全空气系统和空气-水系统

1、更多资料，关注微信公众号：资料小超市全空气系统和空气-水系统6.1 湿空气性质与焓湿图6.1.1湿空气的状态参数(1)压力环绕地球的大气层对地球表面的压力称为大气压力，用符号B表示，单位为kPa。 （61）(2)含湿量 （62）(3)相对湿度相对湿度定义为某一温度下湿空气中水蒸气分力与同温度下饱和水蒸气分压力之比，同符号（%）表示，即 （63） （64） （65）(4)湿球温度与干球温度在温度计的感温包（球部）包裹上湿纱布，并使它保持湿润，这温度计称湿球温度计，所测得的空气温度称为湿球温度（用tw.b表示）。而把感温包裸露的温度计所测得的空气温度称为干球温度（用t表示）。(5)露点温度如对湿空

2、气逐渐进行冷却，当达到某一温度时，空气中的水蒸气开始凝结析出，这个温度称为露点温度，简称露点（tdew）。(6)焓湿空气的焓(也称比焓)是干空气和水蒸气焓之和，以每kg干空气计，因此它应为 （66）6.1.2湿空气的焓湿图及其应用6.1.2.1湿空气的焓湿图图的右下方给出了热湿比（，kJ/kg）的方向线，热湿比又称为角系数。图6-1 湿空气焓湿图（示意图）图6-1 湿空气焓湿图（示意图）图6-2 ASHRAE的焓湿图图6-2 ASHRAE的焓湿图6.1.2.2焓湿图上过程线的物理意义图6-3 焓湿图上几种典型的过程线图6-3 焓湿图上几种典型的过程线6.1.2.3焓湿图的应用（1）已知两种状态

3、空气按比例混合求混合状态参数图6-4 利用焓湿图求空气状态点参数图6-4 利用焓湿图求空气状态点参数(2)已知一状态点和热湿比求另一状态点6.2 全空气系统的送风量、送风参数和新风量6.2.1全空气系统的送风量和送风参数全空气系统又称全空气空调系统，它以空气为介质，把冷量或热量传递给所控制的环境，以承担其冷负荷、湿负荷或热负荷。图6-5 空调房间的热湿平衡图6-5 空调房间的热湿平衡全热平衡 （6-8） （6-9） 显热平衡 （6-10） （6-11） 湿平衡 （6-12） （6-13）向室内送入处理的空气（送风）吸收热量、湿量的变化过程在h-d图上的表示如图6-6。图6图6-6 送风状态的变

4、化过程从送风状态点S变化到室内状态点R的变化过程的热湿比为： （6-14） （6-15）图6-7冬季送风状态变化过程在系统设计时，室内状态点R、冷负荷与湿负荷及室内过程的热湿比 是已知的，待确定量是和送风状态点S的状态参数。送风状态点在通过室内状态点R、热湿比的线上。图6-7冬季送风状态变化过程对于全年应用的全空气空调系统，冬季的送风量就取夏季设计条件下确定的送风量。这时只需要确定冬季的送风状态点。送风温度应为 （6-16）6.2.2全空气空调系统的新风量新风量应根据以下几个因素确定：（1）满足人员对卫生要求的必需的空气量。（2）补充房间内局部排风系统的排风量。（3）燃烧需要的空气量燃烧所需的

5、空气量可从燃烧设备的样本或说明书中获得（4）保持正压空气量 （6-19）为人员卫生要求的新风量和燃烧需要的新风量是不可兼用的，对同一房间来说应叠加，即+；补充排风的新风量和保持正压的新风量也是不可兼用，也应叠加，即+，但它们进入房间后可兼作满足人员卫生要求和燃烧所需的新风。全空气系统中的新风量应取（+）和（+）中的大值6.3定风量全空气空调系统6.3.1露点送风系统6.3.1.1系统图图6-8图6-8定风量露点送风全空气空调系统系统中风量之间存在如下关系： （6-20） （6-21） （6-22） （6-23）系统无排风量，回风全部再循环，即，因此有 （6-24） （6-25）当时，即为再循环

6、系统；时为直流（全新风）系统。6.3.1.2设计工况分析（1）夏季工况MS是混合空气的空气处理过程，空气处理设备需提供的制冷量（kW）应为： （6-27）空气处理设备所提供的冷量，实质上包括两部分:（1）室内冷负荷 ；（2）新风冷负荷。其中新风冷负荷为图6-10冬季工况在图6-10冬季工况在h-d 图上的表示图6-图6-9 露点送风系统夏季工况 在h-d图上的表示（2）冬季工况6.3.1.3全新风系统和再循环系统图6-1图6-11全新风系统夏季 工况在h-d图上的表示6.3.1.4风管温差传热和风机得热量对系统的影响 在夏季工况运行时，送风温度一般都低于周围环境温度，管壁传热使送风获得热量，最

7、终表现为送入室内的送风温度升一高，该温升可按下式计算： （6-30） 冬季运行工况下，当送风温度高于环境温度，应考虑风管的热损失，引起送风温度降低（风管温降），计算方法同上。 （2）风机得热量的影响 风机提供给流动空气的能量，用于克服流动过程中的各种阻力。这些机械能最终又转化为热能，从而引起空气温升。当风机的电动机不在输送的空气中时， 其引起的温升为： （6-31）风机的电动机在输送的空气中时，其引起的温升为： （6-32）（3）风管温升与风机温升对处理过程的影响图6-12考虑风管风机温升后的夏季工况在h-d图上的表示图6-12考虑风管风机温升后的夏季工况在h-d图上的表示6.3.2再热式系统

8、6.3.2.1系统图 图6-13图6-13定风量再热式全空气空调系统RC再热盘管；其余同图6-8（1）再热式系统夏季工况再热量应为 （6-33）图6-14再热式系统夏季图6-14再热式系统夏季工况在h-d图上的表示图6-15再热式系统冬季图6-15再热式系统冬季 工况在h-d图上的表示（2）再热式空调系统的冬季工况6.3.2.3再热式空调系统与器点送风空调系统的比较图6-16图6-16二次回风系统空气处理过程和在h-d图上的表示（a）空气处理过程；（b）在h-d上的表示，图中符号同图6-8（1）调节性能好（2）送风温差较小，送风量大，房间温度的均匀性和稳定性较好（3）空气冷却处理所达到的露点较

9、高，制冷系统的性能系数较高缺点是冷、热量抵消，能耗较高6.3.3二次回风系统二次回风系统采用部分回风与经冷却去湿的空气再混合一次的办法来提高送风温度，避免了再热式系统的冷、热量抵消的缺点。6.4定风量全空气空调系统运行调节6.4.1概述两种调节方法调节风量和调节送风参数。对于定风量空调系统，风量是恒定的，因此只能采用改变送风参数的方法。对送风参数的调节手段有：对空气调节机组中的空气热湿处理设备进行调节；根据室外空气参数的变化，变换空气处理过程模式进行调节。6.4.2空气热湿处理设备的调节6.4.2.1露点送风系统（图6-8）的调节夏季工况：主要依靠通过对表冷器冷量调节来改变空气处理后的状态点（

10、即送风状态点）。（1）调节表冷器冷水流量图6-17图6-17调节通过表冷器的冷水流量（a）三通调节阀调节冷水流量；（b）二通调节阀调节冷冻水流量； （c）表冷器冷水流量调节在h-d图上的表示图6图6-18 表冷器空气旁通调节（a）混合空气旁通；（b）回风旁通；（c）空气旁通调节过程在h-d图上的表示冬季工况：主要调节空气加热器的供热量来改变送风状态点。热媒为热水的空气加热器宜采用调节热水流量的方法；热媒为蒸汽的空气加热器宜采用空气旁通调节。图图6-19空气加热器的加热量调节方法（a）调节热水流量；（b）调节旁通空气量图6-21室内显热负荷不变， 湿负荷变化时的调节（a）采用喷干蒸汽的系统；图6

11、-21室内显热负荷不变， 湿负荷变化时的调节（a）采用喷干蒸汽的系统；（b）采用等焓加湿的系统图6-20室内湿负荷不变， 显热负荷变化时的调节（a）采用喷干蒸汽的系统；（b）采用等焓加湿的系统6.4.2.2再热式系统（图6-13）的调节图6-22室内显热冷负荷不变，湿负荷变化时的调节调节再加热器的加热量，实现对送风温度的调节图6-22室内显热冷负荷不变，湿负荷变化时的调节6.4.3室外空气状态变化时的运行调节对于露点送风全空气空调系统（图6-8）全年空气处理过程可分为4个工况区。图图6-23 露点送风全空气空调系统空气处理工况的分区以区为例分析调节方案。区: ，且室外空气温度送风温度的室外空气

12、参数属于该区。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：有些地区室外空气比较干燥（如新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、青海等一些地区），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，这时应采用部分回风，以调节室内的湿度，空气处理方案如下： 6.5 变风量空调系统 变风量（Variable Air Volume -VAV)系统是利用改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气空调系统，变风量空调系统有单风道、双风道、风机动力箱式和诱导式四种形式。6.5.1 单风道变风量空调系统 “单风道”是指该系统机房内只提供一种参数的送风。送入每个区或房间的送风量由变风量空调末端机组（

13、VAV Terminal Unit，或称变风量末端装置，常写成VAV末端机组）控制。图6-27 图6-27 再热式变风量末端装置图6-25 单风道变风量空调系统 图6-26 单风道变风量 系统夏季调节过程变风量末端机组按风量调节方式分有两类：压力有关型和压力无关型。压力有关型是由恒温控制器直接控制风门的角度。压力无关型VAV末端机组的风门角度根据风量给定值（有上、下限）来调节。系统总送风量的控制主要有两种策略：（1）定静压控制保持风道内的静压恒定，即根据风道的静压控制风机的转速或入口导叶的角度。（2）变静压控制在调节过程中风道内的静压根据变风量末端机组风门开度来调整。 当系统有回风机时，应对回

14、风机进行控制。系统的回风量应当与送风量匹配，并维持室内一定的正压。单风道VAV空调系统的主要优点有：（1）在部分负荷下运行，可以减少输送空气的能耗（2）一个系统可同时实现对很多个负荷不同、温度要求不同的房间或区域的温度控制。（3）各个房间或区域的高峰负荷参差分布时，更显示VAV系统的优点（4）当某几个房间无人时，可以完全停止对该处的送风。（5）当VAV系统的实际负荷达不到设计负荷或系统留有余量时，可以很容易增加新的空调区域或房间。VAV系统的缺点有：（1）当房间在低负荷时，送风量减少会造成新风量供应不足，影响室内的气流分布，严重时会造成温度分布不均匀。（2）VAV末端机组会有一定的噪声。主要是

15、在全负荷时产生较大噪声（3）系统的初投资一般比较高。（4）控制比较复杂。6.5.2 风机动力型变风量系统风机动力型（Fan Powered) VAV系统是在单风道VAV系统的变风量末端机组上串联或并联风机的VAV系统。图6-28 串联型和并联型风机动力箱示意图图6-28 串联型和并联型风机动力箱示意图（a）串联型风机动力箱；（b）并联型风机动力箱6.5.4 变风量空调系统设计中的几个问题6.5.4.1 冷负荷计算 应分别计算房间（区域）和系统的设计冷负荷，按第2章介绍的方法分别计算各房间的设计显热冷负荷6.5.4.2 送风量计算根据显热冷负荷计算各房间（区域）的送风量和系统的送风量。6.5.4

16、.3 新风量的确定 系统新风量按6.2节介绍的原则确定。6.5.4.4 VAV末端机组选择有同一负荷特点的房间（区域）可选一台或多台VAV末端机组。由于系统的设计送风量与各VAV末端机组风量之和并不相等，在VAV系统送风管设计时，必须对送风管各管段的风量进行调整，调整方法见教材例6-3。6.6 全空气系统中的空气处理机组 对空气进行处理的设备称为空气处理机组，或称空调机组。图6图6-32 卧式空调机组不带制冷机的空调机组主要有两大类：组合式空调机组和整体式空调机组。组合式空调机组由各种功能的模块（称功能段）组合而成，用户可以根据自己的需要选取不同的功能段进行组合。6.6.1 空气过滤段空气过滤

17、段的功能是对空气的灰尘进行过滤。有粗效过滤和中效过滤两种。6.6.2 表冷器（冷却盘管）段表冷器段用于空气冷却去湿处理。6.6.3 喷水室图6图6-33 喷水室 喷水室是利用水与空气直接接触对空气进行处理的设备，主要用于对空气进行冷却、去湿或者加湿。6.6.4 空气加湿段 （1）喷蒸汽加湿在空气中直接喷蒸汽。这是一个近似等温加湿的过程。图6图6-34 干蒸汽加湿器（2） 高压喷雾加湿 利用水泵将水加压到0.3035 MPa（表压）下进行喷雾，这是一个接近等焓的加湿过程。 （3） 湿膜加湿湿膜加湿又称淋水填料层加湿。它是一个接近等焓的加湿过程。 （4）透湿膜加湿 透湿膜加湿是利用化工中的膜蒸馏原

18、理的加湿技术。水蒸气通过透湿膜传递到空气中，加湿了空气；水、钙、镁和其他杂质等则不能通过。 （5）超声波加湿 （6）其他加湿方法其他加湿方法有电热式或电极式加湿、红外线加湿、PTC蒸汽加湿、离心式加湿等。6.6.5 空气加热段有热水盘管（热水/空气加热器）、蒸汽盘管（蒸汽/空气加热器）和电加热器三种类型。6.6.6 风机段风机段用于系统送风时，根据风管的布置特点有四种出风方向可供选择。 风机段用作回风机时，称回风机段。6.6.7 其他功能段主要有：（1）混合段，该段的上部和侧部开有风管接口，以接回风管。（2）中间段（空段）。（3）二次回风段。（4）消声段。6.7 空气-水风机盘管系统空气-水系

19、统是指以空气和水为介质共同承担所控制环境的冷负荷、湿负荷或热负荷的系统。由于末端设备不同而伴生出不同的空气-水系统。空气-水风机盘管、空气-水诱导器系统和空气-水辐射板系统。6.7.1 风机盘管机组图6-37 风机图6-37 风机盘管风机盘管种类很多。按结构分，有卧式、立式、壁挂式、卡式4类。图6图6-38 各种类型的风机盘管（a）立式明装；（b）卧式明装；（c）壁挂式；（d）立式明装（低矮式）；（e）卡式(e)(d) (a)(c) (b)风机盘管一般只有一组盘管，供冷、供暖兼用；也有双盘管的风机盘管，供冷和供热盘管是专用的。风机盘管有高、中、低三档风量，用户可根据冷暖感觉选择某档风量。按额定

20、风量下出口静压分低静压型和高静压型两类，低静压型的出口静压为0Pa，高静压型的出口静压为30Pa或50Pa。6.7.2 风机盘管水系统风机盘管水系统有两种形式两管制和四管制系统。(a)(c)(b)图6-40 风机盘管水系统形式（a）垂直式系统；（b）水平式异程系统；（c）水平式同程系统6.7.3 新风系统空气水风机盘管系统中的空气系统采用的是新风系统，因此，空气水风机盘管系统也称为风机盘管加新风空调系统。只装风机盘管系统，这种无新风的系统即是全水风机盘管系统。6.7.3.1 新风系统的划分新风系统的划分原则：（1）按房间功能和使用时间划分系统（2）有条件时分楼层设置新风系统。（3）高层建筑中，

21、可若干楼层合用一个新风系统，但切忌系统太大。6.7.3.2 房间中新风的送风方式（1）直接送到风机盘管吸入端（2）新风与风机盘管的送风并联送出，这种系统卫生条件好，应优先采用这种方式。6.7.3.3新风与风机盘管负荷分配方案一，新风冷却去湿处理到低于室内的含湿量，承担室内的湿负荷及部分显热冷负荷。风机盘管在干工况下运行。图6-41方案二的空气处理过程方案二，新风冷却去湿处理到室内空气的焓值，而风机盘管承担室内人员、设备冷负荷和建筑维护结构冷负荷。图6-41方案二的空气处理过程方案三，新风经除湿（非冷却除湿）后承担室内湿负荷，风机盘管承担室内显热冷负荷。方案四，根据室内的冷负荷、湿负荷和风机盘管

22、的热湿比确定新风的处理状态点。 对于冬季工况，新风一般可以加热到室内温度，并根据房间的湿负荷确定对新风的加湿量。6.7.4 风机盘管的选择风机盘管应先按夏季工况来选择，然后对冬季工况进行校核。根据新风与风机盘管负荷分配方案不同，风机盘管的负荷不同。方案一，风机盘管所应承担的显热冷负荷（kW）应为 （6-40）方案二，风机盘管承担室内冷负荷，即.方案三，温湿度独立控制，风机盘管只承担室内显热冷负荷（kW），即。方案四，新风承担部分全热冷负荷，风机盘管应承担的冷负荷为 （6-41）根据风机盘管所承担的负荷，查生产商样本中风机盘管性能表选择风机盘管的型号规格。如样本中只有额定工况下的性能，可按教材推

23、荐的方法选择风机盘管。风机盘管选择时应考虑一定的附加，所选用的风机盘管的全热供热量和显热供热量应分别为 （6-45） （6-46）6.7.5 空气-水风机盘管系统的运行调节6.7.5.1风机盘管的运行调节6.7.5.2新风系统调节夏季将新风冷却并恒定在设计确定的新风温度（）。当室外新风温度，且室内有冷负荷时，新风可以不经冷却或加热处理直接进入室内；但当室外空气温度较低时，就不宜直接进入室内，以避免室内有吹冷风感。6.7.6空气-水风机盘管系统的优缺点 优点是：（1）各房间的温度可独立调节。（2）各房间的空气互不串通，避免交叉污染。（3）风、水系统占用建筑空间小，机房面积小。（4）水、空气的输送

24、能耗比全空气系统小。 缺点是:（1）末端设备多且分散，运行维护工作量大。（2）风机盘管运行时有噪声。（3）对空气中悬浮颗粒的净化能力、除湿能力和对湿度的控制能力比全空气系统弱。6.8 空气-水诱导器系统和辐射板系统6.8.1空气-水诱导器系统图6-43 空气-水式诱导器（图6-43 空气-水式诱导器（a）卧式；（b）立式（上送风）；（c）立式（下送风）；（d）吊顶式诱导器一个重要参数是诱导比（），它定义为二次风流量（）与一次风流量（）之比，即： （6-47）喷嘴流速高的诱导器的诱导比=3.25.6，喷嘴流速较低的诱导器的诱导比=24.4诱导比大小也反映了在同样的一次风量情况下，诱导器冷却（或加

25、热）能力的大小。诱导比大小同样也反映了噪声和一次风的压力损失大小。 空气-水诱导器系统一次风与诱导器的负荷分配通常采用诱导器只承担显热负荷、一次风承担湿负荷的方案。诱导器还有一种形式是不带盘管的诱导器。诱导器根据各房间的温度调节一次风（PA）的风量，但同时开大二次风（即回风RA）的风门，以保证送入室内的风量基本稳定。由它组成的系统不属于空气-水系统，而属于全空气系统中的单风道变风量系统。6.8.2 空气-水辐射板系统空气-水辐射板系统，即辐射板加新风系统。室内湿负荷由新风系统负担，因此新风处理后的露点必须低于室内空气露点。在新风系统设计时，应根据室内的湿负荷确定新风处理后的空气含湿量。6.9蒸

26、发冷却空调系统6.9.1概述水蒸发要吸热，具有冷却功能。用于冷却空气的蒸发冷却有两种基本形式直接蒸发冷却（Direct Evaporative Cooling，缩写为DEC）和间接蒸发冷却（Indirect Evaporative Cooling，缩写为IEC）。间接蒸发冷却又可分为两类：（1）利用直接蒸发冷却的二次空气通过换热器对一次空气（被冷却空气）进行干冷却；（2）利用蒸发冷却获得的冷水通过换热器对空气进行冷却。6.9.2 直接蒸发冷却和间接蒸发冷却设备6.9.2.1 直接蒸发冷却设备直接蒸发冷却设备有喷水室和淋水填料式两种型式。直接蒸发冷却过程是接近等焓过程。用冷却效率来评价直接蒸发的

27、换热效能，冷却效率Ed的定义为图6-49 间接蒸发冷空气处理过程在h-d图上表示图6-48 间接蒸发冷却器（图6-49 间接蒸发冷空气处理过程在h-d图上表示图6-48 间接蒸发冷却器（a）板翅式；（b）管式图6-46 淋水填料式直接蒸发冷器设备图6-47 直接蒸发冷却过程在h-d上的表示6.9.2.2 间接蒸发冷却器间接蒸发冷却器类似于空气-空气换热器，换热器换热面的一侧是被冷却空气（称为一次空气）；另一侧是蒸发冷却的空气（称二次空气），在二次空气通过的同时淋循环水。常用的间接蒸发冷却器有两类板翅式和管式。间接蒸发冷却器换热效能也用冷却效率来评价，它定义为 （6-49）6.9.3 蒸发冷却空调系统6.9.3.1 全空气蒸发冷却空调系统图6-50 两级蒸发冷却在h-d图上的表示图6-50 两级蒸发冷却在h-d图