暖通空调-第二版陆亚俊PPT课件.ppt

暖通空调 1 第一章绪论 1 1采暖通风与空气调节的含义 1 2采暖通风与空调系统的工作原理 1 3暖通空调系统的分类 1 4暖风空调技术的发展概况 2 1 1采暖通风与空气调节的含义一 建筑与建筑环境 3 1 建筑 由围护结构构成的人类在其中生活与工作场所 2 围护结构墙 顶 在面 门 窗等构筑物 分为外围护结构与内围护结构 3 建筑环境 建筑场内冷 暖 湿度 空气洁净度 空气流速声 光等组成 4 环境作用关于人类的健康 寿命 工作效率 产品质量 科研进行等 4 舒适性 温湿度宜人 空气清新 光照柔和 宁静舒适 工艺性 生产与科学实验 恒温 标准量具生产 恒湿 纺织 恒温恒湿 合成纤维生产 洁净 电子工业 生物工程 无菌 医药 医疗 5 对环境的要求 5 二 采暖通风与空气调节 1 采暖通风与空调 控制建筑热湿环境和室内空气品质的技术保证建筑环境中部分指标要求 2 采暖 Heating 又称供暖定义 按需要给建筑物供给热能 保证室内温度按人们要求持续在高于外界环境 是人类最早期开始使用的室内温度指标控制手段 分为分散式 热源与散热设备在一处 火坑 火炉 火墙 火地 集中式 热源与散热设备分开 目前楼房中 采暖系统的影响 舒适感 温度 卫生 美观 能量的有效利用 6 3 通风 Ventilating 定义 向房间送入 或由房间排出空气的过程 目的 利用室外空气 称新鲜空气或新风 来置换建筑物内的空气 称室内空气 功能 1 提供人呼吸需要的氧气 2 稀释室内污染物或气味 3 排除工艺过程产生的污染物 4 除去室内多余的热量 余热 和湿量 余湿 5 提供燃烧设备所需氧气 7 4 空气调节 AirConditioning 简称空调定义 用来对房间或空间内的温度 湿度 洁净度和空气流动速度进行调节 并提供足够量的新鲜空气的建筑环境控制系统 采用采暖 通风或空调要区别考虑 HVAC Heating VentilatingAirConditioning 8 1 2采暖通风与空调系统的工作原理 一 工作原理1 民用建筑 商用建筑 公共建筑 图1 1 表示对民用建筑室内环境进行控制的基本原理图 得热 人体 照明 电器 太阳辐射 室内外温差 得湿 洗涤 晾衣物 烹饪热负荷 为维持室内温度高于环境温度 向建筑物提供的热量冷负荷 为维持室内温度低于环境温度 所排走的热量 湿负荷 为维持室内所需要的湿度 所排走的湿量 暖通空调任务 向室内提供冷量 热量 加湿或减湿 稀释室内的污染物 保证室内具有适宜的冷热舒适条件和良好的空气品质 9 图1 1 a 控制方案介绍 2 工业建筑特点 与民用建筑比 空间大 人员密度小 不宜对全车间进行全面温 湿度控制 除一些特殊的生产工艺或热车间 排风系统 为排除室内的有害气体 蒸气 固体颗粒等污染物 使室内污染物浓度达到要求所设立的通风系统 图1 1 b 暖通空调工作原理 当室内得到热量或失去热量时 从室内取走热量或向室内补充热量 当室内得到湿量或失去湿量时 从室内排走湿量或补充湿量 当有污染气体时 排走污染空气 补入等量的清洁空气 10 热平衡 使进出房间的热量相等 湿平衡 使进出房间的湿量相等 空气平衡 使进出房间的空气量相等暖通空调气流特点 控制对家不同 要求不同 所用方法不同 介质不同 课程内容 系统的基本组成 设备特点 工作原理 设计要求 负荷计算 水力计算 气流设立 11 1 3暖通空调系统的分类 一 按对建筑环境控制功能分类 分两大类 1 热湿环境为主要控制对象的系统 主要控制建筑物室内的温湿度 有空调系统 用1 1 a 和采暖系统 2 以污染物为主要控制对象的系统 主要控制室内空气品质 有通风系统 图1 1 b 建筑防烟排烟系统等 上述两大类的控制对象和功能互有交叉 12 二 按承担热负荷 冷负荷和湿负荷的介质分类 分为五大类 1 全水系统 系统中全部用水承担室内的冷 热负荷 介质为热水时 向室内提供热量 如热水供暖 为冷水时 常称冷冻水 向室内提供冷量 承担室内冷负荷和湿负荷 风机盘管系统 2 蒸汽系统 以蒸汽为介质向建筑物供应热量 蒸汽供暖系统 暖风机系统 也可用于空气处理机中加热 加湿空气 加热全水系统的水 热水供应的水 3 全空气系统 以空气为介质 向室内提供热量或冷量 如全空气空调系统 向室内提供处理后冷空气以除去室内显热冷负荷和潜热冷负荷 13 4 空气 水系统 以空气和水为介质 共同承担室内负荷 风机盘管 新风系统 图1 1 a 5 冷剂系统 以制冷剂为介质 直接对室内空气进行冷却去湿或加热 又称机组式系统 14 三 按空气处理设备的集中程度分类 三类 1 集中式系统 空气集中于机房内进行处理 冷却 加热去湿加湿过滤等 房间内只有空气分配装置 全空气系统大部分高于集中式系统 机组式中 若采用大型带制冷机的空调机也属集中式 要占用机房面积 控制管理比较方便 2 半集中式系统 对空气的处理的设备分设在各个被调节和控制的房间内 又集中部分处理设备 冷热水制备 新风集中处理 图1 1 a 全水系统 空气 水系统 水环热泵系统 见7 6 变制冷剂流量系统 见7 5 都属这类系统 15 特点 占用机房少 易满足房间各自温湿度控制要求 管理维修的不方便 有风机的有噪音 3 分散式系统 热湿处理设备全部分散于各房间内 分体空调电暖器 窗式空调 特点 不需专用机房 空气 水系统 维修管理不变 不美观 效率较低有噪音 16 四 空调系统按用途分类 两类 17 1 舒适性空调 保证创造舒适健康环境的空调系统 民用建筑 商用建筑 公共建筑 住宅 办公楼等见教材 特点 温度 湿度精度要求不高 2 工艺性空调 为生产工艺过程和科学实验创造必要环境条件的空调系统 特点 按工艺类型不同 功能 系统形式的差别很大 精度有时要求较高 电子 含尘浓度组织 相对湿度计量室 温度医药 无菌 18 五 以污染物为主要控制对象的分类 一 按用途分类 1 工业与民用建筑通风 治理生产过程和人员活动所产生的污染物为目标的通风系统 2 建筑防烟类和排烟 控制建筑火灾烟气系统 创造无烟的人员疏散通道或安全区的通风系统 应急通风 3 事故通风 排除突发事件产生的有燃烧 爆炸危害或有毒害的气体 蒸气的通风系统 一般设于机房 19 二 按通风的服务范围分类 1 全面通风 对整个房间或车间进行全面通风换气的方式 送入新风 稀释污染物浓度 把含污染物的空气排到室外 使整个房间或车间污染物浓度达卫生标准要求 又称为稀释通风 2 局部通风 仅控制室内局部地区的污染物的扩散或局部区域的污染物达标的通风 分为局部排风或送风 20 三 按空气流动的动力分类 1 自然通风 依靠室外风力造成的风压 或空内外温差造成的热压使室外空气进入室内 室内空气排到室外 较经济 不耗能 但可靠性差 不好控制 2 机械通风 依靠风机的动力来使空气流动可靠性高 但设备费 耗能 21 1 4暖风空调技术的发展概况 一 暖通空调发展简史1 历史 本专业有悠久的历史 伴随着人类使用火的开始 人类开始了采暖的使用 后发展为火坑 炉 地 墙均属辐射采暖蓄水冷却 2 发展 近代采暖发展起源于1673年 英国工程师发明了热水在管内流动以加热房间 这是热水采暖的雏形 但是标法性突破 由直接利用 间接利用 1784年英国开始应用蒸汽采暖 1904年纽约交易所建成空调系统 目前已相当普及 22 3 我国发展 建国后20世纪50年代 主要是采暖通风 工艺性空调 当时依托前苏联技术 60 70年代蒸汽的热水采暖转化 集中供热 加热器 散热器 热水锅炉 1975年颁布 工业企业采暖通风和空气调节设计规范 80 90年代发展最快 空调由工业 民用 目前考虑可持续性发展 节能 新能源开发利用 环保 23 第二章热负荷 冷负荷与湿负荷计算 2 1室内空气计算参数 2 2冬季建筑的热负荷 2 3夏季建筑围护结构的冷负荷 2 4室内热源散热引起的冷负荷 2 5湿负荷 2 6新风负荷 2 7空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷 2 8计算举例 24 1 冷负荷 为保证房间或物体低于周围环境温度所需供应的冷量 称为冷负荷 2 热负荷 为保证房间或物体高于周围环境温度所需供应的热量 称为热负荷 3 湿负荷 为了维持房间温度恒定需从房间除去湿量称为湿负荷 4 正确确定冷热湿负荷的意义 负荷计算是暖通空调设计的依据 关系到环境指标保证设备畜量大小 方案确定 系统管道大小等 5 冷 热 湿负荷计算依据 室外气象参数和室内需求保持的参数 25 2 1室内空气计算参数 一室外空气计算参数 1 室外空气计算参数 指在负荷计算中所采用的室外空气参数 2 确定室外空气计算参数 按现行的 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19 87 中规定的计算参数 见附录2 1 3 我国确定室外空气计算参数的基本原则 按不保证天数法即全年允许有少数时间不保证室内温湿度标准 若必须全年保证时 参数需另行确定 4 室外空气计算参数的分类 26 1 夏季空调室外计算干 湿球温度 规范 确定 夏季空调室外计算干球取室外空气历年平均不保证50h的干球温度 湿球温度也同样 历年平均 指1950 1980三十年平均 用途 用于计算夏季新风冷负荷 2 夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 空调因围护结构传热负荷计算原理 按不稳定传热过程计算 因此 须知夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 逐时温度 确定原则 27 逐时温度 夏季空调室外计算日平均温度 规范规定取历年平均不保证5天的日平均温度 见附录2 1 室外空气温度逐时变化系数 按表2 1确定 夏季空调室外计算平均日较差 按附录2 1或下式计算式中夏季空调室外计算干球温度 28 29 3 冬季空调室外空气计算温度 相对湿度 冬季空调室外空气计算温度的用途 在冬季利用空调供暖时 计算围护结构的热负荷和新风负荷均用此温度 确定原则 规范规定历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度 见附录2 1 相对湿度 规范 规定 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空气计算相对湿度 30 4 冬季采暖室外计算温度和冬季通风设计温度 采暖室外计算温度的确定 规范 规定取历年平均不保证5天的日平均温度 通风室外计算温度的确定 取累年最冷月平均温度 采暖室外计算温度的用途 用于计算建筑物围护结构的热负荷及消除有害物通风的进风热负荷 也即供暖系统设计热负荷 通风室外计算温度的用途 计算全面通风的进风热负荷 31 5 夏季通风室外计算温度和夏季通风室外计算相对湿度 通风室外计算温度的确定 规范 规定取历年最热月14时的月平均温度的平均值 通风室外计算相对湿度的确定 取历年最热月14时的月平均相对湿度的平均值 温度及湿度用途 计算消除余热余湿的通风及自然通风进风需冷却时 进风冷负荷也采用 32 二 室内空气计算参数 室内需空气计算参数选择考虑因素 1 房间使用功能对舒适性的要求 主要因素是空气温度 湿度和气流速度 其次为衣着 空气新鲜程度 室内各表面的温度 人员活动情况等 2 地区 冷热湿情况 经济条件和节能要求等因素 规范 对舒适性空调采暖 室内计算参数如下 见P10下部具体见表2 2 表2 3工艺性见参考文献 4 33 34 35 36 2 2冬季建筑的热负荷 采暖设计热负荷的确定依据 按平衡原理 即热负荷 失热量 得热量民用建筑 失热量 围护结构耗热量 由门窗缝隙渗入冷空气外门开启侵入冷空气 得热量 太阳辐射工业建筑 失热量 除上述民用建筑失热量项目 还有冷物料运输工具 水分蒸发 得热量 设备散热 热物料 37 一 围护结构的耗热量 围护结构耗热量包含内容 围护结构温差传热量 缝隙渗入冷空气 外门开启侵入 太阳辐射 上述代数和 分为基本耗热量和附加耗热量 1 围护结构的基本耗热量按 2 3 式计算 38 j部分围护结构的基本耗热量W j部分围护结构的基本传热面积 j部分围护结构的基本传热系数W 冬季室内计算温度 冬季室内计算温度 围护结构的温差修正系数 无量纲 见表2 4 39 的确定 a 外墙高度 本层地面到上层地面 中间层 底层 由地面下表面到上层地面 顶层 平屋顶到屋顶外表面 斜屋面 到门顶的保温层表面 长 外表面到外表面 外表面到中心线 中心线到中心线 b 门 窗按净空尺寸 c 地面 屋顶面积 地面和门顶按内廓尺寸 平屋顶 按外廓 d 地下室 位于室外地面以下的外墙 按地面 40 41 42 的确定 查有关手册 8 72W 23 26W 计算 多层匀质平壁 地面通常用地带划分法 第一地带 0 47W 第二地带 0 23W 第三地带 0 12W 第四地带 0 07W 43 2 围护结构附加耗热量 朝向修正耗热量产生原因 太阳辐射对建筑物得失热量的影响 规范 规定对不同朝向的垂直围护结构进行修正 修正方法 采用修正率 见教材 注意各地规定 加减到基本耗热量上 风力附加耗热量 产生原因 风力增强 规范 规定见教材 一般城市中建筑物可不附加 外门开启附加产生原因 加热开启外门侵入的冷空气 方法 短时间开启 无热风幕 按表2 5 44 高度附加原因 高度过高 强度梯度方法 当净高起过4m时 每增加1米 附加率为2 最大不超过15 高度附加是在基本耗热量和其他附加耗热量总和上 通过某一围护结构传热量耗热量 45 二 门窗缝隙渗入冷空气的耗热量1 产生原因 因风压与热质作用室外空气经门窗缝隙进入室内 2 方法 规范 规定 对六层以下的按缝隙法 加热渗入冷空气耗热量w0 278 单位换算系数1KJ h 0 278wL 经每m门窗缝隙渗入室内的冷空气量根据冬季室外平均风速 查表2 6l 门窗可开启部分缝隙长度m 室外空气密度kg m3Cp 空气压质量比热1Kj kg m 冷风渗适量的朝向修正系数 见表2 7 46 47 注意 1 空调房间通常保护气压 不计算冷风渗透2 封窗 可不计算3 高层建筑有关手册 2 3夏季建筑围护结构的冷负荷1 冷负荷计算方法 冷负荷系数法 基础是传递函数法将围护结构或空调房间连同空气视为热力系数将外扰或室内得热作为系统的输入 当计算某建筑物空调冷负荷时 按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数 用稳定传热方法 便于手算 2 冷负荷产生原因 室内外温差 太阳辐射 人体 照明 设备散热 48 一 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法 1 外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷逐时冷负荷按下式 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷wA 外墙和屋面的面积 K 外墙和屋面和传热系数 查附录2 2 2 3 室内计算温度 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值 查附录2 4 2 5 49 注意 1 附录2 4 2 5给出的是以北京地区气象参数计算而得 对其他地区 应修正 成为 可由附录2 6查得 2 当 18 6W 时 应将 td 查表2 8中的修正值 3 5 5 603 当变化时 可不修正 一般取8 7 4 表中吸收系数已建议采用 0 90 但有把握保持外表面的中线色时 表中数值可查表2 9所列吸收系数修正值 因此 外墙和屋面的冷负荷计算温度为冷负荷计算式改为 50 2 内围护结构冷负荷 产生原因 邻室为非空调房间 或有发热量 负荷计算 a 邻室为非空调房间 且通风良好 通过内墙与楼板传热冷负荷 可按式 2 5 计算 b 当邻室有发热量时 可视作稳定传热 按下式 内周护结构传热系数 内周护结构面积m2 夏季空调室外计算的平均温度 附加温升 按表2 10选取 51 3 外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷 通过外玻璃窗冷负荷 因温差作用 外玻璃窗口瞬变传热引起的冷负荷 外窗传热系数 窗口面积 外窗冷负荷温度的逐时值 由附录2 10所得 注意 1 值要根据窗框情况不同修正 修正值查附录2 9 2 要进行地占修正 修正值可查附录2 11 因此 式 2 9 变为 52 二 通过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法 一 日射得热因数的概念 1 日射得热的分类 通过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热窗玻璃吸收太阳辐射后使入室内热量 2 影响因素 窗类型遮阳设施太阳入射角太阳辐射强度 53 3 对比计算方法 因素组合太多 无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强度间的系数关系 于是采用一种对比计算方法 采用3mm厚玻璃 普通平板 作标准玻璃 在 8 7 和 18 6 条件下 得出夏季 七月份为代表 通过这一 标准玻璃 的日射得出量和值 称为反射得热因数 经统计计算 得出适用于各地区 不同纬度 的 由附录2 12查得 54 在非标准玻璃情况下 不同窗类型和遮阳设施对得热影响可对加以修正 乘窗玻璃的综合遮挡系数 室玻璃的遮阳系数定义式为由附录2 13查得 室内遮阳设施的遮阳系数 由附录2 14查得 外遮阳不合格 55 二 通过玻璃窗的反射得热引起的冷负荷的计算方法冷负荷式中 窗口面积 有效面积系数 附录2 15查得 窗玻璃冷负荷系数 无因次 附录2 16至2 19查得 注意 分南北区 以北纬27 30为界 56 2 4室内热源散热引起的冷负荷 1 室内热源散热的构成 工艺设备散热照明散热人体散热 2 室内热源散热的类型 显热潜热显热 因温差造成 以对流形式散出的成为瞬时冷负荷 以辐射形式散出的成为先被围护结构或家俱表面所吸收 然后再缓慢散出 形成滞后冷负荷 要采用冷负荷系数 潜热 因水分凝结放热 为瞬时冷负荷 57 一 设备散热形成的冷负荷按下式计算 式中 设备和用户显热形成的冷负荷 W 设备和用具的实际显热散热量 W 设备和用具的实际显热冷负荷系数 可由附录2 20 20 21查得 如果空调系统不连续运行 则 1 0设备和用具的实际显热散热量的计算 58 1 电动设备当工艺设备和电动机都在室内时当工艺设备在室内 而电动机不在室内当工艺设备不在室内 而只有电动机在室内时 59 其中各项意义N 电动设备的安装功率KW 电动机效率 可由产品样本查 Y系列电动见表2 11 利用系数 电动最大实效功率与安装功率之比 一般取0 7 0 9 电机负荷系数 电机每小时平均实数耗功率与机器设计时最大实数功率之比 精密机床可取0 15 0 40 普通机床取0 5左右 同时使用系数 电机同时使用安装功率与总安装功率之比 一般取0 5 0 8 60 2 电热设备散热量对无保温密闭罩 按下式计算 考虑排风带走热量的系数 一般取0 5 其他符号同前 3 电子设备计算公式同 2 17 其中根据使用情况而定 计算时取1 0 一般仪表取0 5 0 9 61 二 照明设备形成的冷负荷特点 电压一定时 室内照明散热量不随时间变化 是稳定散热量 但以对流与辐射两种方式散热 仍采用冷负荷系数 白炽灯黄火灯式中 灯具散热形成的冷负荷 W N 灯具所需功率KW 镇流器消耗功率系数 明装黄火灯的镇流器在空调房间内时 取n1 1 2 当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时n1 1 0 灯罩隔热系数 当灯罩上部有孔 可利用自然通风散热于顶棚内时n2 0 5 0 6 无通风孔n2 0 6 0 8 照明散热冷负荷系数 可由附录2 22查得 62 63 三 人体散热形成的冷负荷1 影响人体散热因系 性别 年龄 衣着 活动强度及周围环境条件 温 湿度等 2 特点 潜热量和对流热形成瞬时冷负荷 辐射形成滞后冷负荷 采用冷负荷系数进行计算 3 计算基础 为设计计算方便 以成年男子散热量为计算基础 对不同功能建筑物中各类人员进行修正 引入群集系数 表2 12给出数据 64 4 人体显热散热引起的冷负荷计算式为式中 人体显热散热形成的冷负荷 W 不同室温和劳动性质成年男子显热散热量 W见表2 13 n 室内全部人数 群集系数 见表2 12 冷负荷系数 由附录2 23查得 注 人员密集的场所 影院 剧院 会堂等 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 1 0 65 5 人体潜热散热引起的冷负荷计算式为 人体潜热形成的冷负荷 W 不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量 W见表2 13 N 同式 2 21 66 67 2 5湿负荷1 湿源 人体散湿 敝开水池 横 表面散湿 地面积水 洗涤洗浴 工艺过程等 2 湿负荷 为维持室内确定的空气含湿量需去除的湿量 一 人体散湿量人体散湿量按下式计算 式中 人体散湿量kg s 成年男子小时散湿量 见表2 13 同式 2 21 68 二敞开水表面散湿量按下式式中 敞开水表面的散湿量 kg s W 单位水面蒸发量 kg 见表2 14 A 蒸发表面面积 69 2 6新风负荷1 通风换气的作用 保障良好的室内空气品质 2 室外新鲜空气 简称新风 的处理 夏季 室外空气焓值和温度比室内空气高 消耗冷量 冬季 气温低 含湿量少 消耗热量和加湿量 3 新风能量消耗比重 空调新风能耗约占总能耗25 30 高级宾馆和办公建筑可高达40 耗能可观 4 新风量确定原则 满足空气品质前提下 尽量选较小的必要新风量 按规范手册规定 或推荐 计算在 6 3和 8 2讲 70 5 夏季空调新风冷负荷按下式计算 式中 夏季新风冷负荷KW 新风量kg s 室外空气焓值kj kg 室内空气的焓值kj kg 71 6 冬季空调新风热负荷按下式计算 式中 空调新风热负荷kw 空气定压比热kj kg R 取1 005KJ KG 冬季空调室外计算温度 冬季空调室内计算温度 72 2 7空调室内冷负荷与制冷系统的冷负荷图2 1给出空调制冷系统负荷的组成框图 表示出空调室内的冷负荷 与制冷系统负荷的形成及组成 1 得热量与冷负荷是两个概念不同而又有关联的量房间得热量 指某一时刻由室内和室外热源进入房间的总和 冷负荷 维持室内温度恒定 在某一时刻应从房间除去的热量 差别所在 瞬间得热量中 以对流方式传递的显热 潜热直接放热给空气 构成瞬时冷负荷 辐射方式传热量 是为围护结构和物体吸收并贮存 然后放出 瞬时得热量 瞬时冷负荷 只有当得热量中不存在辐射方式热量或结构和物体无蓄热能时才相等 73 74 75 2 室内冷负荷 包括 由于室内外温差和太阳辐射 通过围护结构使入室内的热量形成的冷负荷 人体散热 散温形成的冷负荷 灯光照明散热形成的冷负荷 其它设备散热形成的冷负荷 上述空调室内负荷是确定空调送风处理过程 系统设定和设备密度的依据之一 3 新风冷负荷 处理新风的冷负荷 76 4 制冷系统冷负荷 从热平衡角度分析 系统冷负荷包括 室内冷负荷 新风冷负荷 以上两项是主要部分 制冷量输送过程传热 冷损失 输送设备 风机 泵 的机械能转变的得热量 某些空调系统采用冷 热抵消的调节手段 如再加热 其它进入空调系统的热量 顶棚回风 灯光热量带入回风系统 系统冷量 房间冷负荷 新风负荷 冷损失 各系统需求冷量 注意 在选择系统总装机冷量时 对各房间最大冷负荷逐时叠加以某时刻出现的最大冷负荷作为选择依据 77 现代负荷计算方法的特点 78 2 8计算举例 例2 1 试计算西安某宾馆客房 502客房 夏季的空调计算负荷 已知条件 1 客房平面尺寸如图2 2层高为3500mm 2 屋顶 构造如图2 3 从上到下八层见教材查附录2 2k 0 48w 属于 型 3 两外墙 构造图2 4查附录2 3k 1 50w 属于 型 4 两外窗 双层金属窗3mm原普通玻璃 80 玻璃白色常 窗高2000mm 79 5 内墙 邻室包括走廊 均与客房温度相同 6 每间客房2人 在房间总小时数为162小时 7 室内压力稍高于室外 8 室内照明 荧光灯明装200w 开灯时间16 00 24 00 9 空调设计运行时间 24小时 10 西安市室外气象条件见教材 11 客房计算系数 见教材 80 解 按本题条件分项计算1 屋顶冷负荷 由附录2 5查出按式 2 7 算出逐时冷负荷列于表2 15中 2 两外墙冷负荷由附录2 4查得 型外墙将逐时值及计算结果列入表2 16中 3 外窗瞬时传热冷负荷 根据由附录2 8查得查附录2 9得的修正值对金属框双层窗应本1 2修正系数 由附录2 10查出根据式 2 9 计算 结果列入表2 17 81 4 透过玻璃窗日射得热引起冷负荷由附录2 15查得双层钢窗有效面积系数Ca 0 75窗有效面积Aw 5 0 75 3 75 由附录2 13查得遮挡系数Cs 0 86附录2 14查得遮阳系数 0 5综合遮阳系数 0 86 0 5 0 43再由附录2 12中查得纬度40 时西向日射得热因数最大值 515w 因西安北纬34度18属于北区由附录2 17查得北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值用公式 2 13 计算逐时日射得热列入表2 18 82 5 人员散热引起冷负荷宾馆住宿属极轻劳动 查表2 13当室温为26 时 每人散发的显热和潜热为60 5w和73 3w 由表2 12查取群集系数为0 93 由附录2 23查得人体显热散热冷负荷系数通时时 按式 2 21 计算人体显热逐时冷负荷 列入表2 19人体潜热引起冷负荷为潜热散热乘群集系数结果列表2 196 客房照明散热形成的冷负荷明装荧光灯 镇流器在室内 故镇流器消耗功率系数n1取1 2灯罩隔热系数n2取1 0 由附录2 22查得照明散热冷负荷系数 按公式 2 20 计算 结果列入表2 20 注意 室内正压 不需考虑室外空气渗透所引起的冷负荷 邻室 走廊同温 不需考虑卧室待热冷负荷 83 将上述分项计算结果列入表2 21 并逐时相加 得出客房最大冷负荷出现在17 00时 为1455 55w 计算面积冷指标为 夏季新风负荷计算如下 据已知条件 每个新风量为30 h 人 8 33 h 是焓湿图查得 室内空气焓值为63 43kj kg室外空气焓值为84 49kj kg负荷为公式 84 例2 2 试计算哈尔滨某三层办公楼 办公室 101办公室 冬季的采暖热负荷 已知条件 1 平面尺寸如图2 5层高为3200mm 2 外墙为内抹灰两砖外墙k 1 27w 3 内墙为两面抹灰一砖内墙k 1 72w 4 外窗为双层木窗 k 2 67w 面积Aw 2 77 外型尺寸为1 85 1 5m 5 哈市采暖室外计算温度为 26 办公室为18 冬季平均风速为3 3m s 6 地面为不保温地面 k值按地带决定 85 解 按本题条件 计算如下 1 计算结果列入表2 22中 包括基本耗热量和附加耗热量2 冷风渗透耗热量计算 由表2 6查得L 2 8m3 h m m 0 25 教材有说 按公式 2 4 计算Q2 3 房间采暖热负荷Q Q1 Q2 86 87 88 89 90 91 第三章全水系统 3 1全水系统概述 3 2全水系统的末端装置 3 3热水采暖系统的分类与特点 3 4高层建筑热水采暖系统 3 5分户热计量采暖系统 3 6热水采暖系统的作用压头 3 7热水采暖系统的水力计算 3 8热水采暖系统的失调与调节 3 9全水风机盘管系统 92 3 1全水系统概述一 全水系统组成1 热媒 或 冷媒 在采暖与空调系统用来传递热能的媒介物 介质 中间物质 称为热媒或冷媒 载冷剂 2 全水系统 全部用水作为介质传递室内热负荷 冷负荷的系统 3 分类 供热 供冷 即供冷又供热 双效 4 组成 热源 冷源 管道系统末端设备 供热或供冷 5 末端装置散热方式 自然对流 散热器 强迫对流 风机盘管 93 二 热水采暖系统1 采暖系统分类 按热媒 热水 蒸汽2 与蒸汽系统比较 优点 1 运行管理简单 维修费用低 2 热效率高 跑 冒 滴 漏现象轻 可比蒸汽节能20 40 3 可采用多种调节方法 质调量调 4 供暖效果好 连续供暖 室温波动小 房间温度均涨 无噪音 5 散热设备温度低 安全 卫生条件好规定1 民用建筑应采用热水2 工业建筑 厂区只有采暖或采暖用热为主时 宜用高温水 当以工艺用蒸汽为主时 可采用蒸汽 6 管道设备锈蚀较轻 94 缺点 1 散热设备传热系数低 流量大 2 消耗电能多三 全水空调气系统冷热负荷全由水承担 又称为全水风机盘管系统优点 见教材 4点 缺点 见教材 3点 选用全水风机盘管系统注意 1 噪音问题 无新风问题 静音要求高 空气品质要求高 场所不宜采用 2 加湿问题 3 制冷量子 机外静压子不宜用在大面积大空间高度高房间 95 全水空调系统与热水采暖系统和的特点 1 夏季供冷 冬季供热 2 未端装置空气强迫循环 室内温 湿度均匀 3 末端装置风机耗功有噪声 4 管理 维修量比热水采暖系统大 5 造价高 因此仅用于冬季供暖 采暖系统优于空调 3 2全水系统的末端装置 末端装置 位于室内 用于向室内散热或散冷的系统终端设备 末端装置分类 散热器 暖风机 风机盘管 96 一 散热器性能评价指标四个方面 1 热工性能 传热系数 提高K值手段 增加外壁面积 空气流速 强化外表面辐射强度 减少各部件向热阻 2 经济指标 单位散热量成本 元 及金属耗量越低安装费用低 使用寿命长 经济性越好 3 安装使用和工艺方面 机械强度和承压 安装组对方便 便于安装和组成需要的散热面积 尺寸小 适于批量生产 4 卫生和美观方面 表面光滑 易清扫 外形美观 97 二 散热器的种类按传热方式 辐射对流 对流占几乎100 介处两者之间 按材质 铸铁 钢制 铝合金 塑料 铜合金 钢铝复合 铜铝复和 不锈钢铝复合 铝塑复合 灰口铸铁 结构简单 耐腐蚀 寿命长 水需量大 但金属热强度低 q K G 金属耗量大 笨重 强度低常用有标型 翼型 98 常用有标型 翼型1 铸铁柱型 四柱 图3 1 a 二柱 图3 1 b 足片与无足片外形美观 K值较大 易组对成需要面积 易清除 2 翼型 长翼 图3 1 c 翼型图3 1 d 工艺简单 价格低 易积灰 不易组对所需面积 承压能力低 用量在减少 圆翼多用车间 高度低 3 钢制散热器新型钢制散热器与光排管晚于铸铁图3 2 3 3 99 三 散热器的选择布置1 散热器的选择 传热系数 承压 外形 清灰 耐腐2 散热器的布置 一般沿外墙 外窗下图3 4 a 提高外墙与窗下部温度 减少对人体冷辐射 阻止渗入冷空气形成下降冷气流 图3 5 a b 可沿内墙图3 4 b 有时可减少管理长度 或仅在外墙布置之下 但人员活动温度低 图3 5 c 明装 暗装 根据需要 100 建筑热工设计分区严寒地区 最冷月平均温度 10 开封寒冷地区 最冷月平均温度0 10 北京夏热冬冷 最冷月平均0 10 武汉最热月平均25 30 夏热冬暖 最冷月 10 广州最热月25 29 温和地区 最冷月0 13 昆明最热月18 25 楼梯间 门斗 101 四 散热器的计算最热月18 25 原则 热平衡 设计条件下散热器散热量 采暖设计热负荷 散热器传热特性 或 散热器散热量Wk 散热器传热系数w a b c d 实验得到的系数 散热器的热媒平均温度 与室温之差 散热器进出口水温 室内空气温度 R值可查手册或产品样本 102 面积确定 散热器计算面积 采暖设计热负荷 散热器片数修正系数 散热器连接方式系数 散热器安装形式系数 103 修正问题当使用条件与测试条件不同时 散热器的传热性能发生变化 引发 1 2 3 修正 1 成组散热器两边 外侧无遮挡 比中见片的单片散热量大 当实际片数少于规定 测试时 片数时 边片传热面积在总使用热面积中所占比例增大 使单位传热面积传热量增大 所需面积减小 1 1反之 1 1对片式散热器 片数 a为单片面积 片先取 1 1 然后进行修正 整体式不用修正 2 连接方式可取图3 6中六种方式 连接方式不同时 表面温度分布变化 使热量发生变化 下进上出性能最差 有关 2查手册 实验条件为同侧上进下出 3 测试时为明装 加罩后有变化 大多数散热量减小 对流增加 辐射减小 只有当对流量超过辐射量时 总量才能增加 查手册 104 二 暖风机1 组成 风机 电动机和空气加热器 2 风机类型 轴流 离心轴流用于小型机组图3 7 a b 离心用于大型机组 图3 7 c d 3 采用热媒 热水 蒸汽4 工作原理 5 优点 供热量大 占地小 启动快 升温快 设备简单 投资省缺点 噪声 循环空气不能改善空气质量 105 6 用途 大空间 负荷大 间歇工作 允许空气循环 不能使用场合 空气中含有剧毒性物质 工艺过程产生易燃易爆气体和纤维 粉尘的厂房 7 两种方案 1 暖风机供给全部采暖耗热量 适于气候较温暖地区 2 暖风机供给部分采暖耗热量用散热器维持量低室内温度 5 优点是 非工作时间可不开暖风机省电能和热能 不需管理 使用时开启可迅速提高室温 供热量为设计热负荷与值班采暖供热量之差 106 8 暖风机系统设计 主要确定型号 台数及布置方案 台数 要求暖风机提供的采暖热负荷W 室温系数 取1 2 1 3 单台暖风机的实际数量w 107 查产品样本或手册可得暖风机的性能 在一定热媒系数下的散热量 送风量 和风速和温度等 产品样本中给出的进口空气温度为15 若进口空气温度不等于15 时 用下式进行修正 产品样本中提供的暖风机供热量n 台 暖风机进出口热媒平均温度 设计条件下的机组进风温度 一般可取室内温度 108 注意 送风温度不宜低于35 以负有吹冷风感觉 不得高于75 以免热射流上升 不利于有效利用 室内空气循环次 每小时不宜小于1 5次 每台暖风机进出口设阀门 蒸汽出口设疏水器 便于调节 维修和管理 9 暖风机布置 考虑车间的任何形状 工作区域 工艺设备的流量气流作用范围等 NC型小型机组可采用图3 8所示方案 悬挂在墙 柱上 梁下 ZN型可吊挂在顶棚下等高处 大型可用于无隔墙 大型设备的大型厂房 可沿长度布置地面上 小型安装高度见教材P40上部 109 三 风机盘管FCU FanCoilUnit 组成 通风机 电动机 和盘管 空气换热器 工作原理 1 风机盘管的构造分类和特点分类 按结构型式 立式 卧式 壁挂式 卡式 吸顶式 按安装方式 明 暖 半明装 图3 9 a 方式明装 b 卧式暗装壁挂式全部为明装 卡式进出风口外镶顶棚下1 单侧送风 单侧回风2 两侧送风 中间回风3 四侧送风 中间回风 110 111 暗装机组根据机外静压分两类 标准型 高静压型标准型 在名义风量下的机外静压为零 我国标准 或10 20Pa 合资或进口 高静压型 名又风量下机外静压为30 60Pa还有同时配冷盘管和热盘管机组 用于回管水气流 规格1 风量我国标准规定 用高档转速下风机盘管的风量 标准规格 如下P 6 3风量63 h 标准规定风机盘管共有12种规格 风量范围为250 2500 主柱式非标产品最大风量为4000 中外合资 通常用英制单位风量 片 min 来表示 如规格200 或称002或02型 风量200片 min 2 制冷热量 标准规定 名义工况下的制冷量1 4 13 3kw 112 3 电功率 标准型30 170w 高静压50 270mm供热量2 1 19 95kw噪音 水阻力 FP 6 3以下 噪声 39dB A FP 80以上 40dB A 水侧阻力均为10 40KPa 2 风机盘管的选择与安装要求1 选择 质量 明 暗装 承压 型式 左右 冷热媒强度 噪声2 安装 主式卧式等见教材明装卧式暗装水过滤器橡胶轮接阀门凝法水管坡度不小于0 01供电 单独回路 集中配电盘3 制冷量 供热量 风量的标定 部颁标准规定 全热制冷量 显热控制冷量和供热量用焓差法确定 113 在制冷工况下的测试法为 保持机组出口静压为零 标准型 或一定值 高静压型 测定风量 进出口空气的干湿球湿度进出口水温 压力和流量 测定风机输入功率 由此确定空气的比焓并获得在制冷工况下的风机盘管和各项性能 风量 全热制冷量 显热性冷量 水流量水侧阻力 输入功率 全热制冷量 3 5 显热制冷量 3 6 114 各项意义 全热 显热制冷量 kw 空气进出口比焓kj kg 空气进出口干球温度 风量 kg s 重气定压比上 1 01kj kg 供热量 115 4 名义工况 在制造条件下的工况 分为制冷工况和供热工况 见教材P42应按夏季冷负荷造盘管 冬季供暖校核即可 一般样本给出常见工况制冷量 如无此类数据 116 式中 设计工况下风机盘管全热制冷量和显热制冷量 W或KW 名义工况下风机盘管全热 显热制冷量 W或KW 设计工况下盘管进风干球温度和湿球温度 取室内设计参数 风机盘进口水温 设计工况和名义工况下的水流量 kg h设计时正常水流量与名义工况一样 3 8 3 9 只与温度有关 117 不考虑水量变化时 供热量换算公式为式中为设计工况和名义工况下的盘管供热量W或KW 5 附加问题 若房间的设计全热冷负荷 人员 灯光 电器 辐射及围护结构传热 空气渗透 通风等 为显热冷负荷为 则盘管的全热制冷量为 1 1 2 3 11 显热制冷量为 1 1 2 3 12 1 积灰对盘管传热影响的附加率见教材 2 间歇使用附加率 当 220 时 约经过20min室温达要求 118 6 选用 选择盘管时 宜同时对全热制冷量和显热制冷量校核是否符合式 3 11 3 12 要求 尤其是显热冷负荷比例大的房间 因为盘管运行时根据室温停开 样本中给出不同档次风量的制冷量 中档风量时机组的制冷量以为高档时85 对于明装机组 在考虑 1后 直接根据中档风量选有15 裕量 可作为间歇运行附加值 暗装 选用高静压 核算总阻力 不能大于机外静压值 无静压 总阻力控制在30 以内在考虑 1 2后按中档风量制冷量选 此时机组高档风量相当于中档风量 风口配合 双层百叶 断面面积与盘管出口面积相当 回风为固定百叶 风速控制 1 5m s 盘管与新风组合空气 水系统 新风带冷量 不能单根据室内 冷负荷选盘管见6 9 水温 供暖 水温60 为宜 最高一般不超80 119 3 3热水采暖系统的分类与特点组成 热源管道系统 散热设备一 按系统的循环动力分类分为重力 自然 循环和机械循环图3 10重力循环图 a 中水靠密度差循环 水在锅炉1中受热温度升高到 密度降为 来自回水管7冷水水沿供水管6流到散热器之中 降温周而复始 膨胀水箱作用 1 室内膨胀水2 补水 3 定压4 排除空气供回水管坡度 机械循环图 b 水泵 膨胀水箱接口 集气罐 自动排气阀供回水坡回坡度 120 二 按供水温度分类分为高温水 中温水 低温水 我国规定高于100 高温水 否则低温水95 70 85 60 120 130 70 80 高温水 易烫人 烤焦灰尘易汽化卫生条件及舒适性差 省散热器 供回水温差大 管径小 低温水 优缺点三 按供回水的方式分类 供 指供出热媒 回 指回流热媒 可用 供 与 回 表明垂直方向流体的供给指向 上供式 热媒沿垂向从上向下 下供式 热媒沿垂向从下向上 上回 热媒沿垂向从下向上 下回 热媒沿垂向从上向下 121 可分为图3 11所示四类1 上供下回式系统图 a 供水干管设置于系统最上面回水干管设置于系统最下面 布置管道方便 排气顺畅 用得最多 2 上供上回式图 b 供回水干管均位于等流最上面 干管不与地面设备与管道发生占地矛盾 主管耗量增加 主要用于地面设备和管道较多的 地在面布置干管有困难的车间 122 3 下供下回式图 c 供回水管均位于系统最下部供回干管无效热损失小 可减轻竖向失调 双管 有利于水力平衡 顶棚下无立管 可分层施工 分层供暖 地沟 顶层散热器设放气阀或设空气管 4 下供上回式图 d 供水干管在下 回水干管在上 倒流式供水干管一层地面明设时 无效热损失小 底层散热器平均温度升高 可减少面积 垂管中水流与空气浮升方向一致有到排量高温水面不易汽化 中供式系统图3 12 供水干管位于中间 上半部可为下供下回图 a 或上供下回图 b 下半部均为上供下回 可减轻竖向失调 计算和调节较麻烦 123 四 按散热器的连续方式分类垂直式 图3 13 a 垂直主管连接 单侧 双侧水平式 图 b 水平管线连接垂直式 供水干管 回水干管水平式 供水主管回水主管 供水干管回水干管图3 16 b 水平式优缺点 用于公用建筑 分户计量 少穿楼板 室内无主管水箱高度可降低 便于分层控制和调节 易膨胀漏水 串联组数不宜太多 放气阀 空气管图3 14 124 五 按连接散热器的管道数量分类单管 图3 15用一根管道将多组散热器依次串联 供回水不分开 双管 两根管道并联 供回水截然分开 图 a b c d 跨越管多耗管材 但可调 六 按并联环路水的流程分类同程式与异程式 图3 16同程式 各并联环路总长度基本相等图 a 异程式 各并联环路总长度不等图 b 同程式优点 易平衡 水平失调轻 125 126 127 3 4高层建筑热水采暖系统高层建筑 高度35m以上或12层以上特点 底层散热器承压加大 易产生竖向失调 热压与风压同时作用 设立系统时注意 最高点不倒空 不汽化 最低点不超压 与热网直连会否使其他建筑物超压 地形 减轻竖向失调 一 分区式高层建筑热水采暖系统分区式系统 将系统沿垂直方向分成两个或以上的独立系统分界线选取 考虑热网的压力工况 建筑物总层数 高度 及散热器承压能力 低压可与热网连成间连 高区或选择下述型式 128 1 高区采用间接连接图3 17 设主表面式换热器 高层压力状况与热网面并联换热站位置 建筑物底层地下室或中间技术层内适用 外网有足够资用压力 供水温度较高 2 高压采用双水箱或单水箱系统1 运行图3 18图 a 在高层设两个水箱 用泵1将供水注入供水箱 靠两水箱间高差h 或利用系统最高占压力图 b 作为动力 2 停运系统停止运行时 水泵出口道上阀关闭 高压高静水压力传递不到底层散热器及外网 当回水箱高度超过外网回水管压力 起到与外网分离作用 运用 资用压力小 供水温度低优缺点 省去换热站费用 但水箱占面积 结构荷载增加 开式系统 易氧腐蚀 还有 1 在供水总管设加压泵 回水管上安减压阀 2 下供上回 回水总管上设排气断流装置 129 130 二 其他类型的高层建筑热水采暖系统1 双线式采暖系统只能减轻失调 不能解决超压问题 分为垂直双线与水平双线图3 19 1 垂直双线热水采暖系统图 a 垂直双线 虚线框表示设于同一楼层同一层间的散热设备 串片散热器 蛇形管线墙内辐射板 由上升和下降立管构成 各层散热器的平均温度近似相同 减轻竖向失调主管阻力增加 提高了水力稳定性 适用于同一房间设置四组散热器与四块辐射板的情况 2 水平双线图 b 水平方向各房间散热装置平均温度近似相似 减轻水平失调 水平支线设调节阀和节流孔板 分层调节减轻轻竖向失调 131 2 单双管混合式系统图3 20 沿重向分组 组内为双管 组间为单管 利用双管散热器可局部和单管系统提高水力稳定性优点 减轻了双管层数多时 重力作用压头引起的竖向失调严重的倾向 但不能解决起压问题 3 热水和蒸汽混合式系统对特高层建筑 金属大于160m 最高层水静压力超过一般的管路 附件和设备的承压能力 一般为1 6mpa 可竖向分三区 最高区利用蒸汽作热媒向冷水换热器供蒸汽 下面分区用热水图3 4 132 133 134 3 5分户热计量采暖系统分产热计量意义 按每户实际耗电量计费 节能 满足用户不同要求 优点 分户管理 控制调节 收费 不利 原系统多为垂直系统 进户主管为多根不易计算 不易调节一般改选成水平式 分户计量系统共同点 每户管路进出户处安装关断阀 进出口之一安装调节阀 有条件时安装流量计或热表 流量计和热表的安装位置 在回水管上水温低 有利延长使用寿命 但当有失水时 计算不准 较多装在入口 在竖井内系统型式 上供式 下供式和中供式 一个单元设一组供回水主管干管及同程或异程 有关热表内容自