1、1分層空調(diào)技術介紹分層空調(diào)指使高大空間下部工作區(qū)域的空氣參數(shù)滿足設計要求的空氣 調(diào)節(jié)方式.分層空調(diào)方式是以送風口中央線作為分層面,將建筑空間在垂直 方向分為2個區(qū)域,分層面以下空間為空調(diào)區(qū)域,分層面以上空間為非空調(diào) 區(qū)域.如圖1所示.圖1分層空調(diào)示意圖分層空調(diào)的空調(diào)區(qū)的冷負荷由2大局部組成,即空調(diào)區(qū)本身得熱形成的 冷負荷和非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)熱轉移形成的冷負荷.熱轉移負荷包括對流和輻射2局部.當空調(diào)區(qū)送冷風時,非空調(diào)區(qū)的空氣溫度和內(nèi)外表溫度均高于空 調(diào)區(qū),由于送風射流卷吸作用,使非空調(diào)區(qū)局部熱量轉移到空調(diào)區(qū)直接成為 空調(diào)負荷即對流熱轉移負荷.而非空調(diào)區(qū)輻射到空調(diào)區(qū)的熱量,被空調(diào)區(qū)各 個面接收后,其

2、中只有以對流方式再放出的局部才轉為空調(diào)負荷即輻射熱轉 移負荷,夏季由于太陽輻射熱作用到各外圍護結構中,屋蓋的內(nèi)外表溫度最 高,而地板的內(nèi)外表溫度往往是最低的,非空調(diào)區(qū)各個面 包括透過窗進入 空調(diào)區(qū)的對地板的輻射熱占輻射熱轉移熱量 Q的70%80%.采用分層空調(diào)與全室空調(diào)相比,可顯著地節(jié)省冷負荷、初投資和運行能 耗.按國內(nèi)的實驗和工程實際運用,一般可節(jié)省冷量在 30%左右.因此,對 于高大空間建筑中,房間高度A 10 m,容積10 000m3的建筑,采用分層 空調(diào)這種方式是非常適宜的.近些年來,隨著我國大型展覽、會議場所和航空、鐵路、陸路交通樞紐 建設的大力開展,出現(xiàn)許多高大空間建筑,這些建筑中

3、需要空調(diào)的區(qū)域僅為 下部工作區(qū)域,可利用合理的分層空調(diào)技術實現(xiàn)高大空間節(jié)能.現(xiàn)狀存在的問題是分層空調(diào)技術應用不普以及有些做法值得商榷.如, 分層空調(diào)在滿足空調(diào)區(qū)使用要求的各項參數(shù)下,分層高度h1越低越節(jié)能,有些建筑借用冬季地板輻射采暖的設備滿足高大空間空調(diào)制冷,輻射地面溫度比全空氣系統(tǒng)對流換熱時的溫度低,空氣是輻射的近似透明體,這樣采用輻 射供冷處理高大空間空調(diào)沒有分層高度,同時會加大空調(diào)制冷的能耗.在高大空間中,利用合理的氣流組織僅對大空間下部或上部的空間 即工作區(qū)進行通風空調(diào),而對上部或下部的大局部空間不進行空調(diào),非 空調(diào)區(qū)和空調(diào)區(qū)以大空間腰部噴口送風形成的射流層作為分界線.大空間建筑分層

4、空調(diào)適用的氣流組織形式主要有四種：1帶空氣幕的雙側對噴下部 排風；2雙側對噴上、下部排風；3雙側對噴上、下部排風中部一次回風； 4雙側對噴上、下部排風中部送新風.這種技術應用的根本原那么是：1供冷時,冷風只送到工作區(qū),此外利 用室外空氣或回風以分隔形成上部非空調(diào)空間,或用于滿足消防排煙之需； 2在供暖時,送風溫差宜小,且應送到工作區(qū).有條件時與輻射供暖相結 合.采取這些舉措后,空調(diào)負荷可減少 30%40%在分層空調(diào)的設計中,氣 流組織非常重要,它直接與空調(diào)效果有關.能否保證工作區(qū)的溫度分布均勻, 得到理想的速度場,到達分層空調(diào)的效果和節(jié)能的目的,很大程度上取決于 合理的氣流組織.只要將空調(diào)區(qū)的

5、氣流組織得好,使送入室內(nèi)的空氣充分發(fā) 揮作用,就能在滿足工作區(qū)空調(diào)要求的前提下,最大限度地降低分層高度, 節(jié)約空調(diào)負荷,減小空調(diào)設備容量并節(jié)省設備運轉費用.2常見的氣流組織形式通風空調(diào)室內(nèi)的氣流組織,是指其中的氣流流形以及空氣的各物理量的 分布,如溫度、速度、濕度以及污染物濃度等.氣流組織的方式歸結起來主 要取決于送風口和回風口的位置和形式,即送、回風方式.常見的空調(diào)送、 回風方式可分為如下幾種形式：1側送下回方式.側送方式是大空間建筑采用的最廣泛的一種氣流組織形 式,它是將送風口設在大廳側墻上部,冷風或熱風由送風口送出,氣流 吹過一定距離后轉折下落到工作區(qū)后以較低的速度流過整個工作區(qū),由設置

6、 于同側下部的回風口排出.根據(jù)空間跨度大小,分單側送風單側回風方式和 雙側送風雙側回風方式.側送方式中,以噴口側送最為常見.除了噴口送風 外,側送方式還包括百葉側送,但由于有噪聲和“腦后風等,百葉側送只 作為輔助送風方式被采用.2上送下回方式.上送下回方式,是將送風口安裝在建筑的頂棚或上部網(wǎng) 架空間內(nèi),將回風口設在下部側壁上,空氣自上而下送至人員活動區(qū),然后 由回風口抽走,其送風形式包括散流器、噴口、旋流風口、條縫和孔板送風 等.從使用效果上講,上送下回方式是比擬好的.它能把處理好的空氣均勻 送到各個部位,以滿足不同區(qū)域的空調(diào)要求.但上送風也存在著諸多缺乏： 空調(diào)區(qū)域包括了建筑內(nèi)的上部空間,冷

7、熱負荷較大,能耗高,送風量比 噴口側送大25%30溢右.3下送上回方式.這種氣流組織的方式是由下部如地板或側墻下部送 風,由空調(diào)房間上部回、排風.它作為一種節(jié)能型氣流組織形式,比擬適合 于人員較多的建筑.這種送風方式防止了將燈光和屋頂負荷的對流局部帶入 空調(diào)區(qū)域,可使送風量大大減小,從而節(jié)省了設備運行和投資費用.但下送 風風口形式復雜、數(shù)量多,難以運行治理,目前對于很多空調(diào)設計單位技術 上還難以實現(xiàn),因此在大空間建筑空調(diào)實例中并不多見.4假柱送風方式.目前,在我國一些大型會展建筑中采用了類似于機場候 機廳風柱送風的送風方式,即假柱送風.假柱送風是在候車廳人員活動區(qū)均 勻布置幾根假柱,送風高度約

8、22.5m,柱體斷面為方形或圓形,出風口為假 柱頂面或側面、面積較大非噴射型.此種送風方式,送風口離人員活動 區(qū)近,因此送風速度小,但是布置假柱占用人員活動空間,采用時應綜合考 慮現(xiàn)場結構條件和經(jīng)濟條件.5多種氣流組織形式的結合使用.為了到達最正確的氣流組織效果,同時取 得更加經(jīng)濟、節(jié)能的運行方式,從二十世紀八十年代至今,工程設計人員把多種氣流組織形式結合使用,以到達能耗低與效果好的統(tǒng)3冬季工況采用高大空間分層空調(diào)需注意,分層空調(diào)技術對于夏季空調(diào)是節(jié)能的, 大約節(jié)約30%勺冷量,因此節(jié)省運行能耗和初投資,但對于嚴寒和嚴寒地區(qū), 在冬季供暖工況下并不節(jié)能,冬季由于熱空氣上浮,人員活動區(qū)域的溫度就

9、 會受到影響,上部空間的溫度較高,通常有兩種方法可應用：1設置室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),將上部過熱空氣通過風道引至下部空間再利用.2底層設置地板輻射供暖系統(tǒng)或地板送風供暖系統(tǒng).下部送風的空調(diào)系統(tǒng)形式作為一種通風效率高、空氣齡短、空氣品質較 高的通風方式,通常可分為置換通風和地板送風的方式.置換通風是將經(jīng)過 處理或未經(jīng)處理的空氣,以低風速、低湍流度、小溫差的方式送入室內(nèi)人員 活動區(qū)的下部,使送入房間的氣流在地板上均勻分布,首先帶走人員負荷, 然后,升溫的空氣上升至上部空間,被燈光等設備散發(fā)的熱量加熱,在房間 上部空間形成滯留層,從滯留層中帶走房間余熱和污染物.形成以熱煙羽形 式向上的對立氣流,有效地將熱量和

10、污染物排出人員活動區(qū). 地板送風UFAD 是指利用地板靜壓箱,將經(jīng)熱濕處理的空氣由地板送風風口送到人員活動區(qū) 的氣流組織形式,與置換通風相比,地板送風以較高的風速從尺寸較小的地 板送風口送出,形成相對較強的空氣混合,因此送風溫度可較置換通風的低, 系統(tǒng)負擔的冷負荷也大于置換通風, 但是地板送風的風口附近區(qū)域不應有人 長期停留.下部送風方式的節(jié)能性還表達在,送風溫度較高,一般為1618C, 隨著送風溫度的提升,冷水機組的出水溫度提升,COP直也相應提升,因此對于除濕要求不嚴格的場所,是一種舒適節(jié)能的系統(tǒng)形式.4送風口相對高度及換氣次數(shù)對分層空調(diào)氣流組織的影響房高不同、送風口高度不同、送風速度不同

11、、送風口斷面高度不同在分層空調(diào)方案設計時,推薦應用以下結論：當建筑物的送風口相對 高度Q值為0.20.4時,將整體空間的換氣次數(shù)設定在13次之間小于1次時,空調(diào)區(qū)溫度過高,熱舒適性差；大于3次時,空調(diào)系統(tǒng)提供的冷量 過大,能耗高,室內(nèi)垂直方向上溫度分布存在梯度,能夠產(chǎn)生明顯的分層 現(xiàn)象,從而到達節(jié)能的目的.并且,將送風口以下空調(diào)區(qū)的換氣次數(shù)維持在 6次左右時,能夠使工作區(qū)產(chǎn)生較好的熱舒適性效果.5自然通風與分層空調(diào)耦合運行的節(jié)能分析5.1 溫度分布比擬單獨運行分層空調(diào)和耦合運行時在垂直方向上的溫度云圖.可以看出：D兩種方式下,下部空調(diào)區(qū)域高度04m,空氣混合均勻,溫度均滿 足舒適性要求.在上部

12、區(qū)域,隨著高度的增加,溫度逐漸升高,均會產(chǎn)生明 顯的溫度分層現(xiàn)象.2在分層空調(diào)單獨運行時,下部空調(diào)區(qū)域溫度為 298K 25C,房頂處 溫度最高可達318K45C,在非空調(diào)區(qū)域尤其在天花板處熱氣流滯留明顯.3在自然通風與分層空調(diào)耦合運行時,下部空調(diào)區(qū)域溫度下降為296K23C,房頂處的溫度下降為310K37C,上部熱氣流滯留的現(xiàn)象得到了 明顯的緩解.對于分層空調(diào),空調(diào)區(qū)域冷負荷由兩局部組成,即空調(diào)區(qū)域本身得熱所 形成冷負荷和非空調(diào)區(qū)域通過對流及輻射方式向空調(diào)區(qū)域轉移的熱負荷.也就是說,非空調(diào)區(qū)溫度越高,熱轉移負荷越大.利用自然通風與分層空調(diào)耦 合運行,可有效降低非空調(diào)區(qū)域的溫度,從而減少空調(diào)區(qū)域的冷負荷,到達 節(jié)能的效果.5.2 氣流分布比擬單獨運行分層空調(diào)和耦合運行時速度矢量圖.可以看出：1分層空調(diào)系統(tǒng)單獨運行時,空