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1、第三章 空气调节的基本原理第一节 空调系统的冷热负荷计算第二节 纺织厂空调送风系统第三节 空气与水间的热湿交换原理第四节 喷水室的热工计算第五节 空调房间(车间)送风状态第六节 变风量系统空调过程的分析与计算第七节 定风量系统空调过程的分析与计算第八节,第一节 空调系统的冷热负荷计算一、传热的基础知识传热的方式：热传导、对流换热、辐射换热热传导：两个传热体必须有接触、存有温差，热量总是由高温的物体向低温的物体传递。对流换热：发生在流体中。辐射换热：利用电磁波传递热量。任何物体都有辐射换热，温度越高，辐射换热越强。,一、传热的基础知识,室内外热量的传递：假设室内温度高于室外温度，热量由室内向室外
2、传递，经历三个阶段：吸热阶段、导热阶段、放热阶段。,内,外,（一）吸热阶段：热量从室内传至围护结构的内表面。吸热能力，以换热系数n表示。换热系数：指1m2的壁面积上，当流体同壁面之间的温差为1 时，单位时间传递的热量。单位：W/(m2),（二）导热阶段：热量从围护结构的内表面传至围护结构的外表面。导热能力以导热系数表示。导热系数：指当平壁的厚度为m，表面积为m2，以及两侧壁面温差为 时，在单位时间内由平壁的一面传给另一面的热量。单位：W/(m),（三）放热阶段：热量从围护结构的外表面传至室外空气。吸热阶段和放热阶段都包括对流换热和辐射换热，其效应体现为复合换热。放热能力，以换热系数w表示。,（
3、三）热量传递的有关计算1、吸热量Q吸=nF(tn-Tn)2、导热量Q导=（/）F(Tn-Tw)3、放热量Q放=wF(Tw-tw)4、热损失Qs=Q吸=Q导=Q放=1/(1/n+/+1/w)F(tn-tw)=KF(tn-tw)式中：K=1/(1/n+/+1/w),K叫传热系数：指围护结构两侧的空气温度差为1 时，每单位时间通过每平方米围护结构表面积传递的热量。单位：W/(m2)当围护结构为多层结构（且有空气层）时：K=1/(1/n+/+1/+1/w),（四）关于K值的讨论：,1、当越厚，K越小，当越薄，K越大。2、当K过小，造价高。所以K不能过小。3、当K过大，Tntl时，在内表面出现结露。所以
4、K不能过大。4、要使内表面不结露，须满足Tntl+1，推出：Kmax=n【tn-（tl+1）】/（tn-tw）a（对于外墙，温度修正系数a=1）,二、空调系统的冷热负荷计算,冷热负荷的概念（一）冷负荷：空调系统通过向车间送入冷量，以排除车间多余的热量，该冷量叫做空调系统的冷负荷。Ql（二）热负荷：空调系统向车间补充的热量，叫做空调系统的热负荷。Qr（三）湿负荷：车间内部的散湿量，叫做空调系统的湿负荷。W,二、空调系统的冷热负荷计算,一般采用概算法：（一）夏季冷负荷的计算：在夏季的下午，冷负荷达到最大值。冷负荷=传热量+发热量,1、传热量：指由室外向室内传入的热量。对于有窗厂房：传热量=Q1+Q
5、2 对于无窗厂房：传热量=Q1Q1-通过屋顶传入车间的太阳辐射热量。Q2-通过玻璃窗传入车间的太阳辐射热量。,2、发热量：指车间内部发出的热量。对于有窗厂房：发热量=Q3+Q5 对于无窗厂房：发热量=Q3+Q4+Q5Q3-车间机器散热量。Q4-车间照明散热量。Q5-人体散热量。,1、传热量：传热量=Q1+Q2,（1）Q1的计算：通过Q1=0.0303KFJ-（w）式中：K-屋顶的传热系数。F-屋顶水平投影面积。-屋顶对太阳辐射的吸收系数。J-太阳辐射强度。,1、传热量：传热量=Q1+Q2,（2）Q2的计算：通过Q2=XmXzJtF-（w）式中：Xm-窗的有效面积系数。Xz-窗的遮阳系数。Jt-
6、透过玻璃的太阳辐射强度。F-窗面积,2、发热量：=Q3+Q5,（1）Q3的计算：通过Q3=103a Ne-（w）式中：a-热迁移系数，一般a=1.0-运转系数，=0.850.95Ne-总功率-kw-安装系数，=0.70.9,（2）Q5的计算通过 Q5=n q式中：n-总人数。q-每人散发的热量。,2、发热量：=Q3+Q5,二、空调系统冷热负荷及湿负荷的计算,（二）冬季热负荷的计算：在冬季的深夜，热负荷达到最大值。热负荷=热损失-发热量 即Qr=Qs-（Q3+Q4+Q5）,1、热损失：指由室内向室外传出的热量。Qs=(q1+q2+q3+q4+q5+q6)（1+高度附加率)式中：q1、q2、q3、
7、q4、q5、q6 分别为通过围护结构的热损失。由通式：q=kF(tn-tw)(1+方向附加率+风力附加率),Q4的计算：通过Q4=103N-（w）或 Q4=103(N1+N2)-（w）式中：N-白炽灯总功率（kw）N1-日光灯总功率（kw）N2-日光灯镇流器总功率（kw）,二、空调系统冷热负荷及湿负荷的计算,附加率的确定：（1）方向附加率的确定：见图3-5（2）风力附加率的确定：一般取0%，劲风处取5%10%（3）高度附加率的确定：高于4m时，每增高1m附加2%，但总附加率不超过15%。即高度附加率=（h-4）2%,二、空调系统冷热负荷及湿负荷的计算,（三）湿负荷=蒸发量+补充的水汽量（略）,
8、第二节 纺织厂空调送风系统,原理：利用送风状态与排风状态的不同来排除（或补充）室内多余（或损耗）的热量和湿量，并降低车间空气的含尘浓度，以维持车间所要求的空气条件。,第二节 纺织厂空调送风系统空调系统：具有空气调节功能的系统。常见的空调系统包括：单通风系统、通风喷雾系统、空调室送风系统、喷雾轴流风机系统、悬挂式湿风道系统、水帘空调系统。,一、单通风系统,把室外空气直接送入车间，在吸收了车间的热、湿后又直接排入大气的一种送风系统。,车间,一、单通风系统,对于纺织厂车间，有冷负荷Ql无湿负荷W，故空气状态变化过程如下图所示：=Ql/W=满足：Ql=m(iB-iH),H,B,一、单通风系统,特点：送
9、入车间的空气状态随室外空气状态的变化而变化（送风状态即为室外空气状态）。,二、通风喷雾系统,M,在采用单通风的同时在车间增设喷雾装置的一种送风系统。,车间,二、通风喷雾系统空气状态变化过程如图：通风量 m=Ql/(iB-iH)喷雾量 Ww=m(dB-dH)空气状态变化方向可用表示为：=Ql/Ww空气状态变化过程为 HMB,H,B,M,M,二、通风喷雾系统特点：送入车间的空气的状态随室外空气状态变化而变化（送风状态即为室外空气状态），且只能对空气加湿，而不能对空气去湿。,M,三、空调室送风系统又称中央式空调系统。将空气处理到一定状态后再送入车间以平衡车间多余的或不足的热量，使之维持稳定的温湿度的
10、一种送风系统。根据通风量恒定与否分为定风量空调系统和变风量空调系统。,空调室,车间,三、空调室送风系统空调室处理空气的方法通常有：喷水、加热、混合等方法。（可能是单一种方法，也可能是多种方法的结合。）空调室送风系统又分为：喷水室空调系统、表面式空调系统、空调机组等。,喷水室空调系统：送入车间的空气的状态不随室外空气状态变化而变化（送风状态为K,室外空气状态为H），只要改变水温，既能对空气加湿，也能对空气减湿。,表面式空调系统：有光管式和肋管式两种。可以实现对空气进行：等湿加热、等湿冷却、减湿冷却处理。但不能对空气进行加湿处理。,空调机组：,是一种小型的表面式空调系统。按用途分：冷风机组、恒温恒
11、湿机组。按结构分：窗式、分体式（又分挂式和柜式）。,分体式空调机组家用空调机 由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、散热风机、送风机及电控部分（检测头）组成。,压缩机,冷凝器,节流阀,散热风机,蒸发器,送风机,检测头,家用空调机的工作原理：,启动空调机时，当电控部分检测到室内温度高于设定温度时，压缩机启动，压缩雪种，使雪种处于高压高温状态，进入冷凝器中凝结放热，热量由室外空气排走，为了加速散热，需要散热风机的配合，雪种变为高压低温状态，经节流阀的降压，进入蒸发器，在低压状态下迅速蒸发吸热，热量由室内空气提供，从而使室内空气冷冻，为了加速室内空气温度的均匀，需要送风机的配合，雪种变为低压低温状态，再
12、进入压缩机，进行新的循环。当电控部分检测到室内温度等于或低于设定温度时，压缩机停止。,重点分析：喷水室空调系统空气状态变化过程：例如：对空气进行喷循环水处理后送入车间，空气的状态变化过程如下：,H,K,B,重点分析：喷水室空调系统空气状态变化过程：例如：对空气进行混合后再喷冷水处理，然后送入车间，空气的状态变化过程如下：,H,K,B,C,四、喷雾轴流风机系统在空调室送风系统的基础上，采用喷雾轴流风机，对空气进行加湿处理的一种送风系统。特点：高效、节能。,五、悬挂式湿风道系统 在空调室送风系统的基础上，采用喷雾轴流风机，对空气处理后不设挡水板分离空气中的水滴，而直接进入送风道，使送风道呈潮湿状态
13、的一种送风系统。此时送风过程就不是等湿加焓过程，而是加焓加湿过程。特点：加湿性能好、节能。,六、水帘空调系统。将空气先进行水帘处理（循环水处理），然后送入车间以平衡车间多余的热量的一种送风系统。,风机,水帘,六、水帘空调系统空气状态变化过程如图：表示为：HKB,H,K,B,六、水帘空调系统 特点：结构简单，能耗低，送入车间的空气的状态随室外空气状态变化而变化（送风状态为K 点，但iK=iH），且只能对空气加湿，而不能对空气减湿。,第三节 空气与水间的热湿交换原理一、空气与水间的热湿交换本质1.空气与水间的热交换：包括潜热交换和显热交换。,一、空气与水间的热湿交换本质*潜热交换：指水吸收空气中的
14、热量变为等温的水蒸气（汽化热），或水蒸气向空气放出热量变为等温的凝结水（冷凝热）时的热交换。第一种结果：空气失去汽化热,但得到水蒸气,当汽化热大于水蒸气含有的热量时,空气减焓,反之增焓。第二种结果：空气得到冷凝热但失去水蒸气,当冷凝热大于水蒸气含有的热量时,空气增焓,反之减焓。*显热交换指空气与水存有温度差而进行的热交换。其结果是空气或被冷却或被加热。,一、空气与水间的热湿交换本质2.空气与水间的湿交换：当水表面界层的水蒸气分压力大于空气中水蒸气分压力时，水蒸发到空气中；当水表面界层的水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力时，空气中水蒸气发生凝结。第一种结果：空气变湿。第二种结果：空气变干燥。,二
15、、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：1.tsht，空气得到显热及水蒸气但失去汽化热，且显热+水蒸气所含有的热量汽化热,故空气的变化升温加焓加湿过程。,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：2.tsh=t，空气得到水蒸气失去汽化热但无显热变化，且水蒸气所含有的热量汽化热,故空气的变化为等温加焓加湿过程。,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：3.ttshts，空气得到水蒸气但失去显热及汽化热,且水蒸气所含有的热量显热+汽化热,故空气变化为降温加焓加湿过程。,i,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：4.tsh=ts，空气得到水蒸气但
16、失去显热及汽化热,且水蒸气所含有的热量=显热+汽化热，故空气的焓值不变，其变化为等焓加湿过程。,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：5.ts tshtl，空气得到水蒸气但失去显热及汽化热,且水蒸气所含有的热量显热+汽化热，故空气的焓值降低，其变化称为降温减焓加湿过程。,i,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：6.tsh=tl，空气失去显热但无水汽变化，故空气的变化为等湿减焓过程。,二、空气被不同温度的水处理时的状态变化将水温分为七种：7.tsh tl，空气得到冷凝热但失去显热和水蒸气,且冷凝热显热+水蒸气所含有的热量,故空气的变化为降温减焓减湿过程。,i,三
17、、空气被水处理后的终了状态的确定空气被水处理后的终了状态点称为机器露点。通常用K表示。其状态取决于水温和喷水量的大小。,三、空气被水处理后的终了状态的确定（一）若喷水量是无限量的，则k=100%，空气的终态为温度等于水温的饱和空气状态。,三、空气被水处理后的终了状态的确定（二）通常喷水量W=m，是有限的（=0.51.2），此时空气终态的相对湿度k=90%98%，状态点位于初态点与温度等于水的平均温度的饱和空气状态点的连线上。水的温升t=tshz-tshc,应用实例：1、采用循环水进行等焓增湿处理：=0.5，k=90%95%，t=02、采用一级喷水，进行减焓减湿处理：=0.81.2，k=90%9
18、5%，t=353、采用二级喷水，进行减焓减湿处理：=0.60.8，k=95%98%，t=46,第四节 喷水室的热工计算包括：（一）水温tshz、tshc的计算：（二）喷水量W的计算：W=m（三）制冷量Q制的计算：Q制=m(i1-i2)（四）冷冻水量Wj的计算：WjCp(tshz-tj)=m(i1-i2),tshz和tshc的确定,1、采用循环水进行等焓增湿处理：tshz=tshc=ts2、采用一级喷水，进行减焓减湿处理：tshz=tks-（0.51），tshc=tshz-（35）3、采用二级喷水，进行减焓减湿处理：tshz=tk+（0.51），tshc=tshz-（46）,例：室外空气的状态温
19、度t1=33、相对湿度1=70%，要求将此空气用单级喷水室处理至温度t2=25、相对湿度2=95%，被处理的空气量为100000kg/h，如当地深井水温度为15(已考虑管路的温升)。求喷水量、水的初温和终温、制冷量、深井水量及所需喷嘴数量。解：,解：1）由t1、1确定初态1点。并查得i12）由t2、2确定机器露点2。并查得 i23）喷水量W=m（单级喷水室=1.0）4）水的初温和终温：tshz=tks-1；tshc=tshz-35）制冷量Qzh=m(i1-i2)=6）深井水量的计算：由WjCp(tshz-tj)=Qzh7）所需喷嘴数量：n=w/q=,2,1,作业：已知空气的初态温度t1=34、
20、相对湿度1=60%，要求把此空气用水处理至温度t2=25、相对湿度2=90%，被处理的空气量为100000kg/h，冷冻水温度为12(已考虑管路的温升)。求喷水量、水的初温和终温、制冷量以及冷冻水量。,解：1、由t1=34，1=60%，确定初态1点，并查得i1=86.2kj/kg2、由t2=25，2=90%，确定机器露点2，并查得 i2=71.3kj/kg 3、喷水量W=m（单级喷水室=1.0）4、水的初温和终温：tshz=tk+0.5；tshc=tshz-45)制冷量Qzh=G(i1-i2)=6)深井水量的计算：由WjCp(tshz-tj)=Qzh,第五节 空调房间(车间)送风状态,一、空调
21、房间送风状态的变化过程mik+Q=miBmdk+W=mdB对于纺织厂：一般W=0,k,B,第五节 空调房间(车间)送风状态,二、通风量m的确定（一）热湿平衡需要的通风量：m（二）车间压力平衡需要的通风量：mmp P内=P外+（4050）pa（三）空调精度的要求：1*换气次数n大于或等于5次/h，而mnV*送风温差：610,第五节 空调房间(车间)送风状态,三、空调精度的要求：P70表3-10四、回风的使用1、一次回风的使用2、二次回风的使用,第五节 空调房间(车间)送风状态,五、过饱和送风车间空气状态的变化：使车间的W增加。六、送风状态点的确定：根据机器露点、室内状态点以及Q、W、m来确定。,
22、第六节 变风量系统空调过程的分析与计算,变风量系统：通风量m随空调工艺风量mk的变化而变化的空调系统,即m=mk，此时k点即为送风状态点。,一、夏季变风量系统空调过程,（一）全新风空调过程：H K B（二）一次回风空调过程：H（B）C K B例3-2（P74）,某地夏季空调室外设计气象条件：干球温度34，湿球温度28.3，该纺织厂细纱车间有34台细纱机，细纱机断头吸棉排风量1300m3/(h台)，车肚排风量2000m3/(h台)，车间的冷负荷474.095kW。车间要求保持干球温度30，相对湿度60%，该地区低温水的温度15，如采用压入式二级空调系统，试设计空调过程。,例3-2,解：（1）根据
23、室外空气：干球温度34，湿球温度28.3，确定H点；查得iH,解：（2）根据室内空气：干球温度30，相对湿度60%，确定B点；查得iB=,解：（3）确定机器露点k：采用二级喷水（=0.6，k=95%）,解：（4）确定送风状态点：（a）tB-tK=30-22.2=7.810，（b）排风量mp=(1300+2000)34=112200 m3/h=134640kg/h空调工艺风量mk=Q/(iB-iK)=474.095/(71-63.5)=63.213kg/s=227565kg/h所以K点为送风状态。,解：（5）确定混合状态点：采用一次回风，新风比取20%，确定C点。,解：（6）空调过程：H(B)C
24、 K B,B,K,C,H,解：（7）有关计算：通风量m=mK=Q/（iB-iK）喷水量W=m=喷嘴个数n=水温的确定：tshz=，tshc=制冷量：Qz=m（ic-ik）低温水量Wj：由WjCp(tshz-tj)=Qz新风量=m新风比回风量=m（1-新风比）,二、冬季变风量系统空调过程,（一）一次回风空调过程：H（B）C K B（二）使用预热器一次回风空调过程：H N（B）C K B例3-3（P76）,例3-3某地冬季空调室外设计温度为-4，相对湿度为73%，车间有余热330kW，要求保证车间干球温度24，相对湿度55%。车间有细纱机34台，该机的断头吸棉排风量为1300m3/(h台)，车肚排
25、风量为2000m3/(h台)，车间体积为13724m3。试设计空调过程。,解：（1）确定H点；查得iH=1.1 kj/kg干。（2）确定B点；查得iB=50.2kj/kg干。（3）确定K点：查得iK=42.1 kj/kg干。,解：（4）确定送风状态点：（a）排风量mp=(1300+2000)34=112200 m3/h=134640kg/h（b）空调工艺风量mk=Q/(iB-iK)=330/(50.2-42.1)=40.82kg/s=146952kg/h（c）换气次数n=mK/V=146952/（137241.2）=8.9次/h所以K点作为送风状态点。,解：（5）采用回风，由：(iB-iC)/
26、iB-iH=(50.2-42.1)/(50.2-1.1)=16.5%10%知：无须预热。确定C点，查得iC=42.1 kj/kg干。,（6）确定空调过程:H(B)CKB（7）有关计算通风量m=Q/(iB-iK)=146952kg/h再热量Qz=0喷水量W=m=0.5146952=73476kg/h水温的确定：tshz=tshc=ts=新风量mH=16.5%m回风量mB=83.5%m预热量Qy=0,H,B,K,C,第七节 定风量系统空调过程的分析与计算,定风量系统：当送风温差过大或当mk小于mp或小于nV时，m由mp或nV的大小来确定的空调系统，此时K点不是送风状态点，要处理到O点再送风,即此时
27、m=mO=Q/(iB-iO)。处理的方法：再热或二次回风。,一、夏季定风量系统空调过程,使用二次回风时的空调过程：H（B）C K(B)O B 使用再热时的空调过程（夏季一般不采用）：H（B）C K O B,二、冬季定风量系统空调过程,（一）预热、使用二次回风时的空调过程：H N（B）C K(B)O B（二）预热、使用再热时的空调过程：H N（B）C K O B,例3-4：某地冬季空调室外温湿度：tH=-10，H=60%，室内温湿度要求为tB=24，B=65%；，车间余热量为9.304kw，空调采用一次回风，循环水处理，新风比10%，换气次数不小于5次/h，车间体积为5000m3，机器露点的相对
28、湿度k=90%；水气比=0.5,试设计空调过程。,解：1.确定H点，查得iH=-7.82.确定B点，查得iB=553.确定K点：查得iK=49.5,解：4.确定送风状态点：换气次数n=mK/(V)=6080/(1.25000)=1.02次/h5次/h，须再热至O点，取n=5次/h，通风量m=550001.2=30000kg/h=8.33kg/s,由m=Q/(iB-iO)即8.33=9.304/(55-iO)求得iO=53.9，确定送风状态点O。,解：,5.采用回风：由(iB-iC)/(iB-iH)=(55-49.5)/(55+7.8)=8.75%10%需预热至N点，由(iB-iC)/(iB-i
29、N)=10%求得iN=0 kj/(kg干)，确定N点。6.确定C点。,解：7.空调过程如下图所示：H N(B)CKOB,H,N,K,C,B,O,解：8.有关计算通风量m=Q/(iB-iO)再热量Qz=m(iO-iK)=喷水量w=m水温tshz=tshc=ts=新风量mH=10%m，回风量 mB=m-mH预热量Qy=mH(iN-iH)=,补充：水帘空调的设计水帘空调的过程：H K B1、H点的确定：根据已知条件。2、K点的确定：根据H点及K（K 取决于v，一般v2m/s时，K 90%）。3、B点的确定：根据K点及通风量。m=Q/(iB-iK),车间,4、通风量的确定：根据换气次数。m=nV一般n
30、20次/h。5、水帘面积S的确定：根据m、水帘的有效面积系数Xs（一般Xs=0.70.8）以及通过水帘的空气的流速v（一般v2m/s）。由v=m/(XsS)，求出S,例：某地夏季空调室外设计气象条件：干球温度36，相对湿度70%，车间体积为120245m3，余热量300kw,采用水帘空调系统，试设计空调过程。,解：（1）确定H点,查得iH=（2）确定k点,查得iK=（3）取n=40次/h,则m=nv=由m=Q/(iB-iK),求出iB=，确定B点查出tB=（）空调过程为：H K B（）由vm/(XsS)，取v，Xs.，=1.2求出水帘面积S,H,B,K,如果不采用水帘空调而采用自然通风：则v=0.2m/s，m=vS=0.22451.2=28.8kg/s由m=Q/(iB-iH)，求出iB，确定B点，查出tB,H,B,
