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1、办公建筑筑个体空调调系统的的性能评评价天津大学学环境与与工程学学院 闻闻济舟刘刘俊杰摘要随着着科学的发发展和技技术的进进步，办办公建筑筑内空调调系统的的设计更更强调节节能和良良好的室室内空气气品质。因因此，个个体空调调系统的的概念应应运而生生，这种种系统针针对的主主要空气气调节区区域是办办公室内内的工作作区域，其其特点包包括：降降低空调调系统运运行能耗耗，同时时提高人人的舒适适度和健健康满意意度，并并保证良良好的室室内空气气品质。本文将从上述三个方面详细地介绍个体空调系统在办公建筑内的使用，并客观分析它的技术优势及特点。关键词个个体空调调系统；节能；人体热热舒适；空调通通风1引言自19770年
2、以以来，建建筑内的的办公环环境已发发生重大大改变。为为提高生生产率，现现代办公公建筑多多装配有有各种自自动化办办公系统统。相应应地，办办公环境境的概念念也从以以往的“办公场场所”转变成成了“生活场场所”或者“创造性性场所”。办公建建筑室内内环境的的设计更更强调节节能和良良好的室室内空气气品质，在这样的势头推动下，办公建筑内暖通空调系统的设计和运行也经历了诸多变革1。例如，在20世纪70年代，暖通空调系统曾一度强调维持整栋建筑内部的良好室内环境。然而时过境迁，随着研究重心向能源有效利用和人体热舒适性上的转移，整体建筑空间室内环境控制的理念也逐渐地转变为分层式空气调节或分区域式空气调节。这些新的理
3、念中就包括了个性环境个体空调系统。个体空调调系统的的定义为为：任何何允许建建筑内人人员对局局部小区区域的热热舒适性性进行个个性调控控，同时时仍能自自动维持持其周围围空间处处于可接接受环境境条件的的空调系系统。（又又称为“个性环环境控制制系统”或“个性通通风空调调系统”）2因此，个个性环境境单元的的控制环环节部分分地或全全部地分分散在整整个空调调区域内内，并处处于室内内人员的的控制之之下。通通常，室室内人员员能够控控制包括括进入房房间的送送风量，送送风方向向以及送送风温度度等参数数。个体体空调系系统所创创造的个个性环境境单元能能够带来来诸多益益处，包包括更加加优质的的热舒适适性，更更加高效效的通
4、风风效率，更更加良好好的空气气品质以以及更加加令人满满意的工工作效率率。在此此基础上上，作为为新型空空调系统统，个体体空调系系统受到到了极大大的关注注。它可可以不同同程度地地降低用用于空气气调节的的总能耗耗，其基基本原则则是：将将调控重重点放在在工作区区域，并并使其周周围区域域达到可可接受水水平即可可。作为为空调系系统，它它也因为为能够有有效应对对个体的的热舒适适性而为为各方关关注,3并且在在民航客客机和高高速列车车等非建建筑类实实体中已已经有了了诸多应应用。近些年来来，为了了迎合人人们日益益增加的的对室内内热负荷荷进行局局部控制制的要求求以及对对热环境境的不同同偏好，业业界不断断研究和和发展
5、着着各式各各样的个个体空调调系统。在在办公建建筑中，个体空调系统研究的重点在于不仅要实现能源消耗的降低，同时还必须创建可以最大程度提高员工生产率的舒适工作环境。例如在日本，政府为了减少办公建筑夏季二氧化碳的排放，设定其室内温度为28。在这样的室内条件下，如缺少对环境因素，如风速，冷辐射量等的个性控制，员工极易产生闷热感。3因此，如何在室内空气温度设定值偏高的条件下实现员工的热舒适性，就成为了个体空调系统亟待解决的问题。安装个体空调系统后，能量集中用于工作区域而仅仅维持其周围区域在可接受的一般水平。此外，通过个性调节创造适宜的办公环境，和通过直接向呼吸区送入新鲜空气提高人的舒适度和健康满意度，也
6、是这套系统值得期待的地方。下图为一典型个体空调系统。图1 典典型个体体空调系系统44本文将总总结现阶阶段世界界各国研研究人员员针对个个性环境境个体空调调系统的的不同评评价研究究方法和和角度，主主要包括括：从个个体空调调系统的的能耗角角度出发发；从室室内人员员对于个个体空调调系统的的热舒适适角度出出发；从从个体空调调系统的的通风评评价角度度出发。并并且客观观指明其其中出现现的问题题，以期期发现其其在未来来应用中可可能的发发展方向向。2个体空空调系统统的能耗耗研究自从200世纪770年代代爆发世世界范围围内的能能源危机机以来，公公众愈发发认识到到建筑节节能的重重要意义义。除了了加强建建筑本身身的气
7、密密性和通通过大量量使用绝绝热材料料来减少少建筑物物围护结结构散热热外，根根据实际际情况改改进原有有的空调调系统也也是一项项主要的的节能手手段。因因此，个个体空调调系统的的节能性性就成为为了系统统评价的的重要方方法。早在19992年年，就有有研究人人员曾利利用计算算机模拟拟的方法法比较过过一套具具备个性性环境控控制功能能的空调调系统和和一套传传统空调调系统的的能耗特特性55。他他们模拟拟的是由由Areens等等人于119900年提出出的桌面面式个性性环境控控制系统统，该系系统由一一块电辐辐射板、两两个局部部式风扇扇、一台台噪声发发生器、一一套局部部工作照照明设备备和一个个工作区区人员传传感器组
8、组成。模模拟结果果表明此此系统与与传统空空调系统统相比，节节能效果果从-115%到到7%，即即可能出出现负效效果。后后来，BBaumman等等人对此此系统进进行了进进一步的的实验研研究，发发现该系系统的使使用必须须对应于于工作区区的人员员负荷的的实际情情况，即即只有在在工作区区存在人人员负荷荷的条件件下使用用，该系系统才能能达到节节能的目目的，或或者说，如如果该系系统不考考虑人员员负荷的的实际情情况，在在工作时时间内均均使用同同样的运运行模式式，则系系统节能能效果无无法确定定，甚至至可能出出现不节节能的现现象。20055年，SSekhhar等等人设计计了一套套结合个个性通风风和传统统空调的的新
9、式个个体空调调系统，并并以主体体暴露在在不同的的室内环环境下所所反应的的热舒适适度为基基础，通通过模拟拟计算得得出结论论：在室室内温度度保持在在当时相相关标准准中所给给出的舒舒适温度度范围内内的最大大值时，新新式个性性通风型型空调系系统较传传统空调调系统节节能155300%。620088年，SSchiiavoon和MMeliikovv借助多多种模拟拟工具，专专门研究究了控制制个性通通风空调调系统送送风温度度这一方方法对个个体空调调系统节节能效果果的影响响。77使用的的个性通通风空调调系统安安装在一一栋位于于寒冷气气候地区区的高级级别建筑筑内。经经过大量量模拟计计算，最最终认为为控制个个性通风风
10、空调系系统送风风温度这这一策略略会在很很大程度度上影响响该系统统的能耗耗特性，并并且提出出将送风风温度恒恒定在220是最佳佳的选择择。此外外，他们们还提出出针对此此类系统统最有效效的节能能策略是是将房间间内设定定温度值值的上限限调整到到30，据计计算这样样一来节节能效果果最大可可以达到到60%（与传统统的混合合新、回回风式空空调系统统相比）。然然而作者者还指出出，在运运用这种种控制策策略时必必须保证证室内人人员在绝绝大部分分时间内内都呆在在工作区区内，而而且由于于气候条条件、建建筑特性性等的不不同，他他们所做做模拟得得到的结结果不能能简单直直接地用用于其他他场合。至此，我我们可以以看出，办办公
11、建筑筑中个体空调调系统（个个性通风风空调系系统）的的能耗性性能并非非一个独独立的特特性参数数，它与与系统配配套使用用的控制制策略密密切相关关。撇开开控制策策略评价价一套个个体空调调系统的的节能效效果是片片面的。而而且，每每种不同同的控制制策略所所带来的的节能效效果也是是不同的的，在某某个实际际问题中中选取与与系统兼兼容性最最好的控控制策略略（可称称为策略略最优化化）必须须依靠大大量准确确的模拟拟计算。用用于此类类计算常常用的软软件有：EneergyyPluus、Traansyys、ESPP-r，IDAA ICCE等，另另外也有有利用纯纯实验方方法测量量相应个个体空调调系统能能耗的例例子，但但由
12、于此此类方法法对实验验条件要要求过高高，因此此采用率不不高。当前，主主要有四四种与个体空调调系统配配合使用用的控制制策略，分分别为：控制送送风温度度在通风风效率足足够高的的前提下下减少个个性通风风系统的的送风量量适当提提高房间间的最高高允许设设计温度度根据工工作区内内人员负负荷情况况决定系系统送风风量控制送风风温度这这项策略略的出发发点在于于希望工工作人员员可以根根据室内内温度变变化自行行调节送送风温度度，比如如在房间间温度偏偏低的时时候适当当提高送送风温度度，满足足自身热热舒适性性的需求求。而且且由于个个体空调调系统是是将空气气直接送送至人体体附近区区域，因因此从热热舒适度度角度出出发此系系
13、统中送送风温度度的最高高和最低低允许值值都有所所限制。SSchiiavoon和MMeliikovv对这种种控制策策略做过过诸多研研究。在在这二人人的研究究中，送送风温度度范围设设定在220226。4, 720008年，他们们曾对丹丹麦哥本本哈根一一栋建筑筑内的某某间办公公室进行行研究，结果发发现在使使用个性性通风系系统时不无论配配以哪种种送风温温度控制制策略，其其能耗水水平都会会比传统统的混合合新、回回风式空空调系统统还要高高出611%到2268%。这主主要是因因为个体体空调系系统的最最低送风风温度出出于热舒舒适度的的考虑被被限定在在20，而传传统空调调系统的的送风温温度仅为为16。哥本本哈根
14、气气候寒冷冷，全年年中只有有3.22%的时时间气温温超过220。因此此送风温温度越高高，相应应所需的的空气加加热量越越大，空空调系统统能耗也也会增加加。但是是在二人人于20009年年完成的的对位于于新加坡坡的一间间同类型型办公室室所进行行的研究究中，却却会发现现用这种种控制策策略可以以大大降降低系统统能耗。同同时注意意到新加加坡的气气候条件件（高温温潮湿）与与丹麦正正好相反反。故而而有以下下推论：送风温温度控制制策略对对个体空调调系统能能耗的影影响受室室外气候候的影响响。在低低温地区区该策略略破坏节节能效果果，然而而在高温温潮湿地地区该策策略则会会体现明明显的节节能效果果。根据HVVAC的的基
15、本理理论，减减少送风风量毫无无疑问是是降低空空调系统统能耗的的重要途途径。然然而在实实际研究究中，送送风量的的变化对对个体空调调系统节节能情况况的影响响却不尽尽相同。在在Sekkharr等人于于20009年的的研究中中，就曾曾发现在在此项控控制策略略条件下下运行个个体空调调系统，其其节能效效果的优优劣也是是由室外外气候条条件所决决定。SSekhhar等等人通过过计算机机模拟，发发现在寒寒冷的北北欧地区区，减少少个体空调调系统的的送风量量固然可可以降低低其空气气加热量量，但由由于室外外空气对对室内环环境具有有自然冷冷却效果果，在一一定程度度上抵消消了室内内所需冷冷量，因因此从系系统整体体出发，节
16、节能与否否难以确确定；但但是当室室外环境境换到炎炎热潮湿湿的东南南亚地区区，这一一控制策策略就能能起到较较好的节节能效果果。至于于提高通通风效率率，现阶阶段已知知的通风风效率较较高的个个性通风风形式有有头部送送风、座座椅送风风等，设设计理念念都是将将1000%新鲜鲜空气送送至人员员呼吸区区内。有有关通风风效率进进一步的的讨论见见后面的的章节。早在20005年年，相关关的研究究中就提提出在提提高房间间设定温温度的情情况下利利用个体体空调系系统，可可以既满满足人体体的热舒舒适度和和室内空空气品质质的要求求，同时时又达到到降低能能耗的目目的。研研究表明明，一套套一级主主空调系系统和二二级个性性通风空空调系统统联合运运行的空空调系统统，其节节能效果果可达到到1530%。66后来来，又有有研究指指出44，当当室内温温度设定定值由224上升到到28，利用用相同的的带有个个性通风风性能的的空调
