空气调节04 第四讲空调负荷.ppt

1、1,第四讲空调负荷计算和送风参数,华中科技大学 制冷与低温工程系 2008年9月,2,一、设计计算参数,1）室内空气计算参数,2）室外空气计算参数,3）室外空气综合温度,3,一、设计计算参数,室内空气设计标准 舒适性空调： 夏 T2428, =4065%v0.3m/s 冬T1822, =4060%v0.2m/s 温湿度、新风量、风速、空气含尘量、噪声等要求见设计手册。 工艺性空调： 降温空调、恒温恒湿、净化空调。 设计标准取决于生产工艺过程的要求。可查设计手册。,4,一、设计计算参数,室内空气设计标准 大量新类型建筑的出现使得设计标准的制定与应用脱节 对于舒适性空调，需要根据人体热舒适性理论进

2、行论证确定 工艺性空调由工艺专业人员研究提供,5,采暖通风与空气调节设计规范规定 舒适性空调室内设计计算参数,6,1、室内气象条件 空气调节（Air Conditioning）的意义在于向人们提供适宜的内部空间环境。 环境指标： 主要指标 温度、湿度、空气流速、清洁度 其他指标 压力、噪声、气味等 空调房间室内气象参数的确定原则 舒适性空调主要取决于人体热舒适要求 工艺性空调主要取决于生产工艺要求,7,1.1人体热舒适感,人体的热平衡 人体的热舒适 热舒适的评价,8,热平衡方程 M W C R E S = 0,9,人体热平衡 S=M-W-E-R-C S人体蓄热率 M 人体能量代谢率 W 人体所

3、做机械功 R 人体与周围表面之间的辐射换热量 E 人体汗液蒸发和呼吸所带走的热量 C 人体与周围环境之间的对流换热量,10,M人体通过新陈代谢产生能量。,主要取决于人体活动量的大小,此外还与年龄性别不同有明显差别 男性基础代谢量明显高于女性 少儿、幼儿明显高于成年、老年。,11,W人体所作的机械功,在某些活动中，人可能作外部功，如爬山而获得势能，做这些工作所消耗的能量则取自代谢自由代能。人体所放出的热量被称为新陈代谢产热量H，这个热量小于新陈代谢自由能产热量。 H=MW,12,人体是高效的能量转化系统吗？,机械效率 W / M 大部分室内劳动机械效率近似0,13,人体与外界的热交换 M W C

4、 R E S = 0,显热交换 对流散热C 辐射散热R 潜热交换E 皮肤散湿 出汗蒸发 皮肤湿扩散 呼吸散湿,14,人体与外界的对流、辐射和蒸发都受到人体衣着情况的影响。 人体对流换热与周围空气温度、空气流速有关。 汗液蒸发与空气温度、湿度、空气流速有关。 人体周围环境物体的表面温度影响人体的辐射散热强度。,15,影响热平衡的因素 M W C R E S = 0,人的因素： 活动量 衣着 环境因素： 空气干球温度 空气相对湿度 人体附近的空气流速 平均辐射温度,16,17,服装热阻值（clo） 短袖薄衫，绵织内衣裤 0.2 薄裤子，短袖衬衫 0.5 保暖的长袖衫，全身套裙 0.7 薄裤子，背心

5、，长袖衬衫 0.7 薄裤子，背心，长袖衬衫，夹克 0.9 厚三件套西服，长内衣裤 1.5,18,单件服装热阻 背心 0.06 短袖或轻薄的衬衫，0.19 保暖衬衫 0.29 短袖套头绒线衫，毛背心0.2 厚毛衣0.37 薄毛衣0.25 羊毛上衣0.35 夹克0.4 厚裤子0.32 薄裤子0.26 厚长裙0.3 薄长裙，薄短裙0.2 厚长外衣0.63 薄长外衣0.25 厚短外衣0.5 薄短外衣0.2 长统袜，紧身衣0.01 鞋0.04 短内裤 0.05 短袜0.03,19,M W C R E S = 0,人体会通过体温的变化会对人体的散热产生影响，从而调节人的热平衡。 散热调节方式 血管扩张，增

6、加血流，提高表皮温度 ，出汗 御寒调节方式 血管收缩，减少血流，降低表皮温度， 通过冷颤增加代谢率,20,什么是热舒适？,“对热环境感到满意的心理状态” Fanger教授提出热舒适的三个条件： 1） 人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等于人体的体内产热量，并且蓄热量为零，即： M-W-C-R-E=0 （S=0） 充分条件？ 必要条件 ？ 2）皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平 3）人体应具有最佳排汗率,21,影响热体热舒适的主要因素,室内空气温度、相对湿度、人体附近空气流速、围护结构内表面及其他物体表面温度、人体活动量、年龄、衣着等有关,22,热舒适方程 P. O. Fang

7、er 令人体热平衡方程中蓄热率 S0，得出： (M - W) = fcl hc ( tcl - ta ) + 3.96 10-8 fcl (tcl + 273)4 ( + 273)4 +3.05 5.733 0.007 (M W) Pa + 0.42 ( M W 58.2 ) +1.73 10-2 M (5.867 Pa ) + 0.0014 M (34 ta ),23,预测的平均热感觉指标PMV (Predicted Mean Vote),PMV = (0.303 e0.036 M + 0.0275) TL = (0.303 e0.036 M + 0.0275) M W 3.05 5.733

8、 0.007 (M W) Pa 0.42(MW58.15) 1.7310-2M(5.867Pa) fcl hc (tcl ta ) 0.0014 M (34 ta ) 3.96 10-8 fcl (tcl + 273)4 (+ 273)4 PMV是由舒适方程得到的一个热感觉值数，体现了四种热环境变量的一定组合、活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测,24,热舒适指标,PMV：人体对热环境的冷热感觉 PPD：对热环境不满意的百分数 ISO7730对PMV-PPD指标的推荐值为 PMV=-0.5+0.5 PPD10%,25,人体热感觉的标度,热感觉的七点标度 热 +3 见汗滴 暖 +2 局部见汗（

9、手、额、颈等） 稍暖 +1 感热，皮肤发粘湿润 正常 0 感觉适宜，皮肤干燥 稍凉 -1 感凉（局部关节，可忍受） 凉 -2 局部感冷不适，需加衣 冷 -3 很冷，可见鸡皮或寒颤,26,是在同样的热环境条件下，人与人的热感觉也会有所不同，因此，应该采平均热感觉指标的概念，而预测的平均热感觉指标常常简称为PMV（Predicted Mean Vote）。 可以合理的设想，人不舒适的程度愈大，由舒适状态偏离调节机制的热负荷越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数，表明一个人的体内热平衡和对所处环境的热损失之间的差异，Fanger收集了1396名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料，得出PMV的计算式

10、,27,预测平均不满意百分数PPD（Predicted Percent Dissatisfied）,在同样热环境条件下，人与人之间的热感觉会存在差异，而人与人对热环境的反应的差异除了热感觉的不同之外，还表现在对环境满意与否的差异。因此，Fanger又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况，预测平均不满意百分数常常简写为PPD（Predicted Percent Dissatisfied）。,28,PMV与PPD的关系,PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数 PPD100 95exp(0.03353 PMV 4 + 0.2179 PMV2),即便达到 PMV0，仍然有

11、5的人不满意。,29,有效温度ET与ASHRAE舒适区,由于人的舒适感共四个环境影响因素和两个人为因素，因此不能用一个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。 有效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感觉的， ,30,在同一条有效温度线上具有相同的热感觉 有效温度线与50相对湿度线的交点上标注着等效温度的数值，在该点等效温度与干球温度相等 例如，通过t25，50的两线的交点的虚线即为25等效温度线,31,一、设计计算参数,室外空气设计参数 (1) 夏季空调室外计算干球温度twg、湿球温度： 历年平均不保证50小时(不保证系针对室外气象) (2) 夏季空调室外计算日平均温度t

12、wp： 历年平均不保证5天的日平均温度 (3)夏季设计日的逐时干球温度展开方法1： 余弦函数法： twt = twp+ (twg-twp) cos(15 - 225) 特点：15时为峰值。资料缺乏时作近似估算用。,32,(3)设计日的逐时干球温度展开方法2： 日较差法： 夏季室外逐时温度 twt= twp+ tr = twp+ (twg-twp) /0.52 特点：高温短而峰值高，低温长而峰值小。14时为峰值，9与20时为0。 tr为夏季室外计算平均日较差(),一、设计计算参数,33,北京夏季设计日室外干球温度变化,日较差法与余弦函数法计算结果比较,34,一、设计计算参数,室外空气设计参数 (

13、4) 冬季空调室外计算温度： 历年平均不保证 1天的日平均温度 比较：供暖室外计算温度历年平均不保证 5 天的日平均温度。为什么不同？ (5) 冬季室外计算相对湿度值： 累年最冷月平均相对湿度 (6) 冬、夏季室外平均风速： 累年最冷、最热三个月月平均风速的平均值,35,一、设计计算参数,(7) 冬、夏季大气压力 累年最冷、最热三个月月平均大气压力的平均值 (8) 太阳总辐射强度 I = 直射辐射强度 散射辐射强度 与表面的朝向有关，与纬度及大气透明度有关。 (9) 室外综合温度 tz = tw+ I / w tz非客观值，与对象的表面状态有关，且随表面的朝向不同而不同。 Q = w F (

14、tz twall ),36,二、空调负荷,得热量与负荷(Heat Gain & heating /cooling Load) 得(失)热量：建筑获得(失去)的热量 冷(热)负荷：维持环境需取走(加入)热量 显热负荷（余热） 潜热负荷（余湿） 这里的负荷为室内负荷，而后面整个系统的负荷为系统负荷,37,负荷一般不是恒定不变的。空调设计负荷一般指的是负荷的最大值。,二、空调负荷,38,二、空调负荷：分区计算,外区：通过外围护结构的得热可以影响到的区域，一般在距外墙35米范围内 全年负荷随外界气象变化而变化 可能夏季需供冷，冬天需供热 内区：通过外围护结构侵入的冷热量影响不到的区域，如大型开放式办公

15、室的中央区或无外墙的房间 全年负荷较稳定 一般全年为冷负荷,39,夏季冷负荷估算法：调查值 冷源设备容量的国内估算值(空调负荷估算指标)： 旅馆为7080W/m2，其他建筑乘以修正系数 冷冻机容量估算指标修正系数 ,三、空调负荷计算方法,40,夏季冷负荷估算法：调查值 每m2建筑面积冷负荷估算指标,三、空调负荷计算方法,41,三、空调负荷计算方法,夏季冷负荷动态计算方法 与围护结构传热、蓄热有关的部分已经在建筑环境学课程中介绍过原理 冷负荷系数法（反应系数法）：查手册 谐波反应法：查手册 计算机全年动态模拟方法（模拟软件）： DeST、DOE-2、EnergyPlus、HASP 等,42,三、

16、空调负荷计算方法,冬季热负荷估算法：采暖指标乘以新风加热系数1.31.5 采暖热指标(W/m2)，按建筑面积计,43,四室内热湿源,热源：工艺设备，照明设备，人员 注意电动设备的功率计算，需考虑电机效率、安装系数 考虑同时使用系数和负荷系数 考虑实际散入室内的热量 人员的群集系数：考虑了性别和儿童的比例 湿源：人员、工艺设备、水槽、地面积水等 散湿均变为瞬时负荷 围护结构与家具的蓄湿作用不考虑,44,四室内热湿源,室内散湿量的计算 有热源，水面温度高于空气温度 kg/s 蒸发系数 = 0 +3.6310-8v,45,四室内热湿源,室内散湿量的计算 无热源水面：绝热过程，显热潜热 ts tw t

17、a 问题：游泳池设计空气温度31，湿球温度26.5，水温28，求潜热和显热负荷？,46,五空气渗透负荷,室内有正压送风：不需要考虑 室内无正压送风：需要考虑 风压作用：n a + bV +c(tout-tin) 热压作用：高层建筑，冬季显著,47,五空气渗透负荷,风压作用渗透量的我国现行算法： 缝隙法：不同种类门窗不同风速下单位长度缝隙的渗透量 换气次数法,48,六. 新风量与新风负荷,确定新风量的依据有下列三个因素,卫生要求,保持空调房间的“正压”要求,补充局部排风量,49,六. 新风量与新风负荷,最小新风量的目的： 卫生和IAQ要求、补充局部排风量、维持空调房间的正压要求。 卫生与IAQ要

18、求： 查手册与规范，一般在每人830 m3/h左右。健身房可达每人80 m3/h，高级宾馆客房可达每人50 m3/h。,50,六. 新风量与新风负荷,局部排风： 若局部排风量 上述新风量 令Gnew = G排风 或 Gnew = G排风 + G渗透 工业厂房按每人大于等于30 m3/h计算新风量。 Gnew = MAX(卫生要求，正压要求，局部排风),51,ASHRAE Standard 62-1989推荐值为 7L/s.p (25.2m3/h.p)，1999年5月ASHRAE J. 报道新的修正内容是：,六. 新风量与新风负荷,52,六. 新风量与新风负荷,正压要求： 510 Pa，可查图求

19、出门窗渗漏量。 工程中最小按总风量的10计算。 为什么要有正压要求？ P太小：室外空气无组织进入室内 P太大：例如正压50 Pa 2 m2门上压力为 10 kg，门打不开。,53,空调系统的空气平衡关系,正压,L,0.9L,渗透,54,新风负荷 Qx = Gx (iw in ) 设备总负荷 = 新风负荷 室内负荷 再热负荷,六. 新风量与新风负荷,55,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,56,空调房

20、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,57,夏季送风量和送风状态的确定,送风量,或,换气次数,58,冬季送风量与送风状态的确定,L,59,七. 总负荷的确定,总设计负荷 建筑总负荷同时使用系数安全系数 总设计负荷决定了冷热源的容量 为什么要有同时使用系数? 同时使用 考虑使用者同时使用的可能性有多大 朝向不同 考虑建筑传热负荷随时间变化,60,七. 总负荷的确定,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,61,室外扰量形成的负荷, 太阳辐射热, 室内外温差的传

21、导热, 补充新鲜空气带来的负荷,62,室内扰量形成的负荷, 人体的散热,照明灯具散热,用电设备散热,QDnN,QsnN,其他设备散热,设备、照明和人体在室内散热形成的室内冷负荷Q,63,室内湿源散湿形成的湿负荷,敞开水槽表面散湿量,地面积水蒸发量,计算方法与水槽蒸发量计算方法相同,64,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,65,空调负荷的概算指标, 夏季空调制冷系统负荷概算指标, 冬季采暖负荷的概算指标,办公楼 95115(Wm2) 超高层办公楼 105145(Wm2) 旅馆 70 95(Wm2) 餐厅 290350(Wm2) 百货商店 210 240(Wm2) 医院 105130(Wm2) 剧场 230350(Wm2),办公楼、学校 60 80(Wm2) 医院 6580(Wm2) 旅馆 6070(Wm2) 餐厅 115140(Wm2) 剧场 95115(Wm2),66,七. 总负荷的确定,东向房间,南向房间,西向房间,总负荷曲线,67,七. 总负荷的确定,安全系数常取 1.11