熱濕獨立處理的新型一體化制冷空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究基本信息

將排濕和排除污染物的任務(wù)與排熱的要求分別處理，應(yīng)該是未來綜合解決熱濕環(huán)境和空氣質(zhì)量的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)考慮的方式。實行熱濕獨立處理并開發(fā)可再生能源也是解決空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的最有效途經(jīng)之一。本項目在深入研究溶液除濕蒸發(fā)冷卻和輻射供冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將溶液除濕與輻射供冷有機結(jié)合起來，基于溶液除濕而同時實現(xiàn)獨立除濕和空調(diào)冷源的制備，提出了輻射供冷/溶液除濕熱濕獨立處理的新型一體化復(fù)合制冷空調(diào)系統(tǒng)。該新型系統(tǒng)不但可以將空調(diào)房間的排除顯熱負荷的任務(wù)從通風(fēng)除濕的任務(wù)中解耦出來，而且可以實現(xiàn)一套系統(tǒng)同時獨立除濕和冷源供應(yīng)問題，系統(tǒng)的能量補償將采用太陽能及其它低品位可再生能源。本項目的重點是要研究該新型系統(tǒng)的循環(huán)構(gòu)成與系統(tǒng)特性，建立濕負荷、顯熱負荷以及與冷源溫度之間相互關(guān)系的非線性模型。通過理論和實驗研究，初步掌握系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律和運行特性的研究，最佳運行工況等，為研究熱濕獨立處理的節(jié)能環(huán)保新型一體化制冷空調(diào)奠定基礎(chǔ)。 2100433B

建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境控制的本質(zhì)是將室內(nèi)多余的熱量和濕度排除到室外的熱濕傳遞過程。由于室內(nèi)的產(chǎn)熱源和產(chǎn)濕源是不均勻的，使得目前將建筑室內(nèi)作為統(tǒng)一處理對象，由統(tǒng)一冷源制取冷量送入室內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境控制模式造成了不同品位熱量的混合損失。如何描述這種混合損失，如何評價不同室內(nèi)產(chǎn)熱源、濕源的品位及天然冷源可利用情況，如何設(shè)計理想的空調(diào)末端，以充分利用天然冷源、并降低室內(nèi)熱濕環(huán)境處理過程的混合損失，這些問題是室內(nèi)環(huán)境控制的核心問題。本課題在于建立一套針對建筑室內(nèi)非均勻熱濕環(huán)境的熱學(xué)分析方法，能描述室內(nèi)不同產(chǎn)熱源、濕源的品位特征，以室內(nèi)熱源、濕源形成的溫度場、濕度場為分析基礎(chǔ)，對各種空調(diào)末端方式的混合損失進行定量評價，發(fā)展以最小混合損失為目標的室內(nèi)熱濕環(huán)境分析理論，指導(dǎo)天然冷源的利用及理想室內(nèi)空調(diào)末端的優(yōu)化設(shè)計，為空調(diào)末端方式的設(shè)計、評價提供理論基礎(chǔ)，研發(fā)新型的空調(diào)末端裝置，降低熱濕環(huán)境控制系統(tǒng)的能耗。

本項目針對建筑室內(nèi)熱濕采集過程的基礎(chǔ)科學(xué)問題開展研究，以包含熱源和濕源的普通辦公室、高大空間建筑和僅含熱源的信息機房三類典型建筑環(huán)境為分析對象，研究建筑室內(nèi)各種產(chǎn)熱源、產(chǎn)濕源特性，構(gòu)建了從產(chǎn)熱、產(chǎn)濕源頭到空調(diào)末端方式處理過程的熱學(xué)分析方法，對各種空調(diào)末端方式的混合損失進行定量評價，發(fā)展以“最小混合損失”為目標的室內(nèi)熱濕環(huán)境分析理論，指導(dǎo)冷源的高效利用和室內(nèi)空調(diào)末端的優(yōu)化設(shè)計。 主要研究工作及解決的主要科學(xué)問題包括：1）室內(nèi)熱濕環(huán)境不均勻性理論分析：基于實際建筑中的產(chǎn)熱、產(chǎn)濕源特性刻畫了室內(nèi)溫度、濕度場的不均勻特性，分析了品位對系統(tǒng)性能的重要影響；分析了理想排熱效率和理想排濕效率，以及建立在室內(nèi)不均勻熱濕環(huán)境基礎(chǔ)之上的溫濕度獨立控制系統(tǒng)效率；分析實際系統(tǒng)效率與理想效率之間的巨大差異，指出減少熱濕采集、處理過程中消耗溫差ΔT的重要性。2）熱濕采集處理過程的熱學(xué)分析方法：在分析比較各種評價熱、濕品位的熱學(xué)參數(shù)——熵產(chǎn)或火用分析、火積理論的適用性和適用范圍基礎(chǔ)上，選擇采用“火積”參數(shù)對建筑熱濕環(huán)境營造過程中熱量傳遞和混合損失過程進行量化描述；給出了典型傳熱過程的火積分析方法，利用火積耗散定義的熱阻，為優(yōu)化傳熱過程提供了重要指標。3）辦公建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境構(gòu)建方法：刻畫了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)同時調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度導(dǎo)致的損失，基于減少熱濕環(huán)境營造過程損失的理論分析，給出了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)解決方案，采取不同手段分別滿足室內(nèi)溫度、濕度調(diào)節(jié)需求；實際辦公建筑的應(yīng)用效果表明該新型空調(diào)系統(tǒng)可大幅提高能源利用效率。4）典型高大空間及信息機房應(yīng)用研究：基于高大空間熱濕環(huán)境及溫濕度場特性分析，采用熱學(xué)分析方法構(gòu)建了適用于高大空間建筑的氣流組織和空調(diào)系統(tǒng)新形式，闡明了應(yīng)用輻射供冷方式的關(guān)鍵問題；基于熱學(xué)理論分析了數(shù)據(jù)機房室內(nèi)空間混合損失情況，明確了避免室內(nèi)摻混損失是提高排熱效率及利用自然冷源的關(guān)鍵，提出了可大幅減少室內(nèi)摻混損失的排熱優(yōu)化方案。 基于上述研究成果，本項目建立了分析建筑室內(nèi)非均勻熱濕環(huán)境的理論研究方法，并以減少熱濕采集的混合損失為原則研發(fā)新型排熱、排濕方式與裝置，取得了比目前空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能30%以上的良好效果。相關(guān)研究內(nèi)容共申請國家發(fā)明專利3項（已授權(quán)1項），發(fā)表論文16篇（其中SCI檢索8篇），入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（2011）和國家萬人計劃-青年拔尖人才支持計劃（2013）。 2100433B

項目針對醫(yī)療建筑熱濕環(huán)境對人體健康舒適影響的基礎(chǔ)問題，綜合建筑環(huán)境學(xué)、微生物學(xué)、流行病學(xué)和衛(wèi)生學(xué)的相關(guān)科學(xué)理論及國內(nèi)外最新研究成果，采用理論方法研究醫(yī)療建筑主要空氣微生物的生態(tài)特性、感染毒性及生長熱濕響應(yīng)特性，建立微生物單因子特性與熱濕參數(shù)的數(shù)學(xué)描述；通過對醫(yī)療建筑主要功能區(qū)域的舒適性問卷調(diào)查、現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)測試和空調(diào)系統(tǒng)濾塵采集，獲取主客觀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及微生物群落樣本;采用云模型結(jié)合熱舒適理論和灰色系統(tǒng)理論分析熱濕環(huán)境主客觀數(shù)據(jù)，挖掘影響病人熱舒適的關(guān)鍵參數(shù)，建立病人熱舒適反映描述和預(yù)測方法；采用實驗方法研究濾塵樣本微生物群落生態(tài)結(jié)構(gòu)、污染水平、菌種豐度及生長熱濕響應(yīng)特性，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論分析微生物群落存活階段感染毒性，形成醫(yī)療建筑熱濕環(huán)境健康舒適評價理論及預(yù)測方法。研究成果將對空調(diào)系統(tǒng)營造舒適安全醫(yī)療服務(wù)環(huán)境設(shè)計及運行調(diào)控提供理論支撐，也為將來修訂《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》提供科學(xué)依據(jù)。