参数设置
假设新风量为每人 30 m³/h(OAF≈20%),室外 32°C/60%RH,室内 26°C/50%RH,人员为中等强度活动(每人显热 65W、潜热 60W)。
室内负荷细分与空气焓湿图上的 SHF 线
上半:负荷堆叠条(人员显热/潜热、照明、设备、新风显热/潜热);下半:简化焓湿图,从室内状态点画出 SHF 线指向冷却盘管方向。
理论与主要公式
室内空调负荷分为改变温度的显热和改变湿度的潜热,它们的比例 SHF 是盘管设计的主要指标。
显热负荷 Q_s。m_a 为空气质量流量,c_p ≈ 1.006 kJ/(kg·K),ΔT 为温差:
$$Q_s = m_a \, c_p \, \Delta T$$
潜热负荷 Q_L。Δw 为含湿量差,h_fg ≈ 2501 kJ/kg 为水的汽化潜热:
$$Q_L = m_a \, \Delta w \, h_{fg}$$
全热与显热比:
$$Q_t = Q_s + Q_L, \qquad SHF = \frac{Q_s}{Q_t}$$
SHF 较高(≈0.8)表示干燥负荷,较低(≈0.5)表示高湿负荷,焓湿图上 SHF 线的斜率决定盘管处理方向。
显热比 SHF 计算工具是什么
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设计前辈跟我说"这个办公室的 SHF 偏低,要小心"。SHF 到底是什么?
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简单说,就是空调要处理的全热 Q_t 中,用来改变温度的显热 Q_s 所占的比例:$\mathrm{SHF}=Q_s/Q_t$。剩下的是用来除湿的潜热 Q_L。看上面的模拟器默认值,SHF 在 0.47 左右——这意味着除湿工作比降温工作更繁重,就是典型的"低 SHF"工况。
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为什么潜热这么高呢?办公室里好像不会产生那么多水汽啊。
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关键在于新风。模拟器假设每人引入 30 m³/h 的新风。夏季的室外空气 32°C/60%RH 含湿量约 18 g/kg,而室内 26°C/50%RH 仅约 10.5 g/kg。也就是说每千克干空气要凝结掉 7.5 g 水——这就是潜热负荷的来源。你看条形图,最大的红色"新风潜热"段就是这么来的。
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有趣的是,人数增加反而让 SHF 进一步下降。每个人贡献的显热(65W)和潜热(60W)几乎对半,但新风量也按人数线性增加,所以新风潜热的增长非常猛。相反,扩大面积、增加照明设备只增加显热,会把 SHF 推高。试着移动几个滑块,观察四张数值卡的同步变化。
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正是它,盘管设计的主角。从室内状态点(黄色)出发,按 SHF 决定的斜率延伸的就是 SHF 线。冷却盘管必须沿这条线处理空气。绿色的点是 ADP(机器露点),SHF 线与饱和曲线的交点,可作为盘管表面温度的目标值。SHF 越低,线越陡,需要的盘管表面温度也越低。
常见问题
一般办公或住宅制冷的 SHF 约为 0.65~0.80。高密度会议室和高新风量场所降到 0.55~0.65。健身房、厨房、湿度高的工厂在 0.40~0.55。服务器机房和干燥工厂可超过 0.90。本工具默认参数下 SHF≈0.47,是典型的高潜热负荷场景。
在焓湿图上从室内设计点画出与 SHF 对应斜率的线,在该线上取冷却盘管出风状态点。一旦确定送风温度,盘管要处理的显热与潜热能力就唯一确定,可以进行盘管选型。SHF 线陡(除湿为主)则需要除湿能力强的盘管,平缓则以显热冷却为主。
标准冷却盘管在 SHF≈0.7 附近最为高效,SHF 跌破 0.5 的现场需要特殊处理。常见对策包括:过冷除湿后再热的"再热方式"、固体吸附剂除湿的"转轮除湿空调"、以及将潜热和显热分系统处理的"分离式空调(DOAS+干式末端)"。各方案在节能性与除湿能力之间各有取舍。
采用夏季标准工况:室外 32°C/60%RH、室内 26°C/50%RH,新风按每人 30 m³/h(OAF≈20%),人员为中等强度工作(每人显热 65W、潜热 60W),照明和设备按 100% 显热处理。实际设计还要考虑围护结构传热、风机散热、渗透风以及时段变化。本工具适合用来快速建立 SHF 的直观感觉,详细设计请用全年逐时负荷模拟。
实际应用
办公楼与商业建筑空调:办公楼、商场、酒店的空调机组选型,首先根据人员密度和新风量估算 SHF。当 SHF 低于 0.6 时,往往要在空调机(CAV/VAV)中增加再热盘管,避免室内湿度失控。会议厅、报告厅等人员密度变化大的空间 SHF 波动剧烈,所以变风量控制和运行模式切换非常重要。
数据中心与精密空调:服务器机房几乎是纯显热负荷,新风量很小,SHF 可达 0.9 甚至 1.0。此时可以采用"干工况"运行,把盘管表面温度保持在露点以上,同时实现节能和防结露。设计时的 SHF 计算就是盘管选型与冷水温度设定的起点。
厨房、健身房、游泳池:厨房的蒸汽、健身房的出汗、泳池的蒸发都使潜热负荷超过显热。SHF 跌破 0.4 的现场不少见,需要转轮除湿机或再热式空调等特殊设计。用本工具粗算 SHF,可以判断常规空调机是否够用,还是必须采用特殊设备。
建筑能耗 CAE 模拟:EnergyPlus、TRNSYS 等建筑能耗模拟软件会输出逐时 SHF。如果你能直观理解"人员、照明、设备、新风各自如何影响 SHF",再看这些软件的结果就会容易得多,盘管选型的验证也更稳妥。
常见误解与注意事项
最常见的误解是"只要达到室内设计温湿度,就不用关心 SHF"。其实 SHF 是"盘管该沿哪个方向处理空气"的方向向量,决定的是处理路径,而非终点。如果某现场实际 SHF=0.5,却按 SHF=0.75 的标准盘管选型,最终温度可能达标,但湿度始终降不下来,造成室内闷热感。在选型前,一定要用本工具核对 SHF 和负荷细分,把握现场真实的 SHF 范围。
第二个常见错误是低估新风量。即使按规范的最低新风量配置,也可能像本工具显示的那样,新风潜热占总负荷的 40% 以上。"每人 30 m³/h"是一般办公的下限,会议室、教室、加强感染控制的场所往往是这个值的 2~3 倍。把模拟器人数滑块向右拖动,红色的新风段几乎按比例增长,SHF 也持续下降。这正是 DOAS(专用新风系统)独立处理新风潜热的设计在近年广为采用的原因。
最后,不要把 SHF 当成一个固定值。SHF 会随时段、季节、在室人数、运行模式发生很大变化。早晨启动时室外凉爽、潜热小,SHF 偏高;中午高峰人多、新风潜热大,SHF 偏低;夜间停风、无人员时以内部发热为主,SHF 又升高。设计中既要看"峰值 SHF",也要评估"全年 SHF 范围",并通过变容量控制(变频压缩机、VAV、再热量调节)让空调系统能够覆盖整段 SHF 区间,这是兼顾舒适与节能的关键。