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浙江降溫設備辦公樓地板送風工程的應用及其設計要求風力發電技術
關鍵詞：地板送風工程 地板散流器 空氣品質 工作區 熱舒適
1 引言
提高室內空氣品質、降低建筑能耗，以及進行大空間局部熱濕環境的控制，逐步成為當今辦公樓建筑空調發展的重要方向，同時也對辦公樓傳統空調工程的設計提出新的挑戰。傳統的辦公樓中央空調工程為：風機盤管加新風機組空調工程，集中式定風量空調工程，以及變風量空調工程。這些工程通常采用頂棚送風（上送風）的空調方式，它強調送風氣流與室內空氣的充分混合，由吊頂送出的空氣吸收室內產生的全部余熱、余濕并稀釋污染物，這樣使室內所有空間的溫濕度基本一致。此種控制方式不能很好地滿足同一使用空間中不同使用者對溫度和通風的不同要求。而且，一旦工程安裝后，就不便于以后根據需要更改風口的位置。
地板送風的送風口一般與地面平齊設置，地面需架空，下部空間用作布置送風管或直接用作送風靜壓箱，送風通過地板送風口進入室內，與室內空氣發生熱質交換后從房間上部（頂棚或者工作區之上）的出風口排出。20世紀70年代以來，歐洲開始應用到辦公樓建筑。特別是80年代中期，英國倫敦的Lloyd，s大樓和香港匯豐銀行采用下送風空調工程的成功，引起各國空調技術界的關注。目前，地板送風工程在我國的研究和應用處于起步階段。
2 地板送風工程與傳統送風工程的主要區別
就冷熱源設備和空氣處理設備而言，地板送風工程與傳統的上送風空調工程是相似的。地板送風工程主要的不同在于：它是從地板下部空間送風；供冷時的送風溫度較高(一般為17～18℃)；在同一大空間內可以形成不同的局部氣候環境；室內氣流分布為從地板至頂棚的下送上回氣流模式。
3 地板送風工程的優點
3.1 便于建筑物重新裝修和現有建筑的翻新改造
當辦公室用途改變，需要重新布置、裝修時，設置在活動地板上的送風口易于變動，且地板下部空間可方便電力線路、通訊線路、水管等的重新安裝，這可大大地降低重新裝修的費用。據日本經驗，僅勞動力就可節約32％[1]。地板送風工程可以用于建筑物翻新改造，雖然加高地板會遇到樓層高度、樓梯和電梯�？课恢玫恼{整、衛生間地面的抬高等問題，但是這些問題可以得到解決。另外，靜壓箱的安裝過程是一個相對干燥的過程，對其他建筑結構的破壞可以減小到最小。
3.2 局部氣候環境的個人控制
采用靜壓箱送風后，送風口一般與地面平齊設置散流器直接送風至工作崗位。使用者既能控制風量也能控制出風的方向，很明顯地提高了個人的舒適度。使用靜壓箱送風使混凝土樓板變成了一個蓄熱層，因此減少了溫度的波動和峰值冷負荷。
3.3 提高工作區空氣品質
由于回風口設于吊頂上，下送上回的氣流組織形式，有利于從使用空間中排除余熱、余濕和污染物，從而保證工作區較高的換氣效率和空氣質量。
3.4 節能
地板送風工程的能耗是傳統空調工程能耗的34％[2]，其節能效果可以體現在如下幾個方面：
（1）靜壓箱送風工程使用較高的送風溫度，有關研究表明，在達到相同的工作區溫濕度環境時，地板送風工程比傳統空調工程的送風溫度高約4℃[3]，這就允許在空氣較為干燥的季節，采用較高的盤管冷卻溫度和蒸發器蒸發溫度，提高了冷水機組的COP。
（2）由于地板送風工程的熱力分層特性[4]，所以空氣的混合區只要在人員停留的區域即可。對于該工程，大部分從安裝在天花板的燈具所產生的熱量還未到達地面就被排出，提高了通風溫度，減少了總冷負荷，減小了制冷機組的容量。文獻[5]表明，地板送風工程僅需處理整個空調房間顯熱得熱的64％。
（3）由于地板下送風橫截面較大，所以壓力損失較小，從而減小了空氣輸送動力，減少了風機能耗；
（4）在過渡季節，使用較高的送風溫度延長了使用室外新風的時間，減少了冷凍機的開啟時間。
（5）建筑物使用地板送風工程，雖然需要送風靜壓箱，但不需要較大的頂棚空間來容納送風管路及末端裝置，與傳統上送風全空氣空調工程相比，地板送風工程可降低5％～10％的樓層高度[6]。
盡管地板送風工程較傳統送風工程具有上述諸多優點，但是也有一些缺點，例如不舒適的吹風感，得不到滿意的熱力分層等。文獻[7]提到，距地板散流器0.8m的區域會產生不適的吹風感。
4 地板送風工程及送風風口的分類
4.1 按照送風房間的類型分
（1）大面積區域送風。在大面積送風中，采用地板下空間作為靜壓箱。由于地板下空間的壓力分布均勻，地板風口上無需再加靜壓箱。如該區域內氣流分布均勻，則風口可不用附加調節閥。
（2）分室送風。對單個房間的控制需用到靜壓箱，以此做到分別控制各房間的送風量。而風管工程應有許多支管，風口上帶調節閥使氣流分布均勻。
（3）混合式送風。對于既有大面積區域送風又有分室送風要求的場合，房間內的地板風口由風管將氣流送入其靜壓箱。而區域送風則通過地板下空間作為靜壓箱將空氣送人。
4.2 按照地板下的設置分
（1）地板下設風管的送風方式：早期曾采用(如香港匯豐銀行工程)，送風量控制可靠。啟動時間短．但風口位置固定、靈活性差。
（2）地面壓出式直接送風(靜壓箱內為正壓)：地板下向上送風，通過對送風量和送風溫度的控制，調節工作區溫度，啟動時間長（因結構熱情性）。
（3）地板下設混風箱和風機（靜壓箱內不需要正壓），即部分空氣通過地面回地板下與一次空氣混臺(相當于二次回風方式)，將風機動力型末端設在地下，如不設混風箱，則一次空氣和回風的混合不易控制，使送風溫度不穩定，這種方式雖AHU風量可減�。匕逑卵b置復雜。
（4）地面與吊頂送風相結合方式：照明等穩定的負荷由頂棚送風承擔，辦公機器的負荷由下送風負擔。回風均從吊頂回風口吸入。采用這種方式時，如將下送部分空氣的送風進一步局部化(如利用中空的分隔板出風)，以及由上進風提供要求較低的背景空調．而下送風充分滿足人體需要，這種方式即所謂的“工作與環境”相結合的空調方式(Task ambient air conditioning TAC)。
4.3 地板送風的風口形式
按氣流方向分
（1）旋流型風口：依靠較大的誘導此，隨氣流送出時，溫差射流迅速衰堿；
（2）指向性風口：出口格柵構成一定的射出角度，具有指向性強的軸線方向型送風口，適用于TAC送風，方向和流量均可依照個人需要調整。
按裝置高低分
（1）與地面相平的送風口；
（2）伸出在地面上的送風口，如用于TAC的風口，通常安裝在辦公桌附近。
按送風口的分布分
（1）分散布點型：是指按風口的特性(作用范圍、風量等)及辦公設備布置，按一定間隔布置送風口。并且按照服務區域的不同選擇風口的類型，是目前應用最廣的型式；
（2）全面出風口型：是指從下而上空氣經透氣的阻尼層或穿孔板送鳳．整個出風面具有均勻的氣流。
5 地板散流器的形式
按照靜壓箱的結構形式和散流器的工作狀態，將地板散流器分為主動式和被動式散流器，主動式散流器通過風機將送風氣流從靜壓箱送入室內空調區域，被動式散流器通過靜壓箱內的正壓將送風氣流從靜壓箱送入室內空調區域。在被動式散流器的下方簡單安裝一個風機動力箱，就可以將被動式散流器變為主動式散流器。下面是三種常用的地板散流器。
5.1 旋流地板散流器
對于這種散流器，氣流送出時速度和溫度衰減快，具有較好的擴散性，在地板送風工程中應用最廣泛。從這種旋流型散流器中送出的氣流迅速與工作區的空氣混合，使整個空調區域很快達到其設計溫度。用戶可以通過在散流器上安裝風閥來控制局部送風量，也可以直接使用自控工程調節送風量。
5.2 VAV地板散流器
這種散流器是為VAV工程設計的，它采用自動末端風閥的開啟，以保證當送風量增加或減小時，送風速度保持不變。方形地板格柵以射流形式向室內送風，用戶可以通過改變格柵的方向，來調整送風的射流方向。送風量可以通過溫控器調整，或者用戶自己調整。
5.3 條型地板格柵
條型地板格柵以射流形式向室內送風，它通常安裝在靠近外窗的周邊區域，起到很好的裝飾效果。盡管流線型格柵通常帶有風閥，但是在實際設計及使用中很少調節風量，所以通常不用于建筑物人流密度大的內區。
另外，對于任務－環境空調（TAC）工程, 按照不同的“任務”設計出安裝于不同位置的散流器。
6 地板送風工程的設計要求[8,9]
6.1 送風溫度的控制
地板送風工程用于制冷時，其送風溫度保持在17～18℃。
另外，還要考慮建筑結構熱
信息來源：電子設計技術
但是，在一種概念上最簡單的方法中， Enercon公司開創了一系列無齒輪直驅式風力渦輪發電機，其額定發電量現在可達到4.5MW 。在這種設計中，將轉子直接裝在發電機上，就可將傳動輪系軸承的數量減少到只有兩個低速旋轉部件。問題在于如何在低轉速時產生足夠的電力，以及如何用最好的方法將其轉換為電網頻率。Enercon公司解決發電機問題的方法是使用一個有大量電極的電激同步發電機，例如該公司的E-40機型600kW風力渦輪發電機中的直徑為4.8m的84極電激勵同步發電機。在這里，轉子的速度從18rpm~34 rpm不等，掃過面積為1521m2。由于在工業變頻驅動設計領域深厚的功底，Enercon公司 采用自己的電子電路。與之相比，Zephyros 公司剛推出的 Z72 型2MW風力渦輪發電機雖然同樣具有直驅發電機，但卻采用ABB 公司的改進型ACS 1000 變速電動機傳動控制器。一個驅動軸軸承支承也是由 ABB 公司制造的永磁發電機。Zyphyros公司在 列舉發電機損耗降低、部分負載效率出色、故障機率較低等優點時，突出了永磁發電機的好處
。永磁發電機的不足之處是它因使用高導磁率的磁性材料（如釹鐵硼和釤鈷）而成本很高。永磁發電機的另一個缺點是功率因數特性差，必須由變頻電路來進行補償。
但許多專家認為，永磁發電機是發展方向，對大型直驅設計來說尤其是這樣。英國 NaREC（新能源與再生能源中心）的電氣技術專家Adrian Wilson說,這種方法是當今一個以減輕重量為主要目標的研究項目的核心。由于風力渦輪發電機理論上電力輸出是按它獲得的空氣體積的三次方增加的，所以結構件也會成比例地增加重量。Wilson說，現在的設計方法不能簡單地按比例增大到10MW量級——更不用說未來需要的20MW或 30MW，所以他所在的部門正在調查一種可節省齒輪箱質量的直驅設計。這種方法同樣也需要一個大直徑的發電機。在該項目涉及到的尺度上，有一種可能違背常規的方法，即采用自行車輪似的結構，其輻條支持發電機的電極對。電網輸出連接需要一條滿功率的 交流－直流－交流 變頻器鏈路，而變頻器鏈路則需要多個并行的變頻器。
IGBT 取代可控硅
風力渦輪發電機所需的功率半導體器件是從事微電子學的人所不熟悉的。你要考慮的不是亞微米線寬，而是一個單器件模塊占用的歐洲標準印制板面積(從34mm×94mm ~ 140mm×190 mm)。這樣的器件可在數千伏電壓下承受千安培級的電流，而且在過去幾十年內，這一技術的進步是對風力渦輪發電機發展的最大貢獻。在 Growian 時代，可控硅技術可應付大功率應用，但傳導損耗很大，并且轉換時間的性能很差，常常在 100ms 范圍內。相應地，變頻器級采用6個階躍或12個階躍的波形近似一個正弦波的能量分布，從而產生特別強的奇次諧波，如五次諧波和十一次諧波。這些局限導致人們需要使用諧波頻率濾波器。
用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）代替 Growian 的第一代可控硅，就可使用脈寬調制（PWM）來克服不良的諧波性能。該技術也使實際功率和無功功率的控制更為方便。盡管傳統的可控硅很耐用，當今的可控硅，如三菱公司的 FT1500AU-240 可以在 12kV電壓下開關1.5kA 電流，開關時間為 15ms ，但當傳導電流超過維持電流值時，傳統的可控硅是不可能關斷的。GTO（柵極可關斷）可控硅（如三菱公司的 FG6000AU-120D）可連續提供 6 kV 的電壓和1.5kA的電流，并可在 30ms 內實現關斷控制，但它們難以驅動。更糟的是，所有的可控硅都很難并聯使用，而要達到風力渦輪發電機所需的功率水平，并聯使用常常是不可或缺的。
大功率 IGBT 既有 MOSFET 的容易驅動和電流共享特性，又有1ms 的開關時間。雖然轉換線路頻率所需的 PWM 頻率很低，僅為幾千赫茲，但這種快速切換在IGBT穿越線性工作區時可減小傳導損耗。諸如 Eupec 公司的 FZ600R65KF1等器件，其 導通時間不到 1ms，關斷時間小于 6ms，可以在 6kV 電壓下控制 1.2kA 電流；諸如該公司的 FZ3600R12KE3 等低電壓器件，可以在 1.2kV 電壓下開關 3.6kA 電流。因此，IGBT 可用于大功率變頻器和軟起動控制器。專業生產大功率半導體器件的其他公司包括 ABB公司、Dynex公司、富士通電子公司、Powerex公司和 Semikron公司。
Gamesa E條ica 公司的風力渦輪發電機系列具有660kW ~ 2MW輸出功率范圍，廣泛采用IGBT 技術來實現變速控制和變頻控制。可變傾斜角轉子輪葉控制允許進行連續調整來獲取最高的功率，并可耦合到其發電機速度范圍為900rpm~1900rpm的一個 DFIG 工程。這種控制技術可將峰值、閃爍以及諧波都降低到最低程度，從而方便連網許可問題。矢量控制工程可產生或消耗無功能量，對功率系數進行精密調整，使電網電壓穩定性得到提高。Gamesa E條ica公司 的功率電路還使自己的渦輪機能在電網中其他地方發生斷電時保持在線操作。從經濟上說，這些問題在西班牙是至關重要的，因為西班牙對高質量的電網連接要征收額外關稅的。
法國 Cegele 公司主管風能部門的Ivan Novikoff指出，風力渦輪發電機及其技術的選擇主要取決于當地基礎設施的位置和特性。Novikoff 說，電纜敷設、起動時的起動電流和短路電流等問題都取決于工程結構。該公司在為已知用途的風力渦輪發電機制定規范時，都要考慮許多次要而又必須考慮的問題，從允許的轉子高度、噪聲輻射，到制造商的現場服務質量，不一而足。Novikoff 解釋說，從投資者的觀點來看，要考慮的機器經濟因素包括風力供應的可靠性、機器的可靠性和維護成本以及電力生產關稅的差異。
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