居民建筑夏季提高室内空调温度设定值的可行性研究

居民建筑夏季提高室内空调温度设定值的可行性研究 居民建筑夏季提高室内空调温度设定值的 可行性研究 第l5卷第3期 2008年6月 东莞理工学院 JOURNALOFDONGGUANUNIVERSnYOFTECHNOLOGYV01.15No.3 Jun.200g 居民建筑夏季提高室内空调 温度设定值的可行性研究 胡钦华李奎山AlbertT.P.So (1.东莞理工学院教务处,广东东莞523808;2.东莞理工学院国际交流处,广东东莞523808; 3.香港城市大学,香港) 摘要:近年来,有一种趋势起源于日本公司通过在夏天提高室内温度设定值以达到节能目的.香港特 别行政区政府建议商业办公室的理想室内温度设定值为25.5?,这一建议引起了公众的广泛关注.本文主 要针对两个问题:哪种措施能用来在夏天节能:提升室内温度设定值是否理想.通过在东莞一个典型居民 住宅进行实验,获得了上述两个问题的相关结果.结果标明:通过提升室内温度设定值并维持室内环境 PMV在理想值,那么可以在夏天达到节能效果. 关键词:居民建筑:热舒适:PMv:节能 中圈分类号:TKO1文献标识码:A文章编号:1009--0312(2008)03—0l04—04 早在2005年,在香港的日本公司就提出将办公室环境设定温度提升~1J26?或更高,与此同时, 夏天允许在办公室内着便装.香港特别行政区政府立即支持并建议室内温度提高 ~1J25.5?.国务院 2006年夏季出台的《关于加强节能工作的决定》便已要求控制室内空调温度:所有公共建筑内的单 位,包括国家机关,社会团体,企事业组织和个体工商户,除特定用途外,夏季室内空调温度设置 不低于26?,冬季室内空调温度设置不高于2O?.如果室内温度设定值提高,那么冷冻水出水温 度(通常设定6?)和回水温度(通常设定l3?)也可以相应提高,很明显这种方案有相当大的节 能潜力.但是25.5?是否可以接受呢?这个是关键问题.近来的一些评论和观点已经表明:如果仅 仅是将温度提高~1J25.5?而其它什么都不改变的话,夏天办公室的大多数人都不能有效工作.研究 表明:如果提升办公室内温度~1J25.5?偏离了舒适度标准的满意范围,那么办公室人员的工作效率 将会受到严重影响"'.因此居民建筑夏季提高室内空调温度的可行性研究就显得非常必要.如果提 升~1J25.5?确实偏离了期望的舒适度标准,那么有没有另外一种方式能够帮助空调系统在夏天节能 并且提供一个舒适的环境呢?本文的实验结果表明是可以的. 在东莞理工学院建立了模拟标准办公室环境的实验室,共238人被邀请到该实验室,实验室的 室内环境参数是变化的,包括干球温度,相对湿度,风速和辐射温度.他们的反应在测量环境参数 的同时以问卷形式下来,并且测量值对实验对象是不可见的.所有数据的静态分析在实验之后 进行.PMV,作为国际标准,被研究小组选用.它能显示测量环境参数的热舒适级别,并将每个实 验对象的感觉与获得的PMV进行核对.参考PMV方程,能够很容易看出:保持干 球温度在一个较高 值的同时改变其它参数能够得到相同的PMV,以此节约能耗.同时在东莞的一个典型公寓内进行了 实验,来验证这种策略是可能的并且是实际可行的.文中将介绍实验过程和获得的结果. 1基于节能方案的PMV 目前,描述人体热舒适最流行的国际标准是ISO7730:2005--热环境工效学一使用PMv方程, PPD指标及本地热舒适标准对热舒适的分析测定与解释.该ISO介绍了一个7点热感觉范围,即一3 收稿日期:2008—0l—l5 作者简介:胡钦华(1977一).男.湖北长阳人.讲师.博士生.主要从事智能建筑环境技术,人体热舒适方面研究. 第3期胡钦华等:居民建筑夏季提高室内空调温度设定值的可行性研究105 (cold),一2(COO1),一1(slightlyCOO1),0(neutra1),+1(slightlywarm),+2(warm),+3 (hot).理想的来说,PMV=0的环境应该是被所有人作为热舒适接受的.下面计算PMV的方程组 是完全从该ISO标准中提取出来的. PMV=【0.303?exp(一0.036?M)+0.028 (M一,)一3.05?10,'[5733—6.99?(M一?,)-pa]-0.42?[(M一,)卜58.15] 一 1.7?10一?M?(5867一P)一0.0014?M?(34-to) I一3.96?10,.?[(to.+273)'-(+273)卜.?h.?(to.一to)J to.=35.7-0.028?(M一?,)一.?{3.96?10,?.?[(to.+273)一(+273)】+??h'(to--to)} f2.38?II一Ifor2.38?IfcI一I>12.1??1,a 2.1.folr2.38.—<.12.1. I1.00+1.290L.forL.0.078m?K/W 'l1.05+0.645IoIforIoI>0.078m?K/W 其中M是人体代谢率:W是人体所做机械功;L是衣服的绝缘度;是衣服表面区域参数;ta是干 球温度;是平均辐射温度;1,a是风速;Pa是水蒸气分压;h.是对流热传输系数;tc.是衣服表面温 度.从方程组可以看出:保持,M和.为任一固定值,通过设定PMV=O来找出一连串的,1,a和 Pa的组合是可能的.在东莞一个公寓内进行的一组实验可以验证这个观点'. 1.1 在东莞市租了一个空的典型公寓,带有两个卧室,一个客厅,一个厨房和一个卫生间.在公寓 内安装了三部分体式空调,一台装在客厅,另外两台分别装在两个卧室.三台冷凝器都装在阳台. 整个研究项目的想法是:通过增加房间内部的空气流动速度,即使在相对高的空气温度工况下,仍 然能够得到理想的PMV值.提高风速最明显的办法就是使用风扇,这实际上也是一直以来众所周知 的老方法.但是这种办法通常不被现代建筑和业主所接受,原因是从室内设计的观点来看,风扇看 起来样式陈IEt,简单.因此作者设计了一种新型风扇,称为"风扇一灯",这样一来业主可能不会 注意到室内风扇的存在. 图1显示了这种"风扇一灯",它的设计概念是从隧道中安装的换气扇提炼而来的.它由两个 部分组成:上部圆柱体内安装了直径为5英寸的螺旋风扇,最高功率30w,最高风速4.5m/s;下部 光源是一个25w的节能荧光灯.整个装置打算安装在墙上,这样可以产生空气对流.任意放置"风 扇一灯"在每个地方是毫无用处的.首先,它们的数量没有最优化.如果有太多的"风扇一灯"在 同一时间运行,对用户来说看起来不美观,而且所有风扇和荧光灯消耗的电能也是相当大的浪费. 其次,一个"风扇一灯"的作用可能抵消了另一个"风扇一灯"的作用,这也浪费了更多的电能. 因此,通过CFD仿真找出了放置"风扇一灯"的最佳位置和方向.图2显示了客厅空调的一个CFD 仿真结果,从空调器出来的气流是垂直于空调器到达地板的.图3显示了客厅空调和八个"风扇一灯" 全开的CFD仿真结果.实验中把"风扇一灯"打开,风扇的速度设定在2m/s,可以看到空气滞留区域逐 渐减小.另外,风速较小的区域集中在房子的中间部位,而此区域人员不会长久停留,图3显示了 该工况下的气流组织分布. 图1"风扇一灯"及房间内安装的空调图2客厅空调的OFD仿真 东莞理工学院2008年 圈3客厅空调和八个"风扇一灯"全开的仿真结果 1.2现场实验 所有卧室门全关,客厅是完全隔离的.8个"风 扇一灯"全关.客厅空调运行并且设定值调节到最 低值,即17?.在八月的某一天下午3:o0到5:00 测得几组数据,测量期间室外温度大约32?,相对 湿度大约8O%.测量了客厅内距地砸1.5m高的预先 选择的7个位置(A,B,c,D,E,F,G)测量空气 干球温度(T.),空气温度(T),黑球温度 (T.),风速(V),平均辐射温度(T),相对湿 度(RH),然后计算PMV值.每隔30min测量一次 空调的能耗.表1结果显示所有能耗为1.2kWh.接 下来,将空调设定值提高~JJ25?,所有8个"风扇一 灯"全开.重复测量上述价位置的PMV值.表2结果显示所有能耗为0.41kWh.并且这种工况下测 得的PMV值只比前一种工况高出一点点,即绝对值大约在0.1到O.4之间,但是节能却超过T66%. 因此实验结果证明:通过提高室内温度设定值但改变另外的环境参数来保持或多或少的常数和热舒 适的合理PMV值,以此来节能是可能的. 2结论 表1所有卧室门全关的客厅实验 (所有"风扇一灯全关;温度设定调节到17"C) From16:00to16:30EnergyConsumption=211.86.210.66=1.2OkWh 表2所有卧室门全关的客厅实验 (所有"风扇一灯全开:温度设定值调节到25"12) From16:50to17:20EnergyConsumption=212.97—212.56=0.41kWh 由于时间和财力资源的限制,我们可以证明这种新型的空调设计在满足舒适的条件下节省大量 的能量是可行的,最近,日本政府和HKSAR政府已经支持本项目的研究.只有使室内风速增加,相 第3期胡钦华等:居民建筑夏季提高室内空调温度设定值的可行性研究107 对湿度和衣服热阻减小的情况下,室内设定温度为25.5?时才是可以接受的.我们要控制室内在一 个舒适的环境下,不仅仅是控制空气干球温度,而是控制PMV的范围.通过利用"风扇一灯",我 们可以在满足节能的条件下控制室内环境在一个舒适的范围内.进一步研究的重点是更精确的控制 空调温度及室内环境的PMV分布,以便得到更确信的结果. 致谢 本项研究除了得到CIBSE总部的资助之外,同时还获得以下基金的资助:东莞市 科技项目 "室内热舒适度评价指标体系的科学研究方法":广东省教育厅自然科学研究项目" 基于流体动力 学的亚热带地区建筑物热舒适度和能耗的优化设计".此外还要感谢 Mr.K.O.Young,Dr.Raymond Yan,Ir.KKLam,Mr.AlvinLo和DrRuminYin的支持. 参考文献 【1】 TseWL.SoATP.Theimportanceofhumanproductivitytoair-conditioningcontrolinofficeenvironments[J].RSCH-00312-2005 RI.HVAC&R,ASHRAE. 【2】SoA.Hongkongfeelstheheat[J].BuildingServicesJournal,2006(2):52—54. FeasibilityStudyofElevatingtheIndoor TemperatureSet--PointofResidential FlatsinSummer HUQin.hua'LIKui.shanAlbertT.P.So. (1.Dean'sOffice,DongguanUniversityofTechnology,Dongguan523808,China; 2.DongguanUniversityofTechnology.DongguaII523808,China; 2.CityUniversityofHongKong,HongKong.China) AbstractRecently,therehasbeenatrendoriginatedfromJapanesecompaniestoelevatetheindoor temperatureset-pointinsummerSOastosaveenergy.HKSARGovernmentrecommendedadesirableindoor temperatureset?pointforcommercialofficesat25.5oC,raisingalotofconcernsfromthegeneralpublic.Thispaper raisestwoiSSUCS.OneiswhatkindofmeasuresCanbctakentosaveenergyinsummerandtheotheriSwhetherthe elevationintemperatureset-pointisdesirableornot.Thispaperreportstheresultsoftherelatedexperiments conductedatresidentialflatsofDongguan.ItCanbcconcludedthatbymaintainingadesirable predictedmeanvote (PMV)inanindoorenvironmentwhileelevatingtheindoortemperaturesetting,energycouldbesavedinsummer substantially. Keywordsresidentialflat;thermalcomfort;PMV;energysaving