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蒸发冷却与置换通风复合空调系统设计探讨
西安工程大学向瑾黄翔武俊梅
摘要：介绍了蒸发冷却与置换通风复合空调系统，对复合空调系统的设计过程进行了分析，给出了完整的设计方法。通过一具体体育馆工程测试，得出垂直温度梯度随送风速度的变化关系。结合目前中国国情，给出系统送风速度推荐范围，为设计人员的初步设计计算提供了参考依据。
关键词：蒸发冷却；置换通风；系统设计；送风温度；送风速度
0引言
国家“十一五”规划提出了节能降耗和污染减排的规划目标，国务院并印发了《节能减排综合性工作方案》。蒸发冷却空调技术是适应这一时代背景的技术，目前，此技术在我国西北地区，特别是新疆地区近百个工程中得到了应用[1]。
近年来，随着置换通风技术在我国的不断研究与发展，此技术已应用到了很多实际工程中[2~5]，而且越来越受到设计人员和业主的高度重视。蒸发冷却与置换通风复合空调系统在新疆地区的某些工程中也得到了应用，但根据笔者调查所知，此部分的设计目前没有设计规范可查，设计大多参考国外相关的置换通风设计资料。
笔者通过研究[6][7]，提出了蒸发冷却与置换通风复合空调系统的设计计算方法，并通过某一实际工程的现场实测，给出了适合中国国情的置换通风送风速度范围，以供设计人员参考。
1蒸发冷却与置换通风复合空调系统
置换通风是一种通风效率高，室内空气品质好的通风方式[8]。从置换通风的原理看，它是利用空气密度差而形成的。由房间低处送出的冷风低速进入工作区内，因为密度大而像湖水一样弥漫了整个房间地板上，遇到室内热源产生向上的对流气流，使室内产生垂直的温度梯度，向上的热对流将污染物和大部分的照明和围护结构的冷负荷带到高处，由排风直接带走。目前，从置换通风的应用情况看，置换通风系统设有回风装置，为了获得比排风温度低的空气，一些回风装置设置在排风口的下端，然而这样却改变了真正的置换通风流态。
蒸发冷却空调技术是一种节能、环保、经济和可提高室内空气品质的冷却方式[9]。由空气蒸发冷却器与空气输送及分配系统所构成的蒸发冷却空调系统，实际上也是一种直流式（全新风）空调系统。
所以，将置换通风与蒸发冷却结合起来使用，不仅可以保证置换通风流态，还可以节约能源，提高室内空气品质。
2空调系统设计方案
如图1所示，由于西北地区独特的气候特点，室外空气参数在室内设计参数的左上部。在与置换通风结合时，蒸发冷却新风机组可以将室外空气处理到置换通风系统下所要求的送风温度。置换通风的送风温差一般为4~6℃[8]。图1中O1为最小送风状态点，O2为最大送风状态点。当室外空气状态点落在W1和W2之间时，可直接选用一级蒸发冷却，将空气等焓降温即可满足要求；当室外状态天落在W1以上时，则需选用二级蒸发冷却，先将空气等湿降温到W1点，然后再等焓降温处理到送风状态点。

图1复合空调系统空气处理过程图图2蒸发冷却与置换通风复合系统设计方案
空调系统的设计方案如图2所示，新风机组选择时可选用二级蒸发冷却机组，根据需要开启一级或二级。
3空调系统系统设计
3.1设计原则
由于置换通风的送风口处于工作区，送风温度必须控制在人体舒适范围内，送风温差的合理确定是置换通风空调系统设计的难点之一。如果送风温差设计偏小，则会造成送风量偏大，送风口的尺寸大小和数量增多，设备投资加大；如果送风温差过大，送风温度必然较低，人体头部与脚面之间温差偏大，使人产生冷感，降低人体热舒适。因此，合理的设计送风量、送风速度和送风温度是关系到置换通风保证室内空气品质和人体热舒适性的一个重要因素。
3.2室内设计参数确定
参照《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）：夏季室内设计温度为24~28℃，相对湿度40%~60%。具体室内设计参数参照《采暖通风与空气调节设计规范》中建筑物设计参数表。
3.3室内冷负荷计算
采用置换通风进行夏季供冷，其室内工作区冷负荷QZ是确定置换通风设计的重要参数。根据建筑物的本身特点和使用情况，工作区冷负荷计算分两种方式，其一是平面式办公室、教室类建筑；其二是具有阶梯形的体育馆、影剧院、会议室类建筑。
（1）平面式办公室、教室等类建筑[10]
（1）
式中：Qoe为人体、桌灯、设备等产生的热量（W）；Q1为人头部以上的灯具散热量（W）；Qex为由外墙、外窗传入热及传入的太阳辐射热（W）；αoe，α1，αex分别为坐姿时人体头与足高度之间的空气分配到的对流加权系数，其值取为0.295、0.132、0.185。
（2）阶梯式体育馆、影剧院、会议室等类建筑
负荷计算采用空间分区与余热量计算，见表1。
表1分区余热量计算
分区高度/m余热量来源余热量/W底部区＜0.0550%照明负荷，地板负荷，太阳辐射热Q0.1人员停留区0.05～Hr人体显热负荷，围护结构负荷，太阳辐射热QZ上部区＞Hr50%照明负荷，顶板