空调负荷与送风量

第3章

空调负荷与送风量

主要内容

3.1室内外空气计算参数

2.1.1室内空气计算参数

2.1.2室外空气计算参数3.2太阳辐射对建筑物的热作用3.3空调负荷

2.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷

2.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷

2.3.3空调系统负荷主要内容

3.4空调房间送风量和送风状态点的确定

3.4.1空调房间送风量的确定

3.4.2空调房间送风状态点的确定

3.4.3冬季空调房间送风量和送风状态点的确定3.3空调负荷按性质分

冷负荷、热负荷、湿负荷按对象分房间负荷、系统负荷

3.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷一般在夏季，空调房间(或空调区域)的各种得热量会使房间的温度上升到超出控制范围，只有向房间供给适当的冷量才能保持房间的空气温度在控制范围内。需要向空调房间提供多少冷量，即房间冷负荷为多少，必须要知道房间的得热量情况和数值。

1.空调房间夏季得热量是指夏季某一时刻由外界进入空调房间和空调房间内的热源散发的热量的总和。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)规定，空调房间在夏季计算得热量时，应根据下列各项确定1)通过围护结构传入的热量2)透过围护结构中的透明部分(如外窗、阳台玻璃门、玻璃幕墙)进入的太阳辐射热量3)人体散热量4)照明装置散热量5)设备、器具、管道及其他内部热源的散热量6)食品或物料的散热量7)渗透空气带入的热量8)伴随各种散湿过程产生的潜热量空调房间热量的主要来源室内外温差传热太阳辐射传热人体散热用电设备散热照明散热3.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷空调房间夏季得热量分类

﹡按得热量是否会随时间变化分

——稳定得热量和瞬时得热量

﹡按得热量的性质分

——显热得热量和潜热得热量

﹡按显热得热量的传递方式分

——对流得热量和辐射得热量

2.空调房间冷负荷与得热量的关系为使空调房间保持所要求的空气温度，在某一时刻应从室内除去的热量或需要向房间供给的冷量称为房间冷负荷。空调房间的冷负荷应根据各项得热量的种类和性质分别进行计算，其中通过围护结构传入的热量、透过外窗进入的太阳辐射热量、人体散热量、以及非全天使用的设备、照明装置的散热量等形成的冷负荷，应按非稳态传热方法计算确定。得热量是引起冷负荷的根源，但它们之间并非时刻都相等，这是由围护结构和房间内部物体的蓄热特性以及得热量的种类决定的。

3.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷瞬时得热中的对流热和潜热是直接放散到房间空气中的热量，并立即构成房间的瞬时冷负荷。瞬时得热中的辐射热(如经外窗进入空调房间的瞬时太阳辐射热和照明辐射热等)则不能立即成为瞬时冷负荷。因为辐射热会首先透过空气投射到具有蓄热性能的围护结构、家具和设备、装置等室内物体表面上，被其吸收和贮存。只有当这些室内物体表面因吸热而温度升高到高于室内空气温度后，它们才会以对流换热方式将贮存的那部分热量再逐渐放出来加热室内空气成为房间滞后冷负荷。空调房间冷负荷是房间瞬时冷负荷和房间滞后冷负荷之和。空调房间冷负荷房间瞬时冷负荷房间滞后冷负荷瞬时得热中的对流热

瞬时得热中的潜热

瞬时得热中的辐射热表3-7各种瞬时得热中所含各热量成分＝图3－8是经围护结构进入空调房间的太阳辐射热所形成的瞬时得热量和实际冷负荷的关系图。从图中可以看出，空调房间实际冷负荷的峰值要比太阳辐射所形成的得热量的峰值小，而且出现的时间也迟于太阳辐射热的峰值。这种得热量转化为冷负荷的过程中，存在的衰减和延迟现象，主要是由围护结构蓄热特性决定的。图3－8太阳辐射热形成的得热量与冷负荷围护结构的蓄热能力与其热容量有关，建筑材料的热容量等于其质量与比热的乘积，热容量愈大，蓄热能力也愈大，反之则小。一般建筑结构的材料比热值大致相等，故材料热容量就单一地与其质量成正比关系。从图3－9中可以看到，重型结构的蓄热能力比轻型结构的蓄热能力大得多，其冷负荷的峰值比较小，延迟时间也比较长。图3－9不同质量围护结构的蓄热能力对冷负荷的影响

灯具照明散热比较稳定，灯打开后所散发的辐射能量最初并没有全部转化为冷负荷，而是有一部分被房间的围护结构(如墙体)和家具等室内物体所吸收。随着开灯时间的持续，围护结构和家具等室内物体的温度逐渐上升，与室内空气的热交换量逐渐提高，最终通过辐射的得热量与向空气对流传热量相等，达到平衡。图3－10荧光灯散热形成的得热量和冷负荷瞬时得热量围护结构和家具等室内物体的温度不再升高时，可以认为照明散热形成的瞬时得热量全部转化为瞬时冷负荷，即得热量等于冷负荷。关灯后，贮存在围护结构和家具中的热量会逐渐释放出来，通过对流传热向空气散发，继续形成冷负荷直至全部放完(图中右边的曲线)。图3－10荧光灯散热形成的得热量和冷负荷瞬时得热量3.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷

3.冷负荷计算方法

得热量的计算虽然很复杂，但还可以沿用经典的传热学计算方法来计算。冷负荷的计算则需要在得热量计算的基础上，再考虑太阳辐射和室外温度变化，以及围护结构等物体的蓄热效应，因此十分繁琐。在计算空调冷负荷时，除了必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热效应外，还要注意不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同步的。在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热量分别计算，然后取逐时各冷负荷分量之和。建筑物空调负荷计算迄今已经历了定常(亦称稳定或稳态)计算法、周期热作用下的不定常计算法和新的不定常传热计算方法三个历史时期。1946年，美国人提出了当量温差法；20世纪50年代初，前苏联人提出了谐波（分解）法，他们均用周期性变化外扰作用下的不稳定传热来考虑通过围热结构的传热负荷。其共同的缺点是不区分得热量和冷负荷，致使计算出的空调冷负荷往往偏大。1967年加拿大人提出反应系数法

,其基本特点是把得热量和冷负荷的区别在计算方法中体现出来。1971年，他们两人又提出了Z传递函数法，用以改进反应系数法，并提出了适合手算的冷负荷系数法。我国在20世纪70－80年代也积极开展新计算方法的研究，在借鉴国外研究成果的基础上，提出了符合我国国情的两种空调设计冷负荷计算法谐波反应法和冷负荷系数法，并于1982年通过了原城乡建设环境保护部主持的评议。我国的这些方法针对我国的建筑物特点推出了一批典型围护结构的冷负荷温差(冷负荷温度)和冷负荷系数(冷负荷强调系数)，为我国的空调设计人员提供了实用的设计工具。随着计算机应用的普及，采用国内外模拟分析软件计算空调负荷和进行辅助设计的已经越来越多。关于冷负荷系数法冷负荷系数法是目前较常应用的一种方法，它是在传递函数法的基础上，为便于在工程中进行手算而建立起来的一种简化计算方法。由于传递函数法在计算由墙体、屋顶、窗户、照明、人体和设备的得热量或冷负荷时，需要知道计算时刻τ以前的得热量或冷负荷，是一个递推的计算过程，因此需要用计算机计算。为了便于手工计算，通过引入瞬时冷负荷计算温度和冷负荷系数的方法来简化。但即使是进行了简化，实际的计算过程中，计算工作量依旧十分浩大。关于冷负荷系数法4、空调房间冷负荷计算（冷负荷系数法）（1）围护结构(墙、屋面等）冷负荷计算

CL=KF(T’wl-Tn)T’wl=(Twl+Td)K

Kk、F----围护结构传热系数（查附录5,6）和传热面积；

Twl---北京围护结构逐时冷负荷温度（查附录7,8）；

Td----地点修正系数（查附录9）；

K

K----围护结构外表面对流放热系数和吸收系数修正系数(3-7,3-8)；

Tn-----室内空气温度。(2)内维护结构冷负荷当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙也会传热形成冷负荷，当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度差大于3℃时，需要考虑由内围护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷。这可按式（3-8）的稳定传热公式计算；(3)外玻璃窗传热形成的冷负荷关于冷负荷系数法(4)透过玻璃日射得热引起的冷负荷

（1）日射得热因数的概念大家知道透过玻璃窗进入室内的日射得热包括两部分。一部分时是直接射入室内的，另一部分是玻璃窗吸收太阳辐射后又传入室内的热量。由于影响日射得热的因素太多，比如说窗的类型、遮阳设施、太阳入射角等，所以无法建立日射得热和太阳辐射强度之间的函数关系，于是采用对比的方法，也就是说采用3mm厚的玻璃作为标准玻璃，在，的条件下，在夏季7月通过标准玻璃的和值关于冷负荷系数法5、不同建筑物热湿负荷特点住宅建筑内部人员、设备和照明的发热量少，主要受室外气象条件影响商用建筑内部人员、设备和照明的发热量大，同时受室外气象条件影响工业厂房空间较高，设备产热产湿量大，同时受室外气象条件影响试计算某宾馆内客房的空调设计冷负荷,已知条件如下：（1）屋顶：属Ⅱ型，面积=28.7m2；（2）西窗：双层玻璃钢窗，挂浅色内窗帘，80%玻璃,面积=5m2；（3）西墙：红砖墙，属Ⅱ型，面积=9.7m2；（4）内墙：临室包括走廊，温度与客房相同；（5）室内设计温度26℃；（6）房间内共有2人，从下午16点至第二天8点；（7）室内压力稍高于室外大气压；（8）荧光灯照明,200W,16点至24点。3.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷空调房间除了能得到热量外，在某些情况下，还会损失热量，特别是在冬季体现得最明显。

1.空调房间冬季耗热量

耗热量是指房间空气损失的热量，又称为失热量或热损失，主要包括1)围护结构的耗热量2)加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量3)加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量4)水分蒸发的耗热量5)加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量6)通风耗热量7)通过其他途径散失的热量在各种热量损失中，以室内外温差作用下，通过围护结构向室外传递的热量损失最多，即围护结构的耗热量最大。在计算围护结构耗热量时，要分成围护结构的基本耗热量和附加耗热量两部分来计算。围护结构的基本耗热量是指在稳态传热条件下，由于室内外温差作用，通过房间各部分围护结构向室外传递的热量总和。由于围护结构的实际耗热量会受各种因素的影响，按稳态传热条件计算所得到的基本耗热量必然会有偏差，因此需要对已计算出的基本耗热量进行相应地修正或附加，这些修正或附加包括朝向、风力和房间高度三个方面的修正以及外门附加。即附加耗热量。

关于围护结构的附加耗热量朝向修正是考虑建筑物的各个朝向受太阳辐射影响不同而对外围护结构传热量的修正；风力修正是考虑室外风速的大小对外围护结构的外表面放热系数有影响而对外围护结构传热量的修正；高度修正是考虑在热流作用下，房间内上部的空气温度高于室内空气计算温度（地面以上、2米以下空气的平均温度），使实际耗热量比计算耗热量大的修正。外门附加是考虑建筑物底层外门开启频繁，从外门进入建筑物中的冷空气将导致耗热量增大。

3.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷

2.空调房间热负荷的确定

在冬季，影响房间内空气温度升降的因素是房间的得热量和耗热量。只有当房间总的得热量小于总的耗热量，才会使房间空气温度降低到设计值以下，此时为了保持空调房间的空气温度符合设计要求，需要补充房间缺少的热量或向房间供给的热量称为房间热负荷。1)、空调热负荷计算原理：围护结构传热近似为稳态传热。2)、冬季空调房间热负荷构成：

Q＝

Q1＋Q２＋Q３（1）围护结构耗热量Q1

：包括围护结构基本耗热量和修正耗热量（2）冷风渗透耗热量Q２：（3）冷风侵入耗热量Q３：3、空调房间热负荷计算（1）围护结构耗热量Q1：Q1=Q1j+Q1x围护结构基本耗热量Q1j：Q1j=a.k.F(tn-twn)a----温差修正系数；K----围护结构传热系数；F----围护结构传热传热面积；tn、twn----采暖室内外设计计算温度围护结构修正耗热量Q1x：包括房间高度修正xg：房间高度超过４米，每超过１米，附加２％，xg＝０～１５％太阳辐射朝向修正xch：xch＝－３０％～１０％室外风力修正xf：围护结构总耗热量：Q1=Q1j+Q1x（２）冷风渗透耗热量Q２影响因素：建筑物内部隔断、门窗构造、朝向、室外风速等。计算方法：缝隙法、换气次数法、百分数法Ｖ－－渗入室内冷空气体积（３）外门冷风侵入耗热量Q３根据外门的开启情况决定冬季空调房间的得热量主要包括1)最小负荷班的工艺设备散热量2)热管道及其他热表面的散热量3)热物料的散热量4)人体散热量5)照明装置散热量6)通过其他途径获得的热量民用建筑的有关得热量一般作为安全因素不计算；耗热量中通常也只计算围护结构的耗热量这一项，因此民用建筑的热负荷一般就等于围护结构的耗热量。3.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷需要引起注意的是，空调房间冬季热负荷与供暧房间热负荷的计算方法是一样的，只是由于空调房间室内热环境条件的要求高于供暧房间，因此二者室内外空气计算参数的规定值有所不同。有一些房间或区域(如商场或建筑物的内区等)，由于人流多、照明强，使其在冬季室外气温低于室内气温的情况下，得热量还是大于耗热量，此时即使在冬天也需要供冷。对于冬季空调，房间不一定就是热负荷，到底是热负荷还是冷负荷，要根据房间的得热量和耗热量的对比来确定。3.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷3.3.3空调系统负荷《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)规定除方案设计或初步设计阶段可使用冷负荷指标进行必要的估算之外，应对空调区进行逐项逐时的冷负荷计算。

1.空调系统负荷系统负荷的确定以房间负荷为主，另外再考虑新风负荷风系统由于风机和风管道产生温升以及系统漏风等引起的附加负荷水系统由于水泵和水管产生温升以及系统补水引起的附加负荷其他附加负荷

(1)夏季空调系统的冷负荷根据系统作用范围内所有空调房间的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式的不同，有两种不同的算法①取同时使用的各空调房间逐时冷负荷的综合最大值，即从各房间逐时冷负荷相加之后得出的数列中找出的最大值。②取同时使用的各空调房间夏季冷负荷的累计值，即找出各房间逐时冷负荷的最大值并将它们加在一起，而不考虑它们是否同时发生。后一种算法的结果显然要比前一种算法的结果大。3.3.3空调系统负荷当采用定风量空调系统时，由于系统本身不能适应各空调房间冷负荷的变化，为了保证最不利情况下达到空调房间的温湿度要求，应采用各空调房间夏季冷负荷的累计值