【HVAC】夏季空調室外計算溼球溫度的選用

2021-01-20 暖通空調


　　在乾熱、半乾熱氣候區，夏季室外空氣溼球溫度相對較低，新風冷負荷小，冷水機組能效高（冷卻水溫度低），冷源的設計選型規格相對偏小。

　　儘管設計師嚴格按照暖通空調規範進行了空調冷負荷計算，但在許多實際空調工程中，設計選用的冷水機組依然普遍偏大；如有的工程在夏季峰值時段，設計的3臺冷水機組往往只需開2臺甚至1臺即可。是什麼原因造成理論計算結果總是偏大？一直是一個令不少暖通空調工程設計師為之困惑的問題。通過對比中美兩國的室外設計參數，筆者發現了問題所在。

　　氣候分區存在的問題

　　JGJ 26—2010《嚴寒和寒冷地區居住建築節能設計標準》中劃分了5種氣候區，見表1。對於嚴寒、寒冷地區的夏季空調參數則不再區分，比如，烏魯木齊市與長春市同屬一個氣候分區，冬季的室外度日數、室外供暖計算溫度接近，但是我國標準中給出的烏魯木齊市和長春市的夏季空調室外計算溼球溫度分別為18.2 ℃和24.1 ℃，烏魯木齊市夏季氣候極為乾燥，與長春市的夏季空調特性有很大差別。

表1　中國氣候分區


　　與我國的氣候分區不同，美國ASHRAE Standard 90.1——2010的表B-4針對全世界所有地區，對空調氣候區作了全面、細緻的分類，共分為8種類型；並且根據夏季溫度與溼度的對應關係、冬季氣溫高低和空氣乾燥與否又進行了更加詳細的劃分，給出了涵蓋17個不同類別特徵的氣候區；同時在其表6.3.2中給出了不同氣候區的設備能效提高值。ASHRAE Standard 90.1——2010中的分區情況見表2。

表2　國際氣候分區


　　由於沒有詳細的氣候區劃分，有針對性的符合各地實際氣候特點的技術措施不具體、不明確，一些暖通空調工程實踐錯誤頻發。比如在我國西北等地，夏季空氣乾燥（含溼量低），夏季空調的主要任務是降溫和通風換氣，不需要除溼甚至要向室內加溼，但是許多工程在設計計算和選用設備時，本應採用高溫冷源，卻仍採用具有除溼功能的7 ℃／12 ℃低溫冷源；設計師有時也難以找到適宜的高溫冷源設備，比如風冷或水冷變頻多聯機，結果造成空調系統初投資高、運行費用高。


　　中美兩國的夏季空調室外計算溼球溫度

　　中美兩國溼球溫度定義對比

　　在確定夏季空調室外狀態點時，設計中都是依據夏季空調室外計算幹球溫度和溼球溫度2個狀態參數，然後確定相對溼度、露點溫度等其他參數。由於統計年限、原始數據來源或標準高低等不同，各國給出的同一地點的室外設計計算參數不完全相同。存在一些差異本屬可以理解的情況，但中美兩國對夏季空調室外計算溼球溫度的定義不同（見表3），卻屬於本質上的差異。

表3　中美兩國對夏季空調室外計算溼球溫度的不同定義


註：對於大城市，美國通常給出多個數據，比如針對烏魯木齊市給出了氣象局和飛機場的2組數據。


　　我國夏季空調室外計算幹、溼球溫度分別採用歷年平均不保證50 h的幹、溼球溫度；在夏季空調室外計算溼球溫度的統計中，將下雨時間的溼球溫度也統計在內，但是下雨時室外空氣幹球溫度一般都要降低，特別是在乾熱氣候區室外空氣幹球溫度的下降幅度更大。美國ASHRAE標準中的不保證時間是用百分數來表示的，以全年8 760 h計算，不保證率分別為0.4％，1％和2％時對應的不保證時間分別為35，88，175 h；夏季空調室外計算溼球溫度是室外高溫幹球溫度所對應的在同一時刻出現的年平均溼球溫度（mean coincident dry-blub temperature），這種符合實際的統計計算方法更為準確。採用何種標準的室外計算參數由業主和工程師確定，主要依據建築的熱惰性和室內舒適標準，一般推薦採用不保證率1％所對應的計算參數。


　　中美兩國的溼球溫度差異

　　圖1為中美兩國標準中給出的夏季室外空氣計算參數在焓溼圖上的不同反映，C表示中國標準給出的狀態點，A表示美國ASHRAE給出的狀態點。


圖1　中美兩國標準中的夏季室外空氣計算參數


　　我國標準中給出的夏季空調室外計算幹球溫度與美國標準中的對應值相差不大，但溼球溫度普遍高於美國的數值。武漢、上海、廣州等高溼球溫度城市的夏季空調室外計算溼球溫度比美國數值高5％，含溼量高7％～14％；蘭州、銀川、吐魯番、烏魯木齊、庫爾勒等中、低溼球溫度城市的夏季空調室外計算溼球溫度比美國數值高10％～16％，含溼量高20％～36％。可見中美兩國高溼球溫度城市的溼球溫度、含溼量的差異均小於中、低溼球溫度城市。也不排除個別城市出現特殊情況，如中美兩國給出的北京、天津的溼球溫度數據均相差近4 ℃，這是因為我國在統計溼球溫度時，將下雨時刻的數值統計在內造成的。中美兩國標準夏季空調室外計算參數的對比見表4。

表4　中美兩國標準夏季空調室外計算參數對比


　　中美兩國標準給出的對同一地點的室外計算溼球溫度、露點溫度、含溼量的差異和夏季空調室外狀態點的偏差，必然會導致對於同樣的新風量，根據兩國標準計算得到的所需設備製冷量不同，甚至會出現採用美國數據本可以用室外新風直接除溼，但採用我國含溼量偏大的數據還要用低溫冷媒除溼的情況。


摘自《暖通空調》2015年第5期

作者：

新疆建築設計研究院　劉鳴

新疆大學　曾婷婷


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