商场空调的空气品质及能耗分析

随着经济的增长和人民生活水平的提高，商业性建筑在全国各地迅速增多，商场竞争也日益激烈，为了提高购物者的购物环境，大部分商场都安装了中央空调，据统计我国800多家大型商场设有中央空调系统的建筑面积约1.5亿平方米，现有商业建筑的每年的能耗费用高达225亿人民币^[1]，商业建筑能耗主要用于空调、照明、热水供应以及其它动力设备等方面。其中空调能耗是商业类建筑的能耗的主要部分，据统计空调能耗占比总能耗的50%-60%^[1]。所以，中央空调的运行费用也成为商家重要的资金投入，因此，如何在保证商场室内卫生要求和舒适度的前提下，降低商场空调的运行费用也成为商家在激烈商战立于不败的关键因素。

2003年春季，SARS汹汹而来，引起国内国际严重关注。由于空气是“非典”的主要传播途径，通风空调系统就成为防范“非典”中的重要领域。各地纷纷制定了针对空调的应急管理实施细则。特别是商场作为人员密集的场所，所以，商场内更容易引发交叉污染，各地应急管理实施细则对商场的全空气系统空调都建议全新风运行，这无疑大大增加了商场空调的能耗，增加了商家的经济负担。现在，我们赢得了对SARS斗争的初步胜利，但是世界卫生组织专家指出SARS有可能卷土重来。而且，这次SARS疫情将如何比较彻底消灭由外界和空调系统自身产生的致病病菌这个问题摆在人们的面前。所以，广大暖通工作者有必要考虑在保证商场室内卫生的前提下如何降低商场空调的能耗，既保证购物者对商场的卫生要求又满足商家的经济利益。

本文在对大型商场空气品质分析的基础上，分析了新风量对商场空气品质及空调能耗的影响，并比较了一次回风系统和全新风系统的空调能耗，探讨了既能保证新的商场空调的系统形式。

1. 商场室内空气品质的分析

建筑环境中的空气环境是人们生活和工作中最重要的环境之一，良好的室内环境应是一个为大多数室内成员认可的舒适的热湿环境。同时也能够为室内人员提供新鲜宜人、激发活力并且对健康无负面影响的高品质空气，以满足人体舒适和健康的需要。室内环境包括室内空气品质、热环境、湿环境、光（照）度、噪音等多方面的内容，这些在创造人们舒适工作、生活环境中起着举足轻重的作用。其中室内空气品质的好坏对人们健康尤为重要。室内空气品质是指在某个具体的环境内，空气中某些要素对人群工作、生活的适宜程度，是为反映人们具体要求而形成的一种概念。商场是人员众多的公共场所,其室内空气品质对顾客和商场工作人员的身体健康、舒适感觉有着很大的影响。人们普遍反映商场内空气品质比较差,在商场逗留时间过长时会感到疲乏、不适、恶心、头晕、头疼等症状。特别2003年“SARS”期间，由于空气是“SARS”传播的途径并且商场内人员众多，所以，商场内更容易引发交叉污染。因此人们更加关注商场内空气品质，人们关注的重点不仅仅是商场内的舒适度，而且将如何把商场内产生的和通过新风系统引到室内的致病病菌杀灭放在重中之重的位置。

为了考察商场室内空气品质，笔者利用暑期对济南市三个面积超过一万平米的大型商场（以下简称A、B、C）进行了调研。调查室内空气品质的依据大致分为客观评价和主观评价两种。直接用测定室内污染物指标来评价室内空气品质的方法称为客观评价；主观评价则是由室内人员依靠在给定环境中的自我感觉来评价空气品质，表达对环境因素的感觉和环境对健康的影响。美国供暖制冷空调工程师学会在新颁布的标准ASHRAE6221989 中作了定义：良好的室内空气品质应该是“空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害物浓度指标,并且处于这种空气中的绝大多数人(≥80% ) 对此没有表示不满意”^[2]。根据这一定义，作者直接引用了国际通用的主观评价调查表格^[2]，对商场内300人（200名顾客，100名营业员）进行了问卷调查，得出了商场内人员对空气品质感受程度和不适症状水平的结果，见表一、二。

表1 不同商场室内人员对空气品质感受程度(%)

由表1 可见, 三家商场平均空气品质不接受率为35.4%，不满意率为29.1%。原因主要是空气窒息和空气污浊, 其平均不满意率分列一、二位。而有14.1%的被调查者认为导致空气窒息和污浊的原因是人的气味和厕所，这主要是因为商场内人员众多和厕所放置位置不当导致,值得关注的是有3.83%和3.35%的被调查者能感受到刺激气味和有机物的气味。由调查结果可以看到：三家商场空气品质不满意率均高于20%，按照ASHRAE6221989的定义，可确定这三家商场的空气均不属于“良好的空气品质”状态，这也在一定程度上反映出济南大型商场室内空气品质状况。

表2 不同商场内人员不适症状水平（%）

在有空气污染物的室内环境中，人的眼、鼻和咽喉会受到刺激，严重时还将引发一系列不适症状^[4]。由表2可见，各商场室内人员中最普遍的症状是疲乏、不适、头晕、呼吸不畅和口干喉痛，其所占比例均超过15%，而且营业员由于长时间在商场内其症状表现的更为明显。这些症状在商场室内存在或感觉明显，到室外就减轻或消失，这是建筑病综合症的典型表现，证实济南大型商场室内存在建筑病综合症。

通过以上数据可以看到济南商场的空气品质不容乐观，而空调环境的空气质量恶化是空调病综合症的首要成因。空气质量恶化又是多种因素相互影响，相互作用的结果：

1. 空调空间从节能角度考虑要求“密封化”。造成了新鲜空气不足，尽管有对应的标准限制，实际新风不够仍然普遍存在。

2. 空调空间的密封化，使商场室内设备、装修材料及人体散发的化合物、有机物、细菌、异味等，随时间的累积、浓度增高；

3. 空调空间空气状态的强制变化，使各种污染源得以迅速扩散，造成了空中悬浮物质增多，已沉降的被飘扬，已悬浮的不易沉降。

4. 由于空调系统的热湿处理及过滤作用，空气中有益于自然态的臭氧和负离子相应减少，负离子和臭氧所起到的杀菌、消毒、抑制分解和清新空气的作用也随之减少，空气中的含菌量相较之下增加。

5. 空调系统的普通过滤装置只能吸纳空气中较大的尘埃，对众多的细菌、有机化合物并不起作用，大量尘菌随着回风循环，不断反复的污染室内空气。

6. 空调系统设备本身存在较严重的内部尘菌污染，是各种微生物生长的温床，是有害物质的集散地和传播器。

综合以上原因，导致商场内空气品质恶化的因素集中在新风不足、商场室内产生的污染、进入室内的室外污染和空调系统本身产生的污染四个方面，它们相互影响、相互作用，片面加大新风量,不解决商场室内产生的污染、进入室内的室外污染和空调系统本身产生的污染也达不到预期的改善室内空气品质效果，而且加大新风量和节约能耗是一对矛盾，加大新风量，特别是在夏季室内、外温差较大的情况下，将会导致空调能耗的增加。系统的分析新风能耗有助于我们充分了解。

2 商场空调的新风能耗分析。

2.1 商场空调的几种常见形式

相对其它民用建筑，商场具有人员密集、人员散湿大的特点，商场空调往往采用全空气系统，全空气系统又分为一次回风系统、一、二次回风系统和全新风等系统，由于商场空调有主要做夏季降温用、送风温差较大和室内散湿量大的特点，所以商场空调大多采用一次回风系统。“SARS”期间各地应急细则要求商场用全新风运行，下面对以上两种空调系统做简单的介绍：

2.1.1 一次回风系统

全空气系统多采用一次回风系统，其空气处理过程焓湿图和系统示意图见图1。

图1一次回风系统的空气处理过程焓湿和系统示意图

其夏季空气处理过程为，送往室内的空气吸收房间余热、余湿变成状态N后，一部分排到室外，另一部分回到混合箱和室外新风混合，然后经表冷器处理，释放热量后变为状态L，经风机在再热器加热并吸收热量S，最后再送人空调房间，形成一个循环。

2.1.2 全新风系统

全新风其空气处理过程焓湿图和系统示意图见图2。

图2 全新风系统的空气处理过程焓湿和系统示意图

其夏季空气处理过程为，送往室内的空气吸收房间余热、余湿变成状态N后，排到室外，室外新风经表冷器处理，释放热量后变为状态L，送人空调房间，形成一个循环。

2.2 商场空调能耗分析

空调系统的冷、热负荷主要由围护结构负荷、室内负荷、新风负荷组成。其中新风负荷占有较大比例。以上两种空调形式区别也主要在于新风量的取值的不同，研究整个空调运行期间新风负荷的变化情况有助于比较两种空调形式的全年的能耗。

2.2.1 整个供冷期间单位质量新风总耗冷量

在空调过程中,当室外空气焓大于室内空气焓时, 整个夏季期间单位质量新风总耗冷量为:

（1）

式中： —夏季室外空气焓值,Kj/kg 干空气;

—夏季新风处理终状态焓值,kJ/kg 干空气;

—在焓值高于的室外空气区域以每3kJ/kg 干空气的步长划分的焓值分组数;

—以上区域的每一焓值变化步长内，室外空气在其中出现的时间频数h。值夏季室外湿空气焓频数据经整理后见表3和图3。

表3 济南地区夏季室外湿空气焓值频率

图3 济南地区夏季室外湿空气焓值频率

图4 济南地区夏季单位质量新风运行能耗计算图

根据公式（1）及表3中提供的数据，计算出不同室内设计参数下济南地区空调系统夏季连续运行时单位质量新风能耗，新风能耗与室内设计参数的数量关系见图4。应用图4可算出空调系统的新风能耗。如商场建筑物，夏季当室内空调设计参数取干球温度28℃、相对湿度60%时,若采用新风处理到室内焓值，新风终状态焓值为i_n= 59.3（kJ/kg 干空气），在图4中查出每单位质量新风在夏季期间的总新风能耗为19.6 ( kJ / kg 干空气)。若按压缩式制冷机的COP 值范围（3.0～4.2），再取10%的富裕量,则单位质量新风在夏季期间的制冷总耗电量分别约为1.143～1.55 kW·h/kg干空气，现行济南地区商业用电电价为：平段0.684元/ KW·h，峰段1.004元/ KW·h，谷段0.364元/ KW·h，由于商业系统营业时间都是在平段和峰段，平均按0.90元/ KW·h计，单位质量新风在夏季期间的制冷电耗费用为1.03～1.39元/kg干空气。商场整个夏季新风供冷能耗为将此数据乘以空调系统总新风量。

现以济南市某大型商场为例，该商场共有四层（含地下一层），建筑面积大约1.6万平方米，空调面积约为1.2万平方米。对上面提到的一次回风空调系统和全新风系统的新风能耗进行对比。

一次回风系统

按《百货商场空调设计》中人均新风量8.5-12.5m³/h·p计^[5]，取12m³/h·p，客流同时在场数按年平均客流的1.2倍计算^[5]，取12000人,则总新风量为144000 m³/h,新风占送风量的18%，则整个夏季新风供冷能耗为17.28万元，按新风负荷占总负荷25%计，则该商场的整个夏季供冷能耗为69.12万元。

全新风系统

系统送风量为1210000 m³/h，则新风及整个空调系统的供冷能耗为145.2万元。

从以上数据的对比可以看到，全新风系统的夏季供冷能耗比一次回风系统的供冷能耗高出一倍以上，虽然全新风系统能够改善商场内的空气品质，但在竞争激烈的商业行业中，全新风系统的能耗对商家来说无疑是一笔很大的资金投入，所以有必要找到一个即能保证商场内空气品质又能有效节约能耗的方法，即保证顾客的健康又保证商家的利益。

3 C波段紫外线杀菌方法

上面提到，片面加大新风量,不解决商场室内产生的污染、进入室内的室外污染和空调系统本身产生的污染也达不到预期的改善室内空气品质效果，要想根本改善室内空气品质，必须消除空调系统循环的空气中各种病菌、微生物，保证送风口送出的是洁净空气。实践证明紫外线杀菌是一个有效的方法。

紫外线按波长范围分为A、B、C三个波段和真空紫外线，C波段紫外线的波长为200～390 nm(纳米) ,特别是波长260 nm 左右的紫外线杀菌力最强。紫外线热效应特别高,通过物质时产生高能杀死所含微生物，其杀死微生物主要是对DNA的作用,致使DNA不可能复制,导致微生物的死亡。紫外灯是人工制造的低压水银灯,其杀菌力强且稳定,所以在组合式空调机组的过滤段后加设C波段紫外线灯，利用C波段紫外线的杀菌作用对即将送到室内的空气进行杀菌，保证送风的洁净。杀菌力随其剂量的增加而增强,剂量是照射强度与照射时间的乘积,为了杀灭系统内的病菌和微生物，要保证C波段紫外线的剂量，在加设C波段紫外线灯时要保证照射强度时间为6000～7000μw·s/cm²。

紫光灯的价格比较便宜,占民用空调系统总投资的比例很小而且安装简单,用电量也很小,但其效果比较明显,由于紫外线的穿透能力较差并且设在空调箱内，避免了因紫外线直接照射人的眼睛和皮肤造成的灼伤损害,所以利用加设C波段紫外线灯的一次回风系统适和应用于商场空调系统中，这种系统能够在节能的前提下有效提高商场内的室内品质。

参考文献

【1】 江亿，薛志峰·商业建筑节能技术与市场分析·2000暖通空调年会论文集，2000

【2】 沈晋明等.室内空气品质的新定义与新风直接入室方法的实验测试.暖通空调，1995 (6)：30～ 33

【3】 沈晋明等. 上海办公大楼室内空气品质的主观评价. 通风除尘, 1996 (2) : 8～ 13

【4】 Gclausen. Indoor Pollution Control. HAC, 1990 (4)：42～ 44

【5】 黄绪镜·百货商场空调设计·北京：中国建筑工业出版社·1985

作者简介：

张晓锋，山东建筑工程学院硕士研究生，研究方向：空调节能与自动控制，通信地址：山东建筑工程学院21^#信箱，邮编：250014。电话：0531-6726851。E-mail：haha2046@sina.com.cn

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