溫濕度獨立控制的工位空調(1)
摘要溫濕獨立控制的工位空調是對傳統集中空調的一次革新。本文介紹了工位空調產生的背景，指出了其優于混合式空調和置換式空調的特點。通過分析一次回風冷凝除濕的焓濕圖，從負荷變化的動態角度和人體舒適感與送風參數的關系兩個角度論述了溫濕獨立控制的必要性。介紹了工位空調與溫濕獨立控制結合后的主要形式，以及與之相適應的熱、濕獨立處理的方法和優缺點。提出了溫濕獨立控制的工位空調目前存在的問題及需要繼續研究的方向。
關鍵詞工位空調溫濕獨立控制
1工位空調產生的背景
傳統的舒適性空調系統為了滿足室內大多數人的需要，力圖營造一種大而化之的室內空氣環境，將新風與一部分室內回風混合起來集中處理送入室內，努力使送風與室內空氣完全混合。但是隨著由空調導致的健康問題、生產效率降低的投訴越來越多，空調系統耗能量居高不下，人們發現這種傳統的混合式空調存在著不小的缺陷，諸如空氣品質的改善能力弱，不能滿足所有人的喜好，熱濕處理過程能耗大。置換式空調的出現改變了混合式空調改善空氣品質能力弱的狀況，具有較高的通風效率。但是如果設計不合理，產生的垂直溫度梯度將引起人體局部不舒適感。
在這種情況下，工位空調應運而生。所謂工位空調（TaskAir-Conditioning），是在以工作臺為個人工作單元的開放式辦公空間內，把空調系統細分到每個工作位上，工作人員可以控制送風量、送風方向以及送風溫度等參數，來調節工作區域內的溫度、濕度和污染物濃度，在保證局部微環境舒適的同時，能夠有效利用能源的空調系統。與上述空調存在的問題相比，工位空調具有明顯的優勢：
1)空氣品質、可感知的空氣品質優異。工位空調將清潔、低焓值的空氣直接送入室內人員的呼吸區，空氣未經室內污染物的污染，空氣品質優異。低焓值的空氣冷卻能力強，呼吸道特別是鼻粘膜的對流和蒸發冷卻作用顯著[1]，使人感覺空氣新鮮通透，可感知的空氣品質較高。
2)個體滿意度提高。室內人員對個人工作位的送風速度、角度可以自行調節，對局部環境的溫度可以自主控制，因此使每個人都對室內空氣環境感到滿意成為可能。從心理學上講,當一個人感到他可以對周圍環境參數有著某種程度的控制,可以按照自己的意愿去調整的時候,他會更容易對此環境感到滿意和舒適[10]。
3)具備溫濕獨立控制的先天優勢。工位空調可以由背景空調-工作位送風-個人熱控系統三部分組成，如果采用溫濕獨立控制，可以對各部分進行分工：工作位送新風，承擔室內潛熱負荷；背景空調采用輻射或對流的形式承擔室內顯熱負荷。顯熱和潛熱負荷分離，自然使溫度和濕度的處理解耦。個人熱控系統調節個人局部環境的溫度，這一部分負荷是否要考慮，仍有待進一步研究。
4)節能。由于工作區送風以及個人熱控系統可以顯著改善工作區微環境，室內背景溫度可以適當提高，室內負荷大大下降。有研究表明，如果人體上半部分的風速控制到1m/s或者更高，則有可能將背景溫度提高到31℃或29℃[16]。當室內溫度設定值從24℃提高到30℃時，總的冷負荷最大能夠降低35%-50%[17]。而且采用熱濕獨立控制后，與傳統的冷凝除濕相比，也可以節省不必要的能耗，提高能源利用品位。
2溫濕獨立控制的必要性
假設夏季室內設計干球溫度24℃，相對濕度60%，露點溫度15.7℃。利用表冷器冷凝除濕，考慮冷凍水傳熱溫差5℃和輸送過程溫差5℃，則所需冷凍水溫度為5.7℃。如果只是消除顯熱負荷，在空調排熱溫度24℃的情況下，采用14℃的高溫冷水就可以了。一次回風的熱濕處理過程的焓濕圖如圖1所示，將潛熱負荷和顯熱負荷在圖中分別標示出來，可見顯熱負荷占了冷負荷的50%以上。這一部分負荷不得不用5.7℃的冷凍水冷卻降溫，如果送風溫差要求較小，還需要額外的再熱，能量利用品位低下，甚至存在不必要的消耗。
從負荷變化的動態角度來看。潛熱負荷的主要來源是室外新風和室內人員。新風的潛熱負荷隨室外氣候變化較大，室內人員引起的潛熱負荷與室內人數有關。顯熱負荷則隨室外氣候、室內設備的狀況的變化而變化。而由圖1可見，對于冷凝除濕，潛熱負荷和顯熱負荷只能按照一定比例變化。兩者之間的變化關系實際上不耦合，如果處理過程耦合顯然是不合理的。如果按照基本不變的潛熱顯熱之比處理，當動態的熱濕負荷之比與這個比例不符的時候，一般是優先消除顯熱負荷，于是導致室內相對濕度與設計值相比或大或小。相對濕度過大，人體容易感覺不舒適；相對濕度過小，處理新風的能耗增大，造成不必要的能源消耗。
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