上交大制冷原理与技术课件04空气调节原理与技术-1集中式空调系统

第四章

空气调节原理与技术第四章

空气调节原理与技术

依据对空气处理设备设置情况的分类方法，本章在将空调系统分成集中式、半集中式和分散式三种系统的基础上，对空气调节的原理与技术给予介绍。

第一节集中式空调系统

本节主要介绍空气调节的基础知识、空调系统负荷的确定、新风量与总风量的确定、空气处理及其设备、空调系统、空调房间气流组织的主要内容。

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本节主要介绍以下内容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，所以适用以下公式本小节将以以上公式为基本介绍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／(kg·K)Rq＝46lJ／(kg·K)

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

+水蒸汽的焓

tCtCigpgpq..2500+==（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.d2.等温线等相对湿度线3.5.4.水蒸汽分压力线热湿比线0102030500030002000100006000-2000dAdBABiAiB空气状态变化在i-d图上的表示ABB`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，空气与水直线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

twPPt1,d1i1t2,d2i2等湿球温度线

AdAdStBtSBSiSiS

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ABA

BA

CCEA

EA

DD等温加湿过程A

F冷却干燥过程AG多变过程

FGⅠⅡⅢ

Ⅳ

象限热湿比状态参数变化趋势过程特征idtⅠε>0＋＋±增焓增湿，喷蒸汽可近似实现等湿过程Ⅱε<0＋－＋增焓，减湿，升温Ⅲε>0－－±减焓，减湿Ⅳε<0－＋－减焓，增湿，降温i-d图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征过程图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

dAiAdBiBiCdCBCAACB过饱和区空气状态变化过程图

ADCBictDid100%二、空调系统负荷的确定

室内外空气计算参数负荷计算1.室内外空气计算参数1）室外空气计算参数2）室外空气综合温度3）室内空气计算参数室外空气计算参数①夏季空调室外计算干、湿球温度

②

夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度室外空气综合温度外表面单位面积上得到的热量综合温度

为完善，作以下修改室内空气计算参数①舒适性空调室内温、湿度标准②工艺性空调室内温、湿度标准夏季冬季温度应采用24—28℃相对湿度应采用40—65%风速不应大于0.3m／s

温度应采用18—22℃

相对湿度应采用40—60%

风速不应大于0.2m／s

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①太阳辐射热②室内外温差的传导热③补充新鲜空气带来的负荷室内扰量形成的负荷①人体的散热②照明灯具散热③用电设备散热QD＝n·N

Qs＝n·N④其他设备散热⑤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①敞开水槽表面散湿量

②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①夏季空调制冷系统负荷概算指标

②冬季采暖负荷的概算指标

办公楼95—115(W／m2)超高层办公楼105—145(W／m2)旅馆70—95(W／m2)餐厅290—350(W／m2)百货商店210—240(W／m2)医院105—130(W／m2)剧场230—350(W／m2)

办公楼、学校60—80(W／m2)

医院65—80(W／m2)

旅馆60—70(W／m2)

餐厅115—140(W／m2)

剧场95—115(W／m2)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io

do排风送风iN

dN夏季送风量和送风状态的确定dodnioinoN送风量

或换气次数

冬季送风量与送风状态的确定L2.新风量确定新风量的依据有下列三个因素

①卫生要求

③保持空调房间的“正压”要求②补充局部排风量空调系统的空气平衡关系正压L0.9L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

季节

空气处理途径

处理方案说明

夏季

(1)W→L→O(2)W→1→O(3)W→O喷淋室喷冷水(或用表面冷却器)冷却减湿→加热器再热固体吸湿剂减湿→表面冷却器等湿冷却液体吸湿剂减湿冷却

冬季

(1)W'→2→L→O(2)W'→3→L→O(3)W'→4→O(4)W'→L→O(5)W'→5→L'→O→5

加热器预热→喷蒸汽加湿→加热器再热加热器预热→喷淋室绝热加湿→加热器再热加热器预热→喷蒸汽加湿喷淋室喷热水加热加湿→加热器再热加热器预热→一部分喷淋室绝热加湿→与另一部分未加湿的空气混合表4-13空气处理各种途径的方案说明100%W1L

夏季空气处理途径O

冬季空气处理途径W`2345OLt02．空气处理设备为了实现不同的空气处理过程就要采用不同的空气处理设备加热设备、冷却设备、加湿设备及减湿设备等包括作为热湿交换的介质水、水蒸汽、液体吸湿剂和制冷剂

两类热湿交换设备

根据工作特点的不同可分为两大类：直接接触式热湿交换设备表面式热湿交换设备特点

与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，做法是让空气流经热湿交换介质的表面或将热湿交换介质喷淋到空气中间去。特点

与空气进行热湿交换的介质不与空气直接接触。空气与介质间的热湿交换是通过设备的金属表面来进行的。

五、空气调节系统空调系统的分类普通集中式空调系统1.空调系统的分类

空调系统的分类方法有很多，下面首先介绍空调系统的分类情况。空气处理设备的集中程度①集中式空调系统②半集中式空调系统③分散式空调系统

负担室内热湿负荷的所用介质不同①全空气系统②全水系统③空气—水系统

④冷剂系统

（d）冷剂系统（b）全水系统（a）全空气系统（c）空气-水系统中央空调系统简介

中央空调系统是一种几种处理和分配冷量的空调系统，通常有三种方式对室内空气进行降温和升温处理：1.

水管路送至各个房间的末端（风机盘管）2.

风管道送至各个房间的风口3.

制冷剂直接进入每个房间的末端水管路送至各个房间的末端（风机盘管）半集中式系统风管道送至各个房间的风口户式中央空调大楼中央空调室内走冷媒管制冷剂直接进入每个房间的末端户式中央空调或商用空调大楼中央空调常见形式其中室内回风和室外新风混合后经过处理再通过送风管道送到每个空调房间是一种常见的方式。回风和新风再送入每个房间之前必须通过集中的空气处理装置（组合式空调箱）进行降温/升温、加湿/去湿处理，再通过主风道和各个支管风道送入每个空调房间，以保证房间所要求的温度和湿度要求

空调箱AHU回风管新风管送风管新风回风集中空气处理装置功能示意图

空调系统使用的空气来源①封闭式系统

②直流式系统

③回风式系统

NNOONONOOO冷却器过滤器风机NCC2.普通集中式空调系统

一次回风

回风与室外新风在喷水室(或表面式空气冷却器，简称表冷器)前混合。二次回风

回风与新风在喷水室（或表冷器）前混合并经热湿处理后，再次与回风混合

。

根据新风、回风混合过程的不同，工程上常见的有两种形式：一次回风装置图式和夏季过程在i-d图上的确定

CNOLWWNNOLC混合冷却减湿加热WNoNLCO一次回风系统夏季设计工况所需的冷量

室内冷负荷

新风冷负荷

再热量

系统所需要的冷量

一次回风系统的冬季处理过程

WNNL绝热加湿加热再热器冷却器NNi`c=iLO`C`LEW`NiNd0dN夏、冬季室内参数不同的一次回风式系统W`Ct1N2L2N1CL1W二次回风NC`OCWL`LNNNNG2G2WCLOWNCLNNO六、空调房间气流组织按照送、回风口布置位置和型式的不同，可以有各种各样的气流组织形式。大致可以归纳为以下五种：

侧送侧回上送下回

中送上下回

下送上回

上送上回

1.侧送侧回

侧送风口布置在房间的侧墙上部，空气横向送出，气流基本吹到对面墙上后转折下落，以较低速度流过工作区，再由布置在侧墙下部的回风口排出。根据房间跨度大小，可以布置成单侧送、单侧回，和双侧送、双侧回。特点①速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。

②工作区处于回流区，故而排风温度等于室内工作区温度。