舒适性与空调系统能耗研究
摘要：能源危机已成为全球关注的热点之一，建筑能源消费占全球能源消费的40%。如何有效降低建筑能耗已经是当今许多学者的研究方向。本文针对空调系统能耗以及舒适性进行了研究。
关键词：空调系统；能耗；舒适性
近年来，人们对室内环境舒适度要求日益提高，而评价热舒适度的主要方法是利用PMV-PPD指标评价人体的热舒适性。而居住建筑总能耗主要包括照明、家用电器、通风、空调和采暖等。常规空调系统通过冷凝方式对空气进行冷却除湿，采用5～7℃的低温冷源。温湿度独立控制系统排除显热可使用温度较高的冷源，避免常规空调系统中用低温冷源处理高温空气所造成的高品位冷源的损失，也可避免因湿度过高而依靠降低室温所带来的冷量损失，从而实现提高舒适度和节能的目标。
1空调设定参数对空调系统能耗的影响
温度是影响人体热舒适的主要因素，夏季人体感觉舒适的室温在24-28℃。可是目前大多数公共建筑夏季空调温度调得很低，不但浪费能源，舒适性也很差。在人体舒适的前提下，提高空调设定温度可使建筑能耗下降，原因有以下几点：
（1）从传热基本公式Q=KA（tw-tn）可知，室内外温差减小了，通过维护结构传入室内的热量也减小了；
（2）室内设定温度提高，室内焓值变大，新风与室内空气的焓差变小，新风负荷降低；
QX=GW（hW—hN）
式中QX——夏季空调新风冷负荷，kW；
GW——新风量，kg/s；
hW——室外空气的焓值，kJ/kg；
hN——室内空气的焓值，kJ/kg。
（3）全年可以利用自然通风的时间变长，从而减少了开启空调的时间及输配设备的运行时间。
但是仅仅从调整空调设定温度来进行节能是远远不够的，空气湿度不仅对人体舒适度影响很大，温度、含湿量的不同组合也影响着空调系统的节能状况。根据下式可知，当室内冷负荷、湿负荷一定时，室内设定状态与送风状态的焓差、湿度差不同时，送风量也不同，风机能耗随之改变。
G=■=■
式中G——送风量（kg/s）；
Q——房间余热量（即房间冷负荷）（kW）；
W——房间余湿量（即房间湿负荷）（kg/s）；
ho，do——分别为送风状态空气的焓值（kJ/kg）和含湿量（g/kg）；hN，dN——分别为室内空气状态的焓值（kJ/kg）和含湿量（g/kg）。
一般室内湿度的设定更常用相对湿度φ表示。某空调办公室不同室内干球温度和相对湿度下的空调系统的能耗是不同的室内干球温度和相对湿度越高，空调系统总能耗降低，反之亦然。最低能耗与最高能耗相差达到70%。当室内参数设为行业推荐值时（t=26℃，φ=60%），比最高能耗节约39.3%。
2空调舒适性分析
2.1两种空调系统的热舒适结果分析
根据建筑季节划分的时间，热舒适性分析数据一部分取自供热季和制冷季的典型代表日：1月21日和7月21日，另一部分则取各房间全年空调运行的PMV-PPD值进行分析；建筑的功能是别墅住宅，因此选用日常生活主要使用的房间：客厅和卧室。在供热季典型代表日客厅空调运行时段10：00～12：00和15：00～22：00，两种系统的舒适性都未达到我国规范中Ⅱ级热舒适度的要求。但采用温湿度独立控制空调系统的舒适性优于风机盘管加新风系统，且在18：00～22：00时段温湿度独立控制系统房间的PPD值小于30%。显示在7月21日客厅空调运行期间，两种空调系统的房间热环境都非常舒适，PMV值为：0～0.5，PPD≤10%，达到国家规范规定的Ⅰ级热舒适度要求。在卧室1-1空调系统运行期间21：00～24：00和0：00～09：00采用温湿度独立控制空调系统室内的热舒适性更接近规范要求，其PMV值为-1.1～0.7，PPD值最大值为35%。而风机盘管系统加新风系统室内的PMV≤-1.7，PPD≥60%。两种空调系统的室内热环境非常舒适且都已满足规范Ⅰ级热舒适度要求。在全年空调运行时段，风机盘管加新风系统房间的PMV值在供热季绝大部分时间都小于-1，在制冷季房间里大部分时间的PMV值都处于-1和1之间，在5～6月中旬、9～10月大部分时间室内的PMV<-1。在温湿度独立控制空调系统运行期间，房间里的绝大部分时间的PMV值都处于-1～1之间，PPD≤27%，符合规范给定的Ⅱ级热舒适度要求。在全年空调运行期间，风机盘管加新风系统房间在供热季中大部分时间的PMV值都小于-1，室内人员会感觉偏冷；在供冷季室内的PMV值绝大部分时间都处于-1和1之间，房间里预计不满意者百分数PPD≤27%，在5～6月、10月期间室内人员的热感觉皆偏冷。在温湿度独立控制空调系统运行期间，室内的PMV和PPD值只有一少部分时间是在规范规定的Ⅱ级热舒适度范围之外。
3建筑能耗分析
通过软件计算，得到采用两种不同空调系统所产生的能耗：
1）温湿度独立控制空调系统供热能耗比风机盘管加新风系统多2843.5kWh，主要原因：温湿度独立控制空调系统采用辐射吊顶作为换热末端装置，冬季供热时辐射板需先将周围墙体和楼板或屋顶加热，然后通过对流方式再与空气进行换热，而风机盘管加新风系统主要利用加热的空气与空气进行对流换热。
2）风机盘管加新风系统中的供冷能耗比温湿度独立控制系统的要多6047.01kWh，主要原因是：温湿度独立控制系统全年运行过程分为制冷季、供冷季、通風季、除湿季，而风机盘管系统全年运行过程只有制冷季、供热季和通风季。
3）两种系统的风机能耗和水泵能耗差异较大，这主要由于两个系统的形式差别造成，在风机盘管加新风系统，室内的末端采用风机盘管增加了风机的耗电量，而温湿度独立控制系统末端采用低温热水辐射吊顶因而水泵耗电量较多。
4）采用温湿度独立控制系统全年耗电量相比较风机盘管加新风系统少3372.29kWh，其中温湿度独立控制系统的耗电量为33714.70/280=120.41kWh/m2，风机盘管加新风系统为37086.99/280=132.45kWh/m2，每平方建筑耗电量节省132.45-120.41=12.01kWh/m2
4结论
通过模拟结果分析可知：1）采用温湿度独立控制空调系统的室内的热舒适性要优于常规空调系统；2）采用温湿度独立控制空调系统全年运行总能耗比常规空调系统节省3372.29kWh，每平方建筑耗电量节省12.01kWh/m2。为能更好的发挥温湿度独立控制系统的优势，建议用户根据实际热湿状况来选择空调模式：通风、除湿、制冷或制热。
参考文献：
[1]张东凯，郑洁，宋庆龙.重庆某高校学生公寓夜间通风实验研究[J].暖通空调，2015，45（11）：91-95.
[2]亓晓琳，杨柳.夜间通风建筑传热模型研究及实测验证[J].太阳能学报，2015，36（3）：636-640.
（作者单位：中国建筑科学研究院有限公司）