呂偉華, 李先庭，黃 翔，褚俊杰

(1.清華大學(xué) 建筑學(xué)院，北京 100084；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑環(huán)境與能源研究院，北京 100013；3. 西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安，710048)

0 引 言

為了降低建筑冷卻能耗，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者探索利用可再生能源構(gòu)建低能耗綠色建筑的解決方案，在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中的節(jié)能效果非常顯著[1-2]。在氣候適宜的地區(qū)，采用自然冷卻技術(shù)處理建筑冷負(fù)荷，能夠顯著延長(zhǎng)非空調(diào)時(shí)間，降低建筑負(fù)荷和能耗[3]。常見(jiàn)的自然冷卻方式包括自然通風(fēng)[4-5]、機(jī)械通風(fēng)[6-7]、蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)技術(shù)[8-9]、地道風(fēng)[10-11]等利用土壤溫度自然冷卻的土壤新風(fēng)系統(tǒng)[12-13]，以及近年來(lái)發(fā)展的利用自然能源的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷卻技術(shù)[14-16]等。這些常見(jiàn)的自然冷卻方式應(yīng)用形式多樣，可利用自然環(huán)境中廣泛存在的空氣源、地源、水源等各種自然冷源處理建筑負(fù)荷，營(yíng)造室內(nèi)熱舒適環(huán)境。但正確評(píng)價(jià)并選擇較為高效的自然冷卻方式依然是研究的難點(diǎn)。

為了證明某種自然冷卻方式的可行性，現(xiàn)有研究大多采用實(shí)驗(yàn)以及模擬仿真的方法對(duì)某一種自然冷卻形式的節(jié)能潛力進(jìn)行分析，這種通過(guò)設(shè)計(jì)具體算例的分析方法對(duì)多種自然冷卻形式的適應(yīng)性進(jìn)行比較研究的工作量大，難以推廣。文獻(xiàn) [17] 基于室內(nèi)溫度和室外環(huán)境溫度的溫差提出在不同氣候區(qū)采用度時(shí)數(shù)對(duì)自然通風(fēng)的免費(fèi)供冷潛力進(jìn)行研究。度時(shí)數(shù)作為一種通用評(píng)價(jià)方法能夠較好地對(duì)自然通風(fēng)等無(wú)能耗的自然冷卻方式在不同地區(qū)的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是度時(shí)數(shù)不適合評(píng)價(jià)其他有能耗的自然冷卻方式，這是由于度時(shí)數(shù)不能考慮不同自然冷卻方式的能效差異。例如，當(dāng)室內(nèi)外溫差很小時(shí)，采用機(jī)械通風(fēng)降溫的能效會(huì)低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，這種情況就不宜采用機(jī)械通風(fēng)，但是度時(shí)數(shù)卻不能反映這種情況。另外，采用度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)時(shí)，露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻的潛力在任何情況下都一定大于直接蒸發(fā)冷卻的潛力，但事實(shí)上由于露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，使得其能效不一定始終大于直接蒸發(fā)冷卻器。因此，需要一種能夠兼顧溫差和能效的通用評(píng)價(jià)方法對(duì)不同自然冷卻方式進(jìn)行公平評(píng)價(jià)。

為此，本文針對(duì)傳統(tǒng)度時(shí)數(shù)方法的不足，引入能夠反映不同自然冷卻方式耗能情況的能效修正系數(shù)對(duì)傳統(tǒng)的度時(shí)數(shù)方法進(jìn)行修正，得到修正度時(shí)數(shù)的評(píng)價(jià)方法。進(jìn)一步采用TRNSYS仿真軟件模擬得到的結(jié)果對(duì)修正度時(shí)數(shù)方法的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，并得到修正度時(shí)數(shù)與節(jié)能量的關(guān)系，對(duì)常見(jiàn)自然冷卻方式的節(jié)能潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為建筑高效自然冷卻系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 修正度時(shí)數(shù)方法描述

1.1 度時(shí)數(shù)方法的不足

文獻(xiàn)[17]提出采用度時(shí)數(shù)(degree-hours，DH)評(píng)價(jià)自然通風(fēng)在不同氣候區(qū)的應(yīng)用潛力。度時(shí)數(shù)(式中簡(jiǎn)記為HDH)的表達(dá)式為

(1)

式中：tr為室內(nèi)供冷設(shè)計(jì)溫度，℃；ta,i為室外逐時(shí)空氣溫度，℃；Cs、Ce分別為供冷季開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間。

度時(shí)數(shù)反映了室外空氣溫度與室內(nèi)溫度的冷卻溫差。由于自然通風(fēng)不耗能，因此度時(shí)數(shù)能夠用來(lái)評(píng)價(jià)自然通風(fēng)的節(jié)能潛力，溫差越大，度時(shí)數(shù)越大，表明自然通風(fēng)的潛力越大。但度時(shí)數(shù)不能反映不同自然能源利用方式的能效，不適合評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)等有能耗的自然能源利用方式。圖1為度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)存在的問(wèn)題。其中DH為度時(shí)數(shù)，COP為能效，MV為機(jī)械通風(fēng)，DEV和IEV分別為直接蒸發(fā)冷卻和露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻。圖1(a)中，假設(shè)室內(nèi)供冷設(shè)定溫度為26 ℃。當(dāng)室外通風(fēng)溫度為25 ℃時(shí)，機(jī)械通風(fēng)的溫差很小，但度時(shí)數(shù)依然大于0，以至于機(jī)械通風(fēng)的能效遠(yuǎn)低于采用冷機(jī)系統(tǒng)的能效，因此度時(shí)數(shù)不能反映有能耗的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。

圖1(b)為采用度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)蒸發(fā)冷卻技術(shù)存在的問(wèn)題。由于露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻效率相對(duì)較高，其制取的冷風(fēng)溫度一般低于直接蒸發(fā)冷卻，因此露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻的度時(shí)數(shù)總是大于直接蒸發(fā)冷卻。若采用度時(shí)數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，會(huì)得出露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻的應(yīng)用潛力始終大于直接蒸發(fā)冷卻的結(jié)論。因?yàn)槁饵c(diǎn)蒸發(fā)冷卻器相比直接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜[18-19]，阻力大，其能效不一定始終大于直接蒸發(fā)冷卻，因此其節(jié)能潛力并不一定總是大于直接蒸發(fā)冷卻器，度時(shí)數(shù)不適合評(píng)價(jià)蒸發(fā)冷卻。

(a) 機(jī)械通風(fēng)

(b) 蒸發(fā)冷卻 圖 1 度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)Fig.1 Degree hours evaluation of mechanical ventilation and evaporative cooling technology

1.2 修正度時(shí)數(shù)方法

為了對(duì)各種自然冷卻方式的潛力進(jìn)行公平評(píng)價(jià)，本文在現(xiàn)有度時(shí)數(shù)方法的基礎(chǔ)上提出修正度時(shí)數(shù)通用評(píng)價(jià)方法。該方法首先將各種自然冷卻方式的能效與常規(guī)機(jī)械冷機(jī)系統(tǒng)的能效進(jìn)行比較，大于常規(guī)冷機(jī)系統(tǒng)的能效認(rèn)為是節(jié)能，以此對(duì)度時(shí)數(shù)進(jìn)行能效修正，其修正系數(shù)反映了不同自然冷卻方式相對(duì)于常規(guī)冷機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能率，表達(dá)式如式(2)所示，不同自然冷卻方式的能效表達(dá)式如式(3)所示。

(2)

(3)

式中：μ為能效修正系數(shù)；Qn為自然冷卻系統(tǒng)處理的負(fù)荷，kW；PCOP,n為自然冷卻系統(tǒng)的能效；W為自然能源冷卻系統(tǒng)的總功耗，kW；Wg、Wd、Wu分別為自然冷卻系統(tǒng)本身的采集、輸配以及末端利用的功耗，kW；PCOP,m為常規(guī)冷機(jī)系統(tǒng)的能效；ηn為自然冷卻系統(tǒng)的能量利用系數(shù)，是指采用自然冷卻后，常規(guī)機(jī)械冷源系統(tǒng)承擔(dān)的空調(diào)負(fù)荷的降低量與自然冷卻系統(tǒng)處理的總負(fù)荷的比值。對(duì)于自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、蒸發(fā)冷卻空氣處理以及地道風(fēng)等將自然冷源直接用于室內(nèi)或者直接用于處理新風(fēng)的自然冷卻形式，ηn=1；對(duì)于嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)等將自然冷源直接用于外墻或者外窗時(shí)，由于自然冷源處理的負(fù)荷一部分來(lái)自室內(nèi)，一部分來(lái)自室外，因此ηn<1。

結(jié)合度時(shí)數(shù)能很好地反映換熱量的特點(diǎn)，利用上述修正系數(shù)對(duì)度時(shí)數(shù)進(jìn)行修正，得到自然冷卻修正度時(shí)數(shù)HRDH的一般表達(dá)式為

(4)

式中：HRDH為自然冷卻的修正度時(shí)數(shù)，℃·h；tb,i為第i時(shí)刻自然冷源利用位置的基準(zhǔn)溫度，℃；tn,i為第i時(shí)刻采集到的自然冷源的溫度，℃；ηn,i為自然冷卻系統(tǒng)的平均能量利用系數(shù)。

由于目前常見(jiàn)的自然冷卻方式大多是固定水流量或者固定風(fēng)量運(yùn)行，因此，定義固定溫差Δtd或者固定比焓差Δhd下自然冷卻系統(tǒng)的能效COPdn，在任一時(shí)刻i，自然冷卻系統(tǒng)的能效可以表達(dá)為

PCOP,n,i=λi·PCOP,dn

(5)

式中：λi為任一時(shí)刻的換熱溫差與所定義的固定溫差的比值，或任一時(shí)刻i的比焓差與所定義的固定比焓差的比值，即λi=Δti/Δtd或λ=Δhi/Δhd,Δti為任一時(shí)刻i的換熱溫差，℃；Δhi為任一時(shí)刻i的換熱比焓差，kJ/kg。

修正度時(shí)數(shù)的一般表達(dá)式(4)可以轉(zhuǎn)化為

(6)

2 修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)方法的可行性驗(yàn)證

2.1定性分析

以有能耗的機(jī)械通風(fēng)和蒸發(fā)冷卻技術(shù)為例，定性分析利用修正度時(shí)數(shù)對(duì)自然冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)的可行性。

圖2為修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)的可行性結(jié)果?？梢钥闯觯簭臋C(jī)械通風(fēng)的修正系數(shù)來(lái)看，通風(fēng)溫度越高，機(jī)械通風(fēng)能效越低，修正系數(shù)越小。當(dāng)通風(fēng)溫度為25 ℃時(shí)，通風(fēng)溫差只有1 ℃時(shí)，自然通風(fēng)(NV)的度時(shí)數(shù)和機(jī)械通風(fēng)的度時(shí)數(shù)均為1，但是由于機(jī)械通風(fēng)的修正系數(shù)μMV為0，因此對(duì)應(yīng)的機(jī)械通風(fēng)的修正度時(shí)數(shù)為0。表明與采用冷機(jī)系統(tǒng)的能效相比，這種情況下，通風(fēng)溫差太小，不適合采用機(jī)械通風(fēng)。

圖 2 修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)機(jī)械通風(fēng)Fig.2 Evaluation of mechanical ventilation by revised degree hours

圖3是直接蒸發(fā)冷卻(DEV)和露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻(IEV)的修正度時(shí)數(shù)(RDH)對(duì)比。

圖 3 修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)蒸發(fā)冷卻Fig.3 Evaluation of evaporative cooling by revised degree hours

從圖3可以看出：濕球溫度越低，蒸發(fā)冷卻的能效越高，修正度時(shí)數(shù)越大。在該算例中，當(dāng)濕球溫度較小時(shí)，露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻和直接蒸發(fā)冷卻的修正系數(shù)都較大，由于露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻度時(shí)數(shù)較大，因此對(duì)應(yīng)的修正度時(shí)數(shù)較大；當(dāng)濕球溫度較大時(shí)，修正系數(shù)是修正度時(shí)數(shù)的主要影響因素，由于直接蒸發(fā)冷卻的修正系數(shù)大于露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻，因此這種情況下直接蒸發(fā)冷卻的修正度時(shí)數(shù)有可能會(huì)大于露點(diǎn)間接蒸發(fā)冷卻。綜上說(shuō)明，修正度時(shí)數(shù)能夠很好地反映不同自然冷卻方式相對(duì)于常規(guī)冷機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

2.2 修正度時(shí)數(shù)與節(jié)能量的關(guān)系

根據(jù)自然冷源的利用形式，將常見(jiàn)的自然冷卻系統(tǒng)分為自然冷源采集后直接用于室內(nèi)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)機(jī)組以及空調(diào)箱。

1) 自然冷源采集后用于室內(nèi)的利用形式主要包括2種：①利用蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組或地埋管換熱器等采集低品位的冷卻水，輸送到室內(nèi)末端；②當(dāng)室外氣象條件合適時(shí)，采用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)降溫。

2) 自然冷源采集后用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的利用形式：現(xiàn)有研究表明主動(dòng)利用自然冷源的嵌管式圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有較大的節(jié)能潛力，該自然冷卻方式主要是利用冷卻塔或地埋管換熱器采集低品位的冷卻水?dāng)r截圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱。

3) 自然能源采集后用于新風(fēng)機(jī)組或空調(diào)箱的利用形式主要包括2種：①利用蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組或地埋管換熱器等采集低品位的冷水，輸送到新風(fēng)機(jī)組/空調(diào)箱的預(yù)處理盤(pán)管中，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷處理；②采用地道或者蒸發(fā)冷卻冷風(fēng)機(jī)組生產(chǎn)低品位冷風(fēng)，然后送入新風(fēng)機(jī)組/空調(diào)箱中。

在進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算時(shí)，須明確計(jì)算節(jié)能量的比較基準(zhǔn)。為了分析自然冷源用于處理室內(nèi)負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷時(shí)相對(duì)于采用冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷處理的節(jié)能量，選取全年固定最小新風(fēng)量運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)作為對(duì)比基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)冷負(fù)荷、新風(fēng)冷負(fù)荷以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷全部由冷機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。因此，任一時(shí)刻i采用自然冷源處理冷負(fù)荷的節(jié)能量ΔEi可以表示為

(7)

以自然冷源采集后用于室內(nèi)的自然冷卻形式：機(jī)械通風(fēng)和室內(nèi)自然冷卻盤(pán)管為例，推導(dǎo)修正度時(shí)數(shù)與節(jié)能量的關(guān)系。

機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)任一時(shí)刻i處理的負(fù)荷可以表示為式(8)。將式(8)代入節(jié)能量計(jì)算式(7)中，并對(duì)整個(gè)供冷季進(jìn)行積分可得供冷季的節(jié)能量，即建立了節(jié)能量與修正度時(shí)數(shù)的關(guān)系，如式(9)所示。

Qr_V,i=Cam′(tr-ta,i)

(8)

(9)

式中：Qr_V,i為任一時(shí)刻i通風(fēng)帶走的室內(nèi)負(fù)荷，kW；Ca為空氣的比熱，kJ/(kg·℃)；m′為增加的通風(fēng)量，kg/s；ta,i為任一時(shí)刻i的室外通風(fēng)溫度，℃；ΔEr_V為通風(fēng)系統(tǒng)在供冷季的節(jié)能量，kW·h；HRDH,r_V為機(jī)械通風(fēng)在供冷季的修正度時(shí)數(shù)，℃·h。

當(dāng)采用蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組或地埋管換熱器等采集低品位的冷卻水，輸送到室內(nèi)末端的自然冷卻形式時(shí)，任一時(shí)刻i地埋管換熱器或蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組處理的負(fù)荷可以表示為式(10)。

γrKfr(tr-tw,i)

(10)

將式(10)代入節(jié)能量的計(jì)算式(7)中并對(duì)整個(gè)供冷季進(jìn)行積分可得供冷季的節(jié)能量，如式(11)所示。

(11)

從上述推導(dǎo)過(guò)程可以看出節(jié)能量與修正度時(shí)數(shù)具有直接關(guān)系。同理，可以推導(dǎo)得到，自然冷源采集后直接用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)機(jī)組以及空調(diào)箱的節(jié)能量與修正度時(shí)數(shù)的關(guān)系。

2.3 修正度時(shí)數(shù)表征節(jié)能量的驗(yàn)證

以地埋管換熱器采集低品位冷卻水到可調(diào)節(jié)風(fēng)量的空調(diào)箱為例，利用修正度時(shí)數(shù)計(jì)算驗(yàn)證該空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能量。首先根據(jù)空調(diào)箱的運(yùn)行模式分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的修正度時(shí)數(shù)，然后分別代入節(jié)能量與修正度時(shí)數(shù)的關(guān)系式中，計(jì)算系統(tǒng)全年運(yùn)行的節(jié)能量。另一方面，在TRNSYS平臺(tái)上搭建利用地埋管換熱器采集低品位冷卻水到可調(diào)節(jié)風(fēng)量的空調(diào)箱的空氣處理系統(tǒng)，對(duì)其供冷季節(jié)運(yùn)行能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)全年動(dòng)態(tài)模擬獲得該系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量。最后比較修正度時(shí)數(shù)計(jì)算的節(jié)能量與復(fù)雜系統(tǒng)供冷季節(jié)動(dòng)態(tài)模擬獲得的節(jié)能量，根據(jù)修正度時(shí)數(shù)計(jì)算的節(jié)能量與動(dòng)態(tài)模擬得到的節(jié)能量的相對(duì)誤差，驗(yàn)證修正度時(shí)數(shù)與系統(tǒng)節(jié)能量的關(guān)系。

驗(yàn)證算例設(shè)計(jì)：設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的最小新風(fēng)量m為1×104m3/h，最大新風(fēng)量(m+m′)為5×104m3/h，即系統(tǒng)的最小新風(fēng)比為20%。根據(jù)空氣的迎面風(fēng)速對(duì)空氣-水換熱器傳熱系數(shù)的影響關(guān)系，確定系統(tǒng)運(yùn)行最小新風(fēng)量時(shí)，地埋管換熱器相連接的空氣預(yù)處理盤(pán)管與空氣的傳熱能力為5.4 kW/℃。當(dāng)運(yùn)行最大新風(fēng)量時(shí)，與地埋管換熱器相連接的空氣預(yù)處理盤(pán)管與空氣的傳熱能力為15.2 kW/℃。新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷是指將新風(fēng)從35 ℃處理到25 ℃所需的冷量，以此作為地埋管換熱器的設(shè)計(jì)換熱量。

地埋管換熱器模型采用TRNSYS中DST模型，該模型廣泛應(yīng)用于土壤換熱系統(tǒng)的模擬。新風(fēng)處理?yè)Q熱盤(pán)管即空氣-水換熱器模型為穩(wěn)態(tài)傳熱模型。通過(guò)模擬獲得該空調(diào)系統(tǒng)在任一時(shí)刻節(jié)能量，其計(jì)算式如式(12)所示。為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的PCOP,m=4，對(duì)式(12)進(jìn)行積分可得采用該種自然冷卻方式在整個(gè)供冷季節(jié)的節(jié)能量。

(12)

式中：ΔEa,i為任一時(shí)刻i該采用自然冷卻的空調(diào)系統(tǒng)的模擬節(jié)能量，kW·h；QAHX,i為任一時(shí)刻i該空調(diào)箱的新風(fēng)預(yù)處理盤(pán)管的換熱量,kW；WP為從地埋管到預(yù)處理盤(pán)管的循環(huán)水泵的功耗，因?yàn)樗檬嵌髁窟\(yùn)行，因此認(rèn)為水泵的功耗在任一時(shí)刻相同；WF,i為預(yù)處理盤(pán)管增加的新風(fēng)阻力額外消耗的風(fēng)機(jī)功耗，kW。

通過(guò)計(jì)算分別得到TRNSYS動(dòng)態(tài)模擬和修正度時(shí)數(shù)方法獲得該空調(diào)箱在不同地埋管設(shè)計(jì)容量下的節(jié)能量，結(jié)果如圖4所示。從全年來(lái)看，TRNSYS動(dòng)態(tài)模擬與修正度時(shí)數(shù)方法的相對(duì)誤差在5%以下。由此得出，修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)自然冷卻系統(tǒng)的節(jié)能潛力是可行的。

圖 4 修正度時(shí)數(shù)與動(dòng)態(tài)模擬的節(jié)能量比較Fig.4 Comparison of energy saving between revised degree hours and dynamic simulation

3 修正度時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)自然冷卻方式

修正度時(shí)數(shù)反映了不同自然冷卻方式相對(duì)于傳統(tǒng)冷機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。利用第2.2節(jié)的修正度時(shí)數(shù)計(jì)算式對(duì)我國(guó)典型氣候區(qū)代表城市的常見(jiàn)的自然冷卻形式的節(jié)能潛力進(jìn)行計(jì)算與評(píng)價(jià)。不同城市供冷的時(shí)間節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 不同城市供冷季的起止時(shí)間Tab.1 The start-end time of cooling seasons in different cities

結(jié)合現(xiàn)有研究，設(shè)計(jì)下列幾種自然能源利用方式的能效水平，如表2所示。計(jì)算得到在表2所示的能耗水平下，每種自然冷卻方式的修正度時(shí)數(shù)如圖5所示。

表2 幾種自然能源利用形式的設(shè)計(jì)能效Tab.2 The design energy efficiency of some freecooling forms

(a) 露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻新風(fēng)

(b) 冷卻塔處理嵌管窗負(fù)荷

(c) 機(jī)械通風(fēng)圖 5 常見(jiàn)自然冷卻方式的修正度時(shí)數(shù)Fig.5 The revised degree hours of some common free cooling forms

從圖5(a)可以看出，露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻技術(shù)在烏魯木齊的修正度時(shí)數(shù)遠(yuǎn)大于其他幾個(gè)城市。這主要是由于烏魯木齊地區(qū)的空氣干燥，濕球溫度較低，干濕球溫差大，因此蒸發(fā)冷卻技術(shù)在烏魯木齊地區(qū)能夠采集到較低的空氣溫度，而且采集的能效較高，因此其修正度時(shí)數(shù)遠(yuǎn)大于其他地區(qū)。圖5(b)是采用冷卻塔生產(chǎn)低品位冷卻水處理嵌管窗負(fù)荷時(shí)，在全國(guó)不同地區(qū)的修正度時(shí)數(shù)?？梢钥闯觯@種自然冷卻方式在幾個(gè)典型氣候區(qū)都有比較高的修正度時(shí)數(shù)，在烏魯木齊地區(qū)冷卻塔能夠高效地生產(chǎn)較低溫度的冷卻水，因此其修正度時(shí)數(shù)較大；在廣州雖然冷卻塔生產(chǎn)的水溫相對(duì)較高，但由于廣州地區(qū)高溫炎熱，供冷季時(shí)間較長(zhǎng)，因此采用冷卻塔攔截嵌管窗負(fù)荷的方式也能有較大的修正度時(shí)數(shù)。圖5(c)反映的是普遍使用的機(jī)械通風(fēng)在不同地區(qū)的應(yīng)用潛力。機(jī)械通風(fēng)的修正度時(shí)數(shù)在昆明地區(qū)最大，上海和廣州最小。

通過(guò)對(duì)上述3種常見(jiàn)的自然能源利用方式的修正度時(shí)數(shù)的比較，可以發(fā)現(xiàn)，嵌管窗在我國(guó)典型氣候區(qū)都具有較高的應(yīng)用潛力；蒸發(fā)冷卻技術(shù)在西北干燥地區(qū)的節(jié)能潛力較大，在南方高濕度地區(qū)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行降溫的潛力較小；機(jī)械通風(fēng)在溫和地區(qū)具有較高的應(yīng)用潛力。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了充分利用室外冷源降低建筑空調(diào)能耗，自然冷卻應(yīng)用形式越來(lái)越多，而傳統(tǒng)度時(shí)數(shù)方法只能用于自然通風(fēng)的潛力評(píng)價(jià)。本文針對(duì)傳統(tǒng)度時(shí)數(shù)方法存在的不足，提出基于自然能源利用能效的修正度時(shí)數(shù)方法，利用TRNSYS軟件對(duì)該評(píng)價(jià)方法的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，修正度時(shí)數(shù)與系統(tǒng)節(jié)能量之間存在直接關(guān)系，根據(jù)修正度時(shí)數(shù)的大小能夠評(píng)估自然冷卻系統(tǒng)相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，其估算誤差在可接受范圍內(nèi)，因此，修正度時(shí)數(shù)方法可評(píng)價(jià)不同自然冷卻方式的應(yīng)用潛力。