地板式送风空调系统

地板式送风空调系统(UFAD) 是一种通风策略，用于在建筑物中提供通风和空调，作为暖通空调系统设计的一部分。 地板式送风空调系统使用位于结构混凝土板和高架地板系统之间的地板下送風靜壓箱，將經過處理的空氣輸送到送風口（通常為地面散流器），這些送風口一般佈置在室內地面或接近地面的區域。空氣在室內完成熱濕交換後，通常從天花板高度或高於人員活動區的上部空間回風，從而形成自下而上的氣流組織。

地板式送风空调系统利用空气的自然浮力并产生空气分层现象：房间的下部供应新鲜的空调空气，产生几乎是空气置换的效应，并且几乎没有空气再循环；分层的上部区域集中了较温暖、混合均匀的空气和更多的污染物。这种现象可以更有效地供应和调节使用者附近的空气，并将废气从使用者身上抽走。

地板式送风空调可以带来优于传统中央空调系统几个潜在优势，包括降低全周期建筑成本；提高热舒适度、居住者满意度和工作效率；改善通风效率、室内空气质量和健康；减少建筑能耗；并降低新建筑的楼板构造高度。 將地板下送風與天花板回風相結合的氣流組織，在高換氣次數和低換氣次數條件下，都可以顯著降低空氣傳播病菌/病毒的風險。

地板式送风空调系统最初是在 1950 年代開始進入市場，最早用于具有高热负荷和高架地板系统的房间（例如计算机房、控制中心等）。 该系统于 1970 年代應用於西德的办公楼，并增加了使用者可以控制的局部送風散流器。如今，地板式送风空调系统已在欧洲、南非和日本获得广泛认可。 在北美使用地板式送风空调系统的著名建筑包括纽约时报大厦、美国银行大厦和旧金山联邦大厦。在 地板式送风空调系统的施工阶段需要仔细考虑，以确保靜壓箱密封良好，避免地板式送风空调下部空间中的供应空气泄漏。

地板式送风空调系统描述
地板式送风空调系统依靠空調機組过滤和调节空气以达到合適的送風條件，然后将其输送到人員活動區域。传统中央空调系统通常使用通风管道来分配空气，而 地板式送风空调系统则使用高架地板的地板下靜壓箱。靜壓箱通常高出结构混凝土板0.3到0.46米 ，尽管更低的高度也是可能的。 特别设计的地板送風口將空氣送到室内。 其他形式還包括在送風口處設置風機盤管末端裝置、使用地板下風管、桌面送風口，或與個人環境控制系統相連接。 由于空气的自然对流运动，這種分層現象主要應用於製冷工況中。 研究表明，旋流型和穿孔地板送風口在人員活動區域內可形成較低的空氣速度；而線性送風口則會在該區域產生較高的氣流速度，從而擾亂熱分層結構，並可能帶來吹風感。 主要是由于与质量较重的结构楼板相比，重量较轻的高架地板蓄热效果較差，从而具有更高的峰值冷负荷。在上送風空调系统中，特别是在外周区域，部分进入的太阳辐射热在白天储存在楼板中，从而减少峰值冷负荷，然后热量在夜间緩慢释放。在地板式送风空调系统中，高架地板的存在将吸收太阳能的大块地板转变为質量更轻的材料，从而导致相对较高的峰值冷负荷。

建築環境中心提出了一種新的指標——地板送風空調系統冷負荷比（UCLR）。該指標定義為：地板送風空調系統計算得到的峰值冷負荷與均勻混合系統計算得到的峰值冷負荷之比，用於在已知傳統頂送風（均勻混合）系統峰值冷負荷的基礎上，估算各區域的地板送風空調系統冷負荷。該指標取決於房間類型、樓層位置以及區域朝向。同時，還提出了供風靜壓箱負荷比例 (SPF)、房間區域負荷比例(ZF) 和回風靜壓箱負荷比例，用於分別計算送風靜壓箱、房間區域以及回風空間的冷負荷分配 (RPF)。 另外一個是加州大學伯利克分校的建成環境中心開發的。

ASHRAE 研究專案（RP-1522）開發了一種簡化設計工具，可用於計算人體頭部與腳踝之間的垂直溫差、單個靜壓箱區域的送風量、散流器數量以及氣流組織效率。該工具要求使用者指定區域冷負荷和分配給地板下靜壓箱的冷負荷比例。 此外，使用者還需要輸入送風溫度，或者是在散流器，或者是在風管中的送風溫度，同時還需提供靜壓箱空氣流量與區域送風量之間的比值。該工具允許用戶從三種不同的散流器中進行選擇，並適用於七類建築，包括辦公室、教室、車間、餐廳、零售商店、會議室和禮堂。

基於大量研究成果，加州大學伯利克分校的建成環境中心開發了地板送風空調系統設計工具，可以利用針對同一建築採用傳統頂送風系統所計算出的設計冷負荷，來預測地板送風空調系統系統的冷負荷。該工具還能夠計算送風量、室內溫度分層和地板下靜壓箱的溫升，並且適用於採用地板送風空調系統的典型多層辦公建築中的內區和周邊區。建成環境中心工具允許用戶從四種不同的靜壓箱配置中進行選擇，分別是串聯式、反向串聯式、獨立式和共用式。同時還可選擇三種地板散流器類型：旋流型、方形型、線性條縫格柵型。

靜壓箱送風溫升
靜壓箱送風溫升是指：經過處理的空氣在地板下送風靜壓箱中，從靜壓箱入口流向地板散流器的過程中，由於對流得熱而導致的溫度升高。這種現象也被稱為「熱衰減」。靜壓箱空氣溫升是由於與溫度高於送風的混凝土樓板和架空地板接觸而引起的。根據一項類比研究，空氣溫升可能相當顯著（最高可達 5 °C）。隨後，與沒有空氣溫升的理想化地板下送風類比情況相比，送風散流器出口空氣溫度升高會導致更高的送風量，以及風機和冷水機組能耗的增加。同一項研究還發現，夏季的空氣溫升高於冬季，並且這種現象還取決於當地氣候。

採用地面混凝土板的地板送風空調系統，其空氣溫升相比中間層和頂層更小；而送風溫度的提高則會導致送風到回風之間的溫升降低。這個溫升並不會明顯受到週邊區域朝向、室內熱負荷以及窗牆比的影響。因此，送風靜壓箱中的空氣溫升會影響地板送風空調系統的節能潛力，以及其在送風溫度高於傳統頂送風系統的情況下滿足空調需求的能力。當前研究表明，通過將空氣輸送到負荷通常最大的週邊區域，地板送風空調系統的節能性和熱舒適性都可以得到提升。典型的靜壓箱压力为25帕斯卡或更小。 地板式送风空调系统特别适用于天花板较高的建筑，节能效果更为明显。由於地板送風空調系統是通過架空地板，採用不同的送風形式和出風口來向室內供應空氣，因此要使系統高效運行，關鍵在於確保形成良好的熱分層。 低效運行的地板式送风空调系统无法达到系统预设的節能目標。 此外，调查表明，節能的具體數量因位于不同气候的建筑物而异，建议在设计合适的暖通空調系统之前进一步研究调查这个因素。

應用領域
地板下送風空調系統經常應用於辦公建築，尤其是那些高度可重構以及開放式辦公室，因為架空地板本身就有利於電纜管理。地板送風空調系統也常見於指揮中心、IT資料中心以及服務器機房，這些場所通常由於電子設備衆多而具有較大的冷卻負荷，同時還需要佈置電力和資料線纜。ASHRAE的《地板下送風設計指南》指出：任何正在考慮採用架空地板進行線纜佈置的建築，都應當考慮使用 地板送風空調系統系統。

置換通風
置換通風系統與地板下送風空調系統的工作原理相似。置換通風系統系統在靠近地面的位置向空調區域送入冷空氣，並在天花板位置回風。該系統利用暖空氣的自然浮升力，以及熱源產生的熱羽流來工作：較冷空氣從低處送入後，暖空氣會上升並被帶走。雖然兩者相似，但地板下送風空調系統通常會在人員活動區域內產生更多空氣混合，並提供局部送風，因此能夠增強室內空氣流動，減少常與空氣品質較差相關的空氣停滯感。兩者在實際應用中的主要區別在於地板送風空調系統通過尺寸較小的送風口以更高風速送風，而地板送風空調系統的送風速度通常較低。此外，地板送風空調系統的送風口通常還可以由使用者自行調節控制。

参考