空气调节第2章-空调负荷与送风量ppt课件.ppt

2020年3月28日6时5分 空气调节 空气调节 1 第2章空调负荷与送风量 2 主要内容 2 1室内外空气计算参数2 1 1室内空气计算参数2 1 2室外空气计算参数2 2太阳辐射对建筑物的热作用2 3空调负荷2 3 1空调房间夏季得热量与冷负荷2 3 2空调房间冬季耗热量与热负荷2 3 3散湿量与湿负荷2 3 4空调系统负荷与概算方法 3 主要内容 2 4空调房间送风量和送风状态点的确定2 4 1空调房间送风量的确定2 4 2空调房间送风状态点的确定2 4 3冬季空调房间送风量和送风状态点的确定 4 学习目标 了解室内外空气计算参数掌握空调负荷及其估算方法重点掌握空调房间送风量和送风状态点的确定 5 空调负荷是空调工程设计中最基本的 也是最重要的数据之一 它的数值直接影响到空调方案的选择 空调和冷热源等设备容量的大小 进而影响到工程投资费用 设备能耗 系统运行费用以及空调的使用效果 定量计算空调负荷需要用到室内外空气计算参数 由于室内空气环境的控制是通过送排一定量的不同状态参数空气来实现的 因此送排多少空气量及其参数如何至关重要 6 2 1室内外空气计算参数 在设计一个中央空调系统时 首先要明确设计目标和设计的条件 即空调系统要将室内空气控制在什么状态之下 表示这个状态的空气参数称为空调设计室内空气计算参数 空调系统需要在什么气象条件下运行 表示这个气象条件的空气参数称为空调设计室外空气计算参数 要消除空调房间内部和外部干扰源所造成的影响也与室内外空气参数有关 因此在讨论空调负荷的计算问题之前 首先要了解空调设计计算用的室内外空气参数及确定方法 7 室内空气计算参数主要是指作为空调工程设计与运行控制标准而采用的空气温度 相对湿度和空气流速等室内空气的控制参数 这些参数可分为两类在民用建筑和工业企业辅助建筑中以保证人体舒适 健康和提高工作效率为目的的 舒适性环境空气参数 在生产厂房以及一些研究 试验环境或设施中以着重满足生产工艺过程和试验过程的空气环境需求为目的的 工艺性环境空气参数 2 1室内外空气计算参数 8 1 热舒适性与室内空气计算参数由于室内人的热舒适性是涉及人的生理和心理感应的十分复杂的问题 而良好的热舒适环境又是提高工作效率的保证 因此对于建筑热环境舒适条件的研究 不少环境学家和卫生学家在大半个世纪以前就着手开始了 并先后产生了热强度指标 等感温度 有效温度图和人体舒适区等成果 近几十年来 一些欧美学者获得的诸多成就则将该领域的研究推进到了一个新的里程 这些研究成果为确定舒适性空调的室内空气计算参数范围奠定了基础 2 1 1室内空气计算参数 9 1 人体散平衡与热舒适感当人体散热和体内新陈代谢产热相平衡时 人的冷热感觉良好 体温会保持在36 5 37 一般情况下 凡是有利于人体维持这种热平衡的环境 人就感到舒适 反之 就感到不舒适 2 1 1室内空气计算参数 10 研究表明 人在室内的热舒适状态 冷热感 由许多因素决定的 其中主要有1 室内空气的温度2 室内空气的相对湿度3 人体附近的气流速度4 围护结构内表面及室内其他物体表面的温度 即辐射温度 5 衣着情况及衣服的保温性能和透气性6 人的活动情况7 人的性别 年龄和身体状况8 种族或个体的习惯在上述影响人的热舒适性的诸因素中 可以看出既有与空气有关的因素 也有与空气无关的因素 11 关于人体散热人体的散热主要是以对流 辐射 热传导和蒸发等方式进行 对流 辐射 热传导的散热方式是通过人体表面进行的 对流散热中包括了导热 由于热传导散热量不大 一般不单独考虑 蒸发散热则是通过皮肤 鼻咽粘膜与肺进行的 但主要是人体出汗时由汗液蒸发带走的热量 与空气有关的因素影响人的热舒适性原因1 温度 人体对于温度较为敏感 而室内温度对人的热舒适性的影响是通过与人体表面皮肤的对流换热和导热来实现的 12 2 相对湿度 出汗是人体在任何气温下都存在的生理机能 只是在气温较低时出汗量较少 往往感觉不到出汗 而相对湿度主要影响人体表面汗液的蒸发 即影响蒸发散热量的多少 相对湿度过高不仅会使人感到气闷 而且汗液不易蒸发 相对湿度过低又会使人感觉干燥 引起皮肤干裂 而且易引发呼吸系统疾病 3 气流速度 气流速度对人的热舒适性最明显的影响是在夏季送冷风时 如果冷空气的流速过大 造成吹冷风的感觉时 会极不舒适 严重时还会致人生病 13 2 等效温度图和舒适区在图2 1等效温度图中 等效温度线的数值标注在 50 的相对湿度线上 等效温度线的作用例如虽然在25 这条等效温度线上各点所对应的干球温度和相对湿度都不相同 但各个点的空气状态给人的冷热感觉是相同的 都相当于t 25 和 50 条件下人的的冷热感 图2 1等效温度图 14 等效温度图中的各个等效温度是在室内空气流速为0 15m s时 对身着0 6clo热阻服装 静坐的被试验人员实测得出的 clo是服装的热阻单位 1clo 0 155 W 相当于男性穿着西装时的热阻 某些服装的热阻值参见表2 1 表2 1某些服装的热阻值 15 等效温度图中画出了舒适区 其中的菱形部分是由美国Kansas州立大学的实验结果给出 另一块平行四边形部分是ASHARE推荐的舒适标准55 74 两块舒适区的实验条件不同 两块舒适区重叠部分的中心正好是25 等效温度线穿过的位置 是推荐的室内空气设计条件 图2 1等效温度图 16 3 人体热平衡方程和PMV PPD指标等效温度虽然简单明了 但没有对室内热环境的舒适度作全面考虑 例如某房间内的空气等效温度是25 但房间内的物体温度很高 对人体存在较大的热辐射 这时人会感到不舒适而不是舒适 丹麦工业大学的P O Franger提出了PMV PPD评价方法 PMV表示预计平均热感觉指数或评价 PPD表示预计不满意者的百分数 该方法是在稳定热环境下 以下列热平衡式为基础提出的人体产热 对外做功消耗 体表扩散失热 汗液蒸发失热 呼吸的显热和潜热交换 通过衣服的换热 在热环境内通过对流和辐射的换热 17 人对热环境的满意程度也就是舒适度用数值进行量化的评价值见表2 2 表2 2人的热感觉与PMV值PMV指标代表了绝大多数人对同一热环境的冷热感觉 但由于人与人个体间有生理差异 PMV指标并不一定能够代表所有人的感觉 实测数值表明 即使PMV 0也有近5 的人感到不满意 因此还需要PPD指标来表示人群对热环境不满意的百分数 18 PMV与PPD之间的关系参见图2 2 从图中可看出 在PMV 0处 PPD 5 这意味着即使室内环境为最佳热舒适状态 由于人体间的生理差异 仍有5 的人感到不满意 图2 2PMV PPD关系曲线 19 国际标准化组织在1984年提出了评价和测量室内热环境的新标准化方法ISO7730 在ISO7730标准中 就采用PMV PPD指标来描述和评价热环境 这两个指标综合考虑了人的活动程度 衣着情况 以及空气温度 湿度 流速和平均辐射等六项因素 国家标准 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定 空调室内的热舒适性应采用PMV和PPD指标评价 其值为 1 PMV 1PPD 27 PMV PPD指标虽然较等效温度复杂 但更能代表人的热舒适性 20 4 舒适性空调室内空气计算参数的确定舒适性空调室内空气设计计算参数的确定 除了要参考室内参数综合作用下的舒适条件外 还应根据室外气象条件 经济条件和节能要求等综合考虑 这就决定了舒适性空调室内计算参数应有一个范围 以适应不同的需要 国家标准 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定 舒适性空调室内空气计算参数应符合表2 3的规定 表2 3舒适性空调室内空气计算参数 21 国家标准 公共建筑节能设计标准 GB50189 2005 规定 公共建筑空调系统室内空气计算参数可按下表规定的数值选用 公共建筑空调系统室内空气计算参数 22 表2 4常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数 23 表2 4常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数 24 2 工艺性空调室内空气计算参数由于工艺过程的千差万别 工艺性空调还可细分为一般降温性空调恒温恒湿空调净化空调人工气候 2 1 1室内空气计算参数 25 各种工艺性空调的特点1 降温性空调对室内空气温湿度的要求是保证夏季工人操作时手不出汗 因此一般只规定温度或湿度的上限 对空调精度没有要求 如电子工业的某些车间 规定夏季室温不大于28 相对湿度不大于60 2 恒温恒湿空调对室内空气的温湿度基数和精度都有严格要求 如某些计量室 室温要求全年保持 20 0 1 相对湿度保持 50 5 也有的工艺过程仅对温度或相对湿度一项有严格要求 如纺织工业某些工艺对相对湿度要求严格 而空气温度则以劳动保护为主 26 3 净化空调不仅对空气温 湿度有一定要求 而且对空气中所含尘粒的大小 数量 甚至微生物种类也有严格要求 如医院的洁净手术室分为四个等级 每个等级对细菌浓度都有明确的指标要求 4 人工气候模拟高温高湿或低温低湿 甚至高空气候环境 27 不论何种工艺性空调 由于其服务对象为工业生产或科学实验 因此必须按工艺过程的特殊要求来确定室内空气计算参数 当有人操作时 在可能的情况下应尽量兼顾考虑人体热舒适的需要 对于夏季温度和相对湿度低于舒适性空调的场所 应尽量减小室内空气的流速 在工艺条件允许的前提下 应尽量提高空气温度 这样不仅可以节省设备投资和运行费用 而且还有利于操作人员的健康 28 工艺性空调的室内空气计算参数除了温湿度基数及其允许波动范围应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件确定外 活动区的风速应按 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 的规定取值 即冬季不宜大于0 3m s 夏季宜采用0 2 0 5m s 当室内温度高于30 时 可大于0 5m s 随着科学的发展 技术的进步 生产的工艺过程会不断改进 产品的质量要求会日益提高 品种也会逐渐增多 相应地在空气环境参数的控制要求方面也会有所变化 因此空调的室内空气计算参数需要与工艺人员慎重研究后确定 29 表2 5某些生产工艺过程所需的室内空气参数 摘录 30 3 空调基数和空调精度空调基数是指空调区域内 按设计规定所需保持的空气基准温度和基准相对湿度 空调精度是指在空调区域内温度和相对湿度允许的波动范围 例如 t 22 1 和 50 5 其中 空气温度22 和相对湿度50 为空调基数 温度波动范围 1 和相对湿度波动范围 5 为空调精度 2 1 1室内空气计算参数 31 通常建筑物为自然环境所包围 其内部必然处于外界大气压力 温度 湿度 风速 风向以及日照等气象参数的影响之中 空调系统设计与运行中所要用到的一些室外气象参数就称之为 室外空气计算参数 关系最密切的主要是一些温湿度参数 如计算通过围护结构传入室内或由室内传至室外的热量时 涉及到的室外空气 干球 温度 计算加热或冷却室外空气所需热 冷量以及确定室外新风状态时 要涉及到的室外空气湿球温度等参数 2 1 2室外空气计算参数 32 1 室外空气温湿度的变化规律由于室外空气的干湿球温度等参数都是随季节 昼夜和时刻不断变化的量 在确定应当采取什么样的空气参数作为设计计算参数之前 需要对室外空气温湿度的变化规律有所了解 室外空气温度的日变化室外空气温度的季节性变化室外空气湿度的变化 2 1 2室外空气计算参数 33 1 室外空气温度的日变化室外空气温度在一昼夜内的日变化是以24小时为周期的周期性波动 这种日变化是由于地球每天接受太阳辐射热和放出热量而形成的 图2 3室外空气干湿球温度 相对湿度24h变化曲线 相对湿度 室外湿球温度 34 2 室外空气温度的季节性变化室外空气温度的季节性变化也呈周期性 全国各地的最热月份一般在七 八月 最冷月份在一月 图2 4北京 西安 上海地区各月平均气温的变化曲线 35 3 室外空气湿度的变化空气的相对湿度取决于空气干球温度和含湿量 如果空气的含湿量保持不变 干球温度增高 则相对湿度变小 干球温度降低 则相对湿度加大 就一昼夜内的大气而论 一般含湿量变化不大 可看作定值 则大气的相对湿度变化规律正好与干球温度的变化规律相反 即中午的相对湿度低 早晚的相对湿度高 室外湿球温度的变化规律与干球温度的变化规律相似 只是峰值出现的时间不同 36 2 室外空气计算参数的确定室外空气计算参数取什么值 会直接影响到室内空气状态的保证程度和设备投资 例如 当夏季取用很多年才出现一次 而且持续时间较短 几小时或几昼夜 的当地室外空气最高干湿球温度作为室外空气计算参数时 就会因配置的设备和相关装置容量过大 长期不能全部投入使用而形成投资浪费 设计规范中规定的室外空气计算参数值 通常不是取最不利条件时的数值 而是根据全年少数时间不保证室内温湿度在控制标准范围内的原则确定的数值 2 1 2室外空气计算参数 37 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定选择下列统计值作为空调室外空气计算参数1 采用历年平均不保证l天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度 2 采用累年最冷月平均相对湿度作为冬季空调室外空气计算相对湿度 3 采用历年平均不保证50小时的干球温度作为夏季空调室外空气计算干球温度 4 采用历年平均不保证50小时的湿球温度作为夏季空调室外空气计算湿球温度 5 采用历年平均不保证5天的日平均温度作为夏季空调室外空气计算日平均温度 2 1 2室外空气计算参数 38 表2 6国内部分主要城市的部分室外空气气象参数 39 2 2太阳辐射对建筑物的热作用 经围护结构传入空调房间的太阳辐射热 在空调冷负荷的构成中占有相当大的比重 了解和掌握太阳辐射的基本性质及对建筑物的热作用 对合理地进行空调房间冷负荷的计算有着重要的意义 到达地面的太阳辐射强度的大小 主要取决于地球对太阳的相对运动 也就是取决于被照射地点与太阳射线形成的高度角 图2 5 和太阳光线通过大气层的厚度 图2 5太阳高度角示意图 40 地理纬度不同 季节不同 昼夜不同 太阳辐射强度也都不同 纬度高的南极和北极 太阳高度角小 太阳通过大气层的路程长 太阳辐射强度小 而纬度低的赤道太阳辐射强度大 图2 6太阳光线穿越大气层厚度的示意图 41 同一地区由于地球公转 夏季太阳高度角高于冬季 且日照时间比冬季长 图2 7为北纬40 地区的夏 冬两季日照示意图 由于地球自转 同一地点的太阳高度角逐时在变化 中午太阳高度角大 太阳辐射强度高于早晨和黄昏 图2 7日出 日落相对位置示意图 42 2 2太阳辐射对建筑物的热作用 当太阳射线照射到非透明的围护结构外表面时 一部分会被反射 另一部分会被吸收 反射和吸收二者的比例取决于围护结构外表面材料的粗糙度和颜色 表面愈粗糙 颜色愈深的围护结构 吸收的太阳辐射热就愈多 反之就愈少 同一种材料对于不同波长辐射的吸收率是不同的 黑色表面对各种波长的辐射几乎全部吸收 而白色表面对不同波长的辐射则吸收率不同 对于可见光几乎90 都反射回去 在外围护结构上刷白或玻璃窗上挂白色窗帘可减少进入室内的太阳辐射热 43 2 3空调负荷 按性质分冷负荷 热负荷 湿负荷按对象分房间负荷 系统负荷 44 2 3 1空调房间夏季得热量与冷负荷 一般在夏季 空调房间 或空调区域 的各种得热量会使房间的温度上升到超出控制范围 只有向房间供给适当的冷量才能保持房间的空气温度在控制范围内 需要向空调房间提供多少冷量 即房间冷负荷为多少 必须要知道房间的得热量情况和数值 1 空调房间夏季得热量是指夏季某一时刻由外界进入空调房间和空调房间内的热源散发的热量的总和 45 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定 空调房间在夏季计算得热量时 应根据下列各项确定1 通过围护结构传入的热量2 透过围护结构中的透明部分 如外窗 阳台玻璃门 玻璃幕墙 进入的太阳辐射热量3 人体散热量4 照明装置散热量5 设备 器具 管道及其他内部热源的散热量6 食品或物料的散热量7 渗透空气带入的热量8 伴随各种散湿过程产生的潜热量 46 空调房间热量的主要来源 室内外温差传热 太阳辐射传热 人体散热 用电设备散热 照明散热 47 2 3 1空调房间夏季得热量与冷负荷 空调房间夏季得热量分类 按得热量是否会随时间变化分 稳定得热量和瞬时得热量 按得热量的性质分 显热得热量和潜热得热量 按显热得热量的传递方式分 对流得热量和辐射得热量 48 2 空调房间冷负荷与得热量的关系为使空调房间保持所要求的空气温度 在某一时刻应从室内除去的热量或需要向房间供给的冷量称为房间冷负荷 空调房间的冷负荷应根据各项得热量的种类和性质分别进行计算 其中通过围护结构传入的热量 透过外窗进入的太阳辐射热量 人体散热量 以及非全天使用的设备 照明装置的散热量等形成的冷负荷 应按非稳态传热方法计算确定 得热量是引起冷负荷的根源 但它们之间并非时刻都相等 这是由围护结构和房间内部物体的蓄热特性以及得热量的种类决定的 2 3 1空调房间夏季得热量与冷负荷 49 瞬时得热中的对流热和潜热是直接放散到房间空气中的热量 并立即构成房间的瞬时冷负荷 瞬时得热中的辐射热 如经外窗进入空调房间的瞬时太阳辐射热和照明辐射热等 则不能立即成为瞬时冷负荷 因为辐射热会首先透过空气投射到具有蓄热性能的围护结构 家具和设备 装置等室内物体表面上 被其吸收和贮存 只有当这些室内物体表面因吸热而温度升高到高于室内空气温度后 它们才会以对流换热方式将贮存的那部分热量再逐渐放出来加热室内空气成为房间滞后冷负荷 空调房间冷负荷是房间瞬时冷负荷和房间滞后冷负荷之和 50 空调房间冷负荷 房间瞬时冷负荷房间滞后冷负荷 瞬时得热中的对流热瞬时得热中的潜热瞬时得热中的辐射热 表2 7各种瞬时得热中所含各热量成分 51 图2 8是经围护结构进入空调房间的太阳辐射热所形成的瞬时得热量和实际冷负荷的关系图 从图中可以看出 空调房间实际冷负荷的峰值要比太阳辐射所形成的得热量的峰值小 而且出现的时间也迟于太阳辐射热的峰值 这种得热量转化为冷负荷的过程中 存在的衰减和延迟现象 主要是由围护结构蓄热特性决定的 图2 8太阳辐射热形成的得热量与冷负荷 52 围护结构的蓄热能力与其热容量有关 建筑材料的热容量等于其质量与比热的乘积 热容量愈大 蓄热能力也愈大 反之则小 一般建筑结构的材料比热值大致相等 故材料热容量就单一地与其质量成正比关系 从图2 9中可以看到 重型结构的蓄热能力比轻型结构的蓄热能力大得多 其冷负荷的峰值比较小 延迟时间也比较长 图2 9不同质量围护结构的蓄热能力对冷负荷的影响 53 灯具照明散热比较稳定 灯打开后所散发的辐射能量最初并没有全部转化为冷负荷 而是有一部分被房间的围护结构 如墙体 和家具等室内物体所吸收 随着开灯时间的持续 围护结构和家具等室内物体的温度逐渐上升 与室内空气的热交换量逐渐提高 最终通过辐射的得热量与向空气对流传热量相等 达到平衡 图2 10荧光灯散热形成的得热量和冷负荷 瞬时得热量 54 围护结构和家具等室内物体的温度不再升高时 可以认为照明散热形成的瞬时得热量全部转化为瞬时冷负荷 即得热量等于冷负荷 关灯后 贮存在围护结构和家具中的热量会逐渐释放出来 通过对流传热向空气散发 继续形成冷负荷直至全部放完 图中右边的曲线 图2 10荧光灯散热形成的得热量和冷负荷 瞬时得热量 55 2 3 1空调房间夏季得热量与冷负荷 3 冷负荷计算方法得热量的计算虽然很复杂 但还可以沿用经典的传热学计算方法来计算 冷负荷的计算则需要在得热量计算的基础上 再考虑太阳辐射和室外温度变化 以及围护结构等物体的蓄热效应 因此十分繁琐 在计算空调冷负荷时 除了必须考虑围护结构的吸热 蓄热和放热效应外 还要注意不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同步的 在确定房间逐时冷负荷时 必须按不同性质的得热量分别计算 然后取逐时各冷负荷分量之和 56 建筑物空调负荷计算迄今已经历了定常 亦称稳定或稳态 计算法 周期热作用下的不定常计算法和新的不定常传热计算方法三个历史时期 1946年 美国人C O Mackey和L T Wright提出了当量温差法 20世纪50年代初 前苏联A M 等人提出了谐波 分解 法 他们均用周期性变化外扰作用下的不稳定传热来考虑通过围热结构的传热负荷 其共同的缺点是不区分得热量和冷负荷 致使计算出的空调冷负荷往往偏大 1967年加拿大人D G Stephenson和G P Mitalas提出反应系数法 其基本特点是把得热量和冷负荷的区别在计算方法中体现出来 1971年 他们两人又提出了Z传递函数法 用以改进反应系数法 并提出了适合手算的冷负荷系数法 57 我国在20世纪70 80年代也积极开展新计算方法的研究 在借鉴国外研究成果的基础上 提出了符合我国国情的两种空调设计冷负荷计算法谐波反应法和冷负荷系数法 并于1982年通过了原城乡建设环境保护部主持的评议 我国的这些方法针对我国的建筑物特点推出了一批典型围护结构的冷负荷温差 冷负荷温度 和冷负荷系数 冷负荷强调系数 为我国的空调设计人员提供了实用的设计工具 随着计算机应用的普及 采用国内外模拟分析软件计算空调负荷和进行辅助设计的已经越来越多 58 关于冷负荷系数法冷负荷系数法是目前较常应用的一种方法 它是在传递函数法的基础上 为便于在工程中进行手算而建立起来的一种简化计算方法 由于传递函数法在计算由墙体 屋顶 窗户 照明 人体和设备的得热量或冷负荷时 需要知道计算时刻 以前的得热量或冷负荷 是一个递推的计算过程 因此需要用计算机计算 为了便于手工计算 通过引入瞬时冷负荷计算温度和冷负荷系数的方法来简化 但即使是进行了简化 实际的计算过程中 计算工作量依旧十分浩大 59 2 3 2空调房间冬季耗热量与热负荷 空调房间除了能得到热量外 在某些情况下 还会损失热量 特别是在冬季体现得最明显 1 空调房间冬季耗热量耗热量是指房间空气损失的热量 又称为失热量或热损失 主要包括1 围护结构的耗热量2 加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量3 加热由门 孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量4 水分蒸发的耗热量5 加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量6 通风耗热量7 通过其他途径散失的热量 60 在各种热量损失中 以室内外温差作用下 通过围护结构向室外传递的热量损失最多 即围护结构的耗热量最大 在计算围护结构耗热量时 要分成围护结构的基本耗热量和附加耗热量两部分来计算 围护结构的基本耗热量是指在稳态传热条件下 由于室内外温差作用 通过房间各部分围护结构向室外传递的热量总和 由于围护结构的实际耗热量会受各种因素的影响 按稳态传热条件计算所得到的基本耗热量必然会有偏差 因此需要对已计算出的基本耗热量进行相应地修正或附加 这些修正或附加包括朝向 风力和房间高度三个方面的修正以及外门附加 即附加耗热量 61 关于围护结构的附加耗热量朝向修正是考虑建筑物的各个朝向受太阳辐射影响不同而对外围护结构传热量的修正 风力修正是考虑室外风速的大小对外围护结构的外表面放热系数有影响而对外围护结构传热量的修正 高度修正是考虑在热流作用下 房间内上部的空气温度高于室内空气计算温度 地面以上 2米以下空气的平均温度 使实际耗热量比计算耗热量大的修正 外门附加是考虑建筑物底层外门开启频繁 从外门进入建筑物中的冷空气将导致耗热量增大 62 2 3 2空调房间冬季耗热量与热负荷 2 空调房间热负荷的确定在冬季 影响房间内空气温度升降的因素是房间的得热量和耗热量 只有当房间总的得热量小于总的耗热量 才会使房间空气温度降低到设计值以下 此时为了保持空调房间的空气温度符合设计要求 需要补充房间缺少的热量或向房间供给的热量称为房间热负荷 63 冬季空调房间的得热量主要包括1 最小负荷班的工艺设备散热量2 热管道及其他热表面的散热量3 热物料的散热量4 人体散热量5 照明装置散热量6 通过其他途径获得的热量民用建筑的有关得热量一般作为安全因素不计算 耗热量中通常也只计算围护结构的耗热量这一项 因此民用建筑的热负荷一般就等于围护结构的耗热量 2 3 2空调房间冬季耗热量与热负荷 64 需要引起注意的是 空调房间冬季热负荷与供暧房间热负荷的计算方法是一样的 只是由于空调房间室内热环境条件的要求高于供暧房间 因此二者室内外空气计算参数的规定值有所不同 有一些房间或区域 如商场或建筑物的内区等 由于人流多 照明强 使其在冬季室外气温低于室内气温的情况下 得热量还是大于耗热量 此时即使在冬天也需要供冷 对于冬季空调 房间不一定就是热负荷 到底是热负荷还是冷负荷 要根据房间的得热量和耗热量的对比来确定 2 3 2空调房间冬季耗热量与热负荷 65 2 3 3散湿量与湿负荷 空调房间的自然湿量来源有室内湿源散发的湿量和室外空气渗透带入的湿量两类 统称为散湿量 主要包括1 人体散湿量 包括呼吸和汗液蒸发向空气散发的湿量 2 渗透空气带入的湿量3 化学反应过程的散湿量4 各种潮湿表面 液面或液流的散湿量5 食品或其他物料的散湿量6 设备散湿量各项散湿量的计算方法参见有关设计手册 66 对于空调房间来说 室内湿源的散湿量和渗透空气带入的湿量不一定都有 因此有可能造成房间空气保持要求的参数时有多余的湿量或湿量不足 为保持房间要求的空气控制参数 必须从房间除去多余的湿量或向房间补充不足的湿量均称为房间湿负荷 2 3 3散湿量与湿负荷 67 2 3 4空调系统负荷与概算方法 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定除方案设计或初步设计阶段可使用冷负荷指标进行必要的估算之外 应对空调区进行逐项逐时的冷负荷计算 1 空调系统负荷系统负荷的确定以房间负荷为主 另外再考虑新风负荷风系统由于风机和风管道产生温升以及系统漏风等引起的附加负荷水系统由于水泵和水管产生温升以及系统补水引起的附加负荷其他附加负荷 68 1 夏季空调系统的冷负荷根据系统作用范围内所有空调房间的同时使用情况 空调系统的类型及调节方式的不同 有两种不同的算法 取同时使用的各空调房间逐时冷负荷的综合最大值 即从各房间逐时冷负荷相加之后得出的数列中找出的最大值 取同时使用的各空调房间夏季冷负荷的累计值 即找出各房间逐时冷负荷的最大值并将它们加在一起 而不考虑它们是否同时发生 后一种算法的结果显然要比前一种算法的结果大 2 3 4空调系统负荷与概算方法 69 当采用定风量空调系统时 由于系统本身不能适应各空调房间冷负荷的变化 为了保证最不利情况下达到空调房间的温湿度要求 应采用各空调房间夏季冷负荷的累计值 当采用变风量空调系统时 由于系统本身具有适应各空调房间冷负荷变化的调节能力 应采用各空调房间逐时冷负荷的综合最大值 注意夏季空调系统的冷负荷还要计入新风冷负荷 处理室外空气需要耗用的冷量 以及风机 风管 水泵 水管和水箱的附加冷负荷 抵消这些设备和装置及其中的流体温升需要耗用的冷量 70 2 冬季空调系统负荷冬季空调系统负荷是热负荷还是冷负荷 取决于系统作用范围内所有空调房间总的耗热量和总的得热量 当总的耗热量大于总的得热量时 空调系统负荷是热负荷 反之空调系统负荷为冷负荷 如果空调系统负荷是热负荷 则还要计入新风热负荷 以及风管道 热水管 水箱内的流体温降的附加热负荷 3 空调系统湿负荷舒适性空调系统通常不考虑湿负荷 如果要考虑 一般也只计算人体的散湿量 并作为空调系统的湿负荷 71 其他要点新风冷热负荷及各附加冷热负荷 从理论上讲可以逐一计算出来 但很繁琐且不太准确 实际工程中通常以房间总负荷的10 50 来统筹考虑 一般来说 各空调系统总的冷热负荷 在考虑同时使用情况 以及输送系统和换热设备的热损失后就是冷源和热源需要供给的冷量和热量 也是决定冷热源设备 如制冷机和锅炉等 总装机容量的依据 各空调房间配置的末端设备或装置一般是以房间冷负荷为依据选定的 通常能满足冬季供暧的需要 对于寒冷地区 由于冬季热负荷较大 还需要进行校核确认 72 空调房间冷负荷 新风冷负荷 风系统附加冷负荷 水系统附加冷负荷 其他附加冷负荷 夏季空调系统冷负荷 各空调系统总的冷负荷考虑同时使用情况 空调冷源冷负荷 换热设备热损失 输送系统热损失 三类冷负荷之间的关系 73 2 空调负荷的概算在工程设计的方案设计或初步设计阶段 为了满足项目报审 招标等对设备容量 机房面积以及投资费用等方面的要求 往往需要大致了解空调系统的供冷量 供热量 用电量 用水量 以及空调机房 制冷机房 锅炉房等设备用房的面积 在受到各种具体计算条件不清楚 不明确或不全面的限制 还无法进行准确的负荷计算时 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定可使用冷负荷指标来对空调负荷进行必要的估算 或称概算 2 3 4空调系统负荷与概算方法 74 常用的空调负荷概算方法是单位空调面积指标法 该方法是根据总结出的已在使用的同类型空调建筑和房间的负荷指标 来概算要设计的建筑和房间的空调负荷 由于空调负荷的影响因素较多 所以这类指标通常是一个数值范围 表2 8是国内部分典型民用建筑和房间的空调负荷设计指标的统计值 可供概算空调负荷时参考 2 3 4空调系统负荷与概算方法 75 表2 8民用建筑和房间空调负荷概算指标 76 表2 8民用建筑和房间空调负荷概算指标 续 77 表2 8民用建筑和房间空调负荷概算指标 续 由于概算指标德上下限差别较大 要合理选取只能靠设计人员的经验 中国建筑科学研究院空调研究所针对这一缺陷 对旅馆 商场 办公楼 影剧院四类公共建筑的设计冷负荷计算进行了研究 提出了较为详细的设计冷负荷概算表可供参考 78 空调负荷的计算相当繁琐 而且计算方法本身的依据基本上都是特定情况下的经验估计 同时还做了大量的简化 随着新的建筑材料 玻璃 灯具的大量使用 新的建筑构造和建筑形式的出现 使得各种冷负荷计算方法所约定的假设条件均会相应发生变化 所以即使按照某种负荷计算方法进行了精确计算 其结果也会存在一定的误差 此外 还可能因缺乏很多基本计算数据而无法按照某种负荷计算方法进行精确计算 2 3 4空调系统负荷与概算方法 79 需要重视的在计算空调房间冷负荷时应注意分析空调冷负荷的组成 针对不同的空调对象 工艺性空调还是舒适性空调 要仔细分析空调冷负荷的组成 看哪些负荷占主要地位 哪些负荷占次要地位 对于主要负荷应从调查了解 收集原始数据入手 力求准确地加以计算 对于次要负荷 可以稍为粗略一些 影剧院 体育馆和百货商场这一类公共建筑的舒适性空调 人体散热和照明灯具散热引起的冷负荷占主要地位 而围护结构冷负荷相对来说所占的比例就较小 2 3 4空调系统负荷与概算方法 80 2 4空调房间送风量和送风状态点的确定 在已知空调房间的空调负荷后 必须由空调系统或装置向空调房间输送一定量和一定状态的空气 来使空调房间的空气状态保持在工作 生活或生产 科研所要求的范围内 输送多少空气量和输送什么状态的空气才能满足要求 是本节要讨论和解决的主要问题 81 图2 11所示空调房间的冷负荷为Q和湿负荷为W 通过向空调房间送入数量为qm kg s 状态为O的低焓和低含湿量的干冷空气 吸收室内的余热和余湿变成室内状态的空气后 从排风口等量排出的空气置换方法来使房间的温湿度保持稳定 tN N W Q 图2 11空调房间送排风示意图 送风 hO dO qm hN dN qm 排风 82 由空调房间的热湿平衡可分别得 2 1 2 2 送风 tN N W Q 排风 图2 11空调房间送排风示意图 hO dO qm hN dN qm 2 4 1空调房间送风量的确定 83 2 1 和 2 2 式经整理后可分别得空调房间的送风量计算式 2 3 2 4 式 2 3 和式 2 4 相比可得空调房间的热湿比为 2 5 2 4 1空调房间送风量的确定 84 从式可以看出 房间的热湿比 是由房间的冷负荷Q和湿负荷W决定的 的物理意义为当数量为qm kg s 的空气由状态O沿 线变化到状态N时 就能达到同时除去房间热湿量的目的 保持室内要求的温湿度状态 2 4 1空调房间送风量的确定 85 2 4 2空调房间送风状态点的确定 由可知送风状态点O不是一个固定的点 从图2 12上可以看出 它可以是过室内状态点N的热湿比为 Q W线上 N点以下线段上的任何一点 100 O N 86 由式和可看出 O点的位置决定送风量qm的大小 很明显 送风状态点O与室内状态点N越接近 hN hO或dN dO的差值就越小 送风温差 t0 tN tO也越小 送风量则会越大 反之 送风温差会越大 送风量会越小 图2 12送风量与送风状态点分析图 t0 2 4 2空调房间送风状态点的确定 87 空调系统的夏季送风温差是决定空调系统经济性的主要因素之一 在保证既定的技术要求前提下 加大送风温差的经济意义送风温差加大一倍 送风量可减少一半 空调系统的材料消耗和投资 不包括制冷系统 约减少40 而动力消耗则可减少50 送风温差在4 8 之间每增加1 送风量可以减少10 15 送风量太小带来的问题会使室内空气温湿度分布的均匀性和稳定性受到影响 即影响空调效果 会使送风温度降低 而过低的送风温度会使人感到不舒适 甚至引起疾病 还很容易产生送风口结露滴水现象而带来其他问题 88 送风状态点O的确定 也就是送风温差的确定要从经济和技术两个方面综合考虑 确定送风温差时还要与拟采用的送风方式联系起来考虑 因为不同的送风方式有不同的合适送风温差 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 规定空调系统常用的上送风方式的夏季送风温差 应根据送风口类型 安装高度和气流射程长度以及是否贴附等因素确定 在满足舒适和工艺要求的条件下 宜加大送风温差 舒适性空调的送风温差 当送风口高度小于或等于5m时 不宜大于10 当送风口高度大于5m时 不宜大于15 89 工艺性空调的送风温差 宜按表2 9给出的数据采用 表2 9工艺性空调的送风温差与换气次数 90 关于房间换气次数为了保证空调效果 需要对空调房间的最小送风量给予保护 一般是通过对房间换气次数的规定来体现的 换气次数是房间送风量qv m3 h 和房间体积V m3 的比值 用n 次 h 表示 即 2 6 舒适性空调的房间换气次数每小时不宜小于5次 但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定 工艺性空调的房间换气次数不宜小于表2 9所列的数值 91 已知空调房间冷负荷Q 湿负荷W和室内控制参数 可按照下列步骤确定夏季送风状态点和房间送风量 1 计算热湿比值 Q W 2 在焓湿图上确定出室内状态点N后 过N点作热湿比线 3 按照规范要求选取送风温差 tO 求出送风温度tO tN tO 并进行校核 为防止送风口产生结露滴水现象 一般要求夏季送风温度要高于室内空气的露点温度2 3 2 4 2空调房间送风状态点的确定 92 4 在焓湿图上找到tO等温线 该线与热湿比线 的交点就是送风状态点O 查出hO和dO的数值 5 用公式 2 3 或 2 4 计算送风量 并按照规范要求用公式 2 6 校核换气次数 例2 1 某空调房间的夏季冷负荷Q 3314W 湿负荷W 0 264g s 要求室内全年保持空气状态为tN 22 1 和 N 55 5 当地大气压为101325Pa 求送风状态参数和送风量 93 解 1 求热湿比2 根据tN 22 N 55 在h d图上确定室内空气控制状态点N 标出已知参数 查得hN 45kJ kg干 dN 9g kg干 通过该点画出 12600的热湿比线 图2 13例题2 1示意图 94 3 依题意 查表2 9 取送风温差 tO 8 则送风温度tO 22 8 14 查h d图 得室内空气的露点温度tNl 12 5 则tO tNl 14 12 5 1 5 2 3 说明送风温差取得过大 使送风温度偏低 不合适 将 tO减小为7 显然就可满足防止送风口结露的要求 此时的送风温度tO 15 图2 13例题2 1示意图 95 4 在h d图上找到15 等温线和 线的交点O 查得hO 35kJ kg干dO 8 2g kg干5 计算送风量或 图2 13例题2 1示意图 96 6 因不知道该空调房间的体积V 故不能进行换气次数的校核 本例题在送风温度tO确定后 通过联立解以下三个方程式用计算法也可以分别求出送风状态参数hO dO和送风量qM 97 2 4 3冬季空调房间送风量和送风状态点的确定 当冬季空调房间负荷为热负荷时 说明需要向房间送热风 此时 送风