第4章 空气调节系统.ppt

1、第四章 空气调节系统,张海涛,4.1 空调系统的分类,4.1.1 按照空气处理设备布置情况分类,1.集中式空调系统 所有空气处理设备包括：风机、加热、冷却设备、加湿、减湿设备、过滤器等都集中设置在一个空调机房内，称为集中式空调系统。空气经过集中处理后，再送往各个空调房间内，优点：服务面积大，处理空气多，便于集中管理， 缺点：只能送出同一参数的空气，难以满足不同的要求，另外，由于冷源采用集中式供应，处理空气量大，机房占地面积较大，只适用于满负荷运行的大型场所。,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

2、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,回风管,新风管,送风管,2.半集中式空调系统 这种系统的特点是除了设有集中的空调机房外，还设有分散在各个房间的二次处理设备（又称为末端装置）来承担一部分冷热负荷。 在半集中式系统中，空气处理所需的冷、热源也是由集中设置的冷冻站、交换站供给。因此，集中式和半集中式空调系统又统称为中央空调系统。,优点：占建筑空间小，各空调房间可根据需要独立调节室温，房间无人时，可单独关闭室内机组的风机，节省运行费用。 缺点：布置分散，系统复杂，维护管理不方

3、便。,3分散式空调系统 又称为局部空调系统。它是把空气处理所需的冷热源、空气处理和输送设备、控制设备等集中设置在一个箱体内，组成一个紧凑的空调机组。可按照需要，灵活、方便地设置在需要空调的地方。全分散空调系统不需要集中的空气处理机房。 常用的有单元式空调器系统,窗式空调器系统和分体式空调器系统。,4.1 空调系统的分类,4.1.2 按负担室内负荷介质分类,按负担室内负荷所用的介质种类分类可分为： 1.全空气系统 全空气空调系统是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空气调节系统。在室内热湿负荷为正值的场合，用低于室内空气焓值的空气送入房间，吸收余热余湿后排出房间。,优点：空气质量好，

4、卫生条件好 缺点：由于空气的比热小，用于吸收室内余热的空气量很大，因而这种系统的风管截面大，输送耗能大，占用建筑空间较多。,4.1 空调系统的分类,2. 全水系统 在这种系统中，空调房间的热湿负荷全部由一定温度的水来负担，由于水的比容比空气大的多，在相同的负荷情况下只需要较少的水量，因而输送管道占用的空间较少。但是，由于这种系统是靠水来消除空调房间的余热、余湿，无通风换气的作用，因而室内空气品质较差，用的较少。,优点：由于水的比热容比空气大，所以全水系统的体积较全空气系统小，能节省建筑空间。 缺点：不能解决房间内的新风换气的问题,3.空气水系统 由空气和水(作为冷热介质)来共同承担空调房间的热

5、湿负荷，这种系统有效地解决了全空气空调系统占用建筑空间多和全水空调系统中空调房间通风换气的问题。在对空调精度要求不高和舒适性空调的场合广泛地使用该系统。,优点：是既可以减小全空气系统的风道断面积，又可以向空调房间提供一定的新风换气，能够改善房间的温度和空气品质。 缺点：系统复杂，维修困难,4.1 空调系统的分类,4.冷剂系统 将制冷系统的蒸发器直接置于空调房间内来吸收余热和余湿的空调系统称为冷剂系统。 优点在于冷热源利用率高，占用建筑空间少，布置灵活，可根据不同的空调要求自由选择制冷和供热。通常用于分散安装的局部空调机组。,优点：在于冷热源利用率高，占用建筑空间少，布置灵活，可根据不同的空调要

6、求自由选择制冷和供热。 缺点：系统新风换气问题难解决，室内卫生条件差。,4.1.3 按集中式空气调节系统处理的空气来源分类,1.封闭式系统 经过处理的空气全部来自空调房间，没有室外空气补充，因此，空调室和空调机之间形成了一个全封闭式环路。这种系统冷热消耗量最节省，但卫生条件差，工作人员不宜于长时间在这种环境中工作，此系统适用于战争状态下的隐蔽部位及防空战备工程或很少有人进入的仓库工程等。,2. 直流式空调系统 经过处理的空气全部来自室外，与封闭式系统比较，其特点完全相反。室外空气经处理后送入室内，消除室内的余热、余湿后全部排至室外。这种系统适用于不允许采用回风的场合，如放射性实验室、核工厂和散

7、发大量有害物的车间等。,3 .混合式系统 从上述两种系统可见，封闭式系统不能满足卫生要求，直流式系统在经济上不合理，所以两者只能在特殊条件下使用。对于大多数场合，往往需要综合这两者的利弊，经过处理的空气由室内空气和室外空气两部分组成，即室外新风和室内部分回风混合。该系统即可满足卫生要求，又经济合理，是应用最多的一种形式。,补充 按照空气流速分类,1高速空调系统 高速空调系统主风道中的流速可达20-30m/s，由于风速大，风道断面可以减少许多，故可用于层高受限，布置风道困难的建筑物中。 2低速空调系统 低速空调系统风道中的流速一般不超过8-12ms，风道断面较大，需要占较大的建筑空间。,按风道的

8、设置分,单风道系统：夏季供冷，冬季供热。对要求不同负荷变化、不同功能要求的多区系统不易精确调节。适用于同一系统服务的各区域热湿负荷变化情况相类似的条件。设备简单，初投资少。 双风道系统：调节容易，冷热混合损失大，系统复杂，占建筑空间大，初投资与运行费高，制冷负荷比单风道增加10%左右，欧美多用。我国基本没有发展此系统。,4.2 新风量的确定和空气平衡,既然在处理空气时，大多数场合要利用相当一部分回风，所以、在夏、冬季节混入的回风量愈多，使用的新风量愈少，就愈显得经济。但实际上，不能无限制地减少新风量，一般规定，空调系统中的新风占送风量的百分数不应低于10。,确定新风量的至少要满足以下三点要求：

9、 （1）满足室内卫生的要求 新风量的多少一般是以稀释室内产生的CO2为标准的,使室内CO2浓度不超过1000ppm(1L/m3)为基础，在实际工程中，空调系统的新风量可按规范规定查取。一般规定每人不小于30 m3h的新风量。,（2）补充局部排风量 空调房间内有排风柜等局部排风装置时，为了不使车间和房间产生负压，在系统中必须要有相应的新风量来补充排风量。至少应补充与局部排风相等的室外新风。 Lw=Lp,（3）保证空调房间的正压要求 为了防止外界环境空气(室外或相邻的空调要求较低的房间)渗入空调房间，干扰空调房间温湿度均匀性或破坏室内洁净度，需要在空调系统中用定量的新风来保持房间的正压(即室内空气

10、压力大于室外环境压力)。一般情况下，普通空调室内正压值达5-10Pa即可满足要求。,新风量的确定可按以下框图确定,例：空调室内有工作人员18名（新风量为16m3/h.人），室内体积250m3，室内有局部排风为300m3/h，维持室内正压需要换气次数为1.2次h，总送风量为1500m3/h，求该空调房间的最小新风量,解：人员需新风量为：1816288m3/h 维持正压所需新风量为：1.2250300m3/h 加上局部排风量为：300300600m3/h 空调总送风量的10为：150010150m3/h 取三者最大值600 m3/h为最小新风量,新风冷负荷： Qw新风负荷，KW； Gw新风量，kg

11、/s； Hw室外空气的焓，kJ/kg(da)； Hn室内空气的焓， kJ/kg(da)；,例：一餐厅空调系统送风量为4kg/s，新风量采用总风量的10%，室内要求维持温度tn=26，相对湿度n=60%。室外温度t=34， w=70%。大气压力为101325Pa。计算新风冷负荷。,4.3 集中式空气调节系统,普通集中式空调 系统就是低速、单风道集中式空调系统，它是最典型、出现最早、但又是目前使用最广泛的空调系统。,根据前面介绍的空调系统的分类，普通集中式空调系统可以分为直流式、封闭式系统和一次回风系统、二次回风系统。由于封闭式系统比较简单，下面分别介绍直流式和一次回风、二次回风系统的空气调节全过

12、程分析及系统设计、计算方法。,一、直流式系统 直流式系统是l00地使用新风的系统。 下面分夏季和冬季设计工况进行介绍， (一) 夏季 考虑空气处理空的冷却减湿设备(喷水室或表面式空气冷却器)可将空气处理到95左右，因此在图33(a)中过O点作等d线与 95的相对湿度线相交，便得到了习惯上称为机器露点的L点。,室内冷负荷,新风冷负荷,再热量,系统所需要的冷量,直流式系统能量分析,二、集中式一次回风空调系统,1. 典型系统图示,O,N,N,W,C,L,O,喷淋室/表冷器,再热器,空调房间,空气处理设备,送/回风管道,冷/热媒,一次回风系统,一、集中式一次回风空调系统,夏季工况: 空气处理过程,C,

13、W,N,L,t0,=100,O,O,N,N,W,C,L,O,喷淋室/表冷器,再热器,一、集中式一次回风空调系统,设备承担负荷构成分析方法？ 方法一： 系统热平衡法,Gp= Gw (kg/s),N,N,冷却器,再热器,N(iN),G(kg/s),Q,W,G(kg/s),C,W(iW),Q2,Q0,进入系统热量 离开系统热量,结论： Q0=Q1+Q2+Q3,Q1,Gw (kg/s),一、集中式一次回风空调系统,设备承担负荷构成分析方法 方法二： h-d图分析法,C,W,N,L,t0,=100,O,hOL,hNO,hCN,hWN,hCL,结论： Q0=Q1+Q2+Q3,关键： 新风负荷Q3确定,一次

14、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,P121例4-1,一次回风系统的冬季处理过程,在保证最小新风百分比m%的前提下，新回风混合后的焓值可用下式算出：,讨论： 1：如果hW=hW1：不处理 2：如果hWhW1：不需要预热，需增大新风量 3：如果hWhW1：需预热,(1) 为什么要进行一次回风？ (2) 一次回风主要缺点是什么？,一、集中式一次回风空调系统,(1) 为什么要进行一次回风？,C,W,N,L,t0,=100,O,iNL,iCN,iWC,iCL,iWL,节能性分析,空气品质分析,一、集中式一次回风空调系统,(2) 一次回风主要缺点是什么？,C

15、,W,N,L,t0,=100,O,iOL,iCL,问题：冷热抵消,解决办法： 机器露点送风 采用二次回风,L,t0,4.3.3 二次回风系统,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 。称为二次回风系统,典型系统图示,(G2),O,N,N,W,C,L,N,N,(G1),(GW),Gp= Gw,GL= G1 +GW,G= GL +G2,P124 例4-2,(1) 二次回风主要解决什么问题？它的优点是什么? (2) 二次回风主要缺点是什么？局限性？,(1) 二次回风主要解决什么问题？它的优点是什么?,C,W,N,L,t0,=100,O,C,L,解决问题： 冷热抵消问题,优

16、点： 节省了再热量,(2) 二次回风主要缺点是什么？,C,W,N,L,t0,=100,O,C,L,主要缺点： (1)系统较复杂 (2)机器露点较低,二、集中式二次回风空调系统,(1) 冬夏设计工况，机器露点位置是否变化？,结论 机器露点位置不变,前提条件 （1）室内状态点不变 （2）冬夏余湿量不变 （3）送风量不变 （4）二次回风比不变,=100,d0=d0,dN,d0(d0),W,C,O,L,N,W1,t0,t0,几种空调系统的优缺点比较,1.直流式系统 2.一次回风系统 3.一次回风系统（露点送风） 4.二次回风系统,直流式系统,优点：100%新风，室内空气质量好，洁净度高。 缺点：处理全

17、新风需要耗费大量冷量，运行费用高，经济性差,C,W,N,L,t0,=100,O,O,N,N,W,C,L,O,喷淋室/表冷器,再热器,一次回风系统,优点：采用室内回风处理，节省冷量，新风也能保证室内空气的卫生条件 缺点：存在冷热抵消的情况，不节能,C,W,N,L,t0,=100,O,L,N,N,W,C,L,喷淋室/表冷器,一次回风系统（露点送风）,L,优点：消除了冷热抵消的不利影响，比较节能，空气卫生条件好 缺点：送风温差大，室内温度场不均匀，舒适性较差,二次回风系统,优点：节能，室内空气质量好，室内温度场均匀，舒适性好，经济性好 缺点：系统复杂，容易出现故障，机器露点低，制冷系统效率有所下降,

18、四、普通集中式空调系统设计中几个问题,(一) 空调系统的划分与分区处理 划分空调系统的一般原则可纳为以下几点： (1) 室内设计参数及热湿比相同或相近的房间宜划分为一个系统。这样做空气的处理和系统控制方案都可以一致。 (2) 房间朝向、层次和位置相同或相近的房间宜划分为一个系统，这样做，风道布置和安装容易、同时也便于管理,(3) 工作班次和运行时间相同的房间宜划分为一个系统。节能。 (4) 空气洁净度和噪声级别要求一致的或产生有害物种类一致的房间宜划分为一个系统。这样有利于节约投资、安全和经济运行。 此外，当按上述原则划分出来的系统特别大时，为了减少与建筑配合的矛盾，并与现有的空调设备规格协调

19、一致也应划分为多个小的空调系统。,2、分区处理,（1） 室内参数同，热湿比不同，机器露点相同，送风温差可不同：,处理方式：等露点，分室调节再热量，热湿比小的房间风量加大，再热量加大。,12,集中空调装置的系统划分和系统分区处理,12,偏差范围,2、分区处理,（2） tn同n允许偏差，热湿比不同：,处理方式：用中间露点，统一再热，统一送风，经济；舒适空调多用。,受最小新风比的限制,新风处理难度大,2、分区处理,（3） N同，热湿比不同，送风温差要求相同，N点要求精确控制，送风含湿量可不同：,处理方式：集中处理新风，分别处理回风，靠回风混合比控制送风含湿量。,照顾热湿比最大的房间,第四节 变风量系

20、统,普通集中式空调系统是定风量系统（CAV），而且送风量是按空调房间负荷最大时设计的。实际上房间负荷不可能总是最大值。因此，当负荷减少时就要靠提高送风温度的方法，其结果是既浪费了热量也浪费了冷量。 变风量系统 定风量系统（CAV系统,Constant Air Volume）: 靠改变送风温度来适应空调负荷变化的全空气系统 变风量系统（VAV系统,Variable Air Volume） 靠改变送风量来适应空调负荷变化的全空气系统,1.什么是变风量系统？ 2.为什么采用变风量系统？,一、变风量系统组成,1. 空调处理设备,变风量（VAV）系统中使用的空调处理设备，除应具有普通空调的功能外，还需增

21、设变风量装置及考虑在过渡季节可利用全新风。,2. 风道系统,变风量（VAV）系统 中的风道系统有 1.仅供冷， 2.带有独立供热， 3.再热 4.双风道等四种。,热水管,表冷器,3. 末端单元,变风量（VAV）系统中空气分配的控制是由末端 单元（又称变风量箱，或 VAV BOX）负责，经 由房间或区域温度传感器探测到的温度来控制进 入房间的送风量。,末端风箱,末端温度传感器,变风量箱,出风口,进风口,箱体,流量传感器,控制器（接受温控器的控制）,控制盒,风机,截止阀,回风口,三、变风量系统形式 （1）只能改变系统总送风量的变风量系统 （2）加装变风量末端装置的变风量系统 特点： 1）空调系统的

22、供冷（热）量可以在各空调房间或区域内合理分配 2）由于自控，可节约能耗，降低运行费 3) 独立自控，灵活方便 4）由于增加末端以及系统静压、室内最大送风量、新风量的取值，使造价提高,基本功能： （1）接受房间温控器的指令，根据室温高低，自动调节送风量 （2）当系统压力升高时，能自动维持房间送风量不超过设计最大值 （3）当房间负荷降低时，能保证最小送风量，以满足最小新风量和空气气流组织的要求 （4）具有一定的消声功能 （5）当不使用时，能完全关闭,四、变风量末端装置,五、变风量（VAV）系统的优点,1.比风机盘管系统节能达30%,由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行， 而变风量（VA

23、V）系统是通过改变送风量来调节室温的， 因此可以大幅度减少送风风机的动力损耗。,2.新风作冷源，提高室内空气品质,因为变风量（VAV）系统是全空气系统，在过渡季节可大量 采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，不仅能大 幅度减少制冷机的能耗，而且可以保证室内新风量，从而提 高室内的空气品质。,3.解决风机盘管系统的冷凝水问题,变风量（VAV）系统是全空气系统，冷水管路不 经过吊顶空间，避免了 风机盘管系统中令人烦 恼的冷凝水滴漏和污染 吊顶问题。,热水管,5.4 系统灵活性好，降低二次装修成本,现代建筑工程中常需要进行二次装修，若采用变 风量（VAV）系统，其送风管与风口以软管连接， 送风口

24、的位置可以根据房间 分隔的变化而任意改变，也 可根据需要适当增减风口， 而在采用风机盘管系统的建 筑工程中，任何小的局部改 造都显得很困难，改动成本 也很高。,5.系统用户端的噪声小,风机盘管系统的风机所造成的噪声，以及气流在 送风口集聚所造成的噪声较大，而变风量（VAV） 系统的噪音主要集中在机房，用户端的噪音则非 常小。,6.控制效果好，不会发生过冷或过热,带VAV末端的变风量空调系统与一般定风量系统 相比，能有效地调节局部区域的温度，实现温度 的独立控制，避免在局部地区产生过冷或过热的 现象。,7.工程安装简单，维修成本低,全空气的变风量（VAV）系统取消了风机盘管的 水系统的布置，全部

25、采用了通风管道，并且无需 外接风机电源，从而安装简单方便。另外在取消 了风机盘管的水系统后，只需对风管进行运行维 护工作，无需清洗风机盘管的过滤器和马达，从 而降低维修成本，使用寿命也相对延长。,缺点： 1.系统复杂，造价高 2.系统控制困难，技术要求高,适用 区域温度控制要求高 空气品质要求高 高等级办公、商业场所 大、中、小各类空间 应用 国外大部分办公楼采用变风量空调系统 国内省会以上城市在逐步推广,XIAMEN INTERNATIONAL BANK PLAZA 厦门国际银行大厦 （中国厦门，1年）,1100套VAV BOX 全部采用主要部件美国进口、国内组装的皇家RSV单风道变风量箱，

26、自控设备运达广州工厂，在广州进行整合和进行参数设定,SHANGHAI INFORMATION BUILDING 上海信息枢纽大楼,1200套VAV BOX全部采用美国进口的皇家RSV单风道变风量箱，自控设备运达皇家空调美国工厂后，在美国工厂进行整合和进行参数设定,（中国上海，年）,SHENZHEN TV CENTER 深圳电视中心 （中国深圳，3年）,235套VAV BOX，153套变风量调节阀采用主要部件美国进口、国内组装的皇家变风量箱及风阀产品，配备自控设备,4.5 半集中式空气调节系统,既有集中处理，又有局部处理的空调系统称为半集中式空调系统。一般的半集中式空调系统是首先对空气进行集中处

27、理，然后再按空调房间的不同要求分别进行局部处理后，送至各房间。,4.5.1 风机盘管系统,集中式空调系统由于具有系统大、风道粗、占用建筑面积和空间较多、系统的灵活性差等缺点，在许多民用建筑，特别是高层民用建筑的应用中受到限制。风机盘管空调系统就是为了克服集中式空调系统这些不足而发展起来的一种半集中式空调系统。它的冷、热媒是集中供给，新风可单独处理后供给，采用水作输送冷热量的介质，具有占用建筑空间少，运行调节方便等优点，近年来在宾馆、办公楼和商业建筑中得到了广泛的应用。,风机盘管加新风系统,1.风机盘管的组成,风机 离心式 贯流式 热交换器（盘管） 凝水盘 空气过滤器 送回风口 壳体及控制 器,2.风机盘管的工作原理,风机将室内空气（或与 新风混合）通过表 冷器进行冷却或加热后 送入室内，使室内气温 降低或升高，以满足人 们的舒适性要求。盘管 内的冷（热）媒水由机 器