没去新加坡之前,我一直以为香港商场的空调是我遇到过最冷的。因为每次从中港城下船,第一件事情就是冲出中港城,到没有空调的地方避寒。有一次实在太冷了,感觉坚持不到出门了,直接在最近的商店买了件夹克披上了。结果直到我前几天来到了新加坡,才发现,新加坡的空调比香港更变态,真后悔自己没带长裤长袖过来。
另付本人介绍“我比你们高到不知道哪里去啦!世界上哪个国家我没去过?美国海关的工作人员,我和他们谈笑风生。”相比之下,貌似没有哪个地方空调比香港和新加坡的还冷啊……

新加坡南洋理工大学某堆满了空调的实验室研究生的处女答献上。诸位前辈已经回答了很多,我就用一个计算演示一下原理,以便外行人士理解,也作为我对进入暖通空调领域学习的一个小结。请诸位指教。


先上结论再做演示:新加坡空调冷不是因为建筑规定不许reheat造成的。维持换气率或者除湿一般不需要再加热,制冷保证的情况下一般换气率和除湿都能保证。


空调就是空气调节,air conditioning。理论上,空气内所有属性都要调节:温度,湿度(水含量),CO2含量,氧气含量,以及甲醛,PM2.5,微生物等都应该控制在健康舒适的范围内。出于成本考虑,目前商业建筑(commercial building)用暖通空调系统(Heating, Ventilation, Air Conditioning)主要针对温度和湿度进行调节,并通过吸入一定量的新风(outdoor air)置换室内的空气以尽量维持CO2,氧气以及其他有害气体的量不至于太高。可惜大气质量逐年下降,人的要求越来越高,以后可能“新风”也都不“新”了。


空调系统的设计要根据当地气候条件来定。我简单查了一下新加坡年均气温24.7-31.5度。湿度差不多70%-100%。理想的室内环境是25度50%相对湿度,所以新加坡的空调主要目的是降温除湿。如果在高纬度地区,气温低,干燥,空调的设计就以供暖和加湿为主。


空调系统经过多年发展有很多类型

@zilch 提到的是VAV系统, @张小博 提到了FCU风机盘管系统,我们实验室有做ACB主动式冷梁等。目前新加坡大部分建筑都是可变风量系统(variable air volume, VAV),结构如图,为避免版权纠纷自己画了一下,没啥审美大家包容一下:

左下是提供冷水的制冷机组,上方是AHU,有送风和回风两条路,空气在AHU中处理好后通过巨大的管道送往各个房间,再从各个房间收集回风返回AHU。回风一部分抛弃(因为吸进多少Outdoor Air就要排除多少Exhaust Air否则压力就越来越高了)一部分与新风混合。这么做的初衷是为了节能。混合后的混风经过冷水盘管被冷却下来,同时有水结露排出,剩下的就是低温的100%湿度饱和空气。这些空气可以直接送往末端与室内空气混合,因为一经混合温度上来了相对湿度就会下去。

@zilch 说得对,为了维持室内换气率(air change per hour, ACH), 送往室内的冷空气的量是有下限的。但是事实上除了换气率方面的考虑,移除室内额外产生的热(墙和窗户会传热,光照以及人的活动都会导致升温,我们称之为冷负荷(sensible load))和湿(主要是人和水槽,我们称之为湿负荷(latent load))都会对送风量有一个下限要求。这些需求是会随建筑用途大幅改变的,正经计算时要考虑人的密度,建筑朝向,用电设备等。换气温度湿度这三者要取最大的一个作为实际送风量。一般的结果是ACH的要求最低,湿负荷其次,冷负荷最高。所以大部分的时候只要满足了制冷,换气和除湿的要求都基本能满足。reheat很少会开。不过ACH的风量要求是新风,因此实际的AHU会用一些回风补足风量差,使得加起来的总风量满足sensible和latent load。

背景介绍完,演示一下实际空调计算过程,假设:

200平米的办公室,高度3.5m,40个人在里面办公。


我们先计算一下新风量和送风量。

通常计算中我们用每小时换5次空气,则新风量就是3750 m^3/hr。如果根据人数来算,一人30m^3/hr新风量是1200m^3/hr,二者取较大值,3750m^3/hr。

sensible load按120W每平米*200平米+估算,latent load按70W一个人估算。这俩的送风量需要用到焓差来计算。过cooling coil的风是14度100%RH,绝对湿度9.97g/kg,经过风机温升2度(一般经验上这样估算), 变成16度88%RH的空气,焓值41.32kJ/kg,风送进室内,吸热至25度同时相对湿度达到55%,这里面的焓差分两部分。单纯升温不改变绝对湿度的部分对应sensible load,温度不变绝对湿度增加(相对湿度也对应增加)的部分是latent load。查表得知25摄氏度绝对湿度9.97g/kg的空气的焓值是50.52kJ/kg,焓差9.2kJ/kg。25度55%RH空气的绝对湿度是10.89g/Kg,焓值52.86kJ/kg,温度不变湿度增加的焓差是2.34kJ/kg。用这两个焓差分别被sensible load 和latent load除,则可算出sensible load和latent load需要的空气的质量流量分别为2.6087kg/s和1.1966kg/s,对应的风量是7549m^3/hr和3463m^3/hr。

把三个风量值放在一起比较:3750m^3/hr (ventilation), 7549m^3/hr (sensible), 3463m^3/hr (latent),最终给AHU设计的送风量是取较大的一个7549m^3/hr,也就是由sensible load算出来的风量。这么来看,相较而言,还是sensible load更大一些。看,即使是在新加坡,也很少会出现温度已经够低但是湿度还是很高这种情况。 @王豫林 的回答也是说的这个意思。


接下说说我认为的感觉新加坡空调冷的原因,按可能性高低排列:

  1. 空调系统设计的时候都是留有裕度的,一般都会加个2成-3成。而且往往设计时加了一次,选购设备的时候又会加一次。因此大部分空调能提供远大于正常工况的制冷量。本来这也不是问题,可惜空调系统的控制算法一般都比较粗陋,很多地方都是on-off control,再加上室内人数时多时少,外面气温时高时低,空调工况的调整并没有那么及时,这导致空调实际运行的时候常常偏离最优工作点,不仅不舒服,而且很费电。
  2. 赞同@匿名用户提到的,“你开的冷没事,温度高会有人投诉的“。还有就是不同人的舒适温度不一样,觉得低你就多穿点,觉得高了就没法了。
  3. 有的时候觉得冷是因为吹到风口上了。空调风吹出来的时候还是很冷的,只有经过跟室内空气的混合才升温成25度的。这个过程中人提前接触到风确实会觉得冷,尤其是风速大于0.2m/s以后还有明显的对流效应更感觉冷。
  4. 在国内由于人密度大、设备不达标等因素,空调没那么凉,习惯了以后来新加坡就对比显得尤其冷。

不过我个人也觉得25度的标准太冷了,夏天就要有夏天的样子,27-28度就差不多了。否则温差太大容易感冒。空调系统的控制还有待提高,目前的中央空调对每个房间单独控温的能力太弱。只有实现精确的个性化温度设定,动态的根据房间内人数和设备功耗改变制冷量,根据天气(大热天还是下雨天)调整工况,才能实现真正的建筑节能,并且创造真正舒适的环境。


(2015年4月29日增补)

前段时间访问了我们实验室一个毕业了的师兄,他在新加坡某公司接项目做空调系统。向他证实了空调的设定温度每个房间都不一样,根据业主的要求从25度到18度都有。所以冷归根结底还是因为有人设定成这么低的温度。


(2015年9月7日增补)

昨天的日报上的一则专栏It's a scorcher ! 热化了! - Hic Rhodus, hic salta - 知乎专栏说炎热的环境会影响脑部功能,影响理性思考能力。我自己是深有体会,在桂林的时候夏天总有几天温度超过35度,那一两个星期如果不开空调基本上啥也干不了,学习效率下降很厉害。也许新加坡这里的人超过25度就不能工作了也说不定呀,他们需要一个低温的工作环境保持头脑清醒,反正正装一套穿上也不会觉得冷。。。或者上司故意把温度设的低一些提高员工效率吧。

此外衡量环境舒适度是一个很复杂的问题,除了温度湿度以外,还有许多其他变量影响着。在Berkeley的网站上提供了一个计算舒适度的工具,CBE Thermal Comfort Tool for ASHRAE-55, 用的是ASHRAE的标准。我稍微试了一下,如果风速稍微提高到0.4m/s,哪怕是27度100%湿度都覆盖在舒适区里,反倒是25度50%的空气会变得不舒适(应该是吹着太冷了)。还有一直安静坐着的人跟一个强体力劳动者也不一样。因此即使在同一个房间,有些人觉得热有些人觉得冷是很常见的。我跟我师兄们讨论一下,一致认为未来空调的发展趋势是个性化的空调,每个人设定自己工作区的那一片的温度,或者有一个智能空调系统能记住用户的偏好,根据个人的位置和身体状况调节局部气候。



“吾膝下虔诚的工程师们,为新加坡人打造了赤道上最适宜人类生存的温度,福荫国民。”–––––李光耀

排名第一的答案肯定是错的啊,制冷工况下,房间温度越低说明耗能越大有什么问题么?难道电冰箱比电风扇还省电?房间冷要不就是人家本来设定温度就低(习惯问题,比如五星级酒店客房夏天都是盖被子睡觉,没有铺被单儿的;发达地区的人往往正装出行),要不就是控制系统有问题,不能根据房间冷负荷的变化及时调节末端系统。VAV做好不容易,控制系统要求挺高的,出问题一点儿也不奇怪。

至于控制湿度的问题是这样的:一般舒适性空调系统里,室内回风先与室外一部分新风混合,经过空调处理器里面的表冷器被降温,同时也被除湿(在表冷器的表面上结露)。此时,除非是有控制温差的特殊要求,是不会再加热空气的,直接送入室内即可。那么送风状态点就是由表冷器的机器露点决定的,也就是焓湿图上那根95%曲线上的点。实际运行中,由于冷负荷在不断的变化,除非像是博物馆珍品库是按湿度优先的控制策略,一般夏季空调系统都是控制回风温度,放弃对湿度的控制,因为风仅仅通过表冷器,温降和除湿量不可能同时得到精确控制,只要室温和湿度在一个范围内,人们感觉还行就可以了。

人们为了除掉室内多余的湿量,往往需要将水温降得足够低(7~12℃),要不没法析出那么多的水,所以有人就提出了温湿度独立控制的概念。就是用不是那么低温(19℃)的水去解决室内的显热负荷,就是解决是内的温度,这样可以提高制冷机的效率;再把新风处理到足够干后送入室内,解决室内的湿度问题。这种系统在越来越多的应用在绿色建筑领域和医疗建筑中(室内风机盘管是干工况运行,减少细菌滋生)。温湿度独立控制和排名第一的答案一点儿关系都没有!

作为一个学暖气出身的行政狗我就不瞎答了。
我只想说:我国的夏季空调实在是太热了!


以前在海南,我司要求男士穿西裤和衬衣,但对女的没要求。然而办公室空调年久失修(修完两天又坏),大玻璃房子一晒,轻松松室温上30℃。

后来来了北京。办公室的中央空调常年被设定在26℃,但是室温根本降不到26,然而在28度室温还怕冷的姑娘们披着毯子也就算了,上厕所途中随手就把空调关了...是的...关了。稍微有个阴天下雨的,湿度很大不开空调很难受啊,她们还是怕冷,关了...她们就这么明目张胆的把空调关了,我除了偷偷摸摸的再打开还能怎么办,她弱她有理啊!为什么我身边那么多断了翅膀的天shi

国内很多大商场也是,九点半关门八点钟就把空调关了,节能倒是节能,新风系统也一起关了我觉得胸闷我找谁说理。

真羡慕你们这些室内嫌热还能投诉的国家。

在香港读书时 我们总觉得办公室的空调很冷 于是就去把温度调高 结果没过多久 就被办公室的其他人调回来

这样反反复复 后来他们受不了了 跟我们说:你们觉得冷,可以穿外套啊。我们觉得热,但是我们已经不能再脱了。。。

嗯。。。好像有点道理。。。