供暖通风与空气调节.ppt

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1、供暖通风与空气调节,绪论：建筑环境控制与暖通空调,1.空气调节概念:空气调节是指在某一特定空间(可以无自然边界)，对空气的温度、湿度、空气的流动速度及清洁度进行人工调节，以满足人体的舒适和工艺生产过程的要求。舒适性空调 工艺性空调 温度、湿度、气流速度及清洁度（四度）通常被视为空调的基本要求.由于现代科技生产的需要，一些空调还要求能对空气的压力、成分、气味、噪声等进行调节。2.空气调节主要内容:一定空间内内外干扰量的计算.空气调节的方式和方法（加热、加湿、冷却、干燥及净化等）.空气的各种处理方法.空气的输配及在干扰量变化时的运行调节。,3.空气调节方式及所涉及的知识：,送风,排风,回风,混合,

2、过滤,表冷,加热,风机,消声,tw,tn,Q,W,锅炉,冷机,新风,基础知识：流体力学。传热学。热力学。泵与风机。声学。锅炉与锅炉房。仪器仪表与自动控制。,调节方式：,4.空调分类：,按系统紧凑程度分：集中式。半集中式。分散式。按介质类型分：全空气系统。空气水系统。全水系统。冷剂系统。,5.供暖：,供暖系统一般由热源、散热设备和输热管道系统这几部分组成。热源主要有：锅炉、热泵、换热器或其它取暖工具（如壁炉、电暖器、电热膜、红外线 取暖设备等）。热媒：热量由热源输送到散热设备的物质叫“热媒”。一般为蒸汽和水。,6.通风：,通风系统一般由风机、进排风或送风装置、风道以及空气净化设备这几个主要部分组

3、成。,第一章：湿空气的物理性质及焓湿图,第一节 湿空气的物理性质,大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。干空气主要由N2、O2、CO2、Ar及其它微量气体组成，成分比较稳定，所以我们将干空气作为一个稳定的混合物来看待。在常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空气中的水蒸气一般处于过热状态，且含量很少，可近似地视作理想气体。这样，即可利用理想气体的状态方程式来表示干空气和水蒸气的主要状态参数压力、温度、比容等的相互关系，即：,或,或,（1-1）,（1-2）,式中,Pg、Pq干空气及水蒸气的压力，Pa；V湿空气的总容积，m3；mg、mq干空气及水蒸气的质量，kg；Rg、Rq干空气

4、及水蒸气的气体常数，Rg=287J/kg，Rq=461J/kg；vg、vq干空气及水蒸气的比容，m3/kg；,根据道尔定律，湿空气的压力应等于干空气的压力与水蒸气的压力之和，即：,（1-3）,B一般称为大气压力，以Pa或kPa表示。,1.湿空气的密度：,湿空气的密度应为干空气的密度与水蒸气的密度之和,把 及Rg、Rq值带入上式并整理则：,（1-4）,在标准条件下（B=101.325kPa、T=293K即t=20）干空气的密度q=1.205kg/m3，而湿空气的密度取决于Pq值的大小。由于Pq值相对于B值而言数值较小，且湿空气的密度比干空气的密小，因此，在实际计算时可近似取=1.2kg/m3。,

5、2.湿空气的含湿量d：,空调系统是一个热湿处理过程，那么就需要一个易于进行数学处理的参数来表达湿空气含水蒸气量。q=Pq/RqT虽然可作为含水蒸气量的一种度量方法，但其值是随温度变化而改变的，这给实际计算带来很多不便，因此，需要把式中的温度变量消除，引入含湿量这一参数。含湿量d：湿空气中水蒸气的密度与干空气的密度的比 值，即取对应于一公斤干空气的湿空气所含 有的含水蒸气量。即,Kg/kg干,（1-5）,（1-6）,3.相对湿度：,另一种度量湿空气水蒸气含量的间接指标是相对湿度，其定义为湿空气的水蒸气压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比，即,式中 Pq.b饱和水蒸气压力，Pa。温度的单值函数

6、。,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系：,及,根据,所以,式中的B值远大于Pq.b和Pq值，认为BPqBPq.b只会造成13的误差。因此相对湿度可以近似表示为：,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系：,及,根据,故,（1-7）,（1-8）,4.湿空气的焓：,在空气调节中，空气的压力变化很小，可近似于定压过程。因此可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。已知：干空气的比热cp.g=1.005kJ/(kg.)，近似取1或1.01；水蒸气的比热cp.q=1.84kJ/(kg.)；则干空气的焓：ig=cp.g.t，kJ/(kg.干)；水蒸气的焓：iq=cp.q.t+2500，kJ/(kg.汽);式中2

7、500为t=0时的汽化潜热（r0）显然湿空气的焓i应等于一公斤干空气的焓加上与其同时存在的d公斤（或克）水蒸气的焓，即：,或,（1-9）,第二节 湿空气的焓湿图,在空气调节中，经常需要确定湿空气的状态及其变化过程。单纯地求湿空气的状态参数用前述各式即可满足要求，而对于湿空气状态变化的过程的直观描述则需要借助于湿空气的焓湿图。根据第一节中式（15）（16）及（19）加上Pq.b=f（t）的函数关系，在反映湿空气的B、t、d、i及Pq等状态参数的联系上，取不同的坐标系可以得到不同的线图形式。在我国常用的湿空气性质图是以i 与d为坐标的焓湿图（i d图）。为了尽可能扩大不饱和湿空气区的范围，便于各相

8、关参数间的分度清晰，一般在大气压力一定的条件下，取为i纵坐标，d为横坐标，且两坐标之间的夹角等于或大于1350。,根据，当t=const时，i与d成线性关系，显然1.01t为截距，（2500+1.84t）d为等温线的斜率，由此可见不同温度的等温线并非平行线，其斜率差别在于1.84t，由于1.84t 与2500相比很小，所以，等温线可近似看作是平行的。,1.等温线：,2.等相对湿度线：,由式（1-5）可得：,因此给定不同的d值即可求出对应的Pq值，在id图上，取一横坐标表示水蒸气分压力值。见图。,在已建立起水蒸气压力坐标的条件下，对应于不同温度下的饱和水蒸气压力可从热工手册中查到，连接不同等温线

9、和其对应的饱和水蒸气线的交点即可得到 的等 线，又据 或，当 时则可求出不同温度下的Pq值，连接各等温线与Pq值相交的各点即成等 线。这样作出的id图包含了B、t、d、i、Pq等湿空气的参数。在B值一定的条件下，在t、d、i、中已知任意两个参数，则湿空气的状态就确定了，在id图上也就是有了一个确定的点，其余参数均可查出。因此，将这些参数称为独立参数。但d与 Pq则不能确定一个空气状态点，因此d与 Pq只能有一个作为独立参数。,3.热湿比线：,一般在id图的周边或右下角给出热湿比（或称角系数）线。热湿比的定义是湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即：,或,（1-10）,若在id图上有A、B两点，则由

10、A点至B点的为：,进一步讲如有A状态点的湿空气，其热量（Q）变化和湿量（W）变化（均可正可负）已知，则应为：,（1-11）,式中Q单位为kJ/h，W单位为kg/h。,（有正有负）,例：已知B=101325Pa，湿空气初始参数ta=20、=60，当加入10000kJ/h的热量和加入2kg/h 的湿量后，温度tb=28。求湿空气的终状态。,解：方法1：求热湿比，在id图上，通过A点做此 热湿比值的平行线,与tb=28等温线交点 即为湿空气的终状态。方法2：在id图上通过热湿之间的比例关系，用作辅助点的方法作出热湿比线。,作业：已知B=101325Pa，湿空气初始参数ta=30、=40，当减少100

11、00kJ/h的热量和加入2kg/h 的湿量后，温度tb=20。求湿空气的终状态。,第三节 湿球温度与露点温度,湿球温度的概念在空气调节中至关重要。在理论上，湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水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。,tw,t1、d1,P,i1,t2、d2,P,i2,充分热湿交换,绝热（与外界无热交换）,下面用图分析以下其热力过程：由于小室绝热，其稳定流动能量方程为：,（1-12）,iw液态水的焓。iw=4.19tw kJ/kg,由式（1-12）可导出：,（1-13）,经过充分热湿交换，t2与tw应是相等的，所以：,（1-14）,满足（1-14）的t2或tw即为进

12、口空气状态的绝热饱和温度，也称为热力学湿球温度。由于绝热小室并非实际装置，一般用湿球温度计所读出的湿球温度，近似代替热力学湿球温度。,在id图上，从各等稳线与=100线交点出发，作=4.19ts的热湿比线，即为等湿球温度线。但在实际工程计算中，由于=4.19ts很小，可以近似认为等焓线即为等湿球温度线。,湿球温度是湿空气的一个重要的参数，而且在多数情况下是一个独立参数，只是由于它的等值线与等焓线十分接近，在id图上，想利用的ts与i确定状态点是困难的。湿球温度一般用ts来表示。,右图为已知干、湿球温度确定空气状态的方法。,湿空气的露点温度tl也是湿空气的一个状态参数，它与Pq或d值相关，因而不

13、是一个独立的参数。,A点的露点温度为沿等d线向下与=100线交点的温度。显然，当A状态点的空气被冷却时，只要空气的温度大于或等于tl，则不会结露；否则，则会出现结露现象。因此，湿空气的露点温度也是判断是否结露的判拒。,第三节 焓湿图的应用,湿空气的焓湿图不仅能表示空气的状态和各种参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程并能方便地求出两种或多种湿空气的混合状态。,湿空气状态的变化过程在id图上的表示及典型的变化过程：,.湿空气的加热过程（等湿加热）,AB：温度增高湿量不变。可用表面加热器实现。,2.湿空气的冷却过程（等湿冷却及 减湿冷却）,AC：等湿冷却。温度降低湿量不变。,AG：减湿冷却。温度降

14、低湿量降低。,以上两种过程均可通过表面冷却器或喷水室喷冷水加以实现。,3.湿空气的等焓加湿过程,AD：等焓加湿。含湿量增加焓值不变。,利用定量的水通过循环喷洒可近似实现这一过程。,4.湿空气的等焓减湿过程,AE：等焓减湿。含湿量减少焓值不变。,利用固体吸湿剂可近似实现这一过程。,5.湿空气的等温加湿过程,AF：等温加湿。含湿量、焓值增加温度不变。,利用向空气中喷蒸汽可近似实现这一过程。,第二章：室内空气环境污染源与负荷计算,2.1 热湿负荷与空气其他污染物,2.1.1 热源与热负荷,外部热源：太阳、大气。通过导热、对流、辐射与室 内空气进行能量交换或进行质交换的同时 进行能量交换。,内部热源：

15、人体、设备、照明等。通过导热、对流、辐射与室内空气进行能量交换。,环境温度是影响人体舒适的最敏感参数。如果环境温度偏离舒适范围，将打乱人体的正常热平衡。,2.1.2 湿源与湿负荷,外部湿源：湿空气。通过通风空调系统的新风供应或 维护结构的新风渗透传入或传出室内。,内部湿源：人体、用水设备、清洗、地面积水等。人 体通过呼吸和体表汗液蒸发散发湿量；其 它湿源通过表面水分的蒸发汽化散发湿量。,相对湿度即是影响人体舒适的重要参数，也是影响人体健康的一个重要因素。相对湿度较高或较低会影响人体的正常散湿，影响人体的正常热平衡。有利于微生物及细菌生长。相对湿度也是某些生产、工艺过程正常进行的必备的环境条件。

16、适当的相对湿度对于防止静电、保护家具及书籍艺术品等是十分重要的。,湿源散湿过程中，伴随水汽的移动同时发生潜热的迁移，热源和湿源以及热传递与湿传递这两个物理概念在这里也 变得密不可分了。因此，在研究室内环境控制时，人们已习惯于将湿源视为一种广义的热源。并且将湿负荷对环境的影响同热负荷以及空气的流动一道归入热污染这一范畴。,2.1.2 其他空气污染物,污染源：建筑及装修材料，室外环境，室内人 员及其活动，室内设备与陈设，暖通空 调设备与系统。,室内污染物：固体颗粒、微生物、有害气体（VOC蒸 汽、Cox、Nox、氡、甲醛等）。室外污染物：灰尘、烟雾、花粉、微生物、CO2、SO2、Nox、O3、VO

17、C、碳氢化合物等。,2.2 室内外空气计算参数,2.2.1 室外空气计算参数,室外空气计算参数：建筑物为自然环境所包围，其内部环境 必然处于外界大气压力、温度、湿度、日照风向、风速等气 象因素的影响之中。暖通空调工程设计与运行管理中所用的 一些室外气象参数人们习惯称之为“室外空气计算参数”。,基本室外空气计算参数的确定,夏季室外空气计算参数,采暖通风与空气调节设计规范（GBJ1987）规定：,空调室外计算干球温度：应采用历年平均不保证50h的干球温度。空调室外计算湿球温度：应采用历年平均不保证50h的湿球温度。空调室外计算日平均温度：应采用历年平均不保证5d的日平均温度。通风室外计算温度：应采

18、用历年最热月14时的月平均温度的平均值。,冬季室外空气计算参数,采暖通风与空气调节设计规范（GBJ1987）规定：,空调室外计算温度：应采用历年平均不保证1d的日平均温度。采暖室外计算温度：应采用历年平均不保证5d的日平均温度。空调室外计算相对湿度：应采用累年最冷平均相对湿度。通风室外计算温度：应采用累年最冷平均温度。,夏季空调室外计算逐时温度,夏季计算维护结构传热负荷时应按不稳定传热过程来处理，因此必须给出设计日（或标准天）的逐时计算温度。室外逐时气温主要受太阳辐射影响并呈24h周期性变化，另外还受风、云、雾、雨等因素影响，我们把这些影响因素也用数学方法处理成呈周期性变化，显然，室外逐时气温

19、为这些影响因素的叠加，故可用多阶谐波的叠加，即傅立叶级数展开式来表达。,时刻的气温t,遂可表示为：,(21）,工程上一般将t,的计算按一阶谐波处理，并给定气温峰值出现在15时，则上式可简化为：,(22）,GBJ1987规定，t,按下式计算：,夏季室外温度逐时变化系数，见表2.1；,tr夏季室外计算平均日较差，应按 计算。,(23）,室外空气综合温度,建筑围护结构外表面一般同时受到太阳辐射和室外空气温度的综合热作用，因此，建筑物单位外表面应为其表面与空气的换热量与表面吸收太阳能辐射热之和，即：,式中：w维护结构外表面换热系数，W/m2.；tw,室外计算逐时温度；w,维护结构外表面逐时温度；维护结

20、构外表面对于太阳辐射热的吸收系数；I维护结构所在朝向的逐时太阳总辐射照度，W/m2；,(24）,室外空气综合温度：为换热量计算方便而引入一个虚拟 的温度：。它实际上相当于室外气温 tw加上一个太阳辐射的等效温度I/w值。,式（24）中维护结构外表面对太阳辐射的吸收，而没考虑维护结构外表面向天空和周围物体之间的长波辐射，近年对式（24）作了如下修改（规范未改）：,(25）,式中：维护结构外表面长波辐射系数；R维护结构外表面发射与吸收长波（太阳的长波除 外）之差，W/m2。R取值可近似按：垂直面 R=0；水平面：,例2-1见书中13页,2.2.2 室内空气计算参数,舒适性环境控制参数,人体热平衡方

21、程：,S人体蓄热率，W/m2；M人体能量代谢率，取决于人体的活动量大小，W/m2；W人体所作的机械功，W/m2；E人体汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量，W/m2；R穿衣人体外表面与周围表面之间的辐射换热量，W/m2；C穿衣人体外表面与周围环境之间的对流换热量，W/m2；,结论：S=0人体感觉舒适。她与下列因素有关：室内空气温度；室内空气相对湿度；人体附近的空气 流速；维护结构内表面及其它物体表面的温度；人体 活动量；衣服热阻；年龄等。,等效温度图和舒适区,下面介绍两种环境参数评价方法。,美国供暖、制冷、空调工程师学会编制。,图中平行四边形为学会推荐的舒适区，菱形为为堪萨斯州立大学实验室所测的

22、舒适区。两者实验条件不同：前者为衣服热阻0.60.8clo静坐的人；后者为衣服热阻0.81.0clo静坐但活动量稍大的人。,人体舒适热方程和PMVPPD指标,PMV预期平均评价。PPD预期不满意百分率。,PMVPPD指标考虑了人体活动程度，衣服热阻，空气温度，平均辐射温度，空气流动速度，空气湿度六个因素。利用热平衡原理，确定PMV的数学表达式，并利用概率分析方法，确定PMVPPD指标之间的数学关系式。丹麦已研制出PMVPPD仪。,在PMV=0时，PPD=5，PMVPPD推荐值为：PPD=10，PMV在-0.5+0.5之间。,热感觉,PMV值,热,暖,微暖,微凉,适中,凉,冷,+3,+2,+1,

23、0,-1,-2,-3,PMV感觉标尺,工艺性环境控制参数,舒适性环境控制参数的一些实用数据,GBJ1987规定：,夏季空调：温度 应采用 2428 相对湿度 应采用 4065 风速 不 应大于 0.3m/s冬季空调：温度 应采用 1822 相对湿度 应采用 4060 风速 不 应大于 0.2m/s,工艺性环境控制包括一般降温空调；恒温恒湿空调；洁净空调。,由生产工艺性质确定。一般由工艺设计者给出或查相关的行业规范。,一般工艺性环境控制参数是由基数加波动范围表示。,2.3 建筑供暖设计负荷计算,本节自学。,2.4 建筑供冷设计负荷计算,2.4.1 基本概念,得热量、冷负荷与除湿量,室内得热量：某

24、一时刻由内外各种热源散（传）入 房间的热量的总和。,室内冷负荷：当空调系统运行以维持室内温湿度恒 定时，为消除室内多余 的热量而必须 向室内供给的冷量。,除热量：空调设备的实际供冷量。,得热量、冷负荷、除热量之间的关系：,得热量中只有显热得热中的对流成分和潜热得热能形成瞬时冷负荷，而显热得热中的辐射成分则不能形成瞬时冷负荷，因为辐射热透过空气被室内各种物体的表面所吸收和贮存。因此，冷负荷的峰值不只低于得热量的峰值，而且在时间上有滞后，这是由建筑物的蓄热能力来决定的。蓄热能力愈强，则冷负荷衰减愈大，延迟时间愈长。,热量,时间,瞬时得热,重型结构实际负荷,中型结构实际负荷,轻型结构实际负荷,瞬时日

25、射得热与轻、中、重型建筑实际冷负荷之间关系,当空调系统连续运行并室温恒定时，除热量等于冷负荷；否则，除热量大于冷负荷。,空调冷负荷计算方法简介,谐波反应法：将各种扰量视为连续的周期性函数曲线，从而可将它分解成多阶谐波的叠加，并用傅里叶级数来表达。缺点：对得热量和冷负荷不加区分，致使建筑物 设计负荷大于实际负荷。冷负荷系数法：在传递函数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。通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。特点：把得热量和冷负荷的区别在计算方法中体 现出来。下面着重介绍谐波反应法；冷负荷系数法的应用详见设计用建筑物冷负荷计算方法。,2.4.2

26、维护结构得热量与冷负荷,通过墙体、屋顶的得热及其形成的冷负荷,传热学基本知识：导热、对流换热、辐射换热；稳定 传热、非稳定传热。,室外综合温度是影响墙体、屋顶传热的外部扰量。谐波反应法中将室外综合温度逐时值这一输入量，采用类似tw,的方法表达成傅立叶级数的展开式。,在tz,作用下,通过墙体、屋顶传热形成冷负荷包括了如下两个连续的传递过程：一、tz,作用于壁体产生室内得热量Q，此过程考虑到外扰的周期性以及壁体对外扰量的衰减和延迟性；二、由Q作用于房间形成室内冷负荷Qcl,，此一过程将该热扰量分成对流和辐射两部分，对流部分形成瞬时负荷，辐射部分需考虑室内各壁面的分配比例以及房间的总体蓄热作用造成的

27、辐射热的衰减和延迟。,谐波反应法对Q和Qcl,这两个输出量分别给出如下理论计算公式：,（2.14）,（2.15）,（2.16）,式中：当量温差；l 计算冷负荷的当量温差；f 得热量中辐射热成分所占比例；tzp 计算日室外综合温度的平均值；tz,n 第n阶室外综合温度变化的波幅；n 第n阶室外综合温度变化的频率；n 第n阶室外综合温度变化的初相角；n 维护结构对第n阶综合温度扰量的衰减度；n 维护结构对第n阶综合温度扰量的相位延迟；n 房间对第n阶墙体或屋顶传导得热中辐射热扰量的衰减度；n 房间对第n阶墙体或屋顶传导得热中辐射热扰量的相位延迟；,为了简化计算，按房间内表面的吸放热特性f，将房间分

28、成轻型、中型、重型3种类型。见表2.11。,为了便于工程应用，将理论公式简化成下式：,（2.17）,K 维护结构的传热系数；F 维护结构的计算面积；维护结构表面受到一阶谐性温波（周期24h），温波传到内表面的 时间延迟；-温波作用于维护结构外表面的时刻；t-作用时刻维护结构的冷负荷计算温差，简称“负荷温差”；,负荷温差按维护结构的传热衰减系数=n/Kn进行分类。值在01变化。当0.2时，可按日平均负荷温差计算冷负荷。,附录10、11给出了北京市墙体、屋面的负荷温差表。表的编制条件：tn=26；=0.7。若与此不符，按下式修正：,通过窗户的得热及其形成的冷负荷,通过窗户的得热量包括瞬变传热得热和

29、日射得热两部分。,瞬变传热得热和冷负荷,窗户的热容很小，近似为零。则各阶谐波的温度波衰减均为an/K，相位延迟n=0，对应于室内外温差的瞬变传热得热为：,（2.20）,（2.19）,冷负荷：,冷负荷简化计算公式：,（2.21）,t玻璃温差传热的负荷温差；见附表12,日射得热和冷负荷,日射得热包括直接射到室内的太阳辐射热和被玻璃吸收的太阳辐射热传向室内的热量这两部分。影响因素：太阳辐射强度；窗户的构造与遮阳情况；玻璃的光学性能；玻璃的内外表面放热系数等。附表13给出北京市夏季7月逐时日射得热因数（单位面积的日射得热量）Dj，。编制条件：3mm普通平板玻璃。采用实用调和分析，也可将日射得热因数Dj

30、，整理成谐波形式，逐时日射得热量可表示为：,Cs窗玻璃的遮挡系数；附录14；n房间对辐射热扰量的衰减度；Cn窗户内遮阳系数；附录15；n房间对辐射热扰量相位延迟；,（2.23）,（2.22）,式2.23在工程应用中简化为下式：,（2.24）,xg窗户的有效面积系数；xd地点修正系数；Jj,计算时刻透过单位窗玻璃面积的太阳总辐射热形成的冷负荷，简称“负荷强度”；附录16。,内维护结构的传热冷负荷,为非空调房间：,（2.25）,邻室为空调房间但温差大于3：,（2.26）,tls邻室计算平均温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值；表2.21 tls邻室计算平均温度；,例2.3 31页学会利用计算表及

31、手册。,2.4.2 室内热源湿源产生的冷负荷与湿负荷,室内热源散热量,室内热源包括：工艺设备、照明灯具、人体等。室内热源散发的热量包括显热和潜热两部分，显热包括对流和辐射。对流热形成瞬时冷负荷；辐射热经过各种表面的吸热、蓄热、放热逐渐形成冷负荷。潜热形成瞬时冷负荷。,设备散热,电动设备,电动机与工艺设备均在同一房间：,（2.27）,仅工艺设备均在房间：,（2.28）,仅电动机在房间：,（2.29）,N电动机的安装功率。电动机效率。n1利用系数（安装系数），最大耗功率与安装功率之比。n2同时使用系数，室内电动机同时使用的安装功率与总 安装功率之比。n3负荷系数，平均实耗功率与设计最大耗功率之比。

32、,电热设备,无保温密闭罩的电热设备：,（2.30）,n4排风带走热量的系数，一般取0.5。,电子设备,电子设备散热得热量计算公式同式2.28。,注：各种设备的散热得热量最好以实测为准，或由 工艺设计提出。,照明散热,白织灯,荧光灯,n1镇流器消耗功率系数。n2灯罩隔热系数。,人体散热,人体散热与人的条件与环境条件有关。人体散热有显热和潜热两种方式，两者之和为人体的总散热量。表2.20给出了不同温度和劳动性质条件下成年男子散热量和散湿量，以此为基础，乘以人员组成因素的“群集系数”来确定人体散热量：,（2.23）,n室内全部人数；n群集系数，表2.19；q不同温度劳动性质条件下成年男子散热量；,室

33、内热源散热形成的冷负荷,室内热源散热得热量出现的时间取决于设备起用时间、开灯时间和人员在室内停留时间的长短，在该时段内得热量是一常量。谐波反应法中将得热扰量视为有规律的矩形波，并可表达为如下傅立叶级数形式：,（2.34）,类似维护结构得热量形成冷负荷的情况，可以推算出相应的逐时冷负荷：,由于各类热源中辐射成分在各壁面的分配系数、衰减度和相位延迟不同，故应分别计算。,（2.35）,在工程上按下式进行简化计算：,（2.36）,Q室内热源的得热量；T设备启用、灯具开启或人员进入房间的初始时刻；-T从T时刻到计算时刻的时间；JX-T分别代表-T时间的设备负荷强度系数JE-T（附录 17），照明负荷强度

34、系数JL-T（附录 18），人体负荷强度系数JP-T（附录 18），,室内湿源散湿量与湿负荷,室内湿源：工艺设备、人体、积水表面、材料湿表面。,人体散湿,人体散湿同人体散热一样，受到众多因素影响，其散湿量计算也与散热量同样考虑：,（2.37）,w成年男子散湿量，见表2.20；,其他湿源散湿,水表面蒸发散湿量：,（2.38）,蒸发系数，kg/N.s，周围空气温度为1530时，不同水温下的扩散系数。,生产工艺过程中产生的热负荷、湿负荷，以现场调查为准或查有关技术资料。,例2.4，37页,2.4.4 房间冷负荷与湿负荷,房间冷负荷与湿负荷：将房间内的各种冷负荷与湿负荷进行逐时累计，其最大值即为该房间

35、的冷负荷与湿负荷。,通风 热湿负荷与建筑供冷设计负荷,通风热湿负荷,室内空气环境的改善需要加入新鲜空气（即室外空气），由于室内外的空气的状态不同，随着质的交换即带来热湿的交换，形成通风热湿负荷，其计算式如下：,（2.40）,（2.39）,Gw为设计新风量。,建筑供冷设计负荷,建筑供冷设计负荷为综合逐时冷负荷的最大值加上新风冷负荷再加上运行过程中冷量损失。冷量损失在工程中按系统的形式及规模附加1.11.3的富余系数。,建筑供冷设计负荷概算,建筑方案阶段，要进行准确的建筑冷负荷计算是不可能的，但方案设计需要机房面积、设备型号、设备容量、投资费用等内容，这就需要我们借助概算方法与指标来予估设计负荷，

36、概算方法有经验公式法和面积指标法。,经验公式法,该方法是将建筑看成一个大空间，按各朝向概算出维护结构总冷负荷，加上人员概算冷负荷（116.3W/人），再乘以1.5的新风负荷系数。,建筑面积冷指标法,该方法是以国内现有一些旅馆建筑面积给出的冷负荷为基础，对其他建筑则乘以适当的修正系数，从而即可方便地概算出各类建筑总的冷负荷。基准值：7080W/m2（旅馆建筑）修正系数：办公楼 1.2 大会堂 22.5 图书馆 0.5 影剧院 1.2 商店 0.8（只营业厅空调）1.5（全部空调）医院 0.8 1.0,（2.41）,第三章：空气热湿处理与设备,3.1 空气热湿处理的依据与途径,3.1.1 送风状态

37、与送风量,夏季送风状态与送风量,房间通风量与换气次数,房间通风量应当区别采暖、通风与空气调节几种不同的环境控制方法，依据房间的热湿、有害物质平衡及空气量平衡来加以确定。,热平衡：,（3.1）,（3.2）,湿平衡：,（3.3）,（3.4）,热湿比：,通过室内状态点N点作热湿比线，则该线在N点下方的所有各点均可能成为待定的送风状态点O，送风状态点一经确定，由式（3.2）（3.4）可导出：,（3.5）,NO的距离大：i、d、to大，G小，投资小，室内温 度不均匀、稳定性差，影响人体热舒适。NO的距离大：i、d、to小，G大，投资大，室内温 度均匀、稳定性好，人体感觉舒适。为保证室内温度场分布符合室温

38、允许波动范围的要求，规范规定了夏季送风温差（to=tn-to）的建议值，以便合理地确定送风状态和送风量。同时还推荐有换气次数作为制约送风量大小的指标。见书中表3.1。换气次数：送风量与房间容积的比值，即n=G/V（次/h）如显热量Qx已知，可采用送风温差按下式计算送风量：,（3.6）,通风建筑的通风量按余热、余湿、空气污染物量三项分别进行计算，取其最大值作为通风建筑的通风量。,当余热、余湿、排入室内空气污染物量可以计算时，排除室内余热、余湿可用空调送风量公式计算房间的全面通风量；空气污染物的排除应先将空气污染物进行分类，然后在分别按下式进行计算：,（3.7）,M散入房间的某种空气污染物量，mg

39、/s；Cyp该种污染物允许排放浓度；查相关标准；Cj进风中含有该种污染物浓度；,当散入房间内的污染物量无法计算时，全面通风量可按经验数据或换气次数来确定。查相关的规范和设计手册。,新风量的确定,向房间内供应新风的目的是改善室内空气的品质。,房间新风量的合理确定应符合下列规定：,满足人体的卫生需要；足以补充房间局部排风量并维持正压要求；为确保安全，空调系统的新风量在总风量中所占的百分比应 根据各房间所需的最大值确定，且不得低于10；,冬季送风状态与送风量,新风比m：设计新风量与设计送风量的比值；,冬季设计送风状态与送风量是在夏季基础上进行考虑的。冬季送风量的确定通常有两种选择：冬、夏季送风量相同

40、；设计、运行有利。冬季送风量减少；节能。,例3.1 43页,3.1.2 空气热湿处理的基本过程,.等湿加热（AB）=+,温度增高、焓值增大而湿量不变。又称干加热。可用表面加热器、电加热器实现。,2.等湿冷却（AC）=-及 减湿冷却）,温度降低、焓值减小而湿量不变。又称干 冷却。,温度降低、焓值减小、湿量降低。又称减湿冷却。,可通过表面冷却器或喷水室喷冷水加以实现。,3.等焓加湿（,等焓加湿。含湿量增加焓值不变。,利用定量的水通过循环喷洒可近似实现这一过程。,4.等焓减湿（AD）=0,等焓减湿。含湿量减少焓值不变。,利用固体吸湿剂可近似实现这一过程。,5.等温加湿（AF）0,利用向空气中喷蒸汽可

41、近似实现这一过程。,AE）=0,6.冷却干燥（AG）0,可通过表面冷却器或喷水室喷冷水加以实现。,3.1.3 空气热湿处理的途径与方案,欲将某种状态的空气处理到送风状态O，可通过若干基本处理过程的合理组合，形成多种处理方案。下面以一直流式空调系统（冬、夏O点假定相同）为例，对夏季、冬季设计工况下空气热湿处理的各种途径与方案进行简要分析。,夏季热湿处理的途径与方案,WLO,由冷却干燥（WL）和干加热两个（LO）基本过程组合而成。冷却干燥对于夏季空调是必不可少的处理需求，一般通过喷水室或表冷器来实现。采用喷水室处理空气，可获得较高的卫生标准和较宽的处理范围；采用表冷器处理空气，可使设备紧凑，使用管

42、理方便。二者均能适应对环境参数的较高调控要求，在工程中均有广泛的应用。,缺点：当送风状态要求比较严格时，需干加热来调整送风温度 造成冷热抵消，导致能量的无益消耗。需采用人工冷源 初投资与能量消耗都较大。,WO,在理论上这是一个最理想最节能的途径。可使用液体吸湿装置来实现这一基本的热湿处理过程。但液体吸湿系统复杂，投资大、运行管理困难。所以这一方案应用较少。,W1O,由等焓减湿（W1）和干冷却（1O）两个基本过程组成。等焓减湿需设固体吸湿装置来完成，这使投资增大并且运行管理复杂。从图中可以看出干冷却过程允许冷媒温度较高，可使制冷设备容量大幅减小，乃至完全取消人工制冷，从而为蒸发冷却等自然能的利用

43、提供用武之地。,冬季热湿处理的途径与方案,WLO,由加热加湿（WL）和干加热（LO）两个基本过程组成。加热加湿采用喷水室进行喷淋热水来实现，如有废热、地热能够利用，这一方案在技术、经济上是非常合理的；如采用人工热源，则会在投资和运行管理上带来不利。,W2LO,由干加热（W2）、等温加湿（2L）和干加热（LO）三个基本过程组成。等温加湿通常采用喷蒸汽的方法，对于夏季已确定采用表冷器处理空气的空调系统来说，此方案是一种必然的选择。缺点：使用蒸汽处理空气难免产生异味，这有可能影响到送风的卫生标准。,W3LO,由干加热（W2）、绝热加湿（2L）和干加热（LO）三个基本过程组成。绝热加湿采用喷循环水的方

44、法，对于夏季已确定采用喷水室处理空气的空调系统来说，此方案是一种必然的选择。优点：改善空气品质，经济、节能。,W4O,由干加热（W2）、等温加湿（2L）二个基本过程组成。等温加湿通常采用喷蒸汽的方法，它与第二个方案的区别在于取消了二次再加热过程，而由新风预热集中解决送风需要的温升，以达到节约投资的目的。缺点：使用蒸汽处理空气难免产生异味，另外，加湿量的调节、控制很困难。,W5L/5O,由干加热（W5）、等焓加湿（5L）和两种不同状态空气混合（L/5O）三个基本过程组成。本方案的等焓加湿和两种不同状态空气混合过程一般是在一个带旁通的喷水室中完成的，喷水室加旁通导致空气处理箱断面增大，设备布置困难

45、。,方案选择：根据对室内空气参数的要求选择处理方案，先选择夏季处理方案，就现在技术发展现状而言，应选择方案1：对湿度要求不高的采用表冷器；对湿度要求高的采用喷水室。冬季处理方案应与夏季处理方案相协调。,3.2 用 喷水室处理空气,喷水室借助喷嘴向流动空气中均匀喷洒细小水滴，以实现空气与水在直接接触的条件下进行热湿交换。它所独具的能够实现多种空气处理过程、具有一定空气净化能力、结构上易于现场加工构筑物且节省金属耗量等优点，使之成为应用最早而且相当普遍的空气处理设备。但是，限于它对水质要求高、占地面积大、水系统复杂、运行费用较高等缺点，除在一些以湿度调控为目的的场合还大量使用外，一般建筑已不常使用

46、或仅作加湿设备使用。,3.2.1 喷水室的构造与类型,喷水室由喷嘴、供水排管、挡水板、集水底池和外壳所组成。喷水室类型：卧式、立式、单级、双级、低速、高速、带旁通 或带填料层等型式。现在我们国家常用的是单级卧式低风速喷水室，下面讲它 的构造。,单级卧式低速喷水室的构造,1前挡水板；2喷嘴与排管；3后挡水板；4底池；5冷水管；6滤水器；7循环水管；8三通阀；9水泵；10供水管；11补水管；12浮球阀；13溢水管；15泄水管：16防水灯；17检查门；18外壳；,单级卧式低速喷水室的截面积应根据通风量和v=23m/s的流速条件来确定，长度则取决于喷嘴的排数、排管布置和喷水方向。喷水室中通常设置13排

47、喷嘴，喷水方向根据与空气流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷单排多为逆喷，双排多为对喷，在喷水量较大时才宜采用3排（1顺2逆）。喷水室中喷嘴的性能是决定空气与水进行热湿交换速度的关键部件，喷嘴的雾化性能越好热湿交换速度越快。喷水室的外壳和底池在定型产品中多用钢板和玻璃钢制作；现场施工时也可用砖砌或用混凝土浇制。,3.2.2 喷水室处理空气的过程分析,100,1,t6=tA,A,2,3,4,5,6,7,t4=ts,t2=tl,Pq2,Pq4,Pq6,空气以一定速度流经喷水室时，它与水滴表面饱和空气边界层不断地进行着对流热交换和对流质交换，其中显热交换取决于二者之间的温差；潜热交换取决于水蒸气分压

48、力差；全热交换取决于二者的焓差。图中空气的典型状态变化过程的假定条件是：水量无限大，接触时间无限长。,过程线,水温特点,t或Qx,d或Qt,i或Qs,过程名称,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,twtl,tw=tl,tl twts,tw=ts,ts twtA,tw=tA,twtA,减,减,减,减,减,不变,增,增,增,增,增,增,不变,减,减,减,减,不变,增,增,增,减湿冷却,等湿冷却,减焓加湿,等焓加湿,增焓加湿,等温加湿,增温加湿,100,1,A,2,如果空气与水接触处于一种理想状态水量有限而接触时间足够长，虽然空气终状态仍能饱和，但除tw=ts这一情况之外，其他热湿交换过程的水

49、温都将发生变化。其时，空气状态变化过程已不再是直线，而呈曲线状。下面以tw1低于空气露点温度为例，用图对顺喷和逆喷的空气状态变化过程进行分析。顺喷空气终状态达到饱和，并且空气温度与水温终状态tw2相等。逆喷空气终状态达到饱和，并且空气温度与水温初状态tw1相等。对实际的喷水室来说，水量有限，接触时间有限，空气终状态点只能接近饱和，我们把这一状态点称之为“机器露点”。在实际工作中关注的是空气处理的结果，而不在中间过程，所以用连接初、终状态点的直线来近似表示这一过程。,tw1,3,tw1,tw1”,tw2,100,1,A,2,tw1,3,tw1,tw1”,tw2,3.2.3 喷水室的设计与选择,喷

50、水室的工程计算主要包括热工计算与阻力计算。依据这些计算结果，配置喷水室各功能部件，确定各种工作参数，并结合产品资料完成设备选择与性能小校核。,喷水室的热工计算,喷水室的热交换效率,全热交换效率E,全热交换效率也叫第一热交换率或热交换效率系数，它是在同时考虑空气和水的状态变化这一前提下，通过考察其实际过程接近理想的程度来获得的。将空气状态变化过程沿等焓线投影到饱和曲线上，并将饱和曲线近似看成直线，则：,（3.8）,对于绝热加湿过程：,（3.9）,通用热交换效率E,通用热交换效率也叫第二交换效率或接触系数，它与E不同之处在于，定义中只单纯地考虑到空气的状态变化。如果仍按前述对图中曲线的近似处理，并