第二章-空调负荷计算与送风量.ppt

第二章空调负荷计算与送风量 7学时 1 本章主要内容 2 1室内空气计算参数确定 2 2室外空气计算参数确定 2 3空调房间冷负荷计算 2 4空调房间热负荷计算 2 5空调房间负荷计算实例 2 6空调房间冷负荷估算指标 2 7空调房间送风量确定思考题 第二章 2 2 室内空气计算参数 1 空调房间温湿度的表示方法tn 20 1 n 50 10 舒适性空调与工艺性空调表达是否相同 为什么 空调基准温度 湿度 空调精度 3 2 人体热舒适的概念 1 人体热平衡方程S M W E R CS 人体蓄热率 正常情况S为0M 人体能量代谢率W 人体所做机械功R 人体与周围表面之间的辐射换热量E 人体汗液蒸发和呼吸所带走的热量C 人体与周围环境之间的对流换热量 4 2 影响热体热舒适的主要因素室内空气温度 相对湿度 人体附近空气流速 围护结构内表面及其他物体表面温度 衣着 人体活动量 年龄等有关 3 热舒适指标新有效温度ET 指标 美国提出PMV PPD指标 丹麦P O Fanger提出 5 新有效温度ET 反映人体冷热感的一个综合指标 与干球温度 湿度 空气流速有关 以 50 的空气环境为基础 例如 一个温度为25 50 的空气环境 另一个环境温度为23 70 的空气环境与前述环境的热感觉相同 则该环境的有效温度即为25 注 强调了湿度对人体热舒适的影响 在同一条等效温度线上 人体的冷热感相同 6 3 热舒适指标 PMV PPD PMV PredictedMeanVote 预计平均热感觉指数 PPD PredictedPercentageofDissatisfied 预期不满意百分率 PMV 表征人体对热环境的冷热感觉 代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉通过热舒适方程和室内条件可得到PMV值PPD 对热环境不满意者百分数 7 3 室内设计参数的确定室内设计计算参数的选择取决于 建筑房间使用功能对空调参数的要求 所处地区 冷热源情况 经济条件和节能要求等 1 舒适性空调室内设计参数 温度 湿度 风速 室内污染物浓度 噪声等 2 工艺性空调 根据工艺需要及健康要求 8 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736 2012 人员长期逗留区域空调室内设计参数 短期停留如何确定 9 不同热舒适度等级对应的PMV PPD值 PMVPPD 级 0 5 PMV 0 5 10 级 1 PMV 0 5 27 0 5 PMV 1 0热舒适度等级由业主在确定建筑方案时选择 10 2 2室外空气计算参数确定 1 室外空气温度 湿度的日变化规律一日当中 最高气温出现时刻 下午2 3时最低气温出现时刻 4 5时每日气温波动曲线 正弦或余弦函数室外空气的含湿量 基本不变 11 2 室外空气温度 湿度的季节变化规律全国各地的最热月份一般在七 八月份最冷月份一般在一月 夏季室外空气含湿量较大 冬季较小 12 1 夏季空调室外计算干球温度t采用历年平均每年不保证50小时的干球温度 2 夏季空调室外计算湿球温度ts采用历年平均每年不保证50小时的湿球温度 不保证日 时 数法有什么特点 3 夏季空调室外计算参数的确定 t ts 13 4 冬季空调室外计算参数的确定 t 1 冬季空调室外计算干球温度t采用历年平均每年不保证1天的日平均温度 比较 供暖室外计算温度 历年平均不保证5天的室外日平均温度 为什么不同 14 采用累年最冷月平均相对湿度 注意 当采用采暖设备供暖时 应使用冬季供暖室外计算温度来计算供暖热负荷 空调室外设计计算参数主要由当地气象参数统计确定 2 冬季空调室外计算相对湿度 15 2 3空调冷负荷计算 1 计算空调热湿负荷的目的空调系统的作用是在排除热湿负荷的同时维持室内要求的温度和湿度 热湿负荷的大小对空调系统的规模 设备大小 系统投资有决定性的影响 16 2 空调热湿负荷的形成机理热负荷来源 围护结构室内外温差传热太阳辐射室内热源 人体 照明设备 各种工艺设备及电气设备 外部空气进入其他湿负荷来源 室内外空气含湿量不同及室内人员和湿源造成 17 3 得热量 冷负荷基本概念得热量 在某一时刻由外界进入空调房间和在空调房间内所产生的热量的总和 得热分为潜热得热和显热得热 冷负荷 是为维持室内温度恒定 在某一时刻需要供给房间的冷量热负荷 除热量 空调设备实际提供给室内空气的冷量 在室温波动时 除热量 冷负荷 蓄热量 18 得热量 冷负荷二者的关系某时刻得热量大于等于该时刻得热量形成的冷负荷 瞬变负荷和渐变负荷 但是任一时刻得热量未必就大于该时刻的冷负荷 为什么 举例 冷负荷的大小与围护结构的蓄热特性有关 蓄热能力越大 冷负荷的峰值越小 19 瞬时得热与瞬时冷负荷的关系 任一时刻房间瞬时得热量的总和未必等于同一时间的瞬时冷负荷 20 得热量 冷负荷 除热量的关系 21 瞬时日射得热量与冷负荷之间的关系 22 照明得热和实际冷负荷之间的关系 23 二者有时相等 有时不等 得热量转换为冷负荷的过程中 存在衰减和延迟 冷负荷不是恒定不变的 通常所说的空调负荷是指负荷的最大值 得热量与冷负荷二者的关系 24 4 通过围护结构的显热得热 包括两方面 通过非透明围护结构的热传导 通过玻璃窗的日射得热 1 通过非透明围护结构的热传导非透明围护结构的传入室内的热量两方面来源 室外空气与围护结构外表面之间的对流换热 太阳辐射通过围护结构导热传入的热量 25 2 通过玻璃窗的得热 一方面由于阳光的透射 另一方面由于室内外存在温度差通过玻璃板的传热量透过玻璃窗的太阳辐射得热 26 围护结构单位面积上的得热量 27 3 室外空气综合温度 室外空气逐时温度 太阳辐射当量温度 围护结构和周围物体之间的长波辐射 4 围护结构外表面的热平衡 壁面得热等于太阳辐射热量 包括太阳直射辐射 天空散射辐射 地面反射辐射 长波辐射得热量 大气长波辐射 地面长波辐射 环境表面长波辐射 对流换热量 28 5 空调冷负荷计算方法 1 当量温差法 1946 美国 2 谐波分解法 1950 苏联 3 反应系数法 1968 加拿大 反应系数法冷负荷系数法前两种方法的缺点是不区分得热量和冷负荷 导致空调负荷偏大 我国于20世纪70 80年代提出适合我国国情的两种计算方法 谐波反应法和冷负荷系数法 29 6 谐波反应法原理 1 室外空气综合温度呈周期性波动 温度波幅由外向内逐渐衰减和延迟的 2 冷负荷的形成过程 a 外扰 室外空气综合温度 形成室内得热量 即内扰量 这一过程考虑外扰的周期性以及围护结构对外扰量的衰减和延迟性 b 得热量形成冷负荷 得热量分成对流和辐射两成分 对流成分是瞬时冷负荷的一部分 辐射两成分要考虑房间总体蓄热作用 表现为放热衰减和放热延迟 后 才转化为瞬时冷负荷 这两部分叠加即得各计算时刻的总冷负荷值 30 7 冷负荷系数法原理建立在传递函数法 Z传递函数 的基础上 便于工程上手算的一种简易计数法 通过冷负荷温度或冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项负荷值 TZ S 综合温度函数 外扰 Q S 得热量 CLQ S 冷负荷 G1 S G2 S 围护结构 空调房间的传递函数 只与系统本身特性有关 而与输出量 输入量无关 Tz s 31 谐波反应法与冷负荷系数法的区别 应用的都是基于积分变换的方法 在处理函数时采用的都是拉普拉斯变换 区别在于处理边界条件时 谐波反应法采用的是傅里叶级数分解 而反应系数法采用的是时间序列离散 谐波反应法基本思想是任何一连续可导曲线均可分解为正 余 弦波之和 把外扰分解为正 余 弦波 分别求出每个正 余 弦波外扰的室内响应 并进行叠加 外扰和内扰量形成负荷时具有衰减和延迟的特性 衰减度和延迟时间是空调负荷计算时两个重要的参数 32 谐波反应法与冷负荷系数法的区别 反应系数法 冷负荷系数法 的基本思想是任何连续曲线均可离散为脉冲波之和 将外扰分解为脉冲 分别求得脉冲外扰的室内响应 再进行叠加进而求得室内负荷 这种方法对应于离散系统 拉普拉斯变换转化为Z变换 内外扰的处理方式 a 内扰采用冷负荷系数 b 日射冷负荷采用冷负荷系数 c 围护结构传热采用冷负荷温度 33 7 空调房间冷负荷计算 冷负荷系数法 1 围护结构 墙 屋面或窗户 瞬变传热所形成的逐时冷负荷计算CLQ KF T L Tn k 围护结构传热系数 可查表或计算 F 围护结构传热面积 T L 围护结构冷负荷温度逐时值 可查表 Tn 室内空气温度 34 2 窗户日射得热形成的冷负荷 CLQ F Cs Cn CLQ D maxCs 窗户的遮阳系数 与玻璃的种类有关 Cn 窗户的内遮阳系数 CLQ 窗户的冷负荷系数 与时刻有关 可查表D max 日射得热因数最大值 与地理纬度有关 F 窗户玻璃的净面积 35 3 室内热源形成的冷负荷 室内热源 人员 设备 照明CL CLqQCLq 冷负荷系数 无因次 与时刻有关 Q 人员 设备 照明等散热量 W 36 CLQ CLqQS QrQS 显热得热量 QS n1n2qsQr 人体潜热得热量 排汗及呼吸 Qr n1n2qrn1 n2分别为人数和群集系数 qs qr分别为人体的显热得热和潜热得热量 见下表 人体散热形成的冷负荷 37 成年男子散热量 散湿量 38 8 谐波法计算冷负荷 工程用 外墙和屋顶 CLQ KF t t 作用时刻的负荷温差 可查表窗户 CLQ KF t t 计算时刻的负荷温差 可查表窗户日射 CLQ xg xd Cn Cs F Jj 室内热源 同冷负荷系数法 39 室内湿源组成 人员设备水面渗透空气带入 9 空调房间湿负荷计算 40 1 人员散湿 W 人数 每人散湿量Wr n Cr wn 人数W 每人散湿量 g s 2 餐厅食物散湿量 11 5g h 人估算值 41 3 水面散湿 G Pqb Pq F B B kg sPq 空气的水蒸气分压力 Pqb 相应于水表面温度下的空气饱和水蒸气分压力 蒸发系数 0 00363v 100000B B 当地实际大气压和标准大气压力F 水面面积游泳池散湿量如何计算 4 设备散湿 查阅相关数据 5 渗透空气带入水蒸气量 42 住宅建筑内部人员 设备和照明的发热量少 主要受室外气象条件影响商用建筑内部人员 设备和照明的发热量大 同时受室外气象条件影响工业厂房空间较高 设备产热产湿量大 同时受室外气象条件影响 10 不同建筑物热湿负荷特点 43 4空调热负荷计算 1 空调热负荷计算原理 围护结构传热近似为稳态传热 为什么 Q KF tn tw a问题 为什么冬季可以采用稳态算法而夏季需要采用动态算法 什么条件下冬季不应该采用稳态算法 44 北京室外气温和室内控制温度比较 45 2 冬季空调房间热负荷构成 Q Q1 Q Q Qd 1 围护结构耗热量Q1包括围护结构基本耗热量和修正耗热量 2 冷风渗透耗热量Q 3 冷风侵入耗热量Q 46 1 围护结构耗热量 Q1 Q1j Q1x围护结构基本耗热量Q1j Q1j a k F tn tw a 温差修正系数 符号的意义 K 围护结构传热系数 F 围护结构传热传热面积 tn tw 空调室内外设计计算温度 3 空调房间热负荷计算 47 围护结构修正耗热量Q1x Q1x包括以下三项房间高度修正xg 房间高度 指层高 超过 米 每超过 米 附加 xg 太阳辐射朝向修正xch xch 室外风力修正xf 什么情况下修正 修正的内容 48 影响因素 建筑物内部隔断 门窗构造 朝向 室外风速等 计算方法 缝隙法 换气次数法 百分数法计算公式 Q2 V C Tn Tw 渗入室内冷空气体积 空调房间是否需要计算冷风渗透耗热量 外门冷风侵入耗热量Q 根据外门的开启情况决定 冷风渗透耗热量Q 49 1 空调负荷计算实例 冷负荷计算实例 作为课后作业二 例 试计算位于北京市某单位办公楼内房间的空调设计冷负荷 已知条件如下 室内设计温度26 房间内共有160人工作 窗户无内外遮阳 房间维持正压 屋面为200mm厚钢筋混凝土面板加40mm厚挤塑聚苯板保温层 面积为476m2 外墙为40mm厚EPS外保温 25厚水泥砂浆 200厚钢筋混凝土 南墙面积为391m2 东 西墙面积均为134m2 北墙面积为286m2 窗为单层玻璃木窗框 南窗面积为170m2 东 西窗面积均为40m2 北窗面积为286m2 房间为轻型 本次计算暂不考虑灯光与设备散热形成的冷负荷 50 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736 2012 外墙冷负荷查外墙结构表查得该结构墙体为2型 传热系数为K 0 79W m2 查规范得不同时刻外墙的逐时冷负荷温度列于表 计算公式为 CLwq KF twLq tn 屋面冷负荷查屋面结构表查得该结构屋面为4型 传热系数为K 0 81W m2 查规范得不同时刻外墙的逐时冷负荷温度列于表2 计算公式为 CLwm KF twLm tn 51 窗户冷负荷 1 窗户温差传热冷负荷公式CLwc KF twLc tn 结果列于表 2 窗户太阳辐射形成的冷负荷为 结果列于表4 CLc Fc Cz Cclc Djmax外窗综合遮挡系数Cz Cw Cn CsCw Cn 外窗外 内遮阳系数 Cs玻璃修正系数北京地理纬度为北纬39度48分 查规范得不同朝向的夏季日射得热因数最大值Djmax和无遮阳标准玻璃太阳辐射逐时冷负荷系数Cclc 无内 外遮阳 Cn 1 Cw 1 普通玻璃 Cs Fc为窗玻璃净面积 52 4 人体冷负荷人体散热形成的冷负荷为 结果列于表5 CLrt Cclrt QrtCclrt 人体冷负荷系数 可查规范附录H 群集系数 Qclrt 人体散热量 53 表1外墙冷负荷 54 表2屋顶冷负荷 55 表3外窗传热冷负荷 56 表4外窗太阳辐射形成的冷负荷CLc Fc Cz Cclc Djmax 57 表5人体冷负荷CLrt Cclrt Qrt 58 外墙冷负荷屋面冷负荷窗户温差冷负荷窗户日射得热形成的冷负荷人员冷负荷 照明 设备汇总表 冷负荷汇总 59 房间总冷负荷 60 6空调房间冷负荷估算指标 1 影响空调房间冷负荷的主要因素房间的使用特点 建筑物的热工性能 空调系统的形式 新风量的大小等 2 空调房间冷负荷估算指标 用于初步设计或初选设备和估算机房面积 估算中均以建筑面积为准 面积越小 指标取上限 面积越大 指标取下限 61 3 不同类型建筑供暖和空调负荷的概算方法建筑物的供暖负荷和空调负荷均可按下式进行概算Q qf F其中 qf为建筑物供暖负荷或空调负荷的概算指标 W m2 F为建筑物的建筑面积 m2 62 国内部分建筑空调负荷设计指标统计值 63 2 冷负荷指标 估算指标只能用于方案设计阶段 64 按空调房间面积 65 部分民用建筑非空调供暖热负荷概算指标空调热负荷应乘以新风加热系数 66 4 住宅建筑全年负荷特点 一般均有外墙 基本无内区 通常不设新风 需要冬季采暖 夏季空调降温除湿 北方地区冬季干燥 条件允许应加湿建筑节能的要点北方地区外墙保温性好 窗户密封性好 透光性好 导热系数小 冬季使太阳光能进入 但热量从门窗散出较少 夏季采取遮阳措施 减少热空气进入 夜间开门窗通风降温 过渡季多开门窗通风 67 5 商用建筑全年负荷特点 一般分内外区 外区部分受室外气象条件影响 冬季采暖 夏季空调 而内区一般全年需要空调建筑节能要点窗户的密封性和低导热性过渡季大量室外新风或冷却塔直接产生的冷水供冷冬季内区用自然冷源 如室外新风 或用热泵将内区热量转移到外区 68 6 工业厂房全年负荷特点 与厂房性质密切相关 当设备发热量大时 冬季可少用或不用采暖 当劳动条件要求不高时 可采用通风降温 当厂房较高时 一般采用分层空调方式建筑节能要点 冬季充分利用设备发热量夏季可用下送风或置换式通风分层空调方式 69 7空调房间送风量的确定 1 换气次数的概念 衡量房间送风量大小的指标n L V空调房间送风量与房间体积的比值 L 空调房间送风量 m3 hV 空调房间体积 m3 n 换气次数 次 h 70 2 空调房间恒温恒湿的原理 空调房间的热湿平衡 G io Q G inG do W Gdn 71 送风量计算公式 公式的适用条件符号代表的意义Qx 房间显热负荷 72 3 空调房间送风量的计算 夏季风量 冬季风量如何确定 1 根据房间空调波动精度确定送风温差 2 根据室内热湿比 确定送风状态点参数 3 计算送风量并校核换气次数 73 夏季送风温差与换气次数 74 4 计算实例已知房间冷负荷为Q 3314W 湿负荷为0 264g s 全年室内温湿度保持为tn 22 1 n 55 5 当地大气压为标准大气压 确定该房间的送风量和送风状态点 75 解 1 房间热湿比 Q W 3314 0 264 12600 2 根据表格确定送风温差6 8 取 to 8 故送风温度为to 22 8 14 在焓湿图上确定送风状态点和室内状态点的空气焓值 in 46kj kg io 36kj kg d0 8 6g kg dn 9 3g kg 76 3 根据公式计算送风量GG Q