第二章 空调负荷计算和送风量.ppt

第二章空调负荷计算和送风量 第一节室内外空气计算参数 第二节太阳辐射热对建筑物的热作用 第三节通过围护结构的得热量及其形成的冷荷 第四节空调房间送风状态及送风量的确定 冷负荷 在某一时刻为保持房间恒温恒湿 需向房间供应的冷量 热负荷 为补偿房间失热而需向房间供应的热量 湿负荷 为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量 关于空调负荷的几个基本概念 第一节室内外空气计算参数 空调房间冷 热 湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据 空调房间的室内温度 湿度的要求 用两组指标来反映 空调温度tn 空调温度基数 空调精度 室内温度允许波动范围 相对湿度 n 相对湿度基数 空调精度 相对湿度允许波动范围 室内温 湿度设计标准的确定依据 对于舒适性空调 主要从人体的舒适感来考虑 一般不提空调精度的要求 对于工艺性空调 要考虑满足工艺过程对温 湿度基数和空调精度的特殊要求 同时兼顾人体的卫生要求 人体的热平衡和舒适感 人体的舒适状态是由许多因数决定的 其中舒适感的环境指标有 主要指标温度 湿度 空气流速 清洁度其他指标压力 噪声 气味等 人体热舒适感 影响因素人感到热舒适的条件热舒适的评价 热平衡方程M W C R E S 0 M 人体通过新陈代谢产生能量 主要取决于人体活动量的大小 此外还与年龄性别不同有明显差别男性基础代谢量明显高于女性少儿 幼儿明显高于成年 老年 W 人体所作的机械功 在某些活动中 人可能作外部功 如爬山而获得势能 做这些工作所消耗的能量则取自代谢自由代能 人体所放出的热量被称为新陈代谢产热量H 这个热量小于新陈代谢自由能产热量 H M W 人体是高效的能量转化系统吗 机械效率 W M大部分室内劳动机械效率近似0 人体与外界的热交换 显热交换对流散热C辐射散热R潜热交换E皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿 人体与外界的对流 辐射和蒸发都受到人体衣着情况的影响 人体对流换热与周围空气温度 空气流速有关 汗液蒸发与空气温度 湿度 空气流速有关 人体周围环境物体的表面温度影响人体的辐射散热强度 影响热平衡的因素 人的因素 活动量衣着环境因素 空气干球温度空气相对湿度人体附近的空气流速平均辐射温度 服装热阻值 clo 短袖薄衫 绵织内衣裤0 2薄裤子 短袖衬衫0 5保暖的长袖衫 全身套裙0 7薄裤子 背心 长袖衬衫0 7薄裤子 背心 长袖衬衫 夹克0 9厚三件套西服 长内衣裤1 5 单件服装热阻背心0 06短袖或轻薄的衬衫 0 19保暖衬衫0 29短袖套头绒线衫 毛背心0 2厚毛衣0 37薄毛衣0 25羊毛上衣0 35夹克0 4厚裤子0 32薄裤子0 26厚长裙0 3薄长裙 薄短裙0 2厚长外衣0 63薄长外衣0 25厚短外衣0 5薄短外衣0 2长统袜 紧身衣0 01鞋0 04短内裤0 05短袜0 03 人体会通过体温的变化会对人体的散热产生影响 从而调节人的热平衡 散热调节方式血管扩张 增加血流 提高表皮温度 出汗御寒调节方式血管收缩 减少血流 降低表皮温度 通过冷颤增加代谢率 什么是热舒适 对热环境感到满意的心理状态 Fanger教授提出热舒适的三个条件 1 人体必须处于热平衡状态 以便使人体对环境的散热量等于人体的体内产热量 并且蓄热量为零 即 M W C R E 0 S 0 充分条件 必要条件 2 皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平3 人体应具有最佳排汗率 热舒适方程P O Fanger令人体热平衡方程中蓄热率S 0 得出 M W fclhc tcl ta 3 96 10 8fcl tcl 273 4 273 4 3 05 5 733 0 007 M W Pa 0 42 M W 58 2 1 73 10 2M 5 867 Pa 0 0014M 34 ta 人体热平衡 S M W E R C W S 0 人体状态正常 体温为36 5 S 0 人体状态不正常 体温上升 高于36 5 S 0 人体状态不正常 体温下降 低于36 5 是在同样的热环境条件下 人与人的热感觉也会有所不同 因此 应该采用平均热感觉指标的概念 而预测的平均热感觉指标常常简称为PMV PredictedMeanVote 可以合理的设想 人不舒适的程度愈大 由舒适状态偏离调节机制的热负荷越大 一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数 表明一个人的体内热平衡和对所处环境的热损失之间的差异 Fanger收集了1396名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料 得出PMV的计算式 预测的平均热感觉指标PMV PredictedMeanVote PMV 0 303e 0 036M 0 0275 TL 0 303e 0 036M 0 0275 M W 3 05 5 733 0 007 M W Pa 0 42 M W 58 15 1 73 10 2M 5 867 Pa fclhc tcl ta 0 0014M 34 ta 3 96 10 8fcl tcl 273 4 273 4 PMV是由舒适方程得到的一个热感觉值数 体现了四种热环境变量的一定组合 活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测 预测平均不满意百分数PPD PredictedPercentDissatisfied 在同样热环境条件下 人与人之间的热感觉会存在差异 而人与人对热环境的反应的差异除了热感觉的不同之外 还表现在对环境满意与否的差异 因此 Fanger又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况 预测平均不满意百分数常常简写为PPD PredictedPercentDissatisfied 人体热感觉的标度 热感觉的七点标尺PMV热 3见汗滴暖 2局部见汗 手 额 颈等 稍暖 1感热 皮肤发粘湿润正常0感觉适宜 皮肤干燥稍凉 1感凉 局部关节 可忍受 凉 2局部感冷不适 需加衣冷 3很冷 可见鸡皮或寒颤 PMV与PPD的关系 PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数PPD 100 95exp 0 03353PMV4 0 2179PMV2 即便达到PMV 0 仍然有5 的人不满意 有效温度ET与ASHRAE舒适区 由于人的舒适感共四个环境影响因素和两个人为因素 因此不能用一个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态 有效温度就结合干球温度 湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感觉的 在同一条有效温度线上具有相同的热感觉有效温度线与50 相对湿度线的交点上标注着等效温度的数值 例如 通过t 25 50 的两线的交点的虚线即为25 等效温度线 该线上各点所表示的空气状态的实际干球温度 相对湿度均不相等 但各点空气状态给人的冷热感都相同 思考题 为了保持人的热舒适感 在以下条件发生变化时 空气干球温度应该怎样变化 1 空气相对湿度下降 2 人的活动量增加 3 空气流速下降 4 衣服加厚 5 周围物体表面温度上升 室内空气计算参数 舒适性空调室内温 湿度标准 工艺性空调室内温 湿度标准 夏季 冬季 温度应采用24 28 相对湿度应采用40 65 风速不应大于0 3m s 温度应采用18 22 相对湿度应采用40 60 风速不应大于0 2m s 工艺性空调可分为一般降温性空调 恒温恒湿空调和净化空调等 室外空气计算参数 由图3 3气温日变化曲线可见 室外空气温 湿度变化规律 1 室外空气的干 湿球温度随季节 昼夜 时刻变化 2 空气的相对湿度 取决于空气干球温度t和含湿量d 3 若视一昼夜含湿量不变 相对湿度 的变化规律与干球温度t变化规律相反 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19 87 冬季空调室外计算温度tw d 采用历年平均不保证1天的日平均温度 冬季空调室外计算相对湿度 d 采用累年最冷月平均相对湿度 夏季空调室外计算干 湿球温度 室外空气计算参数的确定 设计规范中规定的设计参数是按全年少数时间不保证室内温湿度标准而制定的夏季空调室外计算干球温度tw x 采用历年平均不保证50h的干球温度 夏季空调室外计算湿球温度ts 采用历年平均不保证50h的湿球温度 夏季空调室外计算日平均温度tw p 采用历年平均不保证5天的日平均温度 室外逐时气温值受日照影响呈周期性变化 同时受到一系列随机因素的影响 夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 室外空气综合温度 外表面单位面积上得到的热量 综合温度 为完善 作以下修改 它相当于将室外空气温度tw 提高了一个由太阳辐射引起的附加值 I w 并非实际存在的空气温度 第二节太阳辐射热对建筑物的热作用 太阳辐射强度及影响因素 太阳及其与地球间各种角度太阳辐射强度1m2黑体表面在太阳照射下所获得的热量值 影响到达地面的太阳辐射的因素地理纬度的影响季节的影响昼夜的影响 建筑物表面所受到的太阳辐射强度 太阳直接辐射强度太阳散射辐射强度长波辐射太阳的总辐射强度 第三节通过围护结构的得热量及其形成的冷荷 得热量 冷负荷 制冷量三者的关系得热量 某时刻由室外和室内热源进入房间的热量的总和来自室外部分 室内外温差传热 太阳辐射进入热来自室内部分 室内照明 人体 设备散热 得热量按随时间变化 可分为稳定得热和瞬时得热 得热量按性质不同 可分为显热 对流热和辐射热 和潜热 得湿量 主要为人体散湿和工艺过程与工艺设备散发出来的湿量 冷负荷 为了连续保持室温恒定 在某时刻需向房间供应的冷量 或需从室内排除的热量 内容要点 任一时刻房间瞬时得热量的总和不一定等于同一时刻的瞬时冷负荷 瞬时得热负荷中的潜热和显热得热中的对流成分直接进入房间空气中 并立即构成瞬时冷负荷 得热量转化为冷负荷过程中 存在衰减和延迟现象 显热得热中的辐射成分将被先蓄存到具有蓄热性能的围护结构和家具等室内物体表面上 不能立即成为冷负荷 空调室内的得热量一般总是高于冷负荷 除非围护结构和家具完全没有蓄热能力时 得热量等于冷负荷 制冷量 一座建筑物空调系统的制冷量 为以下各种因素形成的冷负荷 1 建筑物的计算冷负荷 2 新风计算冷负荷 3 送风机的温升 4 送风管道系统的温升 5 水系统 水管 水泵和水箱等 的热损失6 供冷设备的效率等引起的附加冷负荷 它们构成了该建筑物制冷机总容量 这一制冷机的总装机容量称为 制冷量 空调房间冷负荷 建筑物的计算冷负荷 的构成因素 外墙和屋面温差构成传热的冷负荷 外窗温差传热的冷负荷 外窗太阳辐射的冷负荷 内围护结构传热的冷负荷 人体散热的冷负荷 照明散热的冷负荷 设备散热的冷负荷 食物散热的冷负荷 散湿形成的潜热冷负荷 空气渗透带入室内的冷负荷 空调房间的冷负荷计算方法 一 空调室内夏季冷负荷夏季计算经围护结构传入室内的热量时 应按照不稳定传热过程计算 空调负荷计算步骤 a 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 不同性质的得热量形成的室内逐时冷负荷是不同步的 b 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 然后取逐时各冷负荷分量之和 空调冷负荷计算方法 20世纪40年代美国学者提出了当量温差法和20世纪50年代前苏联学者提出的谐波分解法 计算通过围护结构的负荷 没有将得热量和冷负荷区别考虑 导致空调冷负荷量偏大 20世纪60年代加拿大的学者提出了反应系数法 把得热量和冷负荷区别计算 20世纪70年代同加拿大学者又提出了Z传递函数法 反应系数法的改进型 进而同加拿大学者还提出了冷负荷系数法 适于手算 空调冷负荷计算方法20世纪80年代我国学者提出了谐波反应法和冷负荷系数法 谐波反应法 基本思路 室外空气综合温度呈周期性波动 使得通过围护结构的热流从外表面逐层地跟着波动 这种波幅是由外向内逐渐衰减和延迟的 室内得热量中的对流部分 直接转变为室内冷负荷 室内得热量中的辐射部分 经室内围护结构等的吸热 放热反应以后再形成室内冷负荷 相对于辐射得热量 该冷负荷有衰减和延迟 几个名词解释 传热衰减度 围护结构外侧综合温度的波幅与内表面波幅的比值 传热延迟时间 内表面温度波对外侧综合温度的相应滞后 放热衰减度 进入房间的辐射得热与室内冷负荷波幅的比值 放热延迟 室内冷负荷对辐射得热的相应滞后 一 外墙与屋面传热冷负荷的计算 式中 K 传热系数附录3 103 11F 计算面积 二 外墙的传热冷负荷 式中 K 传热系数附录3 103 11F 计算面积 计算时刻的负荷温差附录3 12 三 外墙太阳辐射冷负荷 1外窗无任何遮阳设施时2外窗只有内遮阳设施时3外窗只有外遮阳设施时 4外窗既有内遮阳设施 也有外外遮阳设施时 四 内维护结构的传热冷负荷 2 负荷计算 1 室外扰量形成的负荷 2 室内扰量形成的负荷 3 室内湿源散湿形成的湿负荷 4 再热负荷 5 室内负荷与制冷系统负荷 6 空调负荷的概算指标 1 室外扰量形成的负荷 太阳辐射热 室内外温差的传导热 补充新鲜空气带来的负荷 2 室内扰量形成的负荷 人体的散热冷负荷 散湿形成的冷负荷 散湿形成的冷负荷 照明灯具散热 用电设备散热 电子设备散热 电动设备 3 室内湿源散湿形成的湿负荷 敞开水槽表面散湿量 地面积水蒸发量 计算方法与水槽蒸发量计算方法相同 4 再热负荷 5 室内负荷与制冷系统负荷 以上介绍的热负荷的总和称室内负荷QN 制冷系统热负荷 6 空调负荷的概算指标 夏季空调制冷系统负荷概算指标 冬季采暖负荷的概算指标 办公楼95 115 W m2 超高层办公楼105 145 W m2 旅馆70 95 W m2 餐厅290 350 W m2 百货商店210 240 W m2 医院105 130 W m2 剧场230 350 W m2 办公楼 学校60 80 W m2 医院65 80 W m2 旅馆60 70 W m2 餐厅115 140 W m2 剧场95 115 W m2 内容要点 1 对于空调冷负荷而言 影响谐性辐射得热转换为冷负荷过程的主要因素是围护结构表面的热工特性 也即内表面对辐射热的吸热 放热过程 2 影响房间冷负荷的主要围护结构是内墙和楼板 3 不同材料的内围护结构具有不同的吸热 放热特性 重型结构的 轻型结构的放热特性 冷负荷的形成过程 外扰 室外综合温度 具有周期性 室内得热量 内扰量 反应了围护结构对外扰量的衰减和延迟性 内扰量 室内得热量 某时刻的总冷负荷 对流得热量 瞬时冷负荷的一部分辐射得热量 考虑房间总体蓄热作用后 转化成的瞬时冷负荷 室内热源散热形成的冷负荷 室内散热热源包括工艺设备散热 照明散热 人体散热等 室内散热 显热 对流热 辐射热 潜热对流热 即刻形成瞬时冷负荷 辐射热 先被围护结构等物体表面吸收 然后再缓慢地逐渐散出 形成滞后冷负荷 潜热 即刻形成冷负荷 室内散热形成得热量 冷负荷在舒适性空调设计中 为了简化计算 室内散热形成得热量 冷负荷 内容要点 1 室外空气的温度 湿度 太阳辐射强度 风速和风向 以及邻室的空气温室 它们将通过热交换和空气交换的形式影响房间的热湿状态 2 照明装置 设备和人体的散热 湿 则以对流和辐射的形式向房间进行热 湿 交换 3 辐射热形成的冷负荷不仅在数量上小于辐射热 而且在时间上也有所滞后 围护结构和家具的蓄热特性决定了该负荷的衰减和延迟 4 空调房间冷 热 湿负荷是确