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空调负荷计算 1 空调负荷 空调负荷是指空调房间冷 热 负荷和湿负荷 空调房间冷 热 负荷 湿负荷是确定空调系统送风量及空调设备容量的基本依据 室内冷 热 负荷 湿负荷的计算以室外气象参数和室内要求保持的空气参数为依据 2 一 空调的室内 外计算参数 1 空调室外空气的计算参数空调的室外空气计算参数在 采暖通风与空气调节设计规范 中已做出明确规定 众所周知 室外空气计算参数的取值大小将直接影响室内空气状态和空调费用 因此 在空调设计中 应选用室外空气计算参数作为建筑物围护结构的温差传热量和新风负荷的计算依据 1 设计规范中规定的计算参数是按全年少数时间不保证室内温湿度标准而制定的 温湿度标准如下 采用历年平均不保证50h的干球温度作为夏季空调室外计算干球温度 采用历年平均不保证50h的湿球温度作为夏季空调室外计算湿球温度 采用历年平均不保证1d的日平均温度作为冬季空调室外计算温度 采用历年一月份平均相对湿度的平均值作为冬季空调室外计算相对湿度 3 2 夏季计算经建筑围护结构传入室内的热量时 应按不稳定传热过程计算 故必须已知夏季空调设计日平均温度和逐时温度 夏季空调室外空气设计日的逐时温度 t 按下列确定 式中 夏季空调室外空气计算日平均温度 按规范 采用历年平均不保证5d的日平均温度作为夏季室外空气计算日平均温温度 室外空气温度逐时变化系数 夏季室外空气计算平均日较差 4 式中 夏季空调室外计算干球温度 3 空调系统冬季的加热 加湿所耗费用远小于夏季的冷却去湿所耗费用 为了便于计算 冬季可按稳定传热方法计算传热量 而不考虑室外气温的波动 若冬季不使用空调设备送热风 仅用供暖设备补偿房间热损失时 计算围护结构的传热采用采暖室外计算温度 4 对于规范中查不到的城市可按下述简化统计方法 确定室外计算温度 采暖室外计算温度 tw n 可按下式确定 式中 累年最冷月平均温度 累年最低日平均温度 5 冬季空调室外计算温度 tw k 可按下式确定 夏季空调室外计算湿球温度 tw g 可按下式确定 北部地区 中部地区 南部地区 式中 与累年最热月平均温度和平均相对湿度相对应的湿度温度 与累年极端最高温度和最热月相对湿度相对应的湿球温度 夏季空调室外计算日平均温度 tw p 可按下式确定 6 二 空调室内空气的设计参数 空调房间室内空气设计参数的确定主要取决于 1 舒适性 人体所能维持正常的散热量和散湿量 影响人舒适感的主要因素有 室内空气的温度 湿度和空气流动速度 其次是衣着情况 空气的新鲜程度 室内各表面的温度等 2 综合考虑地区 经济条件和节能要求等因素 7 三 室内空气品质与新风量 1 室内空气品质的定义空气中没有已知的污染物达到公认权威机构所确定的有害浓度指标 并处于这种空气中的绝大多数人 80 对此没有表示不满 2 室内空气品质的影响因素 空调系统对室内空气品质的影响 新风不足 新风入口位置不良 建筑围护结构漏水 送风风道和空气处理脏污 空气分布无效 过滤器效率低下 暖通空调系统维护不良 冷凝水排放不利 新风量不足的主要原因有 a 为了节省运行费用 按最小新量运行 使新风量不足 8 三 室内空气品质与新风量 b 空调设计中新风量取得过小 不能满足室内空气品质的要求 c 新风处理 输送和扩散过程的污染 恶化了新风品质 削弱新风的稀释作用 d 空调系统运行管理不当 也可造成新风量的不足 室内污染物的影响 室外环境的影响3 改善室内空气品质的措施 暖通空调系统设计一严格的运行管理与维护 污染源的控制 9 4 新风量室外新鲜空气是保障良好的室内空气品质的关键 故空调系统中引入室外新鲜空气是必要的 由于夏季室外空气焓值比室内空气焓值要高 空调系统为处理新风势必要消耗冷量 据调查 空调过程中处理新风的能耗大致要占总能耗的25 30 对于高级宾馆和办公建筑可高达40 空调处理新风所消耗的能量是十分可观的 所以 空调系统要在满足室内空气品质的前提下 应尽量选用较小 必要的新风量 否则 新风过多 将会增加空调制冷系统与设备的容量 新风量确定的一般原则 满足卫生要求为保证人们身体健康 必须向空调房间送入足够的新风 一般是以稀释室内产生的CO2 使室内CO2浓度不超过1 106为基准 确定常态下的每人新风量为30m3 h 10 补充局部排风量当空调房间内有局部排风装置时 为了不使房间产生负压 在系统中必须有相应的新风量来补充排风量 保证空调房间的正压要求为防止室外空气无组织侵入 影响室内空调参数 需要在空调房间内保持正压 室内空气压力 房间周围的空气压力 即用增加一部分新风量 或排风系统少排掉部分新风 的办法 使室内空气压力高于外界压力 然后再让这部分新风从空调房间门窗缝隙等不严密外渗透出去 这部分渗透空气量的大小由房间的正压 窗户结构形成的缝隙状况所决定 一般情况 空调房间正压可取5 10Pa 过大的正压不但没有必要 还有坏处 空调系统的新风量不应小于总风量的10 以确保卫生和安全 11 新风量可按如下所示的框图来确定 除了考虑人员密度外 还要充分考虑跟围护结构和装饰相关的室内面积 房间最小新风量Lw为 式中n 室内总人数 即为人员密度与地面面积之积 Rp 每人最小新风量指标 m3 h 人 Rb 每平方米地板所需最小新风量指标m3 h m2 Ab 地板面积 m2 12 四 空调房间的冷负荷和制冷系统的冷负荷 建筑物空调室内冷负荷和制冷系统负荷的形成过程及组成 13 1 空调房间的冷负荷包括 由于室内外温差和太阳辐射作用 通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷 人体散热 散湿形成的冷负荷 灯光照明散热形成的冷负荷 其他设备散热形成的冷负荷 空调房间的冷负荷是确定空调送风系统风量和空调设备容量的依据 2 制冷系统负荷制冷系统负荷等于室内负荷 新风负荷和其他热量形成的冷负荷之和 也就是说空调制冷系统的供冷能力除了要补偿室内的冷负荷外 还要补偿空调系统新风量负荷和抵消冷量的再加热等其他热量形成的冷负荷 14 制冷系统负荷是确定空调制冷设备容量的依据 3 得热量和冷负荷 房间的得热量是指某一时刻由室外和室内热源进入房间的热量总和 冷负荷是指为了维持室温恒定 在某一时刻应从室内排出去的热量 瞬间得热量中以对流方式传递的显热得热和潜热得热部分 直接放散到房间空气中 立刻构成房间瞬间冷负荷 而以辐射方式传递的得热量 首先被围护结构和室内物体所吸收并贮存于其中 当这些围护结构和室内物体表面的温度高于室内空气温度后 所贮存的热量再借助于对流方式逐时放出 给予室内空气而形成冷负荷 4 在计算空调负荷时 必须考虑围护结构的吸热 蓄热和放热过程 不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同步的 因此 在确定房间逐时冷负荷时 必须按不同性质的得热分别计算 然后取逐时冷负荷分量之和 15 四 空调冷负荷的计算 空调冷负荷的计算方法 谐波反应法 反应系数法 Z传递函系数法和冷负荷系数法 我国常采用冷负荷系数法和谐波反应法计算空调冷负荷 1 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法 1 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算 式中Qc 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷 W A 外墙和屋面的面积 m2 K 屋面和外墙的传热系数 W m2 根据屋面和外墙的不同构造和厚度 可查表 tn 室内设计温度 tc 外墙和屋面的冷负荷计算温度的逐时值 根据外墙和屋面的不同类型可在表中查出 外墙和屋面的冷负荷计算温度为 相应的冷负荷计算值为 16 2 内围护结构冷负荷内围护结构是指内隔墙及内楼板 它们的冷负荷也是通过温差传热 即与邻室的温差 而产生的 这部分可视为稳定传热 不随时间而变化 其计算式为 式中Ki 内墙或内楼板传热系数 W m2 Ai 内墙或内楼板面积 m2 tw p 夏季空调室外计算日平均温度 tf 附加温升 取邻室平均温度与室外平均温度的差值 查下表 17 3 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下 玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷按下式计算 式中Qc 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷 W Aw 窗口面积 m2 Kw 玻璃窗的传热系数 W m2 K 可查表 tc 玻璃窗的冷负荷温度的逐时值 可查表 2 透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷Qc 按下式计算 式中Qc 透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷 w Aw 窗口面积 m2 Ca 有效面积系数 可查表 Cs 窗玻璃的遮阳系数 可查表 Ci 窗内遮阳设施的遮阳系数 可查表 Cz 窗玻璃的综合遮挡系数 无因次Dj max 日射得热因数的最大值 W m2 可查表 CLQ 窗玻璃冷负荷系数 无因次 可查表 3 室内热源散热引起的冷负荷 1 设备散热形成的冷负荷设备和用具显热散热形成的冷负荷按下式计算 式中Qc 设备和用具显热形式的冷负荷 W Qs 设备和用具实际显热散热量 W CLQ 设备和用具显热散热冷负荷系数 可查表 如空调系统不连续运行 则CLQ 0 18 2 照明散热形成的冷负荷根据照明灯具的类型和安装方式不同 其冷负荷计算式分别如下 白炽灯荧光灯式中Qc 灯具散热形成的冷负荷 W N 照明灯具所需功率 KW n1 镇流器消耗功率系数 当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时 取n1 1 2 当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时 可取n1 1 0 n2 灯罩隔热系数 当荧光灯罩上部穿有小孔 下部为玻璃板 可利用自然通风散热于顶棚内时 取n2 0 5 0 6 而荧光灯罩无通风孔者 n2 0 6 0 8 CLQ 照明散热冷负荷系数 可查表 3 人体显热散热形成的冷负荷人体显热散热引起的冷负荷的计算公式 式中Qc 人体显热散热形成的冷负荷 W qs 不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量 W n 室内全部人数 某些空调建筑物内的群集系数 查表 CLQ 人体显热散热冷负荷系数 查表 但应注意对于人员密集的场所 由于人体对围护结构和室内物品的辐射换热量相应减少 可取CLQ 1 0 人体潜热散热引起的冷负荷计算式为 式中Qc 人体潜热散热形成的冷负荷 W q1 不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量 w 19 五 空调新风负荷的计算 空调新风负荷按下式计算 式中QW 新风负荷 W GW 新风量 kg s iw 室外空气焓值 kj kg in 室内空气焓值 kj kg 20 六 空调湿负荷的计算 空调湿负荷是指空调房间内湿源 人体散湿 敞开水池或槽表面散湿 地面积水等 向室内的散湿量 1 人体散湿量人体散湿量按下式计算 式中mw 人体散湿量 kg h g 成年男子的小时散湿量g h 查表 n 室内全部人数 群集系数 2 敞开水表面散湿量敞开水表面散湿量按下式计算 mw A式中mw 敞开水表面散湿量 kg h 敞开水表面单位蒸发量 kg m2 h 查表 A 蒸发表面积 m2 21 计算例题 例 假定济南地区有一顶层空调房间如图所示 采用顶部风机盘管加新风系统 室内保持正压 不考虑空气渗透负荷 室内设计温度tn 27 房间南向有一5mm普通玻璃的单层钢框外窗 内挂尼龙绸白色窗帘 且室外有贯通的横向遮阳板 f 0 3m g 0 l 0 5m B 2m H 2 5m 东外窗构造同南外窗 只是内侧装活动铝百叶帘 房间有两名男子工作 200W白炽灯照明 同时使用系数n1 0 8 500W用电设备 按电热设备考虑 同时使用系数n1 0 7 利用系数n2 0 8 负荷系数n3 0 5 通风保温系数n4 1 人员 设备与灯具的工作时间为 上午8 00 12 00 下午2 00 6 00 按表中给出的序号 各围护结构的构造如下 屋面为45号 表面为深色 0 9 外墙为16号 楼板