论文部分内容阅读
摘 要：湿热地区由于室外气温和湿度常年处于较高水平，日照时间与太阳辐射较寒冷地区和夏热冬冷地区要多，需要开启空调系统来消除室内余热余湿的时间较长，因此建筑全年通风与空调能耗相对于寒冷地区和夏热冬冷地区都要高。高校实验室通常配备通风设备比如通风柜、排烟罩和排气扇等，用以将室内实验过程中散发的污染物排出保证室内人员呼吸与健康安全，但这些设备会导致通风与空调能耗增加，因此在节能减排的大形式下很有必要进行节能改造。本文针对湿热地区实验室建筑通风与空调系统能耗现状进行分析，阐述通风与空调系统存在的问题并针对性地指出节能措施，为湿热地区实验室建筑节能设计和改造提供参考价值。
关键词：湿热地区；实验室建筑；通风空调；能耗；节能
一、高校实验室建筑节能背景
“节能减排”是我国的一项基本国策，建筑的能耗问题长久以来都是国家和社会关注的热点问题。同时，降低建筑能耗，实现“零能耗”建筑和建筑能源自给自足的绿色建筑一直是相关领域的研究热点，因此，发展可持续经济，走可持续发展之路要求建筑要降低能源消耗，减少碳排放。
2015年国家发改委发布的能源數据表明，我国建筑用于供暖、空调和照明的能耗为1644万KWh，占全年总能耗的20%（工业能耗占70%，其他能耗占10%），其中空调能耗占建筑总能耗的40%-60%，对于商用及办公建筑而言其暖通空调的能耗占比60%以上，对于高校实验室建筑而言，作为教育类建筑其总能耗占所有建筑总能耗的3%，通风空调系统的能耗占实验室建筑总能耗的48%，照明能耗占25%，电梯能耗占5%，给排水占4.9%，其他能耗占11.5%，因此降低实验室建筑通风与空调系统的能耗对于降低整栋建筑的总能耗有重要的作用[1]。
实验室类建筑与商业建筑、办公建筑和住宅建筑等不同。首先在使用功能上，实验室建筑属于教育类建筑，用于师生的教学、科研和学习活动，人员活动强度低；在人密集程度上，实验室建筑拥有人员密集程度大，集中程度高的特点；在作息时间上，拥有白天和夜晚都工作的特点，设备开启时间长；在设备分布上，除了正常的电脑、打印机、风扇、照明系统、空调设备、给排水和插座外，还有实验设备如酒精灯、燃烧炉等发热设备、通风柜、新风系统、排风系统等。因此，设备能耗较高。本文所说的实验室指具有学习、实验和部分教学活动的实验室。
近年来高校扩招背景下，高校的办学规模越来越大，学生人数呈现增加趋势，对于实验室的需求也增加，研究生工作室和科研实验室的建设作为科研成果的诞生地，因此成为高校近年来的重点建设项目，但是同时通风与空调系统的使用增加也会增加建筑的能耗，可见做好实验室建筑的通风与空调节能工作很有必要[2]。
二、湿热地区实验室建筑通风与空调系统现状及存在的问题
和北方寒冷地区与长江中下游的夏热冬冷地区的四季分明气候特点不同，以岭南地区为代表的湿热地区气候拥有室外气温高、空气湿度高、雨量大、日温差小，无风或少风的特点。年平均温度21.9℃，夏季最热月月平度温度达到28.1℃，少数几天温度达到38℃以上，年平均相对湿度在50%以上，风速较低。因此，为保证实验室室内科研工作人员正常的学习和工作，就要安装通风与空调设备消除室内余热余湿，营造舒适环境[3]。目前主要现状及问题如下：
（1）安装排气扇通风换气，使用风扇强迫室内空气流动散热
以广州地区为例，气象资料显示广州年平均气温为22℃，夏季最热月（7月）白天平均气温为33℃，夜间平均温度25℃，夏季（6月、7月、8月）白天平均温度为32℃，最高温度为39.2℃，夜间平均温度25℃，平均相对湿度68%。特别是近年来广州夏季的气温普遍升高，最高温度都在35度以上，夏季平均高温高湿天数45.2天。有的学校实验室考虑到科研经费紧张、实验室房间比较多和排风系统开启就能排走污染物达到室内空气健康标准的效果，因此只安装风扇和排气扇，达到降低成本又能强迫室内空气对流散热消除人员、设备的热负荷和引入新风而实现通风换气的效果。
但是由于室外空气温度较高，湿度较大，在风扇和抽气扇的持续开启下，室内空气紊流分布，室内空气状态点与室外空气状态点相同，故热舒适环境恶劣。
（2）根据室内面积选择安装分体式或VRV多联机空调
通常市场上都拥有各个品牌的分体式空调和多联机空调，以其经济、廉价、安装方便、设备所占空间小、制冷效果好等优点被广泛使用于住宅建筑、办公建筑和学校教育建筑。但是分体式或VRV多联机空调的设备选型并不严格按照室内空调负荷进行准确选型，而是运用经验去估算实验室房间面积然后去选择市场上对应的空调机匹数，同时不考虑新风负荷等，因此会出现以下几个问题：
1、即使空调开启，室内温度仍达不到预期室温。湿热地区夏季空调和通风系统开启，空调消除室内余热降低空气温度，由于实验室排风柜、排风罩等通风系统开启，会带走一部分室内空气达到防止实验污染物扩散的目的，结果也带走了很多室内冷量，造成冷量浪费，而由于室内呈负压状态，因此室外空气透过门窗缝隙渗入，加热室内空气。因此，即使假设设置空调温度是26℃，实际室内温度却依旧达不到26℃。继续遥控降低空调室内机出风温度则增加空调能耗。
2、实际的空调制冷容量小于消除室内负荷达到热舒适温度所需的空调冷量，不能营造热舒适环境。由于室内使负压的状态，部分室外高温度、高湿度的空气渗透进入室内，而室内空调并不能消除这部分新风负荷，空调机制冷量不足够。为了保持室内热舒适环境则降低空调出风温度和提高出风速度，这会增加了空调机组能耗，但是也达不到预期制冷效果。
3、容易出现结露问题。由于通风系统的开启带走一部分室内冷量导致室内负压，因此造成室外高温高湿空气未经处理渗透进入室内。假设某天湿热地区夏季室外白天空气状态点为：温度35℃，湿度68%，室内空调温度设置为节能温度26℃，则室外空气露点温度为25.5℃，因此热湿空气混合后上升到回风口附近，接触到温度小于26℃的出风口会发生出风口结露现象，影响室内装修。
（3）安装独立新风系统，减少室外新风未经处理通过门窗渗入室内
虽然安装独立新风系统能够向室内源源不断补充了处理到室内状态点的新风，保证人员健康呼吸和减少渗透进风提高热舒适性，但是很明显，增加了很大一部分新风处理能耗，不节能。
可见目前湿热地区实验室建筑通风和空调系统节能潜力巨大。
三、湿热地区实验室建筑节能改造措施
通过以上的分析可知，目前湿热地区实验室建筑空调能耗居高不下和结露的原因主要在于通风系统引起的新风负荷过大问题，因此降低新风负荷就能降低空调的能耗，可以采用内补风的方式，将室外的新风引入排风柜和排风罩等通风设备，减少室内的排风量，降低新风处理量从而降低空调能耗，也能避免出风口结露现象发生。
参考文献
[1]陈慧梅，张宇峰，王进勇，等.我国湿热地区自然通风建筑夏季热舒适研究——以广州为例[J].暖通空调，2010，40（2）：96-101.
[2]谢浩，刘晓帆.湿热地区的建筑热环境控制——以住宅设计为例[J].建筑节能，2006，34（5）：21-22.
[3]方玲，程叶志.湿热地区建筑被动式防热设计与节能的探讨——以广州为例[J].建筑节能，2016，44（10）：65-67.
（作者单位：广东工业大学）
关键词：湿热地区；实验室建筑；通风空调；能耗；节能
一、高校实验室建筑节能背景
“节能减排”是我国的一项基本国策，建筑的能耗问题长久以来都是国家和社会关注的热点问题。同时，降低建筑能耗，实现“零能耗”建筑和建筑能源自给自足的绿色建筑一直是相关领域的研究热点，因此，发展可持续经济，走可持续发展之路要求建筑要降低能源消耗，减少碳排放。
2015年国家发改委发布的能源數据表明，我国建筑用于供暖、空调和照明的能耗为1644万KWh，占全年总能耗的20%（工业能耗占70%，其他能耗占10%），其中空调能耗占建筑总能耗的40%-60%，对于商用及办公建筑而言其暖通空调的能耗占比60%以上，对于高校实验室建筑而言，作为教育类建筑其总能耗占所有建筑总能耗的3%，通风空调系统的能耗占实验室建筑总能耗的48%，照明能耗占25%，电梯能耗占5%，给排水占4.9%，其他能耗占11.5%，因此降低实验室建筑通风与空调系统的能耗对于降低整栋建筑的总能耗有重要的作用[1]。
实验室类建筑与商业建筑、办公建筑和住宅建筑等不同。首先在使用功能上，实验室建筑属于教育类建筑，用于师生的教学、科研和学习活动，人员活动强度低；在人密集程度上，实验室建筑拥有人员密集程度大，集中程度高的特点；在作息时间上，拥有白天和夜晚都工作的特点，设备开启时间长；在设备分布上，除了正常的电脑、打印机、风扇、照明系统、空调设备、给排水和插座外，还有实验设备如酒精灯、燃烧炉等发热设备、通风柜、新风系统、排风系统等。因此，设备能耗较高。本文所说的实验室指具有学习、实验和部分教学活动的实验室。
近年来高校扩招背景下，高校的办学规模越来越大，学生人数呈现增加趋势，对于实验室的需求也增加，研究生工作室和科研实验室的建设作为科研成果的诞生地，因此成为高校近年来的重点建设项目，但是同时通风与空调系统的使用增加也会增加建筑的能耗，可见做好实验室建筑的通风与空调节能工作很有必要[2]。
二、湿热地区实验室建筑通风与空调系统现状及存在的问题
和北方寒冷地区与长江中下游的夏热冬冷地区的四季分明气候特点不同，以岭南地区为代表的湿热地区气候拥有室外气温高、空气湿度高、雨量大、日温差小，无风或少风的特点。年平均温度21.9℃，夏季最热月月平度温度达到28.1℃，少数几天温度达到38℃以上，年平均相对湿度在50%以上，风速较低。因此，为保证实验室室内科研工作人员正常的学习和工作，就要安装通风与空调设备消除室内余热余湿，营造舒适环境[3]。目前主要现状及问题如下：
（1）安装排气扇通风换气，使用风扇强迫室内空气流动散热
以广州地区为例，气象资料显示广州年平均气温为22℃，夏季最热月（7月）白天平均气温为33℃，夜间平均温度25℃，夏季（6月、7月、8月）白天平均温度为32℃，最高温度为39.2℃，夜间平均温度25℃，平均相对湿度68%。特别是近年来广州夏季的气温普遍升高，最高温度都在35度以上，夏季平均高温高湿天数45.2天。有的学校实验室考虑到科研经费紧张、实验室房间比较多和排风系统开启就能排走污染物达到室内空气健康标准的效果，因此只安装风扇和排气扇，达到降低成本又能强迫室内空气对流散热消除人员、设备的热负荷和引入新风而实现通风换气的效果。
但是由于室外空气温度较高，湿度较大，在风扇和抽气扇的持续开启下，室内空气紊流分布，室内空气状态点与室外空气状态点相同，故热舒适环境恶劣。
（2）根据室内面积选择安装分体式或VRV多联机空调
通常市场上都拥有各个品牌的分体式空调和多联机空调，以其经济、廉价、安装方便、设备所占空间小、制冷效果好等优点被广泛使用于住宅建筑、办公建筑和学校教育建筑。但是分体式或VRV多联机空调的设备选型并不严格按照室内空调负荷进行准确选型，而是运用经验去估算实验室房间面积然后去选择市场上对应的空调机匹数，同时不考虑新风负荷等，因此会出现以下几个问题：
1、即使空调开启，室内温度仍达不到预期室温。湿热地区夏季空调和通风系统开启，空调消除室内余热降低空气温度，由于实验室排风柜、排风罩等通风系统开启，会带走一部分室内空气达到防止实验污染物扩散的目的，结果也带走了很多室内冷量，造成冷量浪费，而由于室内呈负压状态，因此室外空气透过门窗缝隙渗入，加热室内空气。因此，即使假设设置空调温度是26℃，实际室内温度却依旧达不到26℃。继续遥控降低空调室内机出风温度则增加空调能耗。
2、实际的空调制冷容量小于消除室内负荷达到热舒适温度所需的空调冷量，不能营造热舒适环境。由于室内使负压的状态，部分室外高温度、高湿度的空气渗透进入室内，而室内空调并不能消除这部分新风负荷，空调机制冷量不足够。为了保持室内热舒适环境则降低空调出风温度和提高出风速度，这会增加了空调机组能耗，但是也达不到预期制冷效果。
3、容易出现结露问题。由于通风系统的开启带走一部分室内冷量导致室内负压，因此造成室外高温高湿空气未经处理渗透进入室内。假设某天湿热地区夏季室外白天空气状态点为：温度35℃，湿度68%，室内空调温度设置为节能温度26℃，则室外空气露点温度为25.5℃，因此热湿空气混合后上升到回风口附近，接触到温度小于26℃的出风口会发生出风口结露现象，影响室内装修。
（3）安装独立新风系统，减少室外新风未经处理通过门窗渗入室内
虽然安装独立新风系统能够向室内源源不断补充了处理到室内状态点的新风，保证人员健康呼吸和减少渗透进风提高热舒适性，但是很明显，增加了很大一部分新风处理能耗，不节能。
可见目前湿热地区实验室建筑通风和空调系统节能潜力巨大。
三、湿热地区实验室建筑节能改造措施
通过以上的分析可知，目前湿热地区实验室建筑空调能耗居高不下和结露的原因主要在于通风系统引起的新风负荷过大问题，因此降低新风负荷就能降低空调的能耗，可以采用内补风的方式，将室外的新风引入排风柜和排风罩等通风设备，减少室内的排风量，降低新风处理量从而降低空调能耗，也能避免出风口结露现象发生。
参考文献
[1]陈慧梅，张宇峰，王进勇，等.我国湿热地区自然通风建筑夏季热舒适研究——以广州为例[J].暖通空调，2010，40（2）：96-101.
[2]谢浩，刘晓帆.湿热地区的建筑热环境控制——以住宅设计为例[J].建筑节能，2006，34（5）：21-22.
[3]方玲，程叶志.湿热地区建筑被动式防热设计与节能的探讨——以广州为例[J].建筑节能，2016，44（10）：65-67.
（作者单位：广东工业大学）