李宇峰

摘 要：濕熱地區(qū)由于室外氣溫和濕度常年處于較高水平，日照時間與太陽輻射較寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)要多，需要開啟空調(diào)系統(tǒng)來消除室內(nèi)余熱余濕的時間較長，因此建筑全年通風與空調(diào)能耗相對于寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)都要高。高校實驗室通常配備通風設(shè)備比如通風柜、排煙罩和排氣扇等，用以將室內(nèi)實驗過程中散發(fā)的污染物排出保證室內(nèi)人員呼吸與健康安全，但這些設(shè)備會導致通風與空調(diào)能耗增加，因此在節(jié)能減排的大形式下很有必要進行節(jié)能改造。本文針對濕熱地區(qū)實驗室建筑通風與空調(diào)系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀進行分析，闡述通風與空調(diào)系統(tǒng)存在的問題并針對性地指出節(jié)能措施，為濕熱地區(qū)實驗室建筑節(jié)能設(shè)計和改造提供參考價值。

關(guān)鍵詞：濕熱地區(qū)；實驗室建筑；通風空調(diào)；能耗；節(jié)能

一、高校實驗室建筑節(jié)能背景

“節(jié)能減排”是我國的一項基本國策，建筑的能耗問題長久以來都是國家和社會關(guān)注的熱點問題。同時，降低建筑能耗，實現(xiàn)“零能耗”建筑和建筑能源自給自足的綠色建筑一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點，因此，發(fā)展可持續(xù)經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展之路要求建筑要降低能源消耗，減少碳排放。

2015年國家發(fā)改委發(fā)布的能源數(shù)據(jù)表明，我國建筑用于供暖、空調(diào)和照明的能耗為1644萬KWh，占全年總能耗的20%（工業(yè)能耗占70%，其他能耗占10%），其中空調(diào)能耗占建筑總能耗的40%-60%，對于商用及辦公建筑而言其暖通空調(diào)的能耗占比60%以上，對于高校實驗室建筑而言，作為教育類建筑其總能耗占所有建筑總能耗的3%，通風空調(diào)系統(tǒng)的能耗占實驗室建筑總能耗的48%，照明能耗占25%，電梯能耗占5%，給排水占4.9%，其他能耗占11.5%，因此降低實驗室建筑通風與空調(diào)系統(tǒng)的能耗對于降低整棟建筑的總能耗有重要的作用[1]。

實驗室類建筑與商業(yè)建筑、辦公建筑和住宅建筑等不同。首先在使用功能上，實驗室建筑屬于教育類建筑，用于師生的教學、科研和學習活動，人員活動強度低；在人密集程度上，實驗室建筑擁有人員密集程度大，集中程度高的特點；在作息時間上，擁有白天和夜晚都工作的特點，設(shè)備開啟時間長；在設(shè)備分布上，除了正常的電腦、打印機、風扇、照明系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備、給排水和插座外，還有實驗設(shè)備如酒精燈、燃燒爐等發(fā)熱設(shè)備、通風柜、新風系統(tǒng)、排風系統(tǒng)等。因此，設(shè)備能耗較高。本文所說的實驗室指具有學習、實驗和部分教學活動的實驗室。

近年來高校擴招背景下，高校的辦學規(guī)模越來越大，學生人數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，對于實驗室的需求也增加，研究生工作室和科研實驗室的建設(shè)作為科研成果的誕生地，因此成為高校近年來的重點建設(shè)項目，但是同時通風與空調(diào)系統(tǒng)的使用增加也會增加建筑的能耗，可見做好實驗室建筑的通風與空調(diào)節(jié)能工作很有必要[2]。

二、濕熱地區(qū)實驗室建筑通風與空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

和北方寒冷地區(qū)與長江中下游的夏熱冬冷地區(qū)的四季分明氣候特點不同，以嶺南地區(qū)為代表的濕熱地區(qū)氣候擁有室外氣溫高、空氣濕度高、雨量大、日溫差小，無風或少風的特點。年平均溫度21.9℃，夏季最熱月月平度溫度達到28.1℃，少數(shù)幾天溫度達到38℃以上，年平均相對濕度在50%以上，風速較低。因此，為保證實驗室室內(nèi)科研工作人員正常的學習和工作，就要安裝通風與空調(diào)設(shè)備消除室內(nèi)余熱余濕，營造舒適環(huán)境[3]。目前主要現(xiàn)狀及問題如下：

（1）安裝排氣扇通風換氣，使用風扇強迫室內(nèi)空氣流動散熱

以廣州地區(qū)為例，氣象資料顯示廣州年平均氣溫為22℃，夏季最熱月（7月）白天平均氣溫為33℃，夜間平均溫度25℃，夏季（6月、7月、8月）白天平均溫度為32℃，最高溫度為39.2℃，夜間平均溫度25℃，平均相對濕度68%。特別是近年來廣州夏季的氣溫普遍升高，最高溫度都在35度以上，夏季平均高溫高濕天數(shù)45.2天。有的學校實驗室考慮到科研經(jīng)費緊張、實驗室房間比較多和排風系統(tǒng)開啟就能排走污染物達到室內(nèi)空氣健康標準的效果，因此只安裝風扇和排氣扇，達到降低成本又能強迫室內(nèi)空氣對流散熱消除人員、設(shè)備的熱負荷和引入新風而實現(xiàn)通風換氣的效果。

但是由于室外空氣溫度較高，濕度較大，在風扇和抽氣扇的持續(xù)開啟下，室內(nèi)空氣紊流分布，室內(nèi)空氣狀態(tài)點與室外空氣狀態(tài)點相同，故熱舒適環(huán)境惡劣。

（2）根據(jù)室內(nèi)面積選擇安裝分體式或VRV多聯(lián)機空調(diào)

通常市場上都擁有各個品牌的分體式空調(diào)和多聯(lián)機空調(diào)，以其經(jīng)濟、廉價、安裝方便、設(shè)備所占空間小、制冷效果好等優(yōu)點被廣泛使用于住宅建筑、辦公建筑和學校教育建筑。但是分體式或VRV多聯(lián)機空調(diào)的設(shè)備選型并不嚴格按照室內(nèi)空調(diào)負荷進行準確選型，而是運用經(jīng)驗去估算實驗室房間面積然后去選擇市場上對應(yīng)的空調(diào)機匹數(shù)，同時不考慮新風負荷等，因此會出現(xiàn)以下幾個問題：

1、即使空調(diào)開啟，室內(nèi)溫度仍達不到預(yù)期室溫。濕熱地區(qū)夏季空調(diào)和通風系統(tǒng)開啟，空調(diào)消除室內(nèi)余熱降低空氣溫度，由于實驗室排風柜、排風罩等通風系統(tǒng)開啟，會帶走一部分室內(nèi)空氣達到防止實驗污染物擴散的目的，結(jié)果也帶走了很多室內(nèi)冷量，造成冷量浪費，而由于室內(nèi)呈負壓狀態(tài)，因此室外空氣透過門窗縫隙滲入，加熱室內(nèi)空氣。因此，即使假設(shè)設(shè)置空調(diào)溫度是26℃，實際室內(nèi)溫度卻依舊達不到26℃。繼續(xù)遙控降低空調(diào)室內(nèi)機出風溫度則增加空調(diào)能耗。

2、實際的空調(diào)制冷容量小于消除室內(nèi)負荷達到熱舒適溫度所需的空調(diào)冷量，不能營造熱舒適環(huán)境。由于室內(nèi)使負壓的狀態(tài)，部分室外高溫度、高濕度的空氣滲透進入室內(nèi)，而室內(nèi)空調(diào)并不能消除這部分新風負荷，空調(diào)機制冷量不足夠。為了保持室內(nèi)熱舒適環(huán)境則降低空調(diào)出風溫度和提高出風速度，這會增加了空調(diào)機組能耗，但是也達不到預(yù)期制冷效果。

3、容易出現(xiàn)結(jié)露問題。由于通風系統(tǒng)的開啟帶走一部分室內(nèi)冷量導致室內(nèi)負壓，因此造成室外高溫高濕空氣未經(jīng)處理滲透進入室內(nèi)。假設(shè)某天濕熱地區(qū)夏季室外白天空氣狀態(tài)點為：溫度35℃，濕度68%，室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置為節(jié)能溫度26℃，則室外空氣露點溫度為25.5℃，因此熱濕空氣混合后上升到回風口附近，接觸到溫度小于26℃的出風口會發(fā)生出風口結(jié)露現(xiàn)象，影響室內(nèi)裝修。

（3）安裝獨立新風系統(tǒng)，減少室外新風未經(jīng)處理通過門窗滲入室內(nèi)

雖然安裝獨立新風系統(tǒng)能夠向室內(nèi)源源不斷補充了處理到室內(nèi)狀態(tài)點的新風，保證人員健康呼吸和減少滲透進風提高熱舒適性，但是很明顯，增加了很大一部分新風處理能耗，不節(jié)能。

可見目前濕熱地區(qū)實驗室建筑通風和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。

三、濕熱地區(qū)實驗室建筑節(jié)能改造措施

通過以上的分析可知，目前濕熱地區(qū)實驗室建筑空調(diào)能耗居高不下和結(jié)露的原因主要在于通風系統(tǒng)引起的新風負荷過大問題，因此降低新風負荷就能降低空調(diào)的能耗，可以采用內(nèi)補風的方式，將室外的新風引入排風柜和排風罩等通風設(shè)備，減少室內(nèi)的排風量，降低新風處理量從而降低空調(diào)能耗，也能避免出風口結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻

[1]陳慧梅，張宇峰，王進勇，等.我國濕熱地區(qū)自然通風建筑夏季熱舒適研究——以廣州為例[J].暖通空調(diào)，2010，40（2）：96-101.

[2]謝浩，劉曉帆.濕熱地區(qū)的建筑熱環(huán)境控制——以住宅設(shè)計為例[J].建筑節(jié)能，2006，34（5）：21-22.

[3]方玲，程葉志.濕熱地區(qū)建筑被動式防熱設(shè)計與節(jié)能的探討——以廣州為例[J].建筑節(jié)能，2016，44（10）：65-67.

（作者單位：廣東工業(yè)大學）