《建筑设备》本科课件10 第10章空调系统及其冷源

1、第10章 空调系统及其冷源学习目标1.了解并掌握空气调节系统的组成及分类；2.掌握空调房间热工要求、气流组织及空调冷负荷相关知识；3.掌握空气处理设备的原理和分类；4.掌握制冷原理及其在空调系统中的应用。本章导读空气调节又称空气调理，简称空调。用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流分布的技术。可使某些场所获得具有一定温度和一定湿度的空气，以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件。通过本章的学习使读者了解空气调节系统的组成及分类；掌握空调房间热工要求、气流组织及空调冷负荷相关知识；掌握空气处理设备的原理和分类；掌握制冷原理及其在空调系统中的应用。第10章 空调系统及其

2、冷源目录CONTENTS10.1空调系统的组成及分类10.2空调房间的热工要求及空调冷负荷10.3空调房间的气流组织与效果10.4空气处理设备10.5空气冷源10.1空调系统的组成及分类10.1.1| 空调系统的组成空气调节技术是采用人工方法，创造并维持一定温度、湿度、气流速度、洁净度等参数要求的室内空气环境的科学技术。空气调节系统根据服务对象的不同分为工艺性空调和舒适性空调两类。工艺性空调主要是为工业生产、科研、医药卫生等行业服务的空调，在设计参数选取及系统设置时，主要按照生产工艺或科研的要求确定，同时兼顾人体舒适性的要求。舒适性空调则是要创造一个满足人体热舒适的室内空气环境空调系统通常由空

3、调区域、空气的输送和分配设施(风管、阀门、送回风口等)、空气处理设备(温、湿度处理设备及空气品质处理设备)及冷热源(锅炉房、冷冻站、冷水机组)等组成。10.1.2 | 空调系统的分类按空气处理设备的设置情况分类按送风管道风速分类按处理空调负荷的输送介质分类按处理空调负荷所采用的输送介质进行分类集中式系统分散式系统半集中式系统低速系统高速系统全空气系统空气水系统全水系统直接蒸发机组系统全空气系统空气水系统辐射板系统10.1.3 | 空调系统的特点单风道集中式系统多区机组方式双风道空调系统各层机组方式单风道集中式系统适用于空调房间较大，各房间负荷变化情况相类似；恒温、恒湿、无尘、无噪声等场合，也可

4、用于负荷变化较均匀的场合，如办公楼的内区、餐厅等。在空调机组内风机出口设有多组并列的空气冷却器、加热器，冷、热风在机组出口由混合阀混合，改变送风温度在由相应风道向各区分送。它分别设置冷、热风道，每一区或每一个房间设有混合箱，并与冷热风道连接，通过室温调节器控制混合箱中的冷、热风阀，来调节冷热风混合量。对此有改进的机组形式，各层回风全部引至屋顶上，在过渡季节由排风机全部排出。全部送风经过过滤器处理，送入各层的空调机房中进行冷热处理后，再向各区送风。变风量系统变风量空调系统的末端设备有旁通型、节流型和诱导型，节能效果较好的是节流型。变风量系统也可分为单风道系统和双风道新系统。集中式空调系统10.1

5、.3 | 空调系统的特点空气调节器在空调系统中，并不是任何时候都采用集中式的空调系统。例如，在一个较大的建筑物中，只有少数房间需要空调，或者要求空调的房间虽然多，但却很分散，彼此距离又很远，这时设置局部式系统就较经济、合理。局部式空调系统的特点局部式空调系统只适用于空调房间少、空调面积小、工期较短的地方在已有的建筑内增设安装空调，为了减少施工上的麻烦，尽可能采用局部式空调系统。局部式空调系统10.1.3 | 空调系统的特点诱导空调系统诱导器加新风的混合式空调系统，称为诱导空调系统。该系统的新风来自集中式空气处理机房，新风经风道送入设置在空调房的诱导器，再由诱导器嘴高速喷出，同时吸入一部分室内空

6、气，这两部分空气在诱导器内混合后再送入空调房间。风机盘管空调系统风机盘管机组加新风系统的混合式空调系统称为风机盘管空调系统。该系统是集中式和局部式的混合型式，室外新风通过单独设置的集中空气处理机房直接送入各房间，也可以经过风机盘管送入各房间。半集中式空调系统10.2空调房间的热工要求及空调冷负荷10.2.1 | 空调房间的热工要求在夏季由于室内外温差的影响，空调房间的围护结构成为传递热量的通道，为了保持空调室内温度的恒定，需要维持空调房间的热平衡，因此，围护结构传递热量的多少直接影响空调系统的能耗，所以需要围护结构具有良好的保温性能。建筑及布置在顶层的空调房间应设吊顶，并应将保温层设置在吊顶上

7、。吊顶上部的空间，应设置可启闭的通风窗，以便夏季开启，冬季关闭。10.2.2 | 空调冷负荷空调冷负荷的计算为计算空调冷负荷，需要分析空调房间的热量传递情况。空调房间的得热量，由下列各项组成。(1)通过围护结构的传热量及太阳辐射热量。(2)人体散热量及散湿过程产生的潜热量。(3)照明散热量。(4)食物、设备及各种热表面的散热量及散湿过程产生的余热量。(5)室内无正压时，渗透空气带入室内的显热量和潜热量。(6)新风带入的显热量和潜热量。不同空调冷负荷的计算空调冷负荷的计算，应考虑不同用途的空调房间的实际使用时间、人员的群集情况以及设备与照明的同时使用率，按空调系统的具体布置合理选用以下空调冷负荷

8、的计算值。10.3空调房间的气流组织与效果10.3.1 | 空调房间的气流组织过处理的空气由送风口进入空调房间中，与室内空气进行热质交换后，经回风口排出。空气的进入和排出，会引起室内空气的流动，空气流动状况的不同，会产生不同的空调效果。合理地组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流速等能更好地满足工艺要求和符合人们的舒适感觉，这才能达到空气调节的目的，完成气流组织的任务。例如：在恒温精度要求高的计量室，应使工作区具较为稳定和均匀的空气温度，区域温差小于一定值；体育馆的乒乓球赛场，除有温度要求外，还希望空气流速不超过某一定值；在净化要求很高的集成电路生产车间，则应组织车间的空气平行流动，把

9、产生的尘粒压至工件的下风侧并排除掉，以保证产品质量。10.3.2 | 送、回风口的形式及气流组织形式送风口的种类繁多，按送出气流形式可分为四种类型。(1)辐射型送风口。送出气流呈辐射状向四周扩散：如盘式散流器、片式散流器等。(2)轴向送风口。气流沿送风口轴线方向送出。这类风口有格栅送风门、百叶送风口、喷口、条缝送风口等。(3)线形送风口。气流从狭长的线状风口送出。如长宽比很大的条缝形送风口。(4)面形送风口。气流从大面积的平面上均匀送出如孔板送风口。送风口的形式10.3.2 | 送、回风口的形式及气流组织形式房间内的回风口是一个汇流的流场，风速的衰减很快，它对房间气流的影响相对于送风口来说比较

10、小，因此风口的形式也比较简单。上述送风口中的活动百叶风口、固定叶片风口、格栅风口等都可以作为回风口，此外，还有网板风口、箅孔或孔板风口等，也可与粗效过滤器组合在一起使用。回风口的形式及布置方式10.3.2 | 送、回风口的形式及气流组织形式侧送风的气流组织下部送风的气流组织顶送风的气流组织侧送风是空调房间中最常用的一种气流组织方式。一般以贴附射流形式出现，工作区通常是回流。对于室温允许波动范围有要求的空调房间，一般能够满足区域温差的要求。下部送风的垂直温度梯度都较大，设计时应校核温度梯度是否满足要求，另外，送风温度也不应太低，避免足部有冷风感。下部送风适宜用于计算机房、办公室、会议室、观众厅等

11、场合。对于一些散热量大的且只要求降温的房间，以及民用建筑中宜采用这种送风方在一些高级民用和公共建筑中，还可与灯具配合布置应用顶送风的方式。典型的气流组织形式10.4空气处理设备10.4.1 | 空气冷、热处理设备喷水室的构造喷嘴的作用是使水雾化并均匀喷散在喷水室中，一般采用铜、不锈钢、尼龙和塑料等耐磨、耐腐蚀材料制作，它布置的原则是保证喷出水滴能均匀覆盖喷水室横断面。喷嘴的喷水量、水滴直径、喷射角度和作用距离与其构造、直径及喷嘴前水压有关。实验证明，喷嘴直径小、喷水压力高，可得到细喷，适用于空气加湿处理；反之，可得到粗喷，适用于空气的冷却干燥。喷水室处理空气的过程空气以一定速度流经喷水室时，它

12、与水滴之间通过水滴表面饱和空气边界层不断地进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者间的温差，潜热交换和湿(质)交换取决于水蒸气分压力差，而总热交换则是以焓差为推动力。喷水室10.4.1 | 空气冷、热处理设备表面式换热器的构造表面式换热器构造上分光管式和肋管式两种。光管式表面换热器构造简单，易于清扫，空气阻力小，但其传热效率低，已经很少应用。肋管式表面换热器主要由管子(带联箱)、肋片和护板组成。为使表面式换热器性能稳定，应保证其加工质量，力求使管子与肋片间接触紧密，减小接触热阻，并保证长久使用后也不会松动。表面式换热器处理空气的过程按照传热传质理论，表面式换热器的热湿交换是在主体空

13、气与紧贴换热器外表面的边界层空气之间的温差和水蒸气分压力差作用下进行的。根据主体空气与边界层空气的参数不同，表面式换热器可以实现三种空气处理过程：等湿加热、等湿冷却和减湿冷却过程。表面式换热器10.4.2 | 空气除湿、加湿设备冷冻除湿机转轮除湿机液体或固体吸湿使用人工或天然冷源将空气冷却到餺点温度以下，超过饱和含湿量的那部分水蒸气会以凝结水形式析出，从而降低空气的含湿量。这类冷却减湿设备除喷水室和表面式空气冷却器外，最有代表性的当数冷冻除湿机(或称冷冻减湿机)。氯化锂转轮除湿机是以氯化锂为吸湿剂的一种干式动态吸湿设备。它利用一种特制的吸湿纸来吸收空气中的水分。吸湿纸常用玻璃纤维滤纸为载体，将

14、氯化锂等吸湿剂和保护加强剂等液体均匀地黏附在滤纸上烘干而成。某些盐类及其水溶液对空气中的水蒸气具有强烈的吸收作用。这些盐水溶液中，由于盐类分子的存在而使得水分子浓度降低，溶液表面上饱和空气层中的水蒸气分子数也相应减少。因此，与同温度的水相比，溶液表面上饱和空气层中的水蒸气分压力必然要低些。除湿10.4.2 | 空气除湿、加湿设备蒸汽喷雾湿膜加湿高压喷雾透湿膜加湿将锅炉中产生的蒸汽从管子的小孔中喷射出来，进行加湿。其加湿效率接近100%，且容易控制，但也存在一些问题，如钢制锅炉的蒸汽中含清洁剂，以及铸铁锅炉会因此缩短自身寿命等。利用湿材料表面向空气中蒸发水汽进行加湿。可以利用玻璃纤维、金属丝、波

15、纹纸板等做成一定厚度的填料层，材料上淋水或喷水使之湿润，空气通过湿填料层而被加湿。利用水泵将水加压到0.30.35 MPa(表压)下进行喷雾，可获得平均粒径为30 m的水滴，在空气中吸热汽化，是一个接近等焓的加湿过程。透湿膜加湿是利用化工中的膜蒸馏原理的加湿技术。超声波加湿超声波加湿的原理是电能通过激振器(压电换能片)转换成机械振动，向水中发射1.7 MHz的超声波，使水表面直接雾化。其他加湿方法加湿10.4.3 | 空气过滤器空气过滤器可分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。过滤器使用的滤料可分为聚氨酯泡沫塑料、无纺布、金属网格浸油、玻璃纤维、棉短绒纤维滤纸、超细玻璃和超细石棉做成的纸。新

16、型过滤材料还有活性炭和纳米材料等。10.4.4 | 消声器阻性消声器阻性消声器的原理是，利用布置在管内壁上的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使沿管道传播的噪声迅速随距离衰减，从而达到消声的目的，其作用类似于电路中的电阻，对中、高频噪声的消声效果较好。抗性消声器抗性消声器不使用吸声材料，它又分为扩张室消声器和共振消声器。前者主要是借助于管道截面的突然扩张和收缩达到消声目的；后者则是借助共振腔，利用声阻抗失配，使沿管道传播的噪声在突变处发生反射、干涉等现象，以达到消声目的。10.5空调冷源10.5.1 | 制冷原理及制冷系统制冷原理制冷的本质是把热量从某物体中取出来，使该物体的温度低于环境温度，实现

17、变“冷”的过程。根据能量守恒定律，这些取出来的热量不可能消失，因此制冷过程必定是一个热量转移过程。根据热力学第二定律，不可能不花费代价把热量从低温物体转移到高温物体中，因此制冷的热量转移过程必然要消耗功。所消耗的能量在做功的过程中也转化成热量同时排放到高温物体或环境中去。制冷剂制冷过程的实现需要借助一定的介质制冷剂来实现。利用“液体气化要吸收热量”这一物理现象把热量从要排出热量的物体中吸收到制冷剂中来，又利用“气体液化要放出热量”的物理现象把制冷剂中的热量排放到环境或其他物体中去。由于需要排热的物体温度必然低于或等于环境或其他物体的温度，因此要实现制冷剂相变时吸热或放热过程，需要改变制冷剂相变时的热力工况，使液态制冷剂气化时处于低温、低压状态，而气态制冷剂液化时处于高温、高压状态。10.5.1 | 制冷原理及制冷系统载冷剂将制冷装置制冷量传递给被冷却介质的媒介物称为载冷剂。多用于集中式空调，大冷量空调系统。制冷机按照制冷设备所使用的能源类型的不同，制冷机可划分为压缩式制冷机、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机，目前采用得最多的是压缩式制冷和吸收式制冷。10.5.2 | 制冷和空调机房及制冷设备制冷机房包括与制冷机配套的冷冻、冷却