风口。文献的实验研究表明风口的型式对热舒适的影响很小，基本可以忽略。而文献的实验结果说明风口的型式和特征对垂直温度分布（热力分层）的影响仅次于送风量的影响。对于旋流风口，在房间负荷及总送风量保持不变的情况下，随着风口数量增加，每个风口的送风量减少，垂直温度梯度增大且工作区的平均温度降低，而对于一般的格栅风口，风口风量的变化对工作区垂直温度分布的影响不大。因此，对于旋流风口，应合理选择其尺寸及数量，尽量使每个风口的实际送风量接近其设计风量。6、地板送风系统及末端装置6.1按照送风房间的类型分6.1.1大面积区域送风。在大面积送风中，采用地板下空间作为静压箱。由于地板下空间的压力分布均匀，地板风口上无需再加静压箱。如该区域内气流分布均匀，则风口可不用附加调节阀。6.1.2分室送风。对单个房间的控制需用到静压箱，以分别控制各房间的送风量。而风管系统应有许多支管，风口上带调节阀使气流分布均匀。6.1.3混合式送风。对于既有大面积区域送风又有分室送风要求的场合，房间内的地板风口由风管将气流送入其静压箱。而区域送风则通过地板下空间作为静压箱将空气送入。6.2 按照地板下的设置分6.2.1 地板下送风管的设计方式。早期曾采用（如香港汇丰银行），送风量控制可靠，启动时间短；但风口位置固定、灵活性差。6.2.2地面压出式直接送风（静压箱内为正压）。地板下向上送风，通过对送风量和送风温度的控制，调节工作区温度；启动时间长（因结构热惰性）。6.2.3地板下设混风箱和风机（静压箱内不需要正压）。部分空气通过地面回至地板下与一次空气混合（相当于二次回风方式），将风机动力型末段设在地下，如不设混风箱，则一次空气和回风的混合不易控制，使送风温度不稳定；这种方式虽AHU风量可减少，但地板下装置复杂。6.2.4地面与吊顶送风相结合方式。照明等稳定的负荷由顶棚送风承担，办公机器的负荷由下送风负担。回风均从吊顶回风口吸入。采用这种方式的，如将下送部分空气的送风进一步局部化（如利用中空的分隔板出风），以及由上进风提供要求较低的背景空调，而下送风充分满足人体需要，这种方式即所谓的“工作与环境”相结合的空调方式(task ambient conditioning ,TAC)。 6.3地板送风的风口型式6.3.1按气流方向分：6.3.1.1旋流型风口。依靠较大的诱导比，随气流送出时，温差射流迅速衰减。6.3.1.2指向性风口。出口格栅构成一定的射出角度，具有指向性强的轴线方向型送风口，适用于TAC送风，方向和流量均可依照个人需要调整。6.3.2按装置高低分：与地面相平的送风口。6.3.2.2如用于TAC的风口，通常安装在办公桌附近。6.3.3按送风口的分布分：6.3.3.1分散布点型。指按风口的特性（作用范围、风量等）及办公设备布置，按一定间隔布置送风口，并且按照服务区域的不同选择风口的类型，是目前应用最广的形式。 6.3.3.2全面出风口型。指从下而上空气经透气的阻尼层或穿孔板送风，整个出风面具有均匀的气流。 6.3.4按空调方式分 6.3.4.1不带二次回风的送风口：用于一般全空气空调方式的系统；6.3.4.2 带二次回风的送风口：用于二次回风空调方式的系统，有利于减少空气处理机组的送风量。7、地板散流器的形式按照静压箱的结构形式和散流器的工作状态，将地板散流器分为主动式和被动式，主动式散流器通过风机将送风气流从静压箱送入室内，被动式散流器通过静压箱内的正压将送风气流从静压箱送入室内。在被动式散流器的下方简单安装一个风机动力箱，就可以将被动式散流器变为主动式散流器。下面是三种常用的地板散流器。7.1旋流地板散流器这种散流器流送出时速度和温度衰减快，具有较好的扩散性，在地板送风系统中应用广泛。从散流器中送出的气流迅速与工作区的空气混合，使整个空调区域很快达到设计温度。用户可以通过安装在散流器上的风阀来控制局部送风量，也可以直接使用自控系统调节送风量。7.2VAV地板散流器这种散流器为VAV系统设计的，它通过末端风阀的启动开启，来保证送风量增加或减少时的送风速度不变。方形地板格栅以射流形式向室内送风，用户可以通过改变格栅的方向，来调整送风的射流方向。送风量可以通过温控器调整，或者用户自己调整。7.3 条型地板格栅条型地板格栅以射流形式向室内送风，它通常安装在靠近外窗的周边区域，起到很好的装饰效果。尽管流线型格栅通常带有风阀，但是在实际设计及使用中很少调节风量，所以通常不用于建筑物人流密度大的内区。另外，对于TAC系统，可以按照不同的“任务”设计出安装于不同位置的散流器。8、办公楼建筑地板送风的不同系统方式8.1 常规型8.1.1分内区、外区(周边区)有多种方式8.1.1.1用不同的AHU处理，内区用静压层送风，外区风道安装在静压层内，且出风口做成条缝型，以负担窗面负荷（也有做成窗台式空气分布器向窗面送风），回风经吊顶入AHU，内区送风口可采用不带风机圆形送风口，这种布置方式如日本大阪依都锦办公楼，1993年建。8.1.1.2采用在周边区专设的上送风系统，如日本松下电器东京信息中心大楼，1992年建。8.1.1.3内区用无风机风口，外区用带风机风口：为了加强窗际的除热气流，也可在窗边的末端采用带风机的风口，而在内区则采用一般的无动力下送风口，美国有采用这种方案。8.1.1.4内区用地板送风方式，外区用窗台式风机盘管：内区采用各层分区空气处理机组，外区采用集中式空气水系统（FCU），对于建筑物来说属集中与分散相结合的控制，这种实例有日本三菱重工横滨大楼等。8.1.1.5内区地板送风方式，外区采用穿墙式空调机组（TWU）：内区系统采用燃气制冷的集中方式，外区采用独立的局部的电制冷空调设备（能独立进行排风），对建筑物来说属复合能源方式，这种实例有日本长期信用银行本部大楼。8.1.2不设周边区，利用窗改善环境的综合技术由于传统的内外区方式投资和运行成本较高。国外在许多办公楼工程中提倡不专设外区空调系统的方式，利用提高外围护结构的热工性能以及简化的空调措施来满足窗际热环境，地板送风空调方式亦可不专设外区空调系统，这时可采用以下方式：8.1.2.1内区用地板送风，外区用通风窗(AFW)方式：AFW是中间有机械通风的双重外窗，中间有遮阳百叶，由室内部分回风经由夹层带走外窗进入的热量，同时冬季可以防止产生窗面下降冷气流。如日本岩井东京本部大厦，2000年建成，该例中除地板送风外，还配有上送风，前者着重在工作区送风，而后者作为背景空调。8.1.2.2内区用地板送风、外区用空气屏障风机组方式：由内遮阳卷帘代替AFW方式的内层玻璃