(十)空气调节1

,一、空气调节的基础知识,为什么首先要全面了解空气的性质,空气调节的主要任务，就是在所处自然环境下，使被调节空间的空气保持一定的温度、湿度、流动速度以及洁净度、新鲜度。,湿空气的概念湿空气的基本状态参数湿空气的焓湿图湿球温度焓湿图的应用,1.湿空气的概念,大气由一定量的干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。,注意,空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际是干空气加水蒸气，即湿空气。,2.湿空气的基本状态参数,压力密度含湿量相对湿度焓露点温度,由于空气和水蒸汽所组成的湿空气也应遵循理想气体的变化规律，所以适用以下公式,或,压力,由道尔顿定律分压定律,湿空气的总压力为p,或,水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少,从气体分子运动论的观点来看,密度,湿空气的密度干空气密度+水蒸气密度,单位容积的湿空气所具有的质量，称为密度,含湿量,在湿空气中与lkg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量,由Vg=Vq=VTg=Tq=T，以及Rg=287J(kgK)Rq46lJ(kgK),当大气压力B一定时，水汽分压力只取决于含湿量d,相对湿度,湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出,焓,干空气的焓,+,（1+d）千克湿空气的焓为,或,露点温度,温度下降到使得空气的d值等于表中某一饱和含湿量值时，这个所对应的温度称为该未饱和空气的露点温度。,换言之，露点温度就是当湿空气下降到一定温度，有凝结水出现时的温度,出现结露现象,无结露现象,3.湿空气的焓湿图,湿空气的焓湿图是在不同的大气压力B下，纵坐标是其焓值，横坐标是含湿量值。,焓湿图组成,等焓线,等湿线,1.,d,2.,等温线,等相对湿度线,3.,5.,4.,水蒸汽分压力线,热湿比线,0,10,20,30,dA,dB,A,B,iA,iB,空气状态变化在i-d图上的表示,A,B,B,用线确定空气终状态,4.湿球温度,湿球温度的概念在空气调节中,至关重要,湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度，也称热力学湿球温度。,理论上,绝热加湿小室,稳定流动能量方程式,等湿球温度线,A,dA,dS,tB,tS,B,S,iS,iS,已知干湿球温度确定空气状态,5.焓湿图的应用,湿空气的焓湿图不仅能表示其状态和各状态参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程，并能方便地求得两种或多种湿空气的混合状态。,湿空气的加热过程,湿空气状态变化过程,等焓减湿过程,等焓加湿过程,湿空气的冷却过程,变化过程的特征表,湿空气的加热过程,湿空气的冷却过程,等焓减湿过程,等焓加湿过程,AB,AC,C,E,AE,AD,D,等温加湿过程AF,冷却干燥过程AG,多变过程,F,G,i-d图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征,过程图,C,E,D,不同状态空气的混合态在i-d图上的确定,两种状态的空气混合规律,dA,iA,dB,iB,iC,dC,B,C,A,二、空调负荷计算和送风参数,一、设计计算参数,1、室内空气设计标准舒适性空调：夏T2428,=4065%，v0.3m/s冬T1822,=4060%，v0.2m/s温湿度、新风量、风速、空气含尘量、噪声等要求见设计手册。工艺性空调：降温空调、恒温恒湿、净化空调。设计标准取决于生产工艺过程的要求。可查设计手册。,一、设计计算参数,1、室内空气设计标准大量新类型建筑的出现使得设计标准的制定与应用脱节。对于舒适性空调，需要根据人体热舒适性理论进行论证确定工艺性空调由工艺专业人员研究提供,2、室外空气设计参数(1)夏季空调室外计算干球温度twg、湿球温度：历年平均不保证50小时(不保证系针对室外气象)(2)夏季空调室外计算日平均温度twp：历年平均不保证5天的日平均温度(3)设计日的逐时干球温度展开方法：余弦函数法：twt=twp+(tw,max-twp)cos(15t-225)特点：15时为峰值。资料缺乏时作近似估算用。,一、设计计算参数,twp：夏季空调室外计算日平均温度，；tw,max-twp：设计日室外气温波动波幅，,2、室外空气设计参数(3)冬季空调室外计算温度：历年平均不保证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天的日平均温度。(4)冬季室外计算相对湿度值：累年最冷月平均相对湿度(5)冬、夏季室外平均风速：累年最冷、最热三个月月平均风速的平均值,一、设计计算参数,(5)冬、夏季大气压力累年最冷、最热三个月月平均大气压力的平均值(6)太阳总辐射强度I=直射辐射强度散射辐射强度与表面的朝向有关，与纬度及大气透明度有关。(7)室外综合温度tz=tw+rI/awtz非客观值，与对象的表面状态有关，且随表面的朝向不同而不同。,一、设计计算参数,得热量与负荷(HeatGain&heating/coolingLoad)得(失)热量：建筑获得(失去)的热量冷(热)负荷：维持环境需取走(加入)热量显热负荷（余热）潜热负荷（余湿）这里的负荷为室内负荷，而后面整个系统的负荷为系统负荷,二、空调负荷,得热量与负荷(HeatGain&Load)得(失)热量：建筑获得(失去)的热量冷(热)负荷：维持环境需取走(加入)热量,负荷一般不是恒定不变的。空调设计负荷一般指的是负荷的最大值。,二、空调负荷,二、空调负荷：组成,二、空调负荷：分区计算,外区：通过外围护结构的得热可以影响到的区域，一般在距外墙35米范围内全年负荷随外界气象变化而变化可能夏季需供冷，冬天需供热内区：通过外围护结构侵入的冷热量影响不到的区域，如大型开放式办公室的中央区或无外墙的房间全年负荷较稳定一般全年为冷负荷,三、空调负荷计算方法,冷负荷系数法谐波反应法,1、夏季冷负荷估算法：调查值冷源设备容量的国内估算值(空调负荷估算指标)：旅馆为7080W/m2，其他建筑乘以修正系数b冷冻机容量估算指标修正系数b,三、空调负荷计算方法,2、冷负荷估算法：调查值每m2建筑面积冷负荷估算指标,三、空调负荷计算方法,四室内热湿源,1、热源：工艺设备，照明设备，人员。注意电动设备的功率计算，需考虑电机效率、安装系数考虑同时使用系数和负荷系数。考虑实际散入室内的热量。人员的群集系数：考虑了性别和儿童的比例。2、湿源：人员、工艺设备、水槽、地面积水等散湿均变为瞬时负荷。围护结构与家具的蓄湿作用不考虑。,1最小新风量的目的：卫生要求、补充局部排风量、维持空调房间的正压要求。2卫生要求：查手册与规范，一般在每人30m3/h左右。健身房可达每人80m3/h，高级宾馆客房可达每人50m3/h。,五.新风量与新风负荷,3正压要求：510Pa，可查图求出门窗渗漏量。工程中最小按总风量的10计算。为什么有正压要求？P太小：室外空气无组织进入室内P太大：正压50Pa2m2门上压力10kg，门打不开。,五.新风量与新风负荷,4.局部排风：若局部排风量上述新风量令Gnew=G排风或Gnew=G排风+G渗透工业厂房按每人大于等于30m3/h计算新风量。Gnew=MAX(卫生要求，正压要求+局部排风),五.新风量与新风负荷,5新风负荷Qx=Gx(iw-in)设备总负荷=新风负荷室内负荷再热负荷,五.新风量与新风负荷,总设计负荷建筑总负荷同时使用系数安全系数总设计负荷决定了冷热源的容量为什么要有同时使用系数：1.同时使用考虑使用者同时使用的可能性有多大2.朝向不同考虑建筑传热负荷随时间变化,六.总负荷的确定,六.总负荷的确定,六.总负荷的确定,安全系数常取1.11.25，目的是考虑设备出力需要一定的裕量：冷热源在能量输送过程会有一定损失空调箱和风道可能会有一定漏风负荷计算过程中可能有些次要因素被忽略掉了设备产品的出力可能达不到标牌的值设备运行一定期间出力有衰退现象设备的装机容量往往大于设计负荷,六.总负荷的确定,目前国内商用建筑冷冻机装机容量与实际运行负荷比较,六.总负荷的确定,目前国内商用建筑锅炉装机容量与实际运行负荷比较,六.总负荷的确定,目前国内商用建筑冷热源装机容量过大的原因:自己对负荷计算没有把握负荷是在其它建筑装机容量基础上加安全系数确定的在各阶段对负荷重复乘以安全系数认为大比小好非技术因素,六.总负荷的确定,空调系统的设计负荷与实际运行负荷设计负荷峰值负荷实际运行负荷与建筑使用情况以及气候条件有关峰值负荷确定时需要考虑的因素宾馆：旅游高峰与最热、最冷天气的错位影剧院：有的舞台灯光永远不会同时开体育馆：重大比赛总在过渡季进行,七送风量与送风参数,送风状态点应在热湿比线上：e=Q/W送风量G=Q/Di=W/Dd=Qx/CpDt由于Cp与温度有关，故只能取近似常数值。,七送风量与送风参数,反映送风量的换气次数、送风温差与气流均匀性有关送风温差影响空调精度和人体舒适性，根据建筑功能的不同有一定限制影响风道的尺寸影响风系统的输送能耗,七送风量与送风参数,应尽量取大的送风温差，减少送风量，目的：减少初投资（设备和土建）减少运行费如果送风量小于新风量，则需要先定送风量，后定送风温差,1.室内外空气计算参数,1）室外空气计算参数,2）室内空气计算参数,室外空气计算参数,室外空气状态在一年中的不同季节、一月中甚至一天个中的不同时刻都在变化着的。室外空气计算参数选择与规定得合适与否，将直接影响到空调系统的冷、热负荷。显然，按最不利条件，例如极端最高或极端最低的干、湿球温度作为室外空气计算参数是不合理的，因为这种最不利条件往往很多年才出现一次，而且延续时间也很短，甚至只有几小时。若按此条件计算冷、热负荷，势必造成空调设备的容量谰大，长时间不能发挥作用，浪费基建投资。暖通空调设计规范对我国各地的室外空气计算参数作了规定。附表13摘录了我国主要城市空调室外空气计算参数。,室内空气计算参数,舒适性空调室内温、湿度标准,工艺性空调室内温、湿度标准,夏季,冬季,温度应采用2428,相对湿度应采用4065%,风速不应大于0.3ms,温度应采用1822,相对湿度应采用4060%,风速不应大于0.2ms,工艺性空调可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等。,2.负荷计算,1）室外扰量形成的负荷,2）室内扰量形成的负荷,3）室内湿源散湿形成的湿负荷,4）再热负荷,5）室内负荷与制冷系统负荷,6）空调负荷的概算指标,室外扰量形成的负荷,太阳辐射热,室内外温差的传导热,补充新鲜空气带来的负荷,室内扰量形成的负荷,人体的散热,照明灯具散热,用电设备散热,QDnN,QsnN,其他设备散热,设备、照明和人体在室内散热形成的室内冷负荷Q,室内湿源散湿形成的湿负荷,敞开水槽表面散湿量,地面积水蒸发量,计算方法与水槽蒸发量计算方法相同,再热负荷,室内负荷与制冷系统负荷,以上介绍的热负荷的总和称室内负荷QN,制冷系统热负荷,空调负荷的概算指标,夏季空调制冷系统负荷概算指标,冬季采暖负荷的概算指标,办公楼95115(Wm2)超高层办公楼105145(Wm2)旅馆7095(Wm2)餐厅290350(Wm2)百货商店210240(Wm2)医院105130(Wm2)剧场230350(Wm2),办公楼、学校6080(Wm2)医院6580(Wm2)旅馆6070(Wm2)餐厅115140(Wm2)剧场95115(Wm2),三、空调系统新风量与总风量的确定,总风量新风量,1.总风量,计算要求,在已知空调房间冷(热)湿负荷的基础上，需要确定消除室内余热、余湿以维持空调房间所要求的空气参数所需的送风状态及送风量。,计算方法,空调房间送风状态的变化过程,夏季送风量和送风状态的确定,冬季送风量与送风状态的确定,空调房间送风状态的变化过程,总热平衡,湿平衡,或,或,由两个平衡,iodo,夏季送风量和送风状态的确定,送风量,或,换气次数,冬季送风量与送风状态的确定,L,2.新风量,确定新风量的依据有下列三个因素,卫生要求,保持空调房间的“正压”要求,补充局部排风量,空调系统的空气平衡关系,正压,L,0.9L,渗透,四、空气处理及其设备,为满足空调房间送风参数的要求，在空调系统中必须有相应的热质处理设备，以便能对空气进行各种热质处理，使之达到所要求的送风状态，本章将介绍对空气进行各种处理的方法和过程及其有关的设备知识,1空气处理过程,表4-13空气处理各种途径的方案说明,100%,W,1,L,夏季空气处理途径,O,冬季空气