室內相對濕度對夏熱冬冷地區(qū)新風耗冷量的影響

　　建筑節(jié)能以保證室內衛(wèi)生舒適為前提，通過提高建筑的能源利用效率來滿足人們迅速增長的健康和舒適感要求，進而提高室內工作效率和生活質量。建筑熱環(huán)境質量標準的高低，對建筑、建筑供配電和采暖空調設備的投資、能耗、運行費用都有顯著影響，需要相應的能源支撐和個人的經濟承受能力。根據(jù)重慶地方標準[1]，達到小康水平的住宅應執(zhí)行舒適性熱環(huán)境質量標準。而影響熱感覺的六個因素是：干球溫度、空氣濕度、風速、周圍物體表面的平均輻射溫度、人體活動強度和衣服熱阻，前四個是熱環(huán)境因素，后兩個是個體人為因素。按熱舒適方程將上述六個因素綜合為PMV預期平均評價和PPD預期不滿意百分率，形成PMV—PPD熱環(huán)境指標綜合評價體系。正由于PMV是由熱感覺的六個因素共同決定的，同一個PMV值可由不同的六個因素組合而達到，在不同熱環(huán)境參數(shù)組合下，所需能耗大小不同。

　　我國夏熱冬冷地區(qū)，由于特有的地理位置而形成的氣候特征，夏季氣溫高，氣溫高于35℃的天數(shù)有15—25天，最熱天氣溫可達41℃以上，加上濕度大，給人悶熱的感覺。全年濕度大是該地區(qū)氣候的一個顯著特征，年平均相對濕度在70%—80%左右，有時高達95%—100%[1].高濕不僅影響到室內人員的熱舒適感，而且影響到室內衛(wèi)生條件，對人體健康和室內設備、家具的使用壽命帶來不利影響。根據(jù)這一地區(qū)的氣候高濕特征，夏季住宅要達到居住環(huán)境的熱舒適和節(jié)能要求，就需要采取多種方法解決高溫高濕帶來的熱環(huán)境質量和室內空氣質量問題。為使住宅空調除濕的能耗降到合理的水平，住宅降溫除濕方式應靈活多樣，對新風能耗分析也應考慮氣候資源的合理調配等因素[2].由于夏熱冬冷、氣候潮濕的建筑室外熱環(huán)境特征，新風能耗在空調總能耗中占較大比例，例如，重慶節(jié)能住宅的各項能耗中，夏季新風冷負荷占總冷負荷的29.61%，夏季新風用電量占夏季總用電量的44.54%，在全年采暖空調除濕用電量中新風占40.24%[1].

　　所以，合理地確定該地區(qū)新風冷耗的計算方法對探討新風節(jié)能途徑有著重要意義。室內設計溫度高低對新風能耗的影響作者已另文討論，本文主要分析室內相對濕度對夏熱冬冷地區(qū)新風耗冷量的影響。

 

　　2、夏熱冬冷地區(qū)空調期、除濕期新風耗冷量分析方法

　　2.1 空調期、除濕期的確定方法

　　實驗研究表明[1]，節(jié)能住宅采用間歇通風，室內日最高溫度tn.max與室外日最高溫度tw.max，室外日最低溫度tw.min之間

　　這表明，對節(jié)能住宅，在采用間歇通風的前提下，當室內最高溫度超過室內設定的熱舒適溫度上限值時，必須采用機械方式進行降溫，即空調設備啟動，進入空調期。

　　所以，夏熱冬冷地區(qū)住宅空調期是指采用間歇通風等無能耗或低能耗的自然或被動冷卻方式不能達到室內的舒適性熱環(huán)境質量要求時空調設備運行的天數(shù)。對于住宅建筑，當室內熱舒適參數(shù)設定值不同時，即使在相同的室外氣象條件和通風方式條件下，空調運行時間也不同。

　　對于夏熱冬冷地區(qū)，室外空氣濕度高且持續(xù)時間長，當室外空氣日平均相對濕度超過室內空氣設定相對濕度時，若不對室外空氣進行處理而直接進入室內，會導致室內濕度超過熱環(huán)境質量規(guī)定的上限值，影響室內熱環(huán)境的熱舒適性和室內空氣質量。若此時室外氣溫不滿足2-1-2，且高于采暖期室內最低溫度tn.h，即在不屬于空調期和采暖期的天數(shù)內，這時為保證室內環(huán)境質量需對室外空氣進行除濕處理，能耗主要是新風的除濕能耗，因而我們把這樣的天數(shù)單獨作為除濕期天數(shù)。設Φw.p為室外空氣日平均相對濕度，Φn.max為室內熱環(huán)境上限相對濕度，其余符號同前定義。所以，除濕期天數(shù)的判斷條件為：

　　且Φw.p>Φn.max （式2-1-3）

　　所以，夏熱冬冷地區(qū)除濕期是指一年中，除采暖期和空調期以外，需要對進入室內的室外空氣進行除濕才能維持建筑室內所要求的熱環(huán)境質量的天數(shù)之和。與空調期相比，除濕期內室外日平均氣溫較低，室內空氣溫度隨室外氣溫波動，但從日平均溫度來看，室內日平均溫度與室外日平均氣溫比較接近，因而除濕期內室內空氣溫度不是定值，而是在tn.c和tn.h的范圍內隨室外空氣溫度變化的動態(tài)參數(shù)。采用當?shù)厥彝庵饡r氣象數(shù)據(jù)，可以求得室外tw.jp和Φw.p，判斷是否屬于除濕期，若屬于除濕期，則設室內日平均溫度等于室外日平均氣溫tw.p，再結合建筑室內允許的最大相對濕度和當?shù)卮髿鈮毫Γ�按濕空氣狀態(tài)方程計算得到除濕期室內最大允許含濕量和最大允許焓值的逐日值，作為除濕期新風耗冷量計算的基礎。

　　2.2 空調期、除濕期新風耗冷量計算基本公式

　　新風耗冷量是指在新風的處理過程中，需由制冷機或天然冷源提供的冷量，其大小取決于新風熱濕處理過程前后的焓差和新風量。新風耗冷量不同于新風能耗，新風能耗與新風處理設備的能效比有關，在耗冷量相同時，能效比越高的新風處理設備能耗量小于能效比低的新風處理設備�？諝馓幚碓O備的能效比是一個綜合性概念，其大小既與設備自身性能有關，也與設備運行工況和調節(jié)方式有關。本文不涉及具體新風處理設備的能量轉換效率，主要就新風耗冷量計算方法及其結果進行分析。

　　2.2.1 空調期新風耗冷量計算基本方法

　　在空調期內，新風被處理到低于室內設定空氣狀態(tài)焓值送入室內，此時處理單位質量的新風需消耗的冷量為室外空氣焓值與新風處理后的露點焓值之差，這部分冷量除承當新風自身負荷以外還可承當部分室內顯熱冷負荷，相應減少了室內冷負荷的耗冷量，新風多承當?shù)倪@部分室內冷負荷為顯熱冷負荷，數(shù)量上相當于室內空氣焓值與露點焓值之差。對空調期整個空調系統(tǒng)或空調房間而言，新風獨立處理至露點狀態(tài)雖多消耗了冷量，但可作為承當室內冷負荷利用，新風降溫除濕實際所需耗冷量仍然可由室內外空氣焓差計算確定。空調期的新風總耗冷量為空調期每天耗冷量的總和，空調期一天中的新風耗冷量等于該日內空調運行逐時耗冷量之和。當室外空氣焓值低于室內設定空氣狀態(tài)焓值時，該時刻新風耗冷量為零。

　　2.2.2 除濕期新風耗冷量計算基本方法

　　在除濕期內，若采用常規(guī)的冷凍除濕，新風處理后的機器露點為室內空氣允許的最大含濕量與相對濕度90%的交點。除濕期內室內冷負荷很小或為零，因而新風露點送風使室內空氣溫度降低。當室內空氣溫度已經在熱舒適區(qū)域內時，這部分使室內空氣降溫的冷量實際上被浪費掉。從新風節(jié)能角度分析，除濕期采用冷凍除濕將新風處理至露點的耗冷量為最大理論耗冷量，簡稱除濕期冷凍除濕耗冷量。

　　2.3 單位質量新風冷熱耗量的計算程序

　　全年新風冷熱耗量的計算程序框圖如圖2-1所示，該程序中包含了采暖期的判斷條件和采暖期新風耗熱量。由于冬季在高濕氣候下，室內不會出現(xiàn)相對濕度過低的情況，且冬季住宅的采暖方式比較單一，供暖量和能耗大小主要取決于室外氣溫，目前對住宅冬季的供暖能耗的計算采用當?shù)氐牟膳�度日�?shù)。夏熱冬冷地區(qū)采暖期的判斷方法和新風耗熱量的計算可參見文獻[4]，本文不再論述�？照{期和除濕期新風耗冷量的計算子程序本文略去。

 

　　3、夏熱冬冷地區(qū)單位質量

　　新風的冷熱耗量計算結果與分析采用TMY-2氣象文件的逐時室外空氣氣象參數(shù)

　�。ㄒ唬┊斒覂葻岘h(huán)境溫度設定不變時，室內設定相對濕度降低時空調期和除濕期新風耗冷量都增加，并且室內設定溫度越高，總耗冷量的增加就越明顯。以夏熱冬冷地區(qū)的平均耗冷量分析，室內溫度分別為28℃、26℃和24℃時，室內相對濕度每降低10%，新風總耗冷量分別增加7.81、6.74和5.92 kW.h/（kg/h）。可見，當室內空氣溫濕度在滿足PMV熱舒適綜合評價指標的前提下，為降低新風耗冷量，室內空氣相對濕度應盡量取高值。

　　（二）當室內空氣相對濕度一定時，室內設定溫度降低時新風總耗冷量呈增加趨勢，并且相對濕度設定值越高，干球溫度設定值對新風總耗冷量得增加影響就越明顯，按夏熱冬冷地區(qū)新風耗冷量的平均值統(tǒng)計，當室內設定相對濕度分別為70%、60%和50%時，室內設定溫度每降低1℃，新風總耗冷量平均增加1.15、0.90和0.73 kW.h/（kg/h）�？梢姡�在滿足PMV熱舒適綜合評價指標的前提下，當室內空氣相對濕度越高，通過提高室內空氣干球溫度設定值來降低新風耗冷量的效果越明顯。

　�。ㄈ�）相對濕度作為室內熱環(huán)境的基本參數(shù)之一，不僅對人的熱舒適感有重要影響，而且對室內衛(wèi)生條件和新風能耗大小直接相關，國內外建筑環(huán)境質量標準中都對室內相對濕度指標有明確規(guī)定。室內熱環(huán)境相對濕度的控制比室溫控制難度大，在室內設計溫度高于26時，該地區(qū)新風除濕能耗大于降溫能耗[4].因此，為減少新風耗冷量，室內相對濕度應盡可能取高值，即熱環(huán)境質量標準允許的最大值70%.

　　（四）除濕期新風處理采用不同方式的耗冷量相差較大，并且室內空氣相對濕度越低，這一差異就越明顯。從夏熱冬冷地區(qū)除濕期新風平均耗冷量分析，通過改變新風除濕方式可使冷凍除濕的耗冷量最大程度降低50%左右。而且，室內熱環(huán)境相對濕度指標越低或干球溫度指標越高，采用新型除濕方式處理新風對降低除濕期新風耗冷量的作用就越顯著。

　　此外，室內相對濕度指標的變化不影響空調期天數(shù)；而隨著相對濕度指標下降，除濕期天數(shù)增加，但增加幅度較小。這是因為夏熱冬冷地區(qū)氣候潮濕，月平均相對濕度都在70%以上，在四月至十月室外日平均溫度高于18℃的天數(shù)內其日平均相對濕度低于70%的天數(shù)也很少出現(xiàn)，因而當室內相對濕度指標從70%降到50%的過程中，對除濕期天數(shù)的影響很小，并且，對氣候越潮濕的城市這一影響就越不明顯。不同室內設定溫度和相對濕度下各城市空調期、除濕期天數(shù)可參見文獻[4].

 

　　4、結論

　　4.1 空調期、除濕期的劃分指標應當結合該夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點和住宅熱環(huán)境質量要求確定，住宅夏季空調期、除濕期是在充分考慮了當?shù)囟喾N可利用的天然冷源的前提下，必須依靠機械方式來達到室內熱環(huán)境質量要求的時間，空調期和除濕期是以日為分析單位，以室外空氣日平均參數(shù)為判斷指標，避免了夏季新風能耗的重復計算。

　　4.2 空調期、除濕期內新風耗冷量利用逐時氣象數(shù)據(jù)，對空調期、除濕期內每一天逐時計算，只分析對能耗有影響的高于室內設定參數(shù)對應值的時刻，并且根據(jù)新風處理方式選擇新風耗冷量計算公式，使新風能耗計算更符合實際，并通過編制計算程序實現(xiàn)新風能耗的自動計算，通過改變設定參數(shù)的初始值，能夠獲得不同室內設定空氣狀態(tài)時新風能耗的比較。

　　4.3 室內相對濕度設定值對新風耗冷量影響較大，按夏熱冬冷地區(qū)主要城市平均值分析，室內熱環(huán)境設計溫度分別為28℃、26℃和24℃時，室內相對濕度每降低10%，新風總耗冷量分別增加7.81、6.74和5.92 kW.h/（kg/h）。

　　4.4 除濕期新風耗冷量的計算應當結合新風除濕方式考慮，冷凍除濕耗冷量最大，為降低新風除濕的耗冷量，應改變新風除濕方式，通過新風濕度控制來實現(xiàn)新風除濕期的節(jié)能。

 

　　參考文獻

　　[1] 《重慶市民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設計標準（居住建筑部分）（DB50/5009-1999）》[S]，1999.6 [2] 付祥釗等，長江流域建筑節(jié)能探討[J]，重慶建筑大學學報，1997（5）

　　[3] 付祥釗，確定長江流域供暖空調能耗指標的邊界條件[J]，北京：暖通空調，1999（6）

　　[4]余曉平，夏熱冬冷地區(qū)住宅新風能耗分析和降溫除濕方式的研究，重慶大學碩士論文[D]，2000