2023年公用设备工程师之专业案例(暖通空调专业)真题附答案

2023年公用设备工程师之专业案例(暖通空调专业)练习题附答案案例一某办公楼采用全空气空调系统，已知空调房间总冷负荷为500kW，新风比为20%，室内设计参数为：温度26℃，相对湿度55%。夏季室外计算干球温度35℃，湿球温度28℃，大气压力1013hPa。选用组合式空调机组，其表冷器迎面风速为2.5m/s，传热系数为45W/(m²·K)，空气比热为1.01kJ/(kg·K)，密度为1.2kg/m³。求表冷器所需的换热面积。首先计算混合状态点参数。新风量为总风量的20%，设总风量为G，则新风量Gx=0.2G，回风量Gh=0.8G。根据热湿比公式ε=Q/W（Q为显热负荷，W为潜热负荷），这里主要考虑显热负荷，Q=500kW。通过焓湿图查得夏季室外状态点参数：干球温度35℃，湿球温度28℃时，焓值hx=85kJ/kg；室内设计状态点焓值hn=55kJ/kg。混合点焓值hm=0.2hx+0.8hn=0.2×85+0.8×55=61kJ/kg。再查得混合点的干球温度tm=29℃。计算冷却去湿过程的热负荷Qc=G(hmhn)=G(6155)=6G（kJ/kg）。已知表冷器迎面风速v=2.5m/s，传热系数K=45W/(m²·K)。根据传热公式Qc=KAΔtm，其中Δtm为对数平均温差。先求平均温差，室外状态点与混合点的温差Δt1=3529=6℃，混合点与室内状态点的温差Δt2=2926=3℃。对数平均温差Δtm=(Δt1Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(63)/ln(6/3)=4.47℃。又Qc=500kW，K=45W/(m²·K)，代入Qc=KAΔtm可得：500000=45×A×4.47，解得A=250.5m²。案例二某商场营业厅面积为2000m²，采用分层空调系统，每层高度为6m，空调区域高度为3m。已知该区域冷负荷指标为150W/m²，热负荷指标为100W/m²。商场营业时间为10:0022:00，求该商场分层空调系统的全天冷、热负荷。首先计算空调区域面积，由于是分层空调，空调区域面积为营业厅面积的一半，即1000m²。冷负荷：营业时间为12小时。冷负荷Qc=150×1000=150000W=150kW。全天冷负荷=150×12=1800kWh。热负荷：热负荷Qh=100×1000=100000W=100kW。全天热负荷=100×12=1200kWh。案例三某工业厂房采用集中式热水供热系统，热媒为95/70℃的热水，厂房围护结构耗热量为1200kW，通风耗热量为300kW，生产工艺设备散热量为500kW，室内设计温度为18℃，室外计算温度为-5℃。求该供热系统的设计热负荷。围护结构耗热量Q1=1200kW。通风耗热量Q2=300kW。生产工艺设备散热量Q3=500kW。根据热负荷计算公式，对于工业厂房，还要考虑冷风渗透耗热量。先计算厂房的换气次数，设为n=0.5次/h。厂房体积V=2000m³（假设）。则通风量L=nV=0.5×2000=1000m³/h。通过焓湿图查得室外空气焓值h1=18kJ/kg（-5℃时），室内空气焓值h2=40kJ/kg（18℃时）。冷风渗透耗热量Q4=Lρ(h2h1)，空气密度ρ=1.2kg/m³。Q4=1000×1.2×(4018)=26400W=26.4kW。设计热负荷Q=Q1+Q2+Q3Q4=1200+300+50026.4=1973.6kW。案例四某酒店客房采用风机盘管加新风系统，已知客房面积为30m²，室内设计温度为25℃，相对湿度为55%。夏季室外计算干球温度为32℃，湿球温度为26℃。风机盘管的制冷量为3.5kW，新风量为500m³/h。求该客房的空调系统实际运行时的冷负荷。通过焓湿图查得夏季室外状态点焓值hx=80kJ/kg，室内设计状态点焓值hn=52kJ/kg。新风冷负荷Qx=500×1.2×(8052)/3600=4.67kW。风机盘管制冷量Qf=3.5kW。客房空调系统实际运行冷负荷Q=Qx+Qf=4.67+3.5=8.17kW。案例五某体育馆观众席采用座椅送风空调方式，已知观众席面积为5000m²，座位数为5000个，每个座位的显热散热量为100W，潜热散热量为45W。送风温差为6℃，空气比热为1.01kJ/(kg·K)，密度为1.2kg/m³。求所需的送风量。总显热负荷Qs=5000×100=500000W=500kW。总潜热负荷Ql=5000×45=225000W=225kW。总热负荷Q=Qs+Ql=500+225=725kW。根据送风温差公式Δt=(Qs+Ql)/(Gcp)，其中G为送风量，cp为空气比热。6=725000/(G×1.01×1.2)，解得G=102361m³/h。案例六某洁净厂房洁净度等级为10000级，室内保持正压，压差为10Pa。已知厂房面积为1000m²，围护结构的缝隙长度为500m，渗透风速为0.05m/s。求维持正压所需的新风量。根据公式L=3600μFv，其中μ为安全系数，取1.2；F为围护结构缝隙面积，F=500×0.2（假设缝隙宽度为0.2m）=100m²；v为渗透风速。L=3600×1.2×100×0.05=21600m³/h。案例七某医院手术室采用全新风空调系统，已知手术室面积为60m²，室内设计温度为22℃，相对湿度为50%。夏季室外计算干球温度为30℃。手术室要求每小时换气次数为20次。求该手术室夏季所需的新风量。手术室体积V=60×3（假设高度为3m）=180m³。新风量L=20V=20×180=3600m³/h。案例八某数据机房采用机房专用空调，已知机房面积为200m²，设备发热量为300kW，围护结构散热量为50kW，室内设计温度为25℃，室外计算温度为35℃。空调设备的制冷系数为3.5。求所需空调设备的制冷量。总热负荷Q=300+50=350kW。根据制冷系数公式COP=Qc/W（Qc为制冷量，W为输入功率），这里COP=3.5，Q=350kW。则制冷量Qc=Q/COP=350/3.5=100kW。案例九某图书馆书库采用独立除湿空调系统，已知书库面积为1500m²，室内设计温度为22℃，相对湿度为50%。夏季室外计算干球温度为32℃，湿球温度为26℃。书库围护结构散湿量为10kg/h，人员散湿量为20kg/h，设备散湿量为15kg/h。除湿机的除湿量为50kg/h。求该系统所需的新风量。总散湿量W=10+20+15=45kg/h。设新风量为L，通过焓湿图查得室外状态点含湿量d1=20g/kg，室内设计状态点含湿量d2=12g/kg。根据除湿量公式W=L(ρd1ρd2)/1000，空气密度ρ=1.2kg/m³。45=L(1.2×201.2×12)/1000，解得L=4687.5m³/h。案例十某高层写字楼采用变风量空调系统，已知标准层办公面积为1000m²，空调区域冷负荷指标为120W/m²。变风量末端装置的最小送风量为2000m³/h，最大送风量为5000m³/h。求该标准层变风量空调系统的设计送风量。冷负荷Q=120×1000=120000W=120kW。根据公式Q=GcpΔt，这里取送风温差Δt=8℃，空气比热cp=1.01kJ/(kg·K)，密度ρ=1.2kg/m³。120000=G×1.01×8×1.2，解得G=12346m³/h，该值在2000m³/h到5000m³/h之间，所以设计送风量为12346m³/h。案例十一某工厂车间采用暖风机供暖，已知车间面积为1500m²，高度为8m，室内设计温度为16℃，室外计算温度为-10℃。暖风机的散热量为5kW/台，有效散热系数为0.8。求所需暖风机的数量。车间体积V=1500×?8=12000m³。根据公式Q=qnβ，其中Q为车间供暖热负荷，q为暖风机散热量，n为暖风机数量，β为有效散热系数。先计算车间供暖热负荷，通过公式Q=ɑV(tntw)，ɑ为体积热指标，取0.35W/(m³·℃)。Q=0.35×12000×(16+10)=117600W=117.6kW。117.6=5×n×0.8，解得n=29.4，取整为30台。案例十二某商场中庭采用自然通风，已知中庭面积为500m²，高度为20m，夏季室外通风计算温度为32℃，室内设计温度为28℃。求该中庭自然通风的通风量。根据热压通风原理，通风量公式为L=μA√(2gΔhρ)，其中μ为流量系数，取0.6；A为中庭面积；Δh为室内外温差引起的热压高度差，这里Δh=20m；ρ为空气密度，夏季取1.2kg/m³；g为重力加速度9.8m/s²。L=0.6×500√(2×9.8×(3228)×1.2)=5485m³/h。案例十三某酒店餐厅采用空调系统，已知餐厅面积为800m²，座位数为400个，每个座位的显热散热量为120W，潜热散热量为50W。餐厅吊顶高度为4m，采用全空气低速单风道系统，送风温差为8℃，空气比热为1.01kJ/(kg·K)，密度为1.2kg/m³。求该餐厅空调系统的送风量。总显热负荷Qs=400×120=48000W=48kW。总潜热负荷Ql=400×50=20000W=20kW。总热负荷Q=Qs+Ql=48+20=68kW。根据送风温差公式Δt=(Qs+Ql)/(Gcp)，可得：8=68000/(G×1.01×1.2)，解得G=7013m³/h。案例十四某办公楼卫生间采用机械排风系统，已知卫生间面积为50m²，高度为3m，人员密度为0.1人/m²，每人的排风量为30m³/h。卫生间内设备散湿量为5kg/h。求该卫生间机械排风系统的排风量。人员数量n=50×0.1=5人。人员排风量L1=5×30=150m³/h。设备散湿量换算的排风量，通过公式W=Lρ(d1d2)/1000，这里假设室内外含湿量差较小忽略不计，主要考虑人员排风量。所以总的排风量L=150m³/h。案例十五某工业车间采用布袋除尘器，已知处理风量为10000m³/h，过滤风速为1m/min，布袋的过滤面积为500m²。求该布袋除尘器的除尘效率。首先计算过滤面积的过滤风量，1m/min=60m/h。则单位面积过滤风量q=10000/500=20m³/(h·m²)。实际过滤风速v=20/60=1/3m/min。根据相关经验公式，当过滤风速为1/3m/min时，除尘效率约为99%。案例十六某冷库采用氨制冷系统，已知冷库容积为5000m³，库内温度为-20℃，围护结构传热量为100kW，货物热流量为20kW，通风换气热流量为10kW。氨制冷压缩机的制冷系数为4.5。求该制冷系统所需的制冷量。总热负荷Q=100+20+10=130kW。根据制冷系数公式COP=Qc/W，这里COP=4.5，Q=130kW。则制冷量Qc=Q/COP=130/4.5=28.9kW。案例十七某小区锅炉房为10栋居民楼供暖，已知每栋楼的供暖面积为10000m²，供暖热指标为50W/m²。锅炉房的热效率为80%。求该锅炉房所需的燃料热量。总供暖面积S=10×10000=100000m²。总供暖热负荷Q=50×100000=5000000W=5000kW。根据热效率公式η=Q/Qr（Qr为燃料热量），这里η=80%。则燃料热量Qr=Q/η=5000/0.8=6250kW。案例十八某写字楼地下室采用通风与防排烟系统，已知地下室面积为3000m²，高度为5m，平时通风量为10000m³/h，火灾时排烟量为60000m³/h。求该地下室通风与防排烟系统所需的风机风量。平时通风量为10000m³/h。火灾时排烟量为60000m³/h。所以风机风量应取较大值，即60000m³/h。案例十九某医院病房采用辐射供暖系统，已知病房面积为30m²，室内设计温度为22℃，地面平均温度为28℃。辐射板的供热量为3kW。求该病房辐射供暖系统的实际散热量。根据相关公式，辐射供暖散热量与供热量的关系为：实际散热量=供热量×修正系数。这里修正系数与室内外温差、地面温度等有关，假设修正系数为0.9。则实际散热量=3×0.9=2.7kW。案例二十某体育馆比赛大厅采用全空气空调系统，已知大厅面积为8000m²，座位数为10000个，每个座位的显热散热量为80W，潜热散热量为30W。空调系统的新风比为30%。求该空调系统的新风量。总显热负荷Qs=10000×80=800000W=800kW。总潜热负荷Ql=10000×30=300000W=300kW。总热负荷Q=Qs+Ql=800+300=1100kW。总风量G=Q/(cpΔt)，这里取送风温差Δt=8℃，空气比热cp=?1.01kJ/(kg·K)。G=1100000/(1.01×8×1.2)=113029m³/h。新风量L=0.3G=0.3×113029=33909m³/h。案例二十一某工厂车间采用轴流通风机通风，已知车间面积为2000m²，高度为10m，通风换气次数为5次/h。轴流通风机的风量为10000m³/h，风压为50Pa。求该车间通风系统所需轴流通风机的数量。车间体积V=2000×10=20000m³。所需通风量L=5V=5×20000=100000m³/h。轴流通风机数量n=100000/10000=10台。案例二十二某商场营业厅采用低温送风空调系统，已知营业厅面积为3000m²，空调区域冷负荷指标为130W/m²，送风温度为15℃，回风温度为25℃，空气比热为1.01kJ/(kg·K)，密度为1.2kg/m³。求该低温送风空调系统的送风量。冷负荷Q=130×3000=390000W=390kW。根据公式Q=GcpΔt，这里Δt=2515=10℃。390000=G×1.01×10×1.2，解得G=32231m³/h。案例二十三某酒店厨房采用局部通风系统，已知厨房炉灶的发热功率为10kW，通风罩的排风量为5000m³/h，炉灶上方的集气罩面积为2m²。求该厨房局部通风系统的排油烟浓度。根据公式排油烟浓度=炉灶发热功率/(排风量×集气罩面积)。排油烟浓度=10000/(5000×2)=1mg/m³。案例二十四某图书馆阅览室采用分体空调，已知阅览室面积为150m²，室内设计温度为26℃，相对湿度为55%。夏季室外计算干球温度为33℃。分体空调的制冷量为5kW。求该阅览室分体空调的实际运行制冷量。通过焓湿图查得夏季室外状态点焓值hx=82kJ/kg，室内设计状态点焓值hn=56kJ/kg。假设新风量为200m³/h，通过焓湿图查得新风焓值hx1=80kJ/kg，室内回风焓值hn1=55kJ/kg。混合点焓值hm=(200×1.2×80+(150×3200)×1.2×55)/(150×3×1.2)=57kJ/kg。制冷量Q=5kW（已知分体空调制冷量），但实际运行制冷量还需考虑新风负荷等因素。新风负荷Qx=200×1.2×(8057)/3600=1.53kW。实际运行制冷量=5+1.53=6.53kW。案例二十五某工业厂房采用空气幕，已知厂房大门宽度为5m，高度为3m，室外计算温度为-10℃，室内设计温度为18℃。空气幕的送风速度为15m/s，空气比热为1.01kJ/(kg·K)，密度为1.2kg/m³。求该空气幕的热负荷。空气幕的体积流量Qv=5×3×15=225m³/s。空气幕的质量流量G=Qvρ=225×1.2=270kg/s。热负荷Q=GcpΔt=270×1.01×(18+10)=7633.2kW。案例二十六某医院门诊楼采用多联机空调系统，已知门诊楼面积为5000m²，室内设计温度为24℃，相对湿度为50%。夏季室外计算干球温度为32℃。多联机空调系统的制冷量指标为150W/m²。求该门诊楼多联机空调系统的制冷量。制冷量Q=150×5000=750000W=750kW。案例二十七某学校教学楼教室采用散热器供暖，已知教室面积为80m²，室内设计温