1、一种新的教室的暖通空调设计方式划分和控制专门负责建筑物综合症方面诉讼的律师不喜欢这个设计概念。专用房间能保证其通风率符合美国采暖、制冷与工程师协会 62-89 标准。新的通风需要使教室空气调节问题变得更加困难。在热、湿的气候下，每名学生每分钟带入 15 立方英尺室外空气并结合室内高的潜热负荷，导致在新建的和现有的学校的相对湿度失去控制。在美国大陆，夏天设计温度通过进入的不规则热空气的频率来确定。从图 1 中，我们可以看出：热，湿空气通常在南部。在夏季时常移动到北部和东部。我们国家大部分大陆和主要的大城市夏季都在这一高湿范围内。 在冬季，从图 2 中可以看出：许多城市同时受到来自北方的严寒的影响
2、。在这种设计条件下，室内湿度是室内空气品质的不足之处。因为可以容易的满足被使用的教室每分钟需带入 50的外界空气的要求。所以供热通风设计中，工程师关注建筑物的能量影响较之关注它的类型而言应更有意义。然而，能源消耗现在并不是学校管理者和工程师关心的主要问题。通过湿度调节维持可接受的室内空气状况是现在学校设计工作的底线。针对建筑物室内空气质量和建筑物综合症问题的投诉的数量在上升之中。在文章谁对室内空气质量负法律责任？中作者指出：（Helen Eisenstein 律师著,发表于1992 年 8 月的热管道空调 ”）美国采暖、制冷与工程师协会标准正被用于判断工程师的通风设计质量的最低标准。如果一个工
3、程师设计的系统没能与美国采暖、制冷与工程师协会标准一致，他要疏忽这个问题是几乎不可能的。如果美国采暖、制冷与工程师协会 62-1989 标准是通风设计所要必须遵循的最低标准，那建筑物的主人和他的顾问还有其他选择的余地吗？法律上这是不允许的。在教室通风设计中唯一的问题是如何毫不含糊的执行这一标准。划分和控制如果我们在教室里能通过一个特殊的的空气出口来得知室外空气供应情况，那岂不是很方便吗？更方便的是，通过它在夏天提供温度适中的干空气；冬天提供预热的湿空气以维持室内空气相对湿度在 30%50%之间。冷却和加热的问题现在就变成了一个“感觉”的问题。图 3 和 4 展示了一个装了顶子的空气调节系统，它
4、通过空对空的热交换以满足在湿热的夏天和寒冷的冬季的教室通风和潜热的负荷要求。图 5 和 6 显示了这套装置在圣路易斯冬夏使用情况.夏天，在这个装有屋顶的系统里，热负荷是被分开的。图 5 表示了当制冷盘管向外释放水分时，空对空的换热器将外界空气预冷和预热。这些室外空调系统可以被安装在屋顶,每分钟提供 60000 立方英尺单位。每分钟20000 立方英尺单位可以满足一个超过 1300 名学生的学校的日常的通风和湿度控制的需要。这套空调系统每分钟提供每立方英尺空气的花费在 4 到 4.5 美元之间，这其中包括所有安装的温度和湿度控制装置，但不包括制冷系统。有了这项“划分和控制“的设计技术，工程师的设
5、计问题变得非常简单。当教室的容量和作息时间确定后，就可以选择一个室外空气系统。它既满足室内的湿度和潜热的负荷要求，又符合美国采暖、制冷与工程师协会 62-89 通风设计标准。这时设计者就可以根据空间和经费条件选择合适的加热和冷却装置。因为教室的建设靠税收拨款，所以建筑师们被迫使供热通风系统消耗降低。有较高 EER 的终端制冷系统不能很好的处理高湿负荷。它们在应付显热负荷时做了一项有效率的工作.但当有水份从通风空气或学生从教室中离开时能量消耗将增大 30%至50%。当在部分冷负荷存在时，问题出现了:空间温度调节装置不能感觉到冷负荷的存在，仍然允许未加工的湿的外界空气进入，使得在露点温度以下内表面
6、产生了潮气，发霉。显热和潜热在空间可分离使得工程师在像教室这样的小工厂供热制冷设计中可以选择低成本的形式。通过水传递一个 Btu（英国热量单位）的热量给建筑物较之通过空气传递更廉价。将显热负荷转移给中央冷热循环系统不仅可以节省建筑物的有效空间，还可以有效降低辅助抽吸（水对空气）的能量消耗。当教室空闲或学校放假时，室外空调系统能被关闭。这种简单的设计对于其所有者还有其他好处。学校紧张的运作资金决定了供热通风系统维护的频率和质量。对于学校的管理者来说，复杂的冷却设计容易发生问题。文章室内空气质量 （作者：Jack Dozier 发表于 1992 年 8 月的HPAC杂志）中指出：“墨菲教室暖通空调
7、设计法则中认为：系统不能正常运行时，当地对系统中的设备和系统运行顺序并不十分熟悉的设备维护人员将对设备和系统进行分离和调整直到问题看上去基本解决。 ”因此，在教室暖通空调设计时建议采用简单的方式。进入教室的通风空气通过将可提供定容空气的空气终端与房间灯光开关相连接进行人工控制，或者通过房间中的检测器进行自动控制。如果因为教室的用途的差异，屋顶工风能量的节约可以通过控制体积的变化实现。再一次时，采用简单设计方式的份额需要重新分析。当教室的暖通空调关闭时，一个静态管道传感器能调整风机转数，使其速度降低。降低风机转数是以建筑物绝对压力为基础的。图 3 和 4 显示了回风设计的应用降低了暖通空调设计费
8、用，对于低层的建筑，可通过调节风机转数保持建筑物较好的压力。利用一个能量回收装置，例如板式换热器或管式换热器.在冬季允许室外空调系统利用从空气中回收的热量。如果有匹配的周期，冬季浴室的空调系统也能利用屋顶的装置回收的热量来独立解决。在这个方案执行前，局部的问题要进行检查。外界空气的感应扩散实际上，将外界空气导入教室要比我们介绍的复杂。外界空气在空间内必须充分混合以补充新风。高感应度通风口的应用保证了即使室外新风量降低到每平方英尺0.25cfm（立方英尺/分） ，次要房间使用范围内空气流动达每分钟 20 至 50 英尺。随着低温空调系统发展，这些通风口现在被大量应用，提高了教室的通风效率。在冬季
9、，教室获得高的潜热使得屋顶的暖通空调系统降低供气温度。在没有鼓风装置情况下，这些相同的通风口能提供低于华氏 38 度的空气。室内 74 华氏温度的空气和室外 40 华氏温度的空气在这种高感应度通风口 6 英寸到 1 英尺范围内混合为 60华氏温度的空气。在一些气候条件下，这些通风口和室外空调系统热回收装置的配合使用可满足屋顶设备再加热的需要。房间终端设备可选择其它任意通风加热系统，不必通过换热器中进行热量回收。低速高压管道在美国采暖, 制冷与空调工程师学会之内，关于 62-89 标准的 5.12 节已经有大量讨论。他们认为：当低速高压管道内相对湿度超过 70时会造成腐蚀。只要是利用制冷装置给管
10、道提供空气的空调系统，它的湿度变化范围是 90至 99。提供给前面介绍的空调蒸发冷却系统的就是高湿空气。为何管道内相对湿度会超过 70呢？最近美国采暖, 制冷与空调工程师学会南太平洋委员会认为 70应作为警戒线而不是限制线。军团士兵疾病的爆发和报纸上关于建筑物综合征的报道告诉了我们另一件事。暖通空调行业被引起广泛关注。医学家和卫生学者证实了高湿的房间、管道给致病菌提供了生长环境。例如某种蛋白酶菌、分支杆菌和灰尘。信息是准确的，我们必须留意湿度不得超过 70的警告。焓湿图（图 5 和 6）清楚的显示室外空调系统能解决低速管道中存在高湿这一潜在问题，包括回风量。夏季供气的相对湿度为 30至 50；
11、冬季同样的湿度要求则通过屋顶设备中的加湿器完成。将除湿工作交给屋顶的中央空调系统给学校管理者带来两个好处。首先、冷凝水管的维护和净化在屋顶完成，不干扰教学。其次、利用高效过滤器过滤外界空气可以提高效益，节约成本。通过最后的减湿过滤，保证了提供给教室的空气洁净。对粉尘控制而言，教室空间的过滤是低效形式。湿度和出勤的关系多数公立学校的费用依赖于就学人数。就学人数的提高将使学校获得更多的政府拨款。像刚才所说的管道的高湿关系到健康一样，降低教室相对湿度会导致旷工增加。1975 年 1 月出版的美国采暖, 制冷与空调工程师学会杂志发表了一篇论文，名为“室内空气相对湿度对缺席者的影响” 。它指出：“在室内
12、相对湿度和缺席率之间处在一个线性关系在萨斯卡通(加拿大城市)的 12 所学校教学期间，当教室内相对湿度从22增加到 35时，缺席率降低 20 个百分点。 ”作者进而指出：学校是疾病主要起源地。在校的学生被传染疾病的频率是同样在外工作的成年人的三倍。Fort Leonard Wood 的论文同样指出：冬季当室内空气相对湿度从 20增加到40时，军营中患上呼吸道疾病可能性降低 15 个百分点。所有证据表明了教室湿度控制的重要性。如果湿度控制不包括在设计中，从大的空调系统引入教室的空气将受到周围露点温度下的空气的影响。新式样的应用许多现有的学校的暖通空调设计中的通风标准依据美国采暖, 制冷与空调工程
13、师学会 62-81 标准，能量标准依据 90-75 标准，已经出现室内空气品质问题，产生了腐蚀。官方对建筑物综合症提高了重视，加大了校方的压力，敦促其对室内空气品质问题的抱怨很快作出了回应。在很多学校拥挤的教室中每名学生每分钟有 5 立方米空气不能被更新。然而，现有的终端设备在新的通风需求下，既不能满足显热要求，又不能满足潜热要求。在现有教室中，普通的通风装置的圆周系统能通过封锁室外空气进口并使其100转化为再循环制冷和加热部件的方式被更新。如果顶棚空间有限，从安装在屋顶并改进的室外空调系统供给的空气可利用高速螺旋管系统引入。恒定容积的终端应在其阀门下安装一个消音装置，以满足教室的声音标准要求
14、。南部很少受到冷空气侵袭，在图 3 和 4 显示的通过除去和减少回风装置可实现更多种设计形式。冬季，未混合的室外空气直接通过室外的高感应度通风口被导入教室。现有教室的热容量需要被重新核定，以确定它能否满足冬季新的通风要求。同时，在教室的外墙上应安装带有节流阀的空气窗，使其在冬季和夏季操作时维持压力。能量储存在本文开始部分，我们阐述了在暖通空调设计中，工程师较之关注建筑物的能量消耗而言更关注室内空气品质。幸运的是，这里提出了一个与学校能效目标相一致的概念。以圣路易为例，图 7 显示了随气候的变化年均从 9 点至 16 点的通风热湿负荷。白天几乎 12的工作时间要求湿度保持在 30至 50之间，温
15、度在 75 华氏度（干球温度） 。图 8 显示了在室外空调系统的热交换率为 60时，冬季预热，夏季预冷可可每分钟储存 20000 立方英尺能量。夏季储存的能量中不包括通过热交换器再加热的室外空气，因为它们不是教室必需的。图 8 显示的能量消耗假定锅炉效率为 75。当前在圣路易斯燃料成本为：每百万Btu（英制热单位）天然气 6.5 美元，每度电 0.07 美元。因此每年冬季节约燃料费5031 美元，夏季节约 2898 美元。以每吨 600 美元的冷凝器和每千 Btu（英制热单位）10 美元的锅炉安装成本计算，我们可以贷款 35000 美元用于屋顶热回收装置（折合 58吨冷凝器）,贷款 14436
16、 美元（折合 1443.6Mbtu）用于锅炉储存装置.从屋顶设备初期投资 80000 美元（每分钟每立方英尺 4 美元）中减去贷款，我们看到算上首期 30564美元收益，在每年燃料节约 7929 美元的基础上所有者在 3.85 年可偿还完贷款。如果贷款 20000 美元（每分钟每立方英尺 1 美元）被允许花费到常规设备和不包括热回收部分的空调系统，偿还期将缩减到 1.33 年。结论人的生产率和效率是一个热适应函数，它由空间的温度和湿度决定。 “划分和控制”的设计理论的运用保证了师生的健康和成绩。许多声学法则支持这一概念。但不幸的是，这对于现有暖通空调设计不起任何作用。相反我们听到的是“我们法庭见。 ”这个设计会令此案被驳回。感谢作者特别感谢丹佛的气象专家 Loren W. Crow. 感谢他所传授的美国东部天气图（图 1 和 2）设计方面的知识。
