大空间分层空调

1、1分层空调技术介绍分层空调指使高大空间下部工作区域的空气参数满足设计要求的空气 调节方式.分层空调方式是以送风口中央线作为分层面,将建筑空间在垂直 方向分为2个区域,分层面以下空间为空调区域,分层面以上空间为非空调 区域.如图1所示.图1分层空调示意图分层空调的空调区的冷负荷由2大局部组成,即空调区本身得热形成的 冷负荷和非空调区向空调区热转移形成的冷负荷.热转移负荷包括对流和辐射2局部.当空调区送冷风时,非空调区的空气温度和内外表温度均高于空 调区,由于送风射流卷吸作用,使非空调区局部热量转移到空调区直接成为 空调负荷即对流热转移负荷.而非空调区辐射到空调区的热量,被空调区各 个面接收后,其

2、中只有以对流方式再放出的局部才转为空调负荷即辐射热转 移负荷,夏季由于太阳辐射热作用到各外围护结构中,屋盖的内外表温度最 高,而地板的内外表温度往往是最低的,非空调区各个面 包括透过窗进入 空调区的对地板的辐射热占辐射热转移热量 Q的70%80%.采用分层空调与全室空调相比,可显着地节省冷负荷、初投资和运行能 耗.按国内的实验和工程实际运用,一般可节省冷量在 30%左右.因此,对 于高大空间建筑中,房间高度A 10 m,容积10 000m3的建筑,采用分层 空调这种方式是非常适宜的.近些年来,随着我国大型展览、会议场所和航空、铁路、陆路交通枢纽 建设的大力开展,出现许多高大空间建筑,这些建筑中

3、需要空调的区域仅为 下部工作区域,可利用合理的分层空调技术实现高大空间节能.现状存在的问题是分层空调技术应用不普以及有些做法值得商榷.如, 分层空调在满足空调区使用要求的各项参数下,分层高度h1越低越节能,有些建筑借用冬季地板辐射采暖的设备满足高大空间空调制冷,辐射地面温度比全空气系统对流换热时的温度低,空气是辐射的近似透明体,这样采用辐 射供冷处理高大空间空调没有分层高度,同时会加大空调制冷的能耗.在高大空间中,利用合理的气流组织仅对大空间下部或上部的空间 即工作区进行通风空调,而对上部或下部的大局部空间不进行空调,非 空调区和空调区以大空间腰部喷口送风形成的射流层作为分界线.大空间建筑分层

4、空调适用的气流组织形式主要有四种：1带空气幕的双侧对喷下部 排风；2双侧对喷上、下部排风；3双侧对喷上、下部排风中部一次回风； 4双侧对喷上、下部排风中部送新风.这种技术应用的根本原那么是：1供冷时,冷风只送到工作区,此外利 用室外空气或回风以分隔形成上部非空调空间,或用于满足消防排烟之需； 2在供暖时,送风温差宜小,且应送到工作区.有条件时与辐射供暖相结 合.采取这些举措后,空调负荷可减少 30%40%在分层空调的设计中,气 流组织非常重要,它直接与空调效果有关.能否保证工作区的温度分布均匀, 得到理想的速度场,到达分层空调的效果和节能的目的,很大程度上取决于 合理的气流组织.只要将空调区的

5、气流组织得好,使送入室内的空气充分发 挥作用,就能在满足工作区空调要求的前提下,最大限度地降低分层高度, 节约空调负荷,减小空调设备容量并节省设备运转费用.2常见的气流组织形式通风空调室内的气流组织,是指其中的气流流形以及空气的各物理量的 分布,如温度、速度、湿度以及污染物浓度等.气流组织的方式归结起来主 要取决于送风口和回风口的位置和形式,即送、回风方式.常见的空调送、 回风方式可分为如下几种形式：1侧送下回方式.侧送方式是大空间建筑采用的最广泛的一种气流组织形 式,它是将送风口设在大厅侧墙上部,冷风或热风由送风口送出,气流 吹过一定距离后转折下落到工作区后以较低的速度流过整个工作区,由设置

6、 于同侧下部的回风口排出.根据空间跨度大小,分单侧送风单侧回风方式和 双侧送风双侧回风方式.侧送方式中,以喷口侧送最为常见.除了喷口送风 外,侧送方式还包括百叶侧送,但由于有噪声和“脑后风等,百叶侧送只 作为辅助送风方式被采用.2上送下回方式.上送下回方式,是将送风口安装在建筑的顶棚或上部网 架空间内,将回风口设在下部侧壁上,空气自上而下送至人员活动区,然后 由回风口抽走,其送风形式包括散流器、喷口、旋流风口、条缝和孔板送风 等.从使用效果上讲,上送下回方式是比拟好的.它能把处理好的空气均匀 送到各个部位,以满足不同区域的空调要求.但上送风也存在着诸多缺乏： 空调区域包括了建筑内的上部空间,冷

7、热负荷较大,能耗高,送风量比 喷口侧送大25%30溢右.3下送上回方式.这种气流组织的方式是由下部如地板或侧墙下部送 风,由空调房间上部回、排风.它作为一种节能型气流组织形式,比拟适合 于人员较多的建筑.这种送风方式防止了将灯光和屋顶负荷的对流局部带入 空调区域,可使送风量大大减小,从而节省了设备运行和投资费用.但下送 风风口形式复杂、数量多,难以运行治理,目前对于很多空调设计单位技术 上还难以实现,因此在大空间建筑空调实例中并不多见.4假柱送风方式.目前,在我国一些大型会展建筑中采用了类似于机场候 机厅风柱送风的送风方式,即假柱送风.假柱送风是在候车厅人员活动区均 匀布置几根假柱,送风高度约

8、22.5m,柱体断面为方形或圆形,出风口为假 柱顶面或侧面、面积较大非喷射型.此种送风方式,送风口离人员活动 区近,因此送风速度小,但是布置假柱占用人员活动空间,采用时应综合考 虑现场结构条件和经济条件.5多种气流组织形式的结合使用.为了到达最正确的气流组织效果,同时取 得更加经济、节能的运行方式,从二十世纪八十年代至今,工程设计人员把多种气流组织形式结合使用,以到达能耗低与效果好的统3冬季工况采用高大空间分层空调需注意,分层空调技术对于夏季空调是节能的, 大约节约30%勺冷量,因此节省运行能耗和初投资,但对于严寒和严寒地区, 在冬季供暖工况下并不节能,冬季由于热空气上浮,人员活动区域的温度就

9、 会受到影响,上部空间的温度较高,通常有两种方法可应用：1设置室内循环系统,将上部过热空气通过风道引至下部空间再利用.2底层设置地板辐射供暖系统或地板送风供暖系统.下部送风的空调系统形式作为一种通风效率高、空气龄短、空气品质较 高的通风方式,通常可分为置换通风和地板送风的方式.置换通风是将经过 处理或未经处理的空气,以低风速、低湍流度、小温差的方式送入室内人员 活动区的下部,使送入房间的气流在地板上均匀分布,首先带走人员负荷, 然后,升温的空气上升至上部空间,被灯光等设备散发的热量加热,在房间 上部空间形成滞留层,从滞留层中带走房间余热和污染物.形成以热烟羽形 式向上的对立气流,有效地将热量和

10、污染物排出人员活动区. 地板送风UFAD 是指利用地板静压箱,将经热湿处理的空气由地板送风风口送到人员活动区 的气流组织形式,与置换通风相比,地板送风以较高的风速从尺寸较小的地 板送风口送出,形成相对较强的空气混合,因此送风温度可较置换通风的低, 系统负担的冷负荷也大于置换通风, 但是地板送风的风口附近区域不应有人 长期停留.下部送风方式的节能性还表达在,送风温度较高,一般为1618C, 随着送风温度的提升,冷水机组的出水温度提升,COP直也相应提升,因此对于除湿要求不严格的场所,是一种舒适节能的系统形式.4送风口相对高度及换气次数对分层空调气流组织的影响房高不同、送风口高度不同、送风速度不同

11、、送风口断面高度不同在分层空调方案设计时,推荐应用以下结论：当建筑物的送风口相对 高度Q值为0.20.4时,将整体空间的换气次数设定在13次之间小于1次时,空调区温度过高,热舒适性差；大于3次时,空调系统提供的冷量 过大,能耗高,室内垂直方向上温度分布存在梯度,能够产生明显的分层 现象,从而到达节能的目的.并且,将送风口以下空调区的换气次数维持在 6次左右时,能够使工作区产生较好的热舒适性效果.5自然通风与分层空调耦合运行的节能分析5.1 温度分布比拟单独运行分层空调和耦合运行时在垂直方向上的温度云图.可以看出：D两种方式下,下部空调区域高度04m,空气混合均匀,温度均满 足舒适性要求.在上部

12、区域,随着高度的增加,温度逐渐升高,均会产生明 显的温度分层现象.2在分层空调单独运行时,下部空调区域温度为 298K 25C,房顶处 温度最高可达318K45C,在非空调区域尤其在天花板处热气流滞留明显.3在自然通风与分层空调耦合运行时,下部空调区域温度下降为296K23C,房顶处的温度下降为310K37C,上部热气流滞留的现象得到了 明显的缓解.对于分层空调,空调区域冷负荷由两局部组成,即空调区域本身得热所 形成冷负荷和非空调区域通过对流及辐射方式向空调区域转移的热负荷.也就是说,非空调区温度越高,热转移负荷越大.利用自然通风与分层空调耦 合运行,可有效降低非空调区域的温度,从而减少空调区域的冷负荷,到达 节能的效果.5.2 气流分布比拟单独运行分层空调和耦合运行时速度矢量图.可以看出：1分层空调系统单独运行时,空