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医院建筑空调内区新风系统运行策略分析

作者:CEO 时间:2023-02-23

信息摘要:目前,随着建筑功能的日益复杂,诸多建筑中的单层建筑面积大,存在明显的空调内外区。常规做法为新风系统均不分区,或仅新风系统分区而空调系统不分区。新风系统均不分区存在的问题是:夏季各个区域均须供冷,不存在问题;但在过渡季节甚至冬季,空调内区

医院建筑空调内区新风系统运行策略分析

医院建筑空调内区新风系统运行策略分析

  目前,随着建筑功能的日益复杂,诸多建筑中的单层建筑面积大,存在明显的空调内外区。常规做法为新风系统均不分区,或仅新风系统分区而空调系统不分区。

  新风系统均不分区存在的问题是:夏季各个区域均须供冷,不存在问题;但在过渡季节甚至冬季,空调内区需要供冷时,而无供冷冷源或已进入供热季节,此时无法保证空调内区的温湿度。仅新风系统分区而空调系统不分区存在的问题是:虽然在一定程度上解决了空调内区的温湿度问题,但是由于空调内区与空调外区存在不同的冷热负荷,其新风系统与空调外区合用,存在“冷热抵消”现象而浪费能源。为保证室内温湿度在合理的范围内,同时避免“冷热抵消”现象,需要对新风系统进行内外分区,不同区域的新风系统需要独立设置。

  笔者以潍坊地区某医院空调内区房间(诊室)为例,其采用相对独立的新风系统(即空调内区房间采用独立的多联式空调(热泵)机组(以下简称“多联机”)+新风系统)。在满足室内设计要求的前提下,根据室外新风的温湿度确定该诊室的温湿度,进而最大限度地利用室外新风的含湿量及显热量。

  1、诊室的设计负荷及送风量

  1.1诊室的物理模型参数

  该诊室的建筑平面布置如图1所示,各项物理参数如表1所示。

  1.2设计负荷

  根据GB-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第3.0.2条,结合本项目的实际情况,该诊室处于空调内区,冬季、过渡季节仍然存在一定的冷负荷,并根据GB-2015《公共建筑节能设计标准》和GB-2014《综合医院建筑设计规范》等的规定:该诊室全年温度范围为22~26℃,相对湿度范围为40%~60%。该诊室在不同季节室内设计温湿度下的负荷如表2所示。

  1.3送风量

  目前市场上多联机室内机的额定制冷量最小为2.2kW,高中低速风量分别为8m3/min,7m3/min和6m3/min。按照中速风量考虑,即420m3/h,该诊室的新风量为的120m3/h,故总送风量为540m3/h,换气次数为9次/时,满足JGJ174—2010《多联机空调系统工程技术规程》第3.4.7-3条的要求:空调房间的换气次数不宜少于5次/时。

  2、不同季节空气处理过程分析

  2.1冬季工况分析

  2.1.1新风加湿

  由于卫生条件要求,医院建筑的新风系统不应采用循环高压喷雾加湿和湿膜加湿方式。本项目所在医院常年有蒸汽供应,故采用蒸汽加湿。目前,常用的蒸汽加湿器分为低温型和常温型2种形式:常温型蒸汽加湿器要求入口空气温度不低于18℃,低温型蒸汽加湿器要求入口空气温度不低于12℃。考虑到尽可能利用室外新风,保证新风的加湿量,本项目选用低温型蒸汽加湿器,其入口空气温度按照12℃考虑。

  2.1.2空气处理过程

  该诊室的冬季室内设计温度为22℃,相对湿度为40%,根据室外新风温度tw和含湿量dw的空气处理过程如下:

  1)当室外新风含湿量dw2.2.2空气处理过程

  该诊室的夏季室内设计温度为26℃,相对湿度为60%,根据室外新风温度tw和含湿量dw的空气处理过程如下:

  当室外新风含湿量dw>10.7g/kg干空气时,新风机组需要对室外新风进行降温除湿,处理到机器露点(干球温度为16.7℃,相对湿度为90%,含湿量为10.7g/kg干空气),考虑1℃管道温升,与多联机室内机处理后的空气混合,通过散流器送至室内。夏季空调室外计算温度下的空气处理过程在焓-湿图上的表示如图3所示。

  2.3过渡季节工况分析

  除冬季工况、夏季工况,其他情况均按照过渡季节工况考虑,其室外新风含湿量dw在5.1~10.7g/kg干空气之间。

  在过渡季节,新风系统为通风模式运行,不对室外新风进行任何处理,多联机室内机承担新风及室内全部的显热冷负荷。在不同室外新风含湿量dw下室内相对湿度φn随室内温度tn的变化关系如表3所示。

  为了充分利用室外新风的显热且保证室内的相对湿度不低于40%,由表3可知:当室外新风含湿量为5.1g/kg干空气≤dw<5.3g/kg干空气,室内温度tn控制在22℃;当室外新风含湿量为5.3g/kg干空气≤dw<5.6g/kg干空气时,室内温度tn控制在23℃;当室外新风含湿量为5.6g/kg干空气≤dw4、结束语

  通过研究分析,对于新风系统的控制策略如下:

  1)根据室外空气含湿量区分不同季节:当室外新风含湿量dw10.7g/kg干空气时为夏季工况,其他为过渡季节。

  2)冬季工况新风系统为“加湿”运行模式:当室外新风温度低于12℃时,需要预热至12℃,加湿至其含湿量为5.1g/kg干空气送入室内;当室外新风温度大于等于12℃时,直接加湿至含湿量为5.1g/kg干空气送入室内。

  3)夏季工况新风系统为“除湿”运行模式:需要对室外新风降温除湿,处理到机器露点(干球温度为16.7℃,相对湿度为90%,含湿量为10.7g/kg干空气)后送入室内。

  4)过渡季节工况新风系统为“通风”模式运行:新风不经热湿处理,直接送入室内。

  笔者仅以潍坊地区某医院空调内区房间(诊室)为例对新风系统的全年运行策略进行了分析。对于其他类型建筑的空调内区房间,为保证室内温湿度在合理的范围内,以室外新风含湿量dw,室内湿负荷dn共同作用下的室内相对湿度φn为标准区分“冬季”“夏季”和“过渡季节”。当φn60%(此值可以结合不同类型建筑、不同功能房间而定)时,新风系统为“除湿”模式运行;当40%≤φn≤60%时,新风系统为“通风”模式运行。该运行策略一方面可以提高空调内区房间的舒适度,另一方面可以最大限度利用室外新风,降低建筑空调系统的运行能耗。

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