論文導讀:：分析了長沙地區商場的空氣品質和客流規律，借此得出了長沙地區商場負荷的特點和氣流組織原則，重點研究了商場新風負荷的確定與新風量控制原理和方法，以及商場熱回收優勢和方法。研究表明：可利用BIN法計算商場隨人流變化的新風負荷，新風系統設計應根據商場位置、客流量、樓層等不同而區別設計；商場新風機適宜采用變頻或變速調節，其新風量調節依據客流量變化調節為佳，減少新風負荷，降低空調能耗；客流量大的商場可以采用排風熱回收，實現空調節能，提高能源的利用效率。
論文關鍵詞：商場，空調，新風系統，空調冷負荷，熱回收

　　(一)引言
　　商場是人員密集、流動性大的公共建筑。據資料介紹，長沙市商場內空氣質量，在新風系統運行不正常時，CO2濃度達0.2%以上，灰塵濃度0.5mg/m2左右，二者均超過國家標準規定的1倍以上。調查發現，商場顧客普遍反應舒適性較差。目前，依靠新風稀釋室內污染物的濃度，是改善空調房間空氣品質的辦法主要，并以此來滿足人們的衛生要求[1-2]。同時，商業建筑空調系統的新風能耗所占比重較大，加之國內能源緊張，因此，新風系統節能設計具有現實意義。
　　(二)商場空調冷負荷與氣流組織
　　1 商場空調冷負荷特點
　　商場空調冷負荷中，人體散熱量和新風冷負荷占有較大比例，是空調冷負荷的重要組成部分[3]。根據長沙商場實際空調負荷統計計算，其空調冷負荷的組成情況見表1。由表1可知，新風冷負荷和人體散熱量是長沙商場空調冷負荷的主要組成部分，其次為照明散熱量、設備散熱量和維護結構傳熱量。
　　表1 商場空調冷負荷的分布
　　

分析空調冷負荷各組成部分可知熱回收，商場營業時間內照明散熱量基本不變，設備散熱量變化很小，只主要受變頻空調功率變化影響，維護結構傳熱量受外室內外溫差影響，由于其在整個商場空調負荷中所占比重很小，其對商場空調負荷變化影響很小。商場一天中人體散熱量取決于商場內的人數，新風冷負荷是為滿足室內人員空氣品質而產生的負荷，其主大小要受人員產生污染氣體多少影響，即新風負荷也只受商場內人員數量影響，同樣人體散熱量和新風負荷又與商場所在城市的位置、樓層、銷售商品種類等有關。在特定位置的商場，其人體散熱量和新風負荷只取決于商場內的人流量。圖1是經過統計得到的長沙商場人員流動規律圖。由圖1可知，商場人流在一天運營時間內有較大幅度的波動，分別在10:00、15:30和19:00出現人流峰值?？芍�商場空調負荷中人體散熱量和新風量在商場營業時間內均有較大波動，結合表1中空調能耗分布和上述分析可知，人流量變化是影響商場內空調負荷變化的主要因素。
　　
　　圖1 商場人員流動規律
　　2. 商場內氣流組織特點
　　(1)商場人員流動性大，顧客在商場內停留時間一般較短，工作人員在室內工作時間較長，新風的分配應體現出對環境和人實際需要的滿足。即在人員密集的地點和顧客停留時間較長的區域相應分配較多新風量。
　　(2)商場空調空氣量大，且速度較大，空氣在商場中停留時間較長。為提高新風的利用效率，應合理布置送風口、回風口和排風口的位置，防止新風停留時間短。
　　(三) 新風量的確定與調節
　　1. 新風負荷確定
　　確定新風負荷[4,5]的要素包括：1、滿足人們衛生要求的新風量標準。2、商場營業高峰期在場人數。商場的污染源主要是人們活動排出的CO2，產生的灰塵及其它有害氣體論文提綱格式。實踐證明，采用新風稀釋室內污染物，當CO2濃度達到室內衛生標準時，其他污染物的濃度一般均可滿足衛生要求。因此，商場內空氣的CO2濃度是衡量室內空氣質量的重要指標。國家標準《室內空氣質量標準》（GB/T18883-2002）規定室內空氣中污染物質允許的最低限值：CO2濃度為0.1%，可吸入顆粒物為0.15mg/m3。商場內人數的特點是，人流密集，室內停留的時間短，且隨時間變化較大。因此，要確定節能且舒適新風供應量，應采用隨聚集人數變化的變風量送風，新風負荷的計算應考慮旅客數量的波動。因此可以采用BIN法進行計算，以確定最優新風量。
　　(1)BIN法
　　BIN法[6-7]是ASHRAE提出的一種簡化能耗計算方法，根據某地氣象參數，將室外干球溫度按某間隔分段，得出各溫度段中的溫度在全年或某一期間段出現的小時數，即溫度的時間頻數。取各溫頻段的中點溫度作為代表溫度熱回收，將該頻段中所有干球溫度對應的含濕量之和與溫頻數的比值作為代表含濕量。然后分別計算在不同溫度頻段下的建筑能耗，并將計算結果乘以各頻段的小時數，相加便可得到全年或季節的空調假想負荷。
　　(2)商場新風負荷計算法
　　室外溫度參數在一年當中是變化的，商場的人數也是時刻變化的，所以應分時間段計算新風量。因為商場8:00—21:00的聚集人數能夠代表一天人數變化特點，將該時間段分解為14個小時段，計算每個時間段每分鐘的新風負荷，并由此計算該時刻的新風量。然后將所有時間段的新風量進行累加，最終得到年新風量。
　　BIN法中的新風負荷計算公式如下：
　　(1)
　　(2)
　　式中：QTj新顯——新風顯熱負荷；
　　QTj新潛——新風潛熱負荷；
　　i——一天中第i個時刻；
　　Vi——i時刻的新風量，m3：
　　Vi =v×ni（3）
　　ni——第j個BIN溫度下第i時間段的商場的總人數；
　　v——最小新風量，m3/h按CO2濃度為0.1%計算；
　　t——BIN時間間隔；
　　d-dj——室內外含濕量差；
　　Af——建筑物空調面積，m2；
　　Tj——室外溫度(第j個BIN溫度)，℃；
　　T——室內溫度，℃；
　　(3) 室外參數選取
　　1）夏季各地區BIN參數
　　
　　圖2 夏季長沙BIN參數
　?。?）冬季各地區BIN參數
　　
　　圖3 冬季長沙BIN參數
　　(3) 仿真計算
　　將全年的負荷以天為單位計算，每天分為14個小時段（計算8:00—21:00），每個時間段的每分鐘表示為i；干球溫度表示為Tj；
　　1）算法思想：
　　首先對所有參數設定并初始化；調用室外氣象參數與各項計算參數，并判斷工作日性質；然后用公式（1）、（2）計算室外溫度Tj下的新風負荷，計算時判斷Tj值，從而決定是計算冷負荷還是計算熱負荷；然后進行單位換算得到新風量；進入下一時刻計算新風負荷；再進行另外一天的計算；這樣重復累積計算后，當時間超過366天后，輸出計算新負荷的結果，即得全年的新風負荷。
　　2）算法流程：
　　a、參數設定及數據初始化：數據包括時間M=0，H=0，D=0（M為月，D為天，H為小時），商場新風冷負荷Xcl=0，熱負荷Xhl=0；
　　b、調用室外氣象參數：室外溫度Tj、該地區開始供冷的最低溫度段的代表溫度TiC、該地區開始供暖溫度段的代表溫度Tih、室外焓值hi。通過判斷工作日性質確定聚集人數ni，通過式（3）計算該時刻的新風量。然后根據式（1）與式（2）計算新風負荷。
　　c、進行下一時刻的計算；
　　d、若全年新風負荷計算已完成，將新風冷負荷與新風熱負荷相加并輸出；
　　計算過程通過計算機實現，應用PowerBuilder9.0和SQL Server2005數據庫共同完成。如圖4所示。
　　圖4 新風負荷計算的流程圖
　　2. 新風量的調節
　　如前所述，商場內的人數在一天之內是不斷變化的，就是說商場的新風量可以隨著人數的變化而改變。新風量的調節對降低空調能耗具有顯著的作用。新風量的調節方式與空調系統的形式有關。
　　(1) 新風量控制方法
　　新風量的控制主要存在三方面的問題：新風的分配、新風總量的確定和新風的均勻性。目前常用的新風量控制方法有：1)風機跟蹤法。其控制原理是：新風量等于送風機風量與回風機風量之差，因此，在系統運行期間不論送風量如何變化，同時測量進送風量和回風量，間接控制新風量。2)新風量直接測量法。該方法是目前使用最簡單的的通風空調系統新風量控制方法，它是通過測量進入空調系統的新風量而直接控制新風量。但是，由于風管內風速較低熱回收，新風量的測定誤差大。3)設置獨立的新風機。設置獨立的新風機是目前公認的通風空調系統新風量最好的調節方法之一，它通過新風機入口處的風速傳感器來調節風閥，維持最小新風量。該方法控制準確，實用簡單，但需另外設置最小新風風管，不適合于工程改造。4)焓差法控制新風量。該方法根據新、回風焓值比較來控制新風量與回風量的比例，從而實現最大限度地減少人工冷量與熱量。5)多風機新風量控制法。其基本原理為：在新風風管內安裝獨立的變風量新風風機，過度季節采用新風冷卻運行模式。風機的最大風量即為全新風冷卻時所需的新風量，最小新風量即為滿足衛生需要的最小新風量。6)二氧化碳濃度控制監控法。它是用二氧化碳變送器測量回風管中的二氧化碳的濃度并轉化成標準電信號，送入調節器來控制新風閥的開度，以保持足夠的新風量。此外，通過計算機模擬以控制通風空調系統的新風量也是現在工程界常用的方法。如曾藝[8]等對變風量空調系統新風量分配進行了模擬計算，計算了變風量空調系統的不同新風量模式下新風量在變風量空調系統的各個分區的分配情況,為新風量控制提供了依據。
　　 　　(2)新風量調節
　　以下討論兩種常見的空調形式及新風量的調節方式。
　　1) 組合式空調系統新風量的調節
　　組合式空調系統是商場空調常見的形式。通常新風量是按空調送風量的比例確定?？照{送風量取決于空調冷熱負荷的大小，而新風量取決于商場內CO2的濃度，即人數，而通常二者是不一致的論文提綱格式。尤其當冬季運行熱負荷較低時，所需的新風量可能會大于空調送風量。因此新風量應根據商場內CO2濃度進行調節和控制。
　　圖5是設回風機的組合式空調系統。新風閥3根據商場內CO2的濃度進行控制，并與回風閥4、排風閥5聯動。當過渡季節室外空氣的焓低于室內空氣的焓值時，可采用全新風運行，此時閥3和閥5全開，閥4關閉。
　　
　　1、新風機 2、回風機3、新風閥4、回風閥
　　5、排風閥6、換熱器7、空氣過濾器
　　圖5 組合式空調機組示意圖
　　2) 風柜式（含風機盤管）空調系統新風量的調節
　　風柜式（含風機盤管）空調系統，見圖6，一般設置單獨的新風系統，新風設備采用柜式新風機組。新風量只能滿足設計工況下的新風要求[9]，過渡季節利用新風量降溫的效果有限。
　　風柜式（含風機盤管）空調系統新風量的調節可采用變頻調速風機，根據商場CO2濃度調節新風量。如果柜式新風機組臺數較多，也可以通過臺數調節。
　　
　　1、新風機2、新風調節閥3、空氣過濾器
　　4、換熱器
　　圖6 柜式新風機組示意圖
　　(四) 商場空調系統熱回收
　　1. 熱回收可行性
　　商場建筑的新風量大，相應的排風量也大，系統運行時間長，排風的熱焓較大，有利于設置排風熱回收裝置。組合式空調系統，宜在機組設置全熱回收裝置[10]，柜式空調系統往往不設機械排風裝置，可選用換熱熱回收裝置。
　　熱回收裝置的熱回收量，隨室內外空氣焓差的變化而變化。過渡季節，當室外空氣的焓低于室內空氣的焓值，此時利用室外空氣降溫，熱回收裝置將失去意義，并產生負面影響熱回收，即室外新風會被排風加熱。因此，熱回收裝置應設旁通管，避免新風和排風進行換熱。當設置旁通管有困難時，也可以將新風和排風分別控制，此時，排風機停止運行，通過商場門窗排風。
　　2. 熱泵熱回收
　　采用空氣源熱泵作為熱源設備時，可利用熱泵進行熱回收，即將排風引至熱泵機組進風口處與外部空氣混合（設集氣罩）。制冷工況時，可以降低冷卻空氣的溫度；制熱工況時，可以提高換熱空氣的溫度，均可提高熱泵機組的COP值，從而回收了能量。
　　(五) 結論
　　1. 商場的新風量和新風負荷是根據新風量標準和室內停留人數確定的。前者有規范可依，而人數的確定往往帶有隨意性。商場新風負荷的選取可利用BIN法確定，而新風系統設計應根據商場位置、客流量、樓層等不同而區別設計。
　　2. 商場內人員密度變化大，新風量應跟蹤調節。新風機宜變頻或變速調節，根據客流量的變化來調節新風量，減少新風負荷，降低空調能耗。
　　3. 商場的客流量大，相應的新風量大，運行時間長，有利于排風熱回收，降低空調能耗，提高能源的利用效率。

參考文獻
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