从事室内工作的人待在室内的时间为全天的80%,在办公室里,每个人都有工作的小环境,能否保证舒适、健康的小环境对工作人员来说是非常重要的。由于建筑物的使用目的、办公室布置的改动、热负荷以及个人特征(着衣状况、作业性质、年龄、性别)和舒适性要求的不同,传统的集中空调方式很难满足每个人的要求。另一方面提高能源的有效利用越来越受人们的关注,这也符合可持续发展的要求。因此满足良好的室内环境的同时节约利用能源是设计人员努力的方向。办公人员呼吸到的大部分空气来自于呼吸区域(呼吸区域一般指的是距地面1.0～1.8m的区域),呼吸区域空气品质的好坏直接影响到办公人员的身心健康,而其他区域的空气品质对办公人员的影响则相对较小。这样能在保证良好的呼吸区域内的空气品质前提下达到节约能源的目的。

在这样的背景下出现了工位空调系统概念,以工作台为单位形成个人的工作区域,把空调系统细分到每个工作台上,控制工作区域内温度、湿度和产生的污染源,在保证工作区域的小环境的同时有效利用能源的空调系统称为工位空调系统。图1-13所示为工位空调系统示意图,它有良好的气流组织,避免各区域空气的彼此流动,保证呼吸区域内的空气品质。如办公室中安装在每个工作台上的风机盘管系统或隔板系统。

图1-13 工位空调系统示意图

图1-14 地板送风单元的连接方式

a)有管道连接 b)无管道连接

以下将日本对工位空调系统的研究与应用情况做一简单介绍,以便读者了解空调系统的发展前沿。

1.工位空调系统的分类及特点

(1)分类

从送风方式来分,有地板工位送风系统(见图1-14)、工作台或隔板工位送风系统和顶部工位送风系统。从热源来分,有集中式热源系统和分散式热源系统。集中式热源系统又根据介质的不同,分为全空气系统和冷热水系统。

(2)地板工位送风系统

地板工位送风系统与传统的地板送风系统的区别在于地板送风系统的送风口是从整体考虑均匀分布于房间里,而地板工位送风系统的送风口安装位置在每个人的附近,承担小环境的负荷,个人可调节送风量和送风方向。没有工作区和背景区之分。

(3)工作台或隔板工位送风系统

工作台或隔板送风系统形成工作区小环境,只设置工位空调系统来解决房间热负荷时,每单元所需容量过大,有时会出现房间中空调系统运行状况不均的情况,很难创造舒适的环境,工位空调系统和背景空调系统的组合系统较理想,它能较好地解决背景区和工作区的气流组织和温度分布,减少吹风感的产生。

常见的是原上部集中送风空调系统基础上增设工作台工位空调系统。

(4)顶部工位送风系统

送风口位置设在人的头顶附近,从上往下形成工作区环境。可调节送风方向和送风风量。

2.工作台或隔板送风系统

工作台送风系统可采用全新风系统或回风系统,气流组织一般冷空气从上送风口送出,热空气从下送风口送出。

为很好地形成工作区域,对工作台的形状(隔板的高度、侧面座有无、送风风量、送风风速等)进行实验,得出了以下5点结论,然后设计出理想的工作台形状。

1)供冷实验中,增大送风量,板以下区域的温度变化不明显,板以上区域当风量从2.5m³/min变化到5.0m³/min时温度下降的幅度多少有点增加,合适的送风量为2.5m³/min,供热实验中,风量为1.0m³/min时有些少,在2.5～5.0m³/min之间变化不大。

综合考虑,合适的送风量为2.5m³/min。

2)改变风速的供冷实验中,板上下区域,送风风速为1.5m/s、1.3m/s时,温度下降幅度最大,当风速增大到2.5 m/s、3.1 m/s时,温度下降幅度反而减小。供热实验中,风速最大时可达到2.0 m/s,但没有温度上升幅度。从这一结论来看,送风风速为1.0～1.5m/s时最宜。

3)改变侧面座的供冷实验中,侧面座的高度越高则越容易形成工作区,但在供热实验中,侧面座有和没有的差别大,但有侧面座时与侧面座的高度没有太大关系。从供冷角度来看,侧面座高度应与正面座高度相等。

4)送风口：冷风从上部送出,冷送风口设在上部；热风从下部送出,热送风口设在下部。排风口位置的设置从房间整体来考虑,无需设在桌面上。

5)设置人体模型的供冷实验中,有人体模型时温度下降幅度不大,从而可以认为以上做的实验即使有人体模型,也会得出相同的结论。(www.daowen.com)

3.隔板送风系统

隔板送风方式是隔板上的送风口直接把新风送到呼吸区域,如图1-15所示。主要从空气年龄和通风塔送风量以及考虑工作台吸烟情况时的污染物浓度方面进行研究。

空气年龄用SVE3值表示,得出了以下4点：

1)新风直接送入呼吸区时,呼吸位置的SVE3值约为新风混合空调机方式的60%。

2)通风塔送出的新风量从30m³/(h·人)减少到20m³/(h·人)时,呼吸位置、人体周围以及室内空间的SVE3值差别不大。

3)新风直接送入呼吸区时,呼吸位置的污染物约为新风混入空调机方式的70%。

4)从SVE3和污染物浓度分布的比较来看,隔板上的送风口直接把新风送到呼吸区,从呼吸区的空气品质和节约能源角度来看是可行的。

图1-15 工作台或隔板送风系统

4.写字楼内加辐射板的工位空调系统应用举例

目前我国尚无典型的试验实例,这里以日本的试验数据介绍,仅供参考。

1990年5月建成的神户大厦的第七层客户服务中心,引入了工作台送风和地板送风的工位空调系统,系统参数见表1-2。

表1-2 系统参数

地板送风空调系统使工作区温度分布均匀,工作区以上温度分布呈阶梯上升。这跟房间温度分布均匀顶部送风系统比能节约能源。送风通道采用地板架空的方式,架空的高度为150mm。双重地板间作冷热风通道,这样办公室布置变化和空调系统的改动十分方便。

工作台隔板上设计上送风口和可自由调节的格栅百叶口。当开百叶时,横向送出的冷风降低人体周围温度；当关闭百叶时,冷风从上送风口送出,不直接吹到人体的身上,工作区温度提高。自由地调节风量、风向的百叶送风口实现了工位化。另外为了提高隔板的辐射效果,隔板用钢板材料制成。隔板座的冷却效果明显,它能直接阻挡设备对人体的热辐射,可适当提高工作台的送风温度,降低送风温差,减少吹风感的产生。

空调系统的特点如下：

1)辐射效果：工作台隔板进行辐射换热,形成了高效的辐射空调系统。

2)工位化：调节工作台上的百叶来实现工位化空调系统。

3)节约能源：工作区上部温度分布呈阶梯型。

4)灵活性：不需要管道配管,工位空调系统的位置改动容易。

为实现均匀送风,架空地板的高度经过模拟试验确定为150mm。从现场实测的结果来看,没有出现风量的不平衡情况,因此不需要提高架空的高度。

工位格栅百叶开度的不同引起的温度分布变化和地板送风方式引起的阶梯型温度分布,这两个因素共同影响了室内垂直温度分布。

用光散乱式粒子计数器来测量空气中的粉尘个数,房间粉尘数(26700个,禁烟,0.5μm以上的平均值)是一般空调房间(146800个,可吸烟,0.5μm以上的平均值)的20%以下。地板送风方式也不会大量增加粉尘个数。

对办公室里的职员进行了热感觉、热舒适性的调查。热感觉的调查结果集中在“稍凉”到“稍暖”的区间内,热舒适性的调查结果集中在“舒适”和“中性”两项里,人们对室内环境比较满意。对局部冷热感的调查中并没有发现因使用工位隔板直接送风引起人体下部过冷而感到不舒适的情况。用格栅百叶来调节工作区送风量,热感觉值在1～2等级内变化。

目前地板工位送风系统应用比较多,而工作台送风和顶部工位空调系统还在研究中,如何组织好工作台气流,在不影响工作的情况下创造良好的小环境、送风温度、送风量以及连接方式等很多问题尚未明确。目前工位送风系统的初投资比集中式空调系统大。国内认为地板送风方式会增加房间的粉尘量,但能不能在适当采取措施下,利用地板送风方式需要进一步研究。