空調(diào)系統(tǒng)
潔凈手術(shù)室不是工業(yè)潔凈廠房，不是一個(gè)連續(xù)的工藝過(guò)程，手術(shù)室必須滿足醫(yī)療需求隨開(kāi)隨關(guān)。整個(gè)手術(shù)部已經(jīng)處于受控狀態(tài)，如果手術(shù)室開(kāi)關(guān)隨意，很容易造成整個(gè)手術(shù)部有序梯度壓差失控。
這要求，手術(shù)部無(wú)論采用何種凈化空調(diào)系統(tǒng)，不能因?yàn)槟硞€(gè)手術(shù)室的停開(kāi)導(dǎo)致整個(gè)手術(shù)部的有序梯度壓力分布受到影響，破壞各個(gè)手術(shù)室之間的正壓氣流的定向流動(dòng)，引起交叉感染。
所以，潔凈手術(shù)室靈活使用的同時(shí)，始終都要使手術(shù)部處于受控狀態(tài)，或者說(shuō)不破壞。凈化空調(diào)系統(tǒng)要達(dá)到這一目的，但又要考慮節(jié)能，就需要采取技術(shù)和設(shè)計(jì)措施，因地制宜選用暖通空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)取暖。我們先看下兩個(gè)概念，以便更好的理解下文：冷負(fù)荷是指連續(xù)保持空調(diào)房間恒溫、恒濕，在某一時(shí)刻向房間供應(yīng)的冷量；熱負(fù)荷是指為補(bǔ)償房間失熱需向房間提供的熱量；濕負(fù)荷是指維持室內(nèi)相對(duì)濕度恒定需從房間除去的濕量。
太陽(yáng)輻射熱對(duì)建筑物的熱作用
01
太陽(yáng)輻射基本知識(shí)
太陽(yáng)不斷地向地球輻射熱量，在地球大氣層上部，這一輻射強(qiáng)度的平均值為1368W/m2（也稱太陽(yáng)常數(shù)）。太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣層時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)被減弱，大部分紫外線和長(zhǎng)波紅外線被吸收，達(dá)到地面的太陽(yáng)輻射能主要是可見(jiàn)光和近紅外線部分，波長(zhǎng)為0.32~2.5μm。在地表面，太陽(yáng)輻射有直射輻射和散射輻射兩種形式。透過(guò)大氣層直接射向地面的太陽(yáng)輻射稱為直射輻射，直射輻射的方向取決于太陽(yáng)的位置。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的散射作用使整個(gè)天空變成一個(gè)輻射源，它也向地球發(fā)出輻射熱，這一輻射熱沒(méi)有方向性，稱為散射輻射。透過(guò)建筑物各朝向垂直面與水平面標(biāo)準(zhǔn)窗玻璃的太陽(yáng)直接輻射照度和散射輻射照度，可按GB50736或GB50019的附錄D采用。
透過(guò)玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)的日射得熱分為兩部分：透過(guò)玻璃窗直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱和玻璃窗吸收太陽(yáng)輻射后傳入室內(nèi)的熱量。采用3mm厚的普通平板玻璃作為“標(biāo)準(zhǔn)玻璃”，在室內(nèi)表面放熱系數(shù)αn=8.7W/(m2. K) 和室外表面放熱系數(shù)αw=18.6 W/(m2. K)的條件下，得出夏季（以七月份為代表）通過(guò)這一“標(biāo)準(zhǔn)玻璃”的兩部分日射得熱量之和，稱為日射得熱因數(shù)DJ。經(jīng)過(guò)大量統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作，得出我國(guó)40個(gè)城市夏季九個(gè)不同朝向的逐時(shí)日射得熱因數(shù)DJ，并同時(shí)也給出了各城市各朝向的日射得熱因數(shù)的最大值DJmax（空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算方法專刊），GB50736附錄H.0.4給出了我國(guó)36個(gè)城市東、南、西、北四個(gè)朝向的DJmax）。
02
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱
有兩個(gè)因素會(huì)造成室內(nèi)外的傳熱：一是太陽(yáng)輻射，二是室外和室內(nèi)空氣的溫度差。太陽(yáng)輻射對(duì)建筑物有兩種類(lèi)型的作用：一種是太陽(yáng)輻射通過(guò)玻璃窗直接進(jìn)入室內(nèi)，無(wú)論冬季或夏季，室內(nèi)總是可以得到太陽(yáng)輻射造成的熱量；另一種是外墻或屋頂在太陽(yáng)的照射下提高了外表面的溫度。夏季，由于室外空氣溫度高于室內(nèi)，熱量從室外通過(guò)外墻或屋頂傳向室內(nèi)，當(dāng)外表面受到太陽(yáng)照射時(shí)，溫度更高，使室外向室內(nèi)的傳熱量增加；而冬季，由于室內(nèi)空氣溫度高于室外，空氣溫差形成的熱量是從室內(nèi)傳向室外，但當(dāng)外墻或屋頂受到太陽(yáng)照射時(shí)，外表面溫度升高，使向室外的傳熱量減少。
得熱量和冷負(fù)荷
01
得熱量和冷負(fù)荷的定義
得熱量是指在某一時(shí)刻進(jìn)入室內(nèi)的熱量以及室內(nèi)產(chǎn)生的熱量。根據(jù)性質(zhì)不同，房間得熱量可分為顯熱和潛熱兩類(lèi)，而顯熱又包括對(duì)流熱和輻射熱兩種成分。通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱和燈具、設(shè)備散熱等都屬顯熱得熱，而室內(nèi)人體或帶水設(shè)備的散熱既有顯熱得熱又有潛熱得熱（由散發(fā)水蒸氣帶入空氣的熱量）。
為了節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用，在計(jì)算得熱量時(shí)，只計(jì)算空調(diào)區(qū)得到的熱量（包括空調(diào)區(qū)自身的得熱量和由空調(diào)區(qū)外傳入的得熱量，例如分層空調(diào)中的對(duì)流熱轉(zhuǎn)移和輻射熱轉(zhuǎn)移等），處于空調(diào)區(qū)外的得熱量不應(yīng)計(jì)算。
顯熱得熱有兩種不同的傳遞方式：對(duì)流和輻射。例如，由通風(fēng)、滲透等作用帶來(lái)的顯熱，屬于對(duì)流得熱；而直接通過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱，則純屬輻射得熱；通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱及燈光散熱等得熱則是以對(duì)流和輻射兩種方式將熱量傳入室內(nèi)。表3.2-11是一組關(guān)于對(duì)流和輻射得熱成分的參考數(shù)據(jù)。
冷負(fù)荷是指維持室溫恒定條件下，室內(nèi)空氣在單位時(shí)間內(nèi)得到的總熱量，也就是采用通風(fēng)（或其他冷卻）方式的空調(diào)設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)自室內(nèi)空氣中取走的熱量（為此，需要在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)空氣供給相應(yīng)的冷量）。
顯然，得熱量與空調(diào)系統(tǒng)本身無(wú)關(guān)，而冷負(fù)荷與空調(diào)系統(tǒng)具有直接的聯(lián)系。換句話說(shuō)，得熱量是一個(gè)自然存在的參變量，而冷負(fù)荷是一個(gè)人工干預(yù)后的參變量。
02
冷負(fù)荷形成的機(jī)理
在瞬時(shí)得熱中的潛熱得熱及顯熱得熱中的對(duì)流得熱是直接放散到室內(nèi)空氣中的熱量，它們立刻構(gòu)成該瞬時(shí)的冷負(fù)荷，因此，這種得熱量與冷負(fù)荷相等。而得熱量中的輻射成分卻不能直接被空氣吸收。進(jìn)入室內(nèi)的輻射熱（長(zhǎng)波的或短波的）透過(guò)空氣被室內(nèi)各種物體所吸收和貯存，這些物體的溫度會(huì)提高，一旦其表面溫度高于室內(nèi)空氣溫度，它們又以對(duì)流的方式將貯存的熱量散發(fā)給空氣，這些放出的對(duì)流熱才成為冷負(fù)荷。
由此可見(jiàn)，輻射得熱要通過(guò)室內(nèi)物體的吸收、再放熱的過(guò)程間接轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷。這一間接轉(zhuǎn)化過(guò)程的快慢程度與室內(nèi)物體的蓄熱能力、室內(nèi)空氣流動(dòng)情況等因素有關(guān)。同時(shí)還可以看出，既然室內(nèi)物體的蓄熱能力對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的快慢程度有影響，轉(zhuǎn)化過(guò)程中一定存在衰減和延遲現(xiàn)象，使得冷負(fù)荷的峰值小于得熱量的峰值，冷負(fù)荷峰值的出現(xiàn)時(shí)間晚于得熱量峰值的出現(xiàn)時(shí)間。建筑物的蓄熱能力越強(qiáng)，則冷負(fù)荷衰減越大，延遲時(shí)間也越長(zhǎng)。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力與其熱容量有關(guān)，熱容量越大則蓄熱能力越強(qiáng)。
圖3.2-1所示為一個(gè)朝西的房間，當(dāng)其溫度保持一定，空調(diào)裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入室內(nèi)的瞬時(shí)太陽(yáng)輻射熱與冷負(fù)荷之間的關(guān)系。由該圖可知，實(shí)際冷負(fù)荷的峰值大致比太陽(yáng)輻射熱的峰值少40%，而且出現(xiàn)的時(shí)間也遲于太陽(yáng)輻射熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間。圖中左測(cè)陰影部分表示蓄存于結(jié)構(gòu)中的熱量，由于保持室溫不變，兩部分陰影面積是相等的。
圖3.2-2所示為不同重量的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力對(duì)冷負(fù)荷的影響。材料熱容量等于重量與比熱的乘積，而一般建筑結(jié)構(gòu)的材料比熱值大致相等，故材料熱容量就單一的與其重量成正比關(guān)系，即重型結(jié)構(gòu)的蓄熱能力比輕型結(jié)構(gòu)蓄熱能力大得多，其冷負(fù)荷的峰值就比較小，延遲越長(zhǎng)。
由此，得熱量不一定等于冷負(fù)荷，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性及得熱量的類(lèi)型及成分決定了得熱量與冷負(fù)荷的關(guān)系，如果熱源只有對(duì)流散熱，各圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和各室內(nèi)設(shè)施表面的溫差很小，則冷負(fù)荷基本等于得熱量，否則就不同。得熱量轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷的計(jì)算是比較復(fù)雜的，目前主要采用經(jīng)驗(yàn)的或?qū)嶒?yàn)的近似方法。
另外，空調(diào)系統(tǒng)在間歇運(yùn)行的條件下，室溫有一定程度的波動(dòng)，引起室內(nèi)物體（包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)）的蓄熱與放熱，空調(diào)設(shè)備也會(huì)自室內(nèi)多取走一些熱量。在這種非穩(wěn)定工況下，空調(diào)設(shè)備自室內(nèi)帶走的熱量稱為“除熱量”。
