空气调节 01 第一讲绪论

1,空气调节Air-conditioning,人类进入居住环境自由王国的一个重大飞跃,华中科技大学制冷与低温工程系2009年9月,主讲：谢军龙博士、副教授,2,课程组成员,陈焕新教授、博导谢军龙博士、副教授舒朝晖博士、副教授,3,第一讲绪论,AC&R的发展历史世界中国今后的展望,4,绪论,空调:取火御寒摇扇驱暑空调技术,5,一空调的世界历史沿革,人类基本生存的需要经济发展的需要早期空调方法通风：靠建筑设计获得自然通风制冷旧石器时代：收集和利用天然冷量新石器时代：规划和发展天然冷量1815年，BOSTON的FredericTudor开始用船向温暖地区运天然冰。1864年业务遍布南美、远东、中国、菲律宾、印度和澳大利亚。采暖：烧柴的壁炉烧柴和煤的铸铁采暖炉蒸汽集中区域供暖系统,6,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段1.初期：采暖与通风为主,14世纪,古罗马时代,据考察有将热空气从床下送入房间的装置18世纪的英国，由于工业革命的兴起,城市人口急剧膨胀，只有一部分人才有取暖19世纪后期，欧洲出现了保持人体舒适和维持健康的必要的通风换气法规,7,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段1.初期：采暖与通风为主,古希腊人的采暖方式,8,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段2.17551875年，人工制冷史的初级阶段,热力学理论WilliamCullen的学生JosephBlack(生于法国)创造了量热学（热量、温度、比热）物质的状态方程热力学第二定律1755年可以看作人工制冷史的起点1748年，WilliamCullen（苏格兰人，格拉斯哥大学教授）科学地观察到乙醚蒸发会引起温度的下降1755年，WilliamCullen发明了第一台采用减压水蒸发的制冷机，同时发表了“液体蒸发制冷”论文，开创了人工制冷的新纪元,9,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段2.17551875年，人工制冷史的初级阶段,机械空调出现1805年蒸汽压缩制冷被提出1834年做出了蒸汽压缩制冷机械模型1850年代初做了进一步的蒸汽压缩制冷实验1867年在SanAntonio，D.Holden和J.Muhl建成蒸汽锅炉驱动的制冷装置1875年Linde制造出第一台甲醚压缩机1876年Linde制造出氨压缩机1875年前产生了四种制冷机：空气膨胀式制冷机、（氨）吸收式制冷机、蒸发式制冷机、水减压蒸发式制冷机，拉开人工制冷序幕,10,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段3.18751914年：制冷开始工业化,制冷开始工业化1890年代中出现最早的电动压缩机1890年代蒸汽发动机成为制冷和通风(离心风机)的动力发现与发明了各种制冷剂：NH3,SO2,CHClF2等制冷技术的广泛应用：酿造、食品、水产、肉食加工、冷藏链、土木工程、娱乐学术交流：1908年第一届国际制冷大会在法国巴黎召开，1909年，国际制冷学会成立,11,1869年D.Holden设计的制冰装置,12,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段3.18751914年：制冷开始工业化,1890年代中期出现的早期蒸汽驱动的风机,13,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段3.18751914年：制冷开始工业化,1890年代早期的电动制冷压缩机,14,1890年代制作成了由风机和喷水室组成的空调系统1900年已经正式使用并制作出机械冷却空气的系统1900年以后热风系统出现，与冷风系统合并1900s美国印刷厂采用风机和喷水室组成的空调系统，应用于工业建筑1902年开利(Willis.H.Carrier)在印刷厂首次应用了空调装置；,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段3.18751914年：制冷开始工业化,15,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段4.19141945年：战争推进制冷发展,压缩式制冷机称霸制冷行业氟利昂的出现回转式压缩机普及制冷进入日常生活家用冰箱、食品储藏柜、冷藏库、冷藏运输空调进入（美国）生活的各个领域电影院、交通运输工具、特殊场合（军事）,16,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段4.19141945年：战争推进制冷发展,1922年医院有了空调；1922年,由开利研制出了第一台离心式冷冻机,17,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段4.19141945年：战争推进制冷发展,1907年在Chicago的CongressHotel采用喷水室空调系统，首次应用于民用建筑。19191920芝加哥一电影院采用喷水室空调,18,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段5.19451975年：技术进步与推广,在世界范围内，惊人的发明甚少，更多的则是技术的进步与推广制冷剂品种广泛增加蒸气压缩式制冷技术仍然占主导地位压缩机与部件的性能改善应用领域广泛化工工业冶金与机械工程公共工程运动场海水淡化污水净化人工降雨人工环境工程（空调工程）,19,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段6.1975年以后：普及与挑战,现代空调技术高度发展，无处不在工业建筑：电子、精密仪器、纺织、烟草、音像制品、制药、化工、生物决定了产品质量商用建筑：商场、影剧院、体育设施、写字楼、会议厅、餐饮设施、娱乐设施决定了营业额居住建筑：宾馆客房、住宅、医院病房、幼儿园决定了居住者的健康交通工具：飞机、船舶、火车、地铁、汽车决定了安全与健康特殊用途：手术室、实验室、果菜储藏、温室、宇航、军事、核能决定性因素,20,一空调的世界历史沿革（6阶段）阶段6.1975年以后：普及与挑战,在世界范围内，制冷技术得到普及与发展现有技术的普及、改进、发展高性能部件诞生智能化控制制冷面临的挑战环境保护ODP、GWP关注原始技术方案节能节材系统与部件优化能源的综合利用,21,二、空调在中国的发展,历史清代“冰窑”冬季贮冰夏季出售传统的采暖方式：炉子、火盆、火炕、火墙31年上海纺织厂，采用深井水作冷源的喷水室空调50年代在多数北方主要城市建成城市热网80年代前采暖通风、工业空调为主85年房间空调器需求量8万台80年代末舒适空调大发展，空调设备总产值约5亿元,22,二、空调在中国的发展家用空调器产量居世界首位,23,家用能耗设备的增长,24,每百户家用空调器拥有量,25,每百户家用空调器拥有量,广东省,26,二、空调在中国的发展,高等教育发展：设置暖通空调专业的院校,8,43,90,60,110,27,二、空调在中国的发展,90年代中房间空调器产品的类型构成比例,28,三、空气调节的定义Air-conditioning,广义获得满意的建筑室内空气环境的手段狭义采用人工或机械的主动手段获得满意的建筑室内空气环境。不含被动手段更狭义人工和机械的手段同时处理空气多参数(温度、湿度、速度、辐射、空气质量等),29,三、空气调节的定义Air-conditioning,定义1.空气调节（AirConditioning）：使空气达到所要求的状态或使空气处于正常状态。即采用技术手段创造并保持一定要求的空气环境空调的任务。对房间内的空气温度、湿度、空气流动速度、清洁度进行人工调节，满足人体舒适和工艺生产过程的一定要求。,30,三、空气调节的定义Air-conditioning,一定空间内的空气环境受到两方面干扰：1）.来自空间内部生产过程、设备、人体所产生的热、湿和其他有害物的干扰。2）.来自空间外部气候变化、太阳辐射及外部空气中有害物的干扰。,31,三、空气调节的定义Air-conditioning,2.空气调节涉及内容：1）.内部空间内、外扰量的计算；2）.空气调节的方式和方法；,32,三、空气调节的定义Air-conditioning,3）.空气的各种处理方法（加热、加湿、冷却、干燥及净化等）；4）.空气的输运与分配及在干扰量度化时的运行调节等。,33,三、空气调节的定义Air-conditioning,一般而言：温度调节称供暖或降温有害物浓度调节工业通风,34,三、空气调节的定义Air-conditioning,3.意义提高劳动生产率、保证安全操作、保护人体健康、创造舒适性工作、生活环境。不是一种奢侈手段，是现代化生产和社会生活不可缺少的条件。,35,三、空气调节的定义Air-conditioning,36,四、空气调节的分类与处理参数,工艺性空调应用场合：工业建筑，医院、实验室、演播室处理参数：温度、湿度、洁净度、风速、压力控制标准表达方式：空调基数允许波动范围精密仪器制造车间要求：温度200.1，相对湿度505超大规模集成电路生产车间：洁净度标准为M1级(直径0.1m的尘粒个数350粒/m3)合成纤维生产车间要求：相对湿度552特点精度高难，对测量和控制设备及控制算法要求高参数少易，多数仅对一两个参数有高要求,37,四、空气调节的分类与处理参数,舒适性空调（应用场合：商用建筑，民用建筑）处理参数：温度、湿度、风速(平均值、脉动频率、脉动幅度)、空气质量(新鲜度、气味、洁净度、VOC浓度、负离子含量)、平均辐射温度、噪声、压力等。控制标准表达方式：空调基数五星级宾馆客房：温度2325，相对湿度5060，风速0.25m/s，新风量100m3/h，含尘量0.15mg/m3，噪声30dB特点：参数多难，参数间相关关系对人体感觉的影响复杂，新因素存在未知影响精度低易，人体有一定的容忍度,38,五存在的问题和前沿研究的焦点,存在的问题（1）高能耗，建筑能耗占社会总能耗30以上中国：目前25%（含采暖）。97家用空调器新增装机容量占全国发电总装机容量增加的25。98年全国电力增容1500万kW，空调峰值容量1400万kW。日本：30美国：35,39,我国建筑能耗状况商用建筑,中央空调用电占城市用电量广东省：40上海：31.1重庆：23采暖空调系统能耗一般占整个建筑能耗的4060,40,90年代末我国办公楼建筑的一次能源消耗比例,41,90年代末上海公共建筑一次能源消耗比例,42,70年代日本办公楼建筑的一次能源消耗比例,43,中国,日本,44,我国目前住宅建筑能耗组成(占建筑总能耗60%),45,存在的问题（2）,都市环境污染空调排热造成的城市热岛效应空调室外设备产生的噪声污染室外设备设置不当造成的视觉污染地球温室效应(CO2排放)臭氧层被破坏(CFC物质)病态建筑综合症：建筑的非天然环境影响居住者健康封闭空间新风不足，VOC及致病微生物排除不良稳态的室内热湿环境使人体调节功能退化,46,存在的问题（2）,微生物积聚的空气冷却器,积尘的风道成为二次空气污染源,47,空调是一柄双刃剑。,48,前途是光明的，道路是曲折的！,49,前沿研究的焦点（1）,环境保护与可持续发展资源与传统能源的合理利用，新的建筑设备与系统新能源的应用建筑环境控制与建筑设计紧密结合，主动被动如何实现“舒适健康”？新末端设备的开发：满足人的热舒适与IAQ要求高水平的系统设计：Designbysimulation通过建筑热模拟设计系统的全年运行方案通过CFD设计手段提高室内热环境与空气质量环境,50,前沿研究的焦点（2）,办公楼建筑的节能途径(节能3050%),51,前沿研究的焦点（3）,本学科难点高水平的设计要考虑自然的、人为的、社会的、经济的、心理的等等因素，以及涉及使用者的行为学、人体工程学等知识，绝对不是现有技术的堆砌或者仅仅满足标准和规范的要求。由于涉及的人员量大面广，新技术的采用要谨慎、保证可靠。,52,六.关于本课程,专业课有什么不同于以往基础课的特点？基础课科学专业课技术基础课建筑材料专业课盖房子培养运用基础课的理论分析解决本专业问题的能力涉及的基础理论知识范围极广，非一两本教材可涵盖。要求对以往学习的理论知识融会贯通，灵活运用,53,六关于本课程,本课程与其它课程的关系,课程关系框图,拓宽、前沿和理论提高课,测量技术,建筑概论,数,理,化,电学,热学,力学,建筑环境学,空调与制冷技术,供热与锅炉,建筑自动化,暖通空调课程设计,运行实践环节,科研训练环节,54,六关于本课程：内容安排,第一讲绪论第二讲湿空气的物理性质和i-d图第三讲空调系统第四讲空调负荷和送风参数第五讲普通集中式空调系统第六讲风机盘管系统第七讲变风量系统