熱濕獨立處理的新型一體化制冷空調系統(tǒng)的基礎研究中文摘要

將排濕和排除污染物的任務與排熱的要求分別處理，應該是未來綜合解決熱濕環(huán)境和空氣質量的空調系統(tǒng)應考慮的方式。實行熱濕獨立處理并開發(fā)可再生能源也是解決空調系統(tǒng)節(jié)能的最有效途經之一。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)的基礎上，將溶液除濕與輻射供冷有機結合起來，基于溶液除濕而同時實現獨立除濕和空調冷源的制備，提出了輻射供冷/溶液除濕熱濕獨立處理的新型一體化復合制冷空調系統(tǒng)。該新型系統(tǒng)不但可以將空調房間的排除顯熱負荷的任務從通風除濕的任務中解耦出來，而且可以實現一套系統(tǒng)同時獨立除濕和冷源供應問題，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系的非線性模型。通過理論和實驗研究，初步掌握系統(tǒng)內在規(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奠定基礎。 2100433B

建筑室內熱濕環(huán)境控制的本質是將室內多余的熱量和濕度排除到室外的熱濕傳遞過程。由于室內的產熱源和產濕源是不均勻的，使得目前將建筑室內作為統(tǒng)一處理對象，由統(tǒng)一冷源制取冷量送入室內的室內環(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，如何評價不同室內產熱源、濕源的品位及天然冷源可利用情況，如何設計理想的空調末端，以充分利用天然冷源、并降低室內熱濕環(huán)境處理過程的混合損失，這些問題是室內環(huán)境控制的核心問題。本課題在于建立一套針對建筑室內非均勻熱濕環(huán)境的熱學分析方法，能描述室內不同產熱源、濕源的品位特征，以室內熱源、濕源形成的溫度場、濕度場為分析基礎，對各種空調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熱濕環(huán)境分析理論，指導天然冷源的利用及理想室內空調末端的優(yōu)化設計，為空調末端方式的設計、評價提供理論基礎，研發(fā)新型的空調末端裝置，降低熱濕環(huán)境控制系統(tǒng)的能耗。

本項目針對建筑室內熱濕采集過程的基礎科學問題開展研究，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，研究建筑室內各種產熱源、產濕源特性，構建了從產熱、產濕源頭到空調末端方式處理過程的熱學分析方法，對各種空調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”為目標的室內熱濕環(huán)境分析理論，指導冷源的高效利用和室內空調末端的優(yōu)化設計。 主要研究工作及解決的主要科學問題包括：1）室內熱濕環(huán)境不均勻性理論分析：基于實際建筑中的產熱、產濕源特性刻畫了室內溫度、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，以及建立在室內不均勻熱濕環(huán)境基礎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分析方法：在分析比較各種評價熱、濕品位的熱學參數——熵產或火用分析、火積理論的適用性和適用范圍基礎上，選擇采用“火積”參數對建筑熱濕環(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）辦公建筑室內熱濕環(huán)境構建方法：刻畫了常規(guī)空調系統(tǒng)同時調節(jié)室內溫度、濕度導致的損失，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系統(tǒng)解決方案，采取不同手段分別滿足室內溫度、濕度調節(jié)需求；實際辦公建筑的應用效果表明該新型空調系統(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，采用熱學分析方法構建了適用于高大空間建筑的氣流組織和空調系統(tǒng)新形式，闡明了應用輻射供冷方式的關鍵問題；基于熱學理論分析了數據機房室內空間混合損失情況，明確了避免室內摻混損失是提高排熱效率及利用自然冷源的關鍵，提出了可大幅減少室內摻混損失的排熱優(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，取得了比目前空調系統(tǒng)節(jié)能30%以上的良好效果。相關研究內容共申請國家發(fā)明專利3項（已授權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問題，綜合建筑環(huán)境學、微生物學、流行病學和衛(wèi)生學的相關科學理論及國內外最新研究成果，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特性，建立微生物單因子特性與熱濕參數的數學描述；通過對醫(yī)療建筑主要功能區(qū)域的舒適性問卷調查、現場環(huán)境參數測試和空調系統(tǒng)濾塵采集，獲取主客觀基礎數據及微生物群落樣本;采用云模型結合熱舒適理論和灰色系統(tǒng)理論分析熱濕環(huán)境主客觀數據，挖掘影響病人熱舒適的關鍵參數，建立病人熱舒適反映描述和預測方法；采用實驗方法研究濾塵樣本微生物群落生態(tài)結構、污染水平、菌種豐度及生長熱濕響應特性，結合神經網絡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測方法。研究成果將對空調系統(tǒng)營造舒適安全醫(yī)療服務環(huán)境設計及運行調控提供理論支撐，也為將來修訂《綜合醫(yī)院建筑設計規(guī)范》提供科學依據。