空调房间送风状态的确定及送风量的计算

33 3 73 7 空调房间送风状态的确定及送风量的计算空调房间送风状态的确定及送风量的计算 在已知空调区冷 热 湿负荷的基础上 确定消除室内余热 余湿 维持室内所要求的空气参 数所需的送风状态及送风量 是选择空气处理设备的重要依据 3 7 13 7 1 空调房间送风状态的变化过程空调房间送风状态的变化过程 在空调设计中 经常采用空气质量平衡和能量守恒定律来进行空调系统的一些能量问题分析 图 3 10 表示一个空调房间的热湿平衡示意图 房间余热量 即房间冷负荷 为Q kW 房间余 湿量 即房间湿负荷 为W kg s 送入 kg s 的空气 吸收室内余热余湿后 其状态由 m q O hO dO 变为室内空气状态 N hN dN 然后排出室外 图 3 10 空调房间的热湿平衡 当系统达到平衡后 总热量 湿量均达到了平衡 即 总热量平衡 3 43 ON m NmOm hh Q q hqQhq 湿量平衡 3 44 ON m NmOm dd W q dqWdq 式中 送入房间的风量 kg s m q Q 余热量 kW W 余湿量 kg s 送风状态空气的比焓值 kJ kg 和含湿量 kg kg OO dh 室内空气比焓值 kJ kg 和含湿量 kg kg NN dh 同理 可利用空调区的显热冷负荷和送风温差来确定送风量 3 45 ONp m ttC Q q 式中 Q 显热冷负荷 kW Cp 空气的定压比热容 1 01 kJ kg K 上述公式均可用于确定消除室内负荷应送入室内的风量 即送风量的计算公式 图 3 11 为送 入室内的空气 送风 吸收热 湿负荷的状态变化过程在h d图上的表示 图中N为室内状态点 O 为送风状态点 热湿比或变化过程的角系数为 3 46 sR ON dd hh W Q 由上可得 送风状态O在余热Q 余湿W作用下 在h d图上沿着过室内状态点N点且 的过程线变化到N点 Q W 34 图 3 11 送风状态的变化过程 3 7 23 7 2 夏季送风状态的确定及送风量的计算夏季送风状态的确定及送风量的计算 在系统设计时 室内状态点是已知的 冷负荷与湿负荷及室内过程的角系数 也是已知的 待 确定量是和Ox的状态参数 从图 3 10 上可以看到 送风状态点在通过室内点Nx 角系数为 x m q 的线段上 如果预先选定送风温度 则送风状态点的其他参数就可以确定 继而可根据公式 3 43 或公式 3 44 确定送风量 工程上常根据送风温差来确定Ox点 送风温差对室内温 湿度效果有一定影 OxxNO ttt 响 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的前提下 加大送风温差有突 出的经济意义 送风温差加大一倍 系统送风量可减少一半 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 风量可 减少 10 15 所以在空调设计中 正确的决定送风温差是一个相当重要的问题 但送风温度 过低 送风量过小则会使室内空气温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响 因此 对于室内温 湿度控制严格的场合 送风温差应小些 对于舒适性空调和室内温 湿度控制要求不严格工艺性空 调 可以选用较大的送风温差 根据 公共建筑节能设计标准 GB50189 2005 和 采暖通风与 空气调节设计规范 GB50019 2003 中的规定 当送风口高度 5m 时 5 10 当送 O t 风口高度 5m 时 10 15 送风温差的大小与送风方式关系很大 对于不同送风方式的 O t 送风温差不能规定一个数字 所以确定空调系统的送风温差时 必须和送风方式联系起来考虑 对 混合式通风可加大送风温差 但对置换通风方式 送风温差不受限制 目前 对于舒适性空调或夏 季以降温为主的工艺性空调 工程设计中经常采用 露点 送风 即取空气冷却设备可能把空气冷 却到的状态点 一般为相对湿度 90 95 的 机器露点 Lx 见图 3 10 工艺性空调的送风温差 宜按表 3 30 确定 表 3 30 工艺性空调的送风温差和换气次数 室温允许波动范围 送风温差 每小时换气次数n 次 h 1 0 15 1 06 9 5 高大空间除外 0 53 68 0 1 0 22 3 12 工作时间不送风的除外 空调区的换气次数是通风和空调工程中常用来衡量送风量的指标 其定义是 该空调区的总风 量 m3 h 与空气调节区体积 m3 的比值 用符号n 次 h 表示 换气次数和送风温差之间有 一定的关系 对于空调区来说 送风温差加大 换气次数即随之减小 采用推荐的送风温差所算得 的送风量折合成换气次数应大于表 3 30 推荐的n值 表中所规定的换气次数是和所规定的送风温 差相适应的 另外 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 上还规定 对于舒适性空调系统每小 时的换气次数不应小于 5 次 但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定 实践证明 在一 般舒适性空调和室温允许波动范围 1 0 工艺性空调区中 换气次数的多少 不是一个需要严格 控制的指标 只要按照所取的送风温差计算风量 一般都能满足室内要求 当室温允许波动范围 1 0 时 换气次数的多少对室温的均匀程度和自控系统的调节品质的影响就需考虑了 对于通 常所遇到的室内散热量较小的空调区来说 换气次数采用规范中规定的数值就已经够了 不必把换 气次数再增多 不过对于室内散热量较大的空调区来说 换气次数的多少应根据室内负荷和送风温 差大小通过计算确定 其数值一般都大于规范中规定的数值 35 选定送风温差之后 即可按以下步骤确定送风状态和送风量 见图 3 12 1 在h d图上找出室内空气状态点Nx 2 根据算出的余热Q和余湿W求出热湿比 并过Nx点画出过程线 Q W 3 根据所选定的送风温差 求出送风温度 x 过x的等温线和过程线 x的交点Ox即为 O t O t O t 送风状态点 4 按式 3 43 或 3 44 计算送风量 图 3 12 确定夏季送风状态的h d图 例例 3 3 3 3 某空调区夏季总余热量Q 3906W 总余湿量W 0 310 10 3 kg s 要求室内全年保 持空气状态为 tNx 22 1 Nx 55 5 当地大气压力为 101325Pa 求送风状态和 送风量 解解 1 求热湿比 12600 310 0 3906 W Q x 2 在h d图上 图 3 13 确定室内状态点N 通过该点画出 x 12600 的过程线 取送风温差 8 则送风温度 22 8 14 得送风状态点Ox O t Ox t 在h d图上查得 hOx 35 6 kJ kg dOx 8 5 g kg hNx 45 7 kJ kg dNx 9 3 g kg 3 计算送风量 按消除余热即式 3 43 计算 kg s387 0 kg s 6 35 7 45 906 3 xONx m hh Q q 按消除余湿即式 3 44 计算 图 3 13 例 3 3 图dh kg s387 0 kg s 5 83 9 310 0 OxNx m dd W q 按消除余热和余湿所求送风量相同 说明计算无误 36 送风温度确定后 不用查h d图的办法 通过联解以下三个方程式也可以求出 hOx dOx三 m q 个未知数 而且用计算法确定送风状态的参数和送风量更准确 联立方程式如下 3 47 1000 84 1 250001 1 1000 xO OxOxOx OxNx m OxNx m d tth dd W q hh Q q 上式的已知参数为 Q W hOx dOx tOx 未知参数为 hOx dOx 读者可利用该方程式重新计 m q 算例题 3 3 3 7 33 7 3 冬季送风状态的确定及送风量的计算冬季送风状态的确定及送风量的计算 在冬季 通过围护结构的温差传热往往是由室内向室外传递 只有室内热源向室内散热 因此 冬季室内余热量往往比夏季少得多 常常为负值 而余湿量则冬夏一般相同 这样冬季房间的热湿 比值一般小于夏季 甚至出现负值 所以冬季空调送风温度tOd大都高于室温tNd 由于送热风时送风温差值可比送冷风时的送风温差值大 所以冬季送风量可以比夏季小 故空 调送风量一般是先确定夏季送风量 冬季既可采取与夏季相同风量 也可少于夏季风量 这时只需 要确定冬季的送风状态点 全年采取固定送风量的空调系统称为定风量系统 定风量系统调节比较 方便 但不够节能 若冬季采用提高送风温度 加大送风温差的方法 可以减少送风量 节约电能 尤其对较大的空调系统减少风量的经济意义更突出 但送风温度不宜过高 一般以不超过 45 为 宜 送风量也不宜过小 必须满足最少换气次数的要求 例例 3 4 3 4 仍按上题基本条件 如冬季余热量Q 1298 9 W 余湿量W 0 310 kg s 试确定 冬季送风状态及送风量 解解 1 求冬季热湿比 d kJ kg4190 310 0 9 1298 W Q d 2 全年送风量不变 计算送风参数 由于冬夏室内散湿量基本上相同 所以冬季送风含湿量取与夏季相同 即dOd 8 5 g kg 在h d图上过N点作 d 4190kJ kg的过程线 图 3 14 该线与dOd 8 5 g kg 的等含湿量 线的交点Od即为冬季送风状态点 由h d图查得 hOd 49 kJ kg tOd 27 1 图 3 14 例 3 4 图dh 另一种解法是 全年送风量不变 则送风量为已知 送风状态参数可由计算求得 即 37 kJ kg49kJ kg 387 0 2989 1 7 45 W Q hh NdOd 此时 在h d图上作的等焓线与dOd 8 5 g kg 的等含湿量线 两线的交点即为冬kJ kg 49 Od h 季送风状态点Od 或者将和dOd 8 5g kg 代入比焓的定义式kJ kg 49 Od h 即可求出tOd 27 1 OdOdOdOd dtth84 1 25001 01 38 3 8 新风量的确定和风量平衡新风量的确定和风量平衡 新风量的多少 是影响空调负荷的重要因素之一 新风量少了 会使室内卫生条件恶化 甚至 成为 病态建筑 新风量多了 会使空调负荷加大 造成能量浪费 长期以来 普遍认为 人 是室内仅有的污染源 因此 新风量的确定一直沿用每人每小时所 需最小新风量这个概念 近年来人们发现建筑内还有其他污染源 因为 随着化学工业的飞速发展 越来越多的新型化 学建材 装璜材料 家具 进入了建筑物内 并在室内散发大量的污染物 因此 确定新风量的 观念应该有所改变 即再也不能单一地只考虑人造成的污染 而必须同时考虑室内其他污染源带来 的污染 也就是说 室内所需新风量 应该是稀释人员污染和建筑物污染的两部分之和 美国采暖制冷空调工程师学会标准 ASHRAE 在 1996 年 8 月提出了将人员污染和稀释建筑物污染 两个因素同时考虑的新的新风量计算公式 也就是说 最小新风量 m3 h 可由下式计算 min W L 确定 3 48 ALPLL bpW min 式中 每人每小时所需最小新风量 m3 人 h p L 室内人员数 P 单位建筑面积每小时所需的最小新风量 见表 3 31 m3 h b L A 通风房间建筑面积 表 3 31 单位建筑面积每小时所需的新风量 场所新风量场所新风量 车库 修理维护中心 27 m3 m2 h 地下商场 0 3 人 5 4 m3 m2 h 卧式 起居室 54 m3 room h 二楼商店 0 2 人 3 6m3 m2 h 浴室 65 m3 room h 溜冰 游泳池 9 m3 m2 h 走廊等公共场所0 9 m3 m2 h 学校衣帽间 9 m3 m2 h 更衣室 9 m3 m2 h 学校走廊 1 8 m3 m2 h 电梯 18 m3 m2 h 验尸房 9 m3 m2 h 公共建筑节能设计标准 50189 2005 条文说明中指出 空调系统所需的新风主要有两个 用途 一是稀释室内有害物质的浓度 满足人员的卫生要求 二是补充室内排风和保持室内正压 前者的指示物质是 CO2 使其日平均值保持在 0 1 以内 后者通常根据风平衡计算确定 参考美国采暖制冷空调工程师学会标准 ASHRAE 62 2001 Ventilation for acceptable indoor air quality 第 6 1 3 4 条 对于出现最多人数的持续时间少于 3h 的房间 所需新风量 可按室内的平均人数确定 该平均人数不应少于最多人数的 1 2 例如 一个设计最多容纳人数为 100 人的会议室 开会时间不超过 3h 假设平均人数为 60 人 则该会议室的新风量可取 30m3 h p 60p 1800m3 h 而不是按 30m3 h p 100p 3000m3 h 计算 另外假设平均人数 为 40 人 则该会议室的新风量可取 30m3 h p 50p 1500m3 h 公共建筑节能设计标准 50189 2005 给出的公共建筑主要空间的设计新风量 如表 3 32 所示 汇总了国内现行有关规范和标准的数据 并综合考虑了众多因素 一般不应随意增加或 减少 表 3 32 公共建筑主要空间的设计新风量 建筑类型与房间名称新风量 m3 h 人 5 星级50 4 星级40客房 3 星级30 5 星级30 4 星级25 3 星级20 餐厅 宴会厅 多功能厅 2 星级15 大堂 四季厅4 5 星级10 旅游旅馆 商业 服务4 5 星级20 续 39 2 3 星级10 美容 理发 康乐设施30 一 三级30 旅店客房 四级20 影剧院 音乐厅 录像厅20 游艺厅 舞厅 包括卡拉 OK 歌厅 30文化娱乐 酒吧 茶座 咖啡厅10 体育馆20 商场 店 书店20 饭馆 餐厅 20 办公30 小学11 初中14学校教室 高中17 3 8 13 8 1 单个房间空调系统最小新风量的确定单个房间空调系统最小新风量的确定 一个完善的空调系统 除了满足对室内温 湿度控制以外 还必须给房间提供足够的室外新鲜 空气 简称新风 因此一般情况下 送风空气由新风和回风组成 从改善室内空气品质角度 新风 量越多越好 由于空调系统中新风的热 湿处理消耗的能量很多 所以 使用的新风量越小 就越 经济 但是不能无限制地减少新风量 因而在系统设计时 必须确定最小新风量 通常应满足以下 三个要求 1 稀释人群本身和活动所产生的污染物 保证人群对空气品质的要求稀释人群本身和活动所产生的污染物 保证人群对空气品质的要求 在人员长期停留的 空调房间 由于人们呼出 CO2气体量的增加 会逐渐破坏室内空气的正常成分 给人体健康带来不 良影响 因此在空调系统的送风量中 必须掺入含 CO2量少的室外新风来稀释室内空气中 CO2的含 量 使之合乎卫生标准的要求 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 中规定 民用 建筑人员所需最小新风量按国家现行有关卫生标准确定 工业建筑应保证每人不小于 30m3 h 的新 风量 对于公共建筑 根据 公共建筑节能设计标准 GB50189 2005 中的规定 其主要空间的 设计新风量应符合表 3 31 的规定 2 按照补充室内燃烧所耗的空气或补偿排风 包括局部排风和全面排风 量要求 如果建筑 物内有燃烧设备时 系统必须给空调区补充新风 以弥补燃烧所耗的空气 燃烧所需的空气量可从 燃烧设备的产品样本中获得 也可根据相关公式计算而得 本书不再详述 如果空调房间有排风设备 为了不使房间产生负压 至少应补充与局部排风量相等的室外新风 3 按照保证房间的正压要求按照保证房间的正压要求 为了防止外界未经处理的空气渗入空调房间 有利于保证房 间清洁度和室内参数少受外界干扰 需要使空调区保持一定正压值 即用增加一部分新风量的办法 使室内空气压力高于外界压力 然后再让这部分多余的空气从房间门窗缝隙等不严密处渗透出去 舒适性空调室内正压值不宜过小 也不宜过大 一般采用 5Pa 的正压值就可满足要求 当室内正压 值为 10Pa 时 保持室内正压所需的风量 每小时约为 1 0 1 5 次换气 舒适性空调的新风量一般 都能满足此要求 室内正压值超过 50Pa 时会使人感到不舒适 而且需加大新风量 增加能耗 同 时开门也较困难 因此规定不应大于 50Pa 对于工艺性空调 因与其相通房间的压力差有特殊要 求 其压差值应按工艺要求确定 在全空气系统中 通常按照上述三条要求确定出新风量中的最大值作为系统的最小新风量 若 以上三项中的最大值仍不足系统送风量的 10 则新风量应按总送风量的 10 计算 以确保卫生 和安全 但净化程度要求高 房间换气次数特别大的系统不在此列 这是因为通常温 湿度波动范 围要求很小或洁净度要求很高的空调区送风量一般都很大 如果要求最小新风量达到送风量的 10 新风量也很大 不仅不节能 大量室外空气还影响了室内温 湿度的稳定 增加了过滤器的 负担 一般舒适性空调系统 按人员和正压要求确定的新风量达不到 10 时 由于人员较少 室 内 CO2浓度也较低 O2含量相对较高 也每必要加大新风量 值得指出的是 对舒适性空气调节和条件允许的工艺性空气调节 当可用室外新风作冷源时 应最大限度地使用新风 以提高空调区的空气品质 另外 有下列情况存在时 应采用全新风空调 系统 40 1 夏季空调系统的回风比焓值高于室外空气比焓值 2 系统各空调区排风量大于按负荷计算出的送风量 3 室内散发有害物质 以及防火防爆等要求不允许空气循环使用 4 采用风机盘管或循环风空气处理机组的空调区 应含有集中处理新风的系统 3 8 23 8 2 多房间空调系统最小新风量的确定多房间空调系统最小新风量的确定 以上讨论的空调房间最小新风量的确定原则都是按照空调系统是单个房间的情况考虑的 当一 个集中式空调系统包括多个房间时 由于同一个集中空气处理系统中所有空调房间的