商业内区冬季利用新风制冷可行性分析
摘要：通过具体数据分析商业内热源负荷特点，提出了风机盘管加新风系统在冬季利用新风为内区供冷的适用范围及可行性分析。并提出了两种不同的新风送风方式，及设计的注意事项。
1 引言。
随着现代化城市建设的迅速发展，涌现出大量的步行街式商业综合体建筑。此类建筑的商铺一般独立设置，商铺要求能够独立调节温度，因此传统商业的一次回风全空气空调系统往往并不适用此类商业类型。一般考虑采用风机盘管加新风系统或全空气变风量系统，但全空气变风量系统存在投资高、调试复杂等问题。大量的商业采用了风机盘管加新风的系统。
内区店铺在冬季由于人员、灯光、设备等散热散湿，有可能存在冬季制冷的需求。冬季供冷一般有两种方式：①利用冷却塔换热换取冷冻水，供给风机盘管系统;②将新风加热到低于室内焓值的状态，送至室内，利用焓差来消除室内余热。
利用新风制冷有如下优点：①初投资小，仅需适当放大新风机组及新风管道，不需增加其他设备。②节约运行费用，利用室外天然冷源对室内免费制冷。③对于一般零售店铺，可以不必设置四管制或分区两管制空调系统，简化了空调水系统，节约投资。本文详细分析利用新风焓差为室内供冷的可行性。
2 商业内部得热分析。
在商业建筑的空调负荷中，人员及设备是形成室内冷负荷的主体。主要包括人体的散热和散湿，照明散热量，设备散热量等。
针对零售业态对此部分负荷简略计算每平米室内得热量：
1)人体散热：QP=・n・q1・XТ=0.89・0.3・182・0.93=45.2 (W)。
：集群系数，取0.89;。
n：商业人群密度，取0.3人/m2;[1]。
q1：轻劳动时成年男子散热量，182W(显热81W，潜热101W);[2]。
XТ：冷负荷系数，取 0.93;。
2)照明散热：QL= n1・N・XТ=0.7・40・0.91=25.5 (W)。
n1：同时使用系数，取0.7;。
N：灯具安装功率，取40W(取值考虑店铺装饰照明);。
XТ：冷负荷系数，按营业12小时，晚19时取值，0.91;。
3)设备散热：QM= n1・n2・n3・n4・N=0.7・0.8・0.5・1・20= 5.6(W)。
n1：同时使用系数，取0.7;。
n2：安装系数，取0.8;。
n3：负荷系数，取0.5;。
n4：通风保温系数，取1;。
N：设备功率，取20W;。
4)食品散热：现在餐饮业态种类繁多，如烧烤、火锅类店铺与一般中西式快餐食物散热量相差甚远，因此餐饮类店铺本文暂不分析。
5)内部散发显热：Q= QP+ QL+ QM=76.3 (W)。
6)人体散热量：D=0.001・・n・g=0.001・0.89・0.3・150=0.04 (kg/h)。
3 系统设计。
当商业采用风机盘管加新风系统时，在冬季内区有余热需要消除时，可将新风处理至低于室内温度的某一状态点，利用新风与室内空气之间的焓差达到制冷的效果。值得注意的是，由于新版的《商店建筑设计规范》JGJ48—2014对冬季室内湿度提出了要求，因此冬季新风系统会有加湿需求[3]。
(1)送风处理过程如下：先确定室内状态点N对应的露点L，L点温度即为可选择的送风温最低值，低于此值可能会产生结露现象。由室内状态点绘热湿比线ε与露点温度交于O点，O即为送风状态点。
(2)送风计算：为防止新风送风时结露问题，将送风温度较露点温度提高了1℃，查焓湿图得tO=6.1℃，hO=9.2 kJ/kg;tN=22.0℃，hN=34.5 kJ/kg;。
单位体积新风全热供冷量为：q=・(hN— hO)・1000/3600=8.43(W)。
：空气密度为方便计算取1.2 kg/m3;。
(3)新风量取值：按《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005表3.0.2，平时最小新风量取20 m3/h・P，人员密度为0.3P/m2，则每平米新风量为6/m3。当冬季内区热负荷较大时，应考虑加大新风量，提高新风供冷能力。但由于在北方地区新风依然需要加热，因此增加新风量应以不增加能耗为宜。
以北京地区为例计算：
处理至室内状态点焓差：h1=hn—hw=34.5—(—8.3)=42.8(kJ/kg)。
处理至送风状态点焓差：h2=ho—hw=11—(—8.3)= 19.3(kJ/kg)。
不增加能耗可增大新风比：n=h1/h2=42.8/25.82.2倍。
但考虑到风机的风量变化的适应性及风道尺寸不宜过大，建议增加1.5倍为宜。注意不同地区新风放大比例应根据各地室外气象参数分别判断。同时如果采用热回收机组，会更显著的降低内区新风能耗。
全热计算时：Q= q・V=8.43・9=75.9(W)。
根据上述计算可得出新风消除余热约为75.9W/m2，内区计算散热量为76.3W/m2，同时考虑到因冬季人员衣着等因素，实际人体散热量往往达不到计算值。因此适当提高新风量是可以满足一般商业店铺内区供冷需求的。
(5)送风方式选择：从上述计算得出，为取得较大制冷量，往往送风温度很低，超过了规范允许的送风温差。因此应考虑送风的处理，一般有一下两种做法。
1)新风直接送至室内：风口应采用带诱导功能的低温送风口，该类型风口能够对风口周围空气产生强烈的诱导和卷吸，从而在离开风口很短的距离内，低温新风与室内空气充分混合，使送风温度上升达到规范要求。目前产品能保证在室内26℃，相对湿度60%的工况下送6℃新风而不产生结露现象。
2)新风与风机盘管送风混合后送出：新风管接至风机盘管出风管处，与风盘送风混合后再送至室内。由于新风与风盘送风混合，有效降低了送风温度，因此新风可处理至室内状态的露点温度甚至更低，此方案可以获得更大的制冷量。
需要注意的是，风机盘管在冬季开启时应不供热，因此风机盘管系统必须在风盘供水管处设置电动两通阀，保证当室内温度在高于或等于设定温度时风机盘管水路关闭。
4 设计中的注意事项。
(1)通过分析发现，冬季利用新风消除室内余热一般不宜超过80W/m2(全热，如仅为显热的话不宜超过50W)，高于此值建议考虑采用其他供冷方案。如考虑分区两管制空调，利用冷却塔供冷;或全空气空调系统。
(2)新风机组应选用变频风机，以适应不同送风量变化的要求。同时风道应按最大风量选择，考虑到商业建筑对噪音不太敏感，因此风速可按技术措施要求上限取值。
(3)不论利用何种方式送风，都应妥善解决送风温差及防止风口结露问题。
(4)应在室内典型区域设置湿度传感器，冬季当室内湿度高于30%时停止为新风机组加湿，而送风温度不变，此时可以增大送风点与室内点焓差，增强制冷效果。
(5)在过渡季节室外空气焓值合适时，也可通过此方式直接将室外新风直接引至室内，从而达到经济节能的目的。
5 结语。
通过上述分析计算可以得出，通过适当增大新风量，并解决好低温送风问题，冬季利用新风系统为商业零售店铺实现供冷是可行的。我国地域广大，各地气候特点相差甚远，在设计时应充分考虑地域气候特征，并结合项目自身特点，充分考虑后选择合适的空调送风方式。