全空气系统与空气.doc

第六章 全空气系统与空气水系统6-1 全空气系统与空气水系统的分类一 全空气系统1.定义：完全由空气来承担房间冷热湿负荷的系统2工作方式；向房间输送冷热空气，来提供显热，替热冷量和热量3空气处理：冷却、去湿处理空气集中空调机房内空气处理机来完成。在房间内不再进行补充冷却：但加热可在机房或房间完成属等中空调4机房、热源、冷源，机房一般设于空调房间外，如地下室，房顶间全空气空调系统的分类和辅助用房；热、冷源可邻近机房或较远。5.1）按送风系数的 数量分类 单系数系统空气处理机只处理出一种送风参数，供一个房间或多个区域应用，也称为单风道系统，但不是指只有一条送风管。 双参数系统处理出两种不同参数，供多个区域房间应用，有两种形式：双风道系统分别送出不同参数的空气，在各房间按一定比例混合送入室内；多区系统在机房内根据各区的要求按一定比例混合后，送到各个区域或房间采用多区机组。2）按送风量是否恒定分类（1） 定风量系统送风量恒定的系统（2） 变风量系统送风量根据要求而变化的全空气系统。3）按所使用的来源分类（1） 全新风系统（又称直流系统）全部采用室外新鲜空气（新风）的系统，新风经处理后送入室内，消除冷热湿负荷直接排走。（2） 再循环式系统（又称封闭式系统）全部采用再循环空气的系统，即室内空气经处理后，再送向室内。（3） 回风式系统（又称混合式系统）一部分新风和室内空气混合介于上述两系统之间。4）按房间控制要求分类用于消除室内显热冷负荷与潜热冷负荷的全空气系统，空气须经冷却和去湿后送入室内。房间采暖可用同一系统增设加热和加湿（或不加处理），也可分设采暖系统。用得最多的一种形式，尤其是空气参数控制严格的工艺性空调（3） 热风采暖系统用于采暖的全空气系统，空气只经加热和加湿（或不加湿）无冷却处理，只用语寒冷地区只有采暖要求的大空间建筑物。二 空气水系统1 工作原理：由空气和水共同承担室内冷、热湿负荷的系统。除了向室内送入处理后的空气，还在室内设有以水为介质的未端空气处理设备。全空气系统中为调节房间温度设有末端设备，不算为空气水系统2系统形式：（1）空气水风机盘管系统-在房间内设风机盘管 （2）空气水诱导系统在房间内设诱导管（带盘管） （3）空气水辐射管系统在房间内设辐射板6-2 全空气系统的送风量和送风参数的确定一空调房间的热湿平衡 设有一空调房间，送入一定量经处理的空气，消除室内负荷后排出，如图6-1，假定送入的空气吸收热量和湿量后，水态变化为室状态，且房间温湿度均匀，排除空气参数为室内空气参数。系统达到平衡后，全热量，显热量和湿量均达平衡即1 全热平衡及送风量 全热平衡 (6-1) 送风量 （6-2）2显热平衡及送风量 显热平衡 （6-3） 送风量 （6-4）3湿平衡及送风量 湿平衡 ： （6-5） 送风量： （6-6）式（6-1）至（6-6）各项意义见教材111。式（6-2）（6-4）（6-6）都可用于确定消除室内负荷应送风量。即送风量计算方式。二 送风状态变化及角系数。1送风状态变化，图62为送风吸收热湿负荷的变化过程在h- d图上的表示。R为室内状态点。S为送风状态点。2角系数（热湿比） kj/kg根据式（6-2），（6-6）有 hR90%sDd三，送风状态及机器露点1.送风状态的确定，设计时，室内状态已知，冷负荷，湿负荷及已知，送风状态点在点R，线段上。工程上常根据送风温差来确定S点。显然，温差愈大，风量愈小。设备和管路也小，初投资与运行费低。但，小风量会影响室内温湿度分布均匀和稳定，送风温度过低影响舒定性。原则上，温湿度要求严格，小温差，不严格，大温差。规范规定，送风的高度小于等于5米，10,高度大于5米，15。2.机器露点：空气冷却设备可能把空气冷却到的状态点，相对湿度9.0-95%。见图6-2D点，露点送风3.冬季送风状态确定（1） 负荷问题对全年应用的全空气空调系统，送风量取夏季条件确定的送风量。需供热，热负荷主要是建筑维护结构热负荷。当室内有稳定热源，湿源时，应扣除热源散热量，还应考虑散热量。但当热源和湿源随机性很大时，就不宜考虑。如商场，人多散热量和湿量很大，系统不需加热和加湿，但在刚开门和未营业时，不同。（2） 状态确定：图6-3为冬季需供热的空调系统在室内状态变化过程。室内有热负荷和湿负荷，送风在室内变化一般是减焓增湿过程，根据式（6-7）为负值。式（6-2），（6-4）。（6-8）中分子项均用全热负荷或显热热负荷取代，并取负值。hsR d送风温度为（6-9）式中为室内显热热负荷，冬季送风量也可以与夏季不同，取较大温差和小风量。热风采暖系统也可按此原则确定送风量和送风温度，规范规定，热风宜采用30-50。例6-1某空调房间室内全热冷负荷为75kw湿负荷为8.6g/s。室内状态为25，60%，当地大气压力为101.3kpw求送风量和送风状态 解（1）根据式（6-8）求热湿比=1000*75/8.6=8721kj/kg（2）在h-d图上确定室内状态点R（附录6-1），做过程线，若采用露点送风取线与=90%线交点D为送风状态点s查得=42kj/kg，=16， =10.25g/kg， =55.5j/kg， =11.8g/kg（3）利用式（6-2）计算送风量， =75/(55.5-41)=5.56kg/s=20000kg/h也可利用式（6-6）计算 =8.6/(11.8-10.25)=5.55kg/s=19974kg/h 有误差6-3空调系统的新风景一.最小新风量确定的原则完美的空调系统必须给环境提供足够的新风。本节只讨论民用建筑和一般工业建筑物（无污染物）中所必要的新风量。工业污染物问题在第八章讨论。1 新风量多少的矛盾问题：从 改善室内空气品质角度，新风量应多，但耗能，从节能角度，新风量宜少。2 最小新风量及应满足的要求，系统设计时，一般必须确定最小新风量。此新风量通常应满足三个要求：（1）稀释人群本身和活动产生的污染物，保证人群对空气品质的要求；（2）补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量；（3）保证房间正压。在全空气系统中，通常取上述要求计算出新风量的最大值作为最小新风量。如果计算新风量不足送风量的10%，则取10%。关于稀释人群及活动产生污染物的新风量在&8-2详述二 补充排风量或燃烧需要的空气量排风量大小在第八章讨论1 燃烧设备：燃气热水器、煤气灶、火锅等2所需空气量的估算： 可从样本或说明书中获得，或估算液体燃料气体燃料 式中各项意义见教材113火锅餐厅中常用的燃料酒精，燃烧需要空气量实测值约为3。81/kg三 保持正压新风量1 计算法 此新风量等于在室内外一定压差下，通过门窗缝隙渗出的风量，可按下式2换气次数法 分式计算比较繁琐，工程上常用换气次数法，有外窗的房间去12次/h换气次数（根据窗的多少）；无窗和无外门取0.50.75次/h，换气次数指送风量与房间次序积之比6-4 定风量单风道空调系统一 露点送风系统1 系统图 ：图6-4为最简单的定风量露点送风单风道空调系统（1）单风道系统：送出一种参数的空气系统（2）露点送风：空气冷却处理到接近饱和的状态点（机器露点），不须再加热送入室内（3）夏季工况：送风在机房内经冷却去湿处理后，送到室内，消除室内的冷负荷，湿负荷 回风机从室内吸出空气（回风），即用于再循环，与新风混合处理后再送入房间，另一部分直接排到室外，称排风（4）冬季工况：送风在机房经过滤，加热，加湿后送入房间循环方式同夏季（5）风机处置：图中回风机可设量，也可不设量，不设量时系统无排风（无组织排风）没有回风机的称为双风机系统双风机:优点：可根据季节调节新旧风量之比，在过渡季可充分利用室外空气的冷量，实现全新风经济运行，节约能耗，在夏季和冬季可以采用最小新风量不设回风机称单风机系统，在过渡季节难以实现全新风运行，除非在房间内设排风系统，否则太大（6）新风预热： 在寒冷地区，新风与回风的混合点可能处于雾区（详见图6-19），须对新风预热图6-4系统是可以全年运行的全年性空调系统，如取消加热盘管（HC）成为只在夏季运行的季节性系统。对全年性空调系统，加热盘管（HC）在寒冷地区应配置在冷却盘管（CC）上游，防冻（7） 风量关系：由图6-4可见 风量存在如下关系 式中各项意义见教材115对于单风机系统，系统无排风量，回风全部再循环，因此有 当 时，即为再循环系统， 时为直流（全新风）系统。 2 工况分析（1） 夏季设计工况：图6-5为夏季的设计工况在图上的表示R室内状态点，可根据规范、标准或工艺要求确定O室外状态点，当地历年平均不保证50h的干.湿球湿度，查规范hMORs图6-5d设已知室内冷负荷（包括显热和潜热冷负荷）和湿负荷可计算出，则可在h-d图上通过R点按画出送风在室内的状态变化过程线，改线与=9095%相交，即为送风状态点，利用公式（6-2）(和6-4)，（6-6）即可计算出送风量。等于最小新风量。按$6-3方法确定，根据式（6-5）即可确定再循环回风量，最小新风量与送风量之比称为最小新风量比m.根据两种空气混合原理，在h-d图上，混合点M应位于RO线上，且满足 (6-19)式中分别为室内R，室外O混合点M的比焓，由公式（6-19）可确定出M点的等状态参数，MS就是混合气体在冷却设备中的处理过程设备需提供的制冷量应为： （6-20）式中为送风的比焓，空气冷却设备的冷量，实质上包括两部分：1 室内冷负荷。2 新风冷负荷 其中新风冷负荷为（2）湿负荷为比较大的问题 ： 在 比较大的场合往往很小 ，可能与不相交，这表明冷却设备难于处理到所要求状态，两种解决方法（1）在条件许可的情况下改变室内设计参数（如增大相对湿度）（2）如改变后，仍无法确定出逆风状态点，表明用露点逆风在设计条件下无法达到所要求的室内参数，应采用再热系统（见$6-5）（3）冬季工况：图6-6为系统冬季工矿在h-d图上的表示，设冬季室内热负荷有稳定的湿负荷。可计算得到冬季逆风在室内变化过程角系数（一般为负值），逆风状态点应当在点且通过R的 线段上。系统冬季送风量通常取夏季送风量。因此可以根据式（6-9）确定送风状态点。hHs RMOda空气处理过程，室外新风（状态O）与再循环回风（状态R）混合到M点，喷蒸汽加湿到点S，HS为近似等湿过程，SR为送风进入室内的状态变化过程。B加湿方法：喷蒸汽等温加湿。电板试，电热式。超声波，喷水室，淋水填料层，高压喷雾等方法，喷蒸汽，电板式和电热式为等温加湿其余为等焓加湿C加湿量：（6-22）式中为逆风点和混合点 的焓湿量。3.全新风系统和再循环系统（1） 全新风系统：逆风冷却采用新风（也称直流系统）（2） 夏季工况：如图（6-7）所示，室外新风O，直接处理到逆风状态点S（机械露点），送入房间消除冷，湿负荷hROS图6-7d（3） 系统优缺点：系统要求送风量大于最小新风量，大部分地区室外空气的焓h。，大于室内空气的比焓由公式（6-2）都可看出系统能耗比图6-4高。但空气质量好，如有多个房间避免房间污染物互相传播。还应指出，图6-4有回风机系统，也可按全新风运行。当室外气象条件改变到时，应采用全新风（4） 再循环系统，送风全部采用回风（无新风）的系统（又称封闭式系统）（5） 空气状态变化：室内空气（状态R）处理到S，再入室内消除冷，湿负荷（参见图6-7） （6） 系统优缺点：节能，卫生条件差，有人员的房间不应采用，间歇运行场所，如体育馆，影剧院对房间豫调时，可进行。4风管温差传和风机得热量对系统的影响（1） 风管温差传热的影响a 温差，得热b 温升问题：按下式计算 式中各项见教材P117回风管在空调房间内时，可不考虑传热温差 ，而在非空调房间内时，也应按式（6-23）计算温升。冬季运行工况，送风温度高于环境温度，应考虑热损失，方法同上。（2） 风机得热量的影响a 机械能转化为热能b温升问题，当风机的电动机不在输送的空气时，引起温升为：电机在空气中时 式中各项见教材P118单风机系统，风机全压有一部分用于克服回风管阻力，导致回风温升，双风机，近似看成送风机引起送风温升，回风机引起回风温升。（3）温差传热与风机得热对处理过程的影响有温升，原来的夏季处理过程（图6-5）将变为图6-8所示过程，是考虑风管和送风机得热的温升：是考虑回风机的热的温升。有这些得热量后，空气处理设备的冷量增加了。 h M ORMs d二 再热式系统1.统图：图6-9为单风道定风量再热式空调系统。是图6-4系统的改进。不同点在于，送风送如房间或区域前，往再加热盘管加热，再送入室内，每个房间可根据各自设定的温度或负荷变化调节送风温度，适于不同温度要求或负荷变化不同的场合。盘管可用水，蒸汽或电加热。2. 工况分析（1）夏季工况，图6-10为再热式系统夏季工况在h-d图上的表示。室内外状态点R。O确定办法与露点送风空调系统一样，通过R点按热湿比画出送风在室内状态变化过程，再根据送风温差和空气冷却设备可能处理到的露点，确定送风状态S。过程是 新风O 混合 M 冷却去湿 D 在加热 S R 回风R hRMOSD d图6-10（2） 多耗冷热量：从图中可见，对冷却后的空气进行在加热，既多消耗冷量。又多耗热量，多耗量为 （6-26）当送风温差越小，冷，热量抵消越多，不经济，但送风量大，对温，湿度均匀性和稳定性有利。总体上看大一些好，制冷量仍可按式（6-20）计算。但它包含三项能量-室内冷负荷，新风冷负荷，和再热加热量，后两项负荷分别可按式（6-21）（6-26）进行计算。（3）冬季工况：图6-11为再热式空调的冬季工况在h-d图上表示。图上MH为空气混合后的加热过程；为喷蒸汽的等温加湿过程；SS为再加热过程h sNRMd图6-11当为多个房间服务时，可根据各房间温度调节再加热量。如只为一个房间服务，可在机房集中调节，当各房间散湿量相差较大，并需对湿度严格控制时，可在再加热盘管有增设加湿器。送风量取夏季确定送风量。送风状态点S与露点送风一样，加湿量可按式（6-22）计算。3.在热式与露点送风比较优点：（1）调节性好，可实现对温。湿度较严格控制。也去对各房间分别控制；（2）送风温差小，送风量大，温度的均匀性和稳定性好，（3）露点较高，制冷系统性能系数高主要缺点：冷，热量抵消，能耗高。65定风量单风道空调的运行调节1：调节原因：按最不利条件设计，实际运行，室内负荷变化，室外参数变化。2；调节的针对性：根据室内负荷变化调节，使室内温，湿度在允许范围内根据季节变换，充分利用室外空气自然冷量。以及变换空气的处理过程模式。一 室内温湿度的调节1 概述（1） 室内参数精度：任何空调系统，允许室内温湿度波动，但不同功能建筑，要求不同，工业生产，科学实验有的要求很高。温度1或0.5甚至0.1；湿度10%，5%，甚至2%，也有不严格的。舒适性空调范围较宽。最高可3，40%（2） 全空气系统的调节方法：调节风量和调节送风参数。定风量单风道系统，风量恒定，只能采用改变送风参数方法。送风参数，送风温度和含湿量当室内显热冷负荷减少时，由式（6-4）可知。只有提高送风温度，减少送风温差，才能保持室内设定的温度。当湿负荷减少。只有提高送风的含湿量（见式6-6）才能维持设定的室内相对湿度。2 露点送风系统的调节，（1） 调节原理和方法：原理-夏季工况时，对表冷器冷量调节来改变空气处理后的状态点（送风状态点）但冷冻水温一般不可调方法，调节冷冻水流量和通过表冷器风量。（2） 冷冻水流量的调节：图6 -12（a）为三种调节阀调节冷冻水流量的方案，当室内显热冷负荷减少冷冻水流量的调节原理见图6-12（c）。（b）图为二通电动阀调节空气状态点在MS线段上移动（点S为预定流量条件下状态点）从图（c）看到。送风状态点不仅温度变化了，含湿量也变化了。因此虽然满足室温调节要求，而不一定满足湿度调节要求，随送风温度的升高，除湿能力降低，如果室内湿负荷不变，相对湿度将随送风温度升高而增加。在民用建筑中，人员变化导致冷负荷变化，人员通常又是湿负荷的主要湿源，上述调节方法不一定导致相对湿度过高。（3） 表冷器空气旁通调节：图6-13（a）为混合空气旁通。原理：当室内显热冷负荷减少。室温下降，自控电动风门动作，开大窗通，关小表冷器，两股空气混合后温度升高，反之亦然。在h-d图上变化，送风状态点S在表冷器的空气处理过程MS线上，如图（c）这种调节方法与表冷器水量调节有相似的规律。b.回风旁通调节：图6-13（b）是回风旁通调节。又称二次回风原理：当显热负荷减少，室内温度下降，旁通回风量增大，使送风温度升高。在h-d图上变化。处理过程见图（c）新回风混合点发生变化，变到M，冷却到S，再与回风混合到S”。除湿问题：送风除湿能力将随送风温度的升高有降低。如果室内温度湿负荷不变，室内相对湿度同样升高。我国许多地区，夏季有很多时间室外新风含湿量比室内空气大，因此采用回风旁通调节含湿量比混合空气旁通或S”与S比表冷器冷冻水量调节的送风含湿量低，有稍大的除湿能力，上述三种调节方法的不足：只能保证温度范围，难于同时保证温度范围，对室内湿度有严格控制要求的场所，不能采用露点送风空调。（4） 冬季加热，动机通常要供热，在集中式全空气系统中，主要采用的加热方式是热水或蒸汽为热媒的空气加热器（又称加热盘管）调节在两种方法调节热水（或蒸汽）的流量和调节通过加热器的风量，即空气旁通调节。用614（a）为热水流量调节，三通阀，也可两通阀，但蒸汽只能采用两通阀。用（b）为空气旁通调节方法状态在hd图上：空气加热等d过程，上述调节方法，热后状态点总是在加热前状态点的等d线上变化。，5）冬季调节在h-d图上表示a.调温：冬季室内湿负荷不变，而显热负荷变化。可通过调节空气加热蒸汽加热量。控制加热后的送风温度实现对室内温度的调节。图6-15为该调节过程在h-d表示当房间温度下降时，使H点升温，反之，使H点降温。因加湿方法的不同。空气加热后温度不同，用（a）中为等温线（b）中HS为等焓线。图中S和S表示室内有热负荷；S”表示室内有冷负荷。hH SH SH” S”d图6-15d（b）调湿：当室内显热负荷不变而湿负荷变化时，应调加湿量实现对湿度控制图616为调节过程在h-s图上表示，当湿负荷减少。含湿量减少，应增加加湿量，使S点移到S点。图（a）为采用喷干蒸汽方法，S点等温线上移动。hHssRMd图6-16图（b）为采用等焓加湿系统。当增加喷水时，会导致充气温度降低。应用时增加加热量，才能同时对房间温度和湿度调节。3再热式系统（图69）的调节。（1） 夏季调节A湿负荷不变。显热冷负荷变化的调节；当湿负荷不变，显热冷负荷改变，只需要调节再加热的加热量。改变送风温差，可实现对房间温度的调节（见图610），每个房间可根据自己的显热冷负荷的变化或对房间温度的要求调节送风的再加热量；B.当冷负荷不变，湿负荷变化调节：应调节送风的含湿量。如果表冷器在冷却去工况运行。可调节表冷器冷量。如图6-17，当湿负荷减少，调节表冷器水量（或用风量旁通调节），使表冷器处理后的状态从D到D，这时各项同时调节再加热量（因房间显热冷负荷不变，得到新的逆风状态点S，从而维持了室内的湿度和温差。C.表冷器在干冷却工况运行（室内外空气状态点O在R的左侧。）调节表冷器冷量时含湿量不会变化。这时不能用调节表冷器冷量来调节送风含湿量。由于表冷器冷却后的机器露点是根据设计工况下最大湿负荷确定的。当表冷器干工况运行时，逆风的湿量只能小与或等于设计工况下机器露点的含湿量。如不能进行控制，湿度将降低；如进行控制，湿度将降低，如必须控制，则采用加湿器加湿，应指出，对于为多个房间服务的安全系统，只能根据主要房间湿度或按多个房间平均状态的湿度（按总回风的湿度）来调节。 H M ORSsD Dd图6-17（2）冬季调节：与 露点送风系统的冬季工况的调节相类似。系统送风温度可维持某一温度，多个房间可根据各自房间的温度变化和要求来调节再加热量。同样，房间湿度只能根据主要房间或多个房间的平均状态的湿度来调节，由较高要求的，可在每个房间的送风道内装加湿器。二室外空气状态变化时的调节1室外空气状态及变化影响：状态指温度，湿度，太阳辐射强度，风速等。它的变化影响室内负荷变化，也影响引入新风。在一定条件下，室外新风本身具有冷却和去湿的能力，在充分利用这种能力节能。因此，全年空调的系统，应根据室外气象条件的变化制定合理运行方式。2室外气象包络线：对任何地区，在h-d图上，全年可能出现的室外空气状态将在由某一曲线与 100饱和线所包围的区域内，称为室外气象包络线。即图618中的3室内曲线区域，除某些工艺性的空调外，夏季与冬季室内的温湿度要求不同，如夏季 26，冬季 22，相对湿度允许在4060范围内。因此全年的允许室内状态点也为一小区域，如图618中R1-R2-R3-R4。3、全年空气处理工况的分区。图618表示了露点送风，采用表冷器和干蒸汽加湿器的单风道空调系统全年空气处理工况的分压。假定：全年室内都有冷负荷，夏季冷负荷大于冬季冷负荷。图中S1和S2是分别为夏季和冬季送风状态点。对于露点送风系统。在冷却去温时无法兼顾对温度和湿度严格控制，优先保证温度，适当兼顾对湿度控制，表62给出了各区的调节方案。表冷器采用变水量调节，水温不变。4、各区调节方案：区：室外空气比焓室内比焓属于该区。 采用最小新风量。空气处理过程如下新风O 混合 M 冷却去湿 S R回风R调节表冷器时水流量以控制室内温度。对室内湿度进行调节。由于系统是按最大湿负荷设计，一般情况下室内相对湿度 符合要求。区：且室外空气温度t0送风温度属于该区，大部分室外状态可采用全新风运行。空气处理过程如下：新风O 冷却去湿 S R 或干冷却其中表冷器干冷却工况出现在被冷却的新风露点低于表冷器表面温度时，全新风运行时，室内温度通过调节表冷器水量进行控制。在某些干燥地压或室内湿负荷很小，当采用全新风运行时，可能会出现室内相对湿度 （允许最小相对湿度），这时应采用部分回