负荷和送风量.ppt

第三章 空调负荷计算和送风量,二、空调房间送风量和送风状态点的确定,一、空调负荷计算,（一）空调房间夏季得热量与冷负荷,（二）空调房间冬季耗热量与热负荷,（三）散湿量与湿负荷,（四）空调系统负荷与概算方法,（一）空调房间送风量的确定,（三）夏季空调房间送风状态点的确定,（四）冬季空调房间送风状态点的确定,（二）空调房间送风状态点的确定,一 空调负荷计算,按性质分 冷负荷、热负荷、湿负荷按对象分 房间负荷、系统负荷,2,（一）空调房间夏季得热量与冷负荷,一般在夏季，空调房间(或空调区域)的各种得热量会使房间的温度上升到超出控制范围，只有向房间供给适当的冷量才能保持房间的空气温度在控制范围内。需要向空调房间提供多少冷量，即房间冷负荷为多少，必须要知道房间的得热量情况和数值。1.空调房间夏季得热量是指夏季某一时刻由外界进入空调房间和空调房间内的热源散发的热量的总和。,3,采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)规定，空调房间在夏季计算得热量时，应根据下列各项确定 1)通过围护结构传入的热量2)透过围护结构中的透明部分(如外窗、阳台玻璃门、玻璃幕墙)进入的太阳辐射热量3)人体散热量4)照明装置散热量5)设备、器具、管道及其他内部热源的散热量6)食品或物料的散热量7)渗透空气带入的热量8)伴随各种散湿过程产生的潜热量,4,空调房间热量的主要来源,室内外温差传热,太阳辐射传热,人体散热,用电设备散热,照明散热,5,（一）空调房间夏季得热量与冷负荷,空调房间夏季得热量分类 按得热量是否会随时间变化分 稳定得热量和瞬时得热量 按得热量的性质分 显热得热量和潜热得热量 按显热得热量的传递方式分 对流得热量和辐射得热量,6,2.空调房间冷负荷为使空调房间保持所要求的空气温度，在某一时刻应从室内除去的热量或需要向房间供给的冷量称为房间冷负荷。空调房间的冷负荷应根据各项得热量的种类和性质分别进行计算，其中通过围护结构传入的热量、透过外窗进入的太阳辐射热量、人体散热量、以及非全天使用的设备、照明装置的散热量等形成的冷负荷，应按非稳态传热方法计算确定。3.空调房间冷负荷与得热量的关系得热量是引起冷负荷的根源，但它们之间并非时刻都相等，这是由围护结构和房间内部物体的蓄热特性以及得热量的种类决定的。,7,（一）空调房间夏季得热量与冷负荷,瞬时得热中的对流热和潜热是直接放散到房间空气中的热量，并立即构成房间的瞬时冷负荷。瞬时得热中的辐射热(如经外窗进入空调房间的瞬时太阳辐射热和照明辐射热等)则不能立即成为瞬时冷负荷。因为辐射热会首先透过空气投射到具有蓄热性能的围护结构、家具和设备、装置等室内物体表面上，被其吸收和贮存。只有当这些室内物体表面因吸热而温度升高到高于室内空气温度后，它们才会以对流换热方式将贮存的那部分热量再逐渐放出来加热室内空气成为房间滞后冷负荷。空调房间的瞬间得热量大于等于房间瞬时冷负荷。,8,房间瞬时冷负荷房间滞后冷负荷,瞬时得热中的对流热 瞬时得热中的潜热瞬时得热中的辐射热,表2-7 各种瞬时得热中所含各热量成分,9,图28是经围护结构进入空调房间的太阳辐射热所形成的瞬时得热量和实际冷负荷的关系图。从图中可以看出，空调房间实际冷负荷的峰值要比太阳辐射所形成的得热量的峰值小，而且出现的时间也迟于太阳辐射热的峰值。这种得热量转化为冷负荷的过程中，存在的衰减和延迟现象，主要是由围护结构蓄热特性决定的。,图28 太阳辐射热形成的得热量与冷负荷,10,围护结构的蓄热能力与其热容量有关，建筑材料的热容量等于其质量与比热的乘积，热容量愈大，蓄热能力也愈大，反之则小。一般建筑结构的材料比热值大致相等，故材料热容量就单一地与其质量成正比关系。从图29中可以看到，重型结构的蓄热能力比轻型结构的蓄热能力大得多，其冷负荷的峰值比较小，延迟时间也比较长。,图29 不同质量围护结构的蓄热能力对冷负荷的影响,11,灯具照明散热比较稳定，灯打开后所散发的辐射能量最初并没有全部转化为冷负荷，而是有一部分被房间的围护结构(如墙体)和家具等室内物体所吸收。随着开灯时间的持续，围护结构和家具等室内物体的温度逐渐上升，与室内空气的热交换量逐渐提高，最终通过辐射的得热量与向空气对流传热量相等，达到平衡。,图210 荧光灯散热形成的得热量和冷负荷,瞬时得热量,12,围护结构和家具等室内物体的温度不再升高时，可以认为照明散热形成的瞬时得热量全部转化为瞬时冷负荷，即得热量等于冷负荷。关灯后，贮存在围护结构和家具中的热量会逐渐释放出来，通过对流传热向空气散发，继续形成冷负荷直至全部放完(图中右边的曲线)。,图210 荧光灯散热形成的得热量和冷负荷,瞬时得热量,13,4.冷负荷计算方法 得热量的计算虽然很复杂，但还可以沿用经典的传热学计算方法来计算。冷负荷的计算则需要在得热量计算的基础上，再考虑太阳辐射和室外温度变化，以及围护结构等物体的蓄热效应，因此十分繁琐。在计算空调冷负荷时，除了必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热效应外，还要注意不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同步的。在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热量分别计算，然后取逐时各冷负荷分量之和。,14,空调房间夏季得热量与冷负荷,常用方法：谐波反应法和冷负荷系数法,15,比较复杂不能详细介绍！（通过繁琐的数学推导得热量和冷负荷的关系，实际应用中不用计算，各地区数据都已制成表格，根据需要查表即可！）,（二）空调房间冬季耗热量与热负荷,空调房间除了能得到热量外，在某些情况下，还会损失热量，特别是在冬季体现得最明显。1.空调房间冬季耗热量 耗热量是指房间空气损失的热量，又称为失热量或热损失，主要包括 1)围护结构的耗热量2)加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量3)加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量4)水分蒸发的耗热量5)加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量6)通风耗热量7)通过其他途径散失的热量,16,在各种热量损失中，以室内外温差作用下，通过围护结构向室外传递的热量损失最多，即围护结构的耗热量最大。在计算围护结构耗热量时，要分成围护结构的基本耗热量和附加耗热量两部分来计算。围护结构的基本耗热量是指在稳态传热条件下，由于室内外温差作用，通过房间各部分围护结构向室外传递的热量总和。由于围护结构的实际耗热量会受各种因素的影响，按稳态传热条件计算所得到的基本耗热量必然会有偏差，因此需要对已计算出的基本耗热量进行相应地修正或附加，这些修正或附加包括朝向、风力和房间高度三个方面的修正以及外门附加。即附加耗热量。,17,关于围护结构的附加耗热量朝向修正是考虑建筑物的各个朝向受太阳辐射影响不同而对外围护结构传热量的修正；风力修正是考虑室外风速的大小对外围护结构的外表面放热系数有影响而对外围护结构传热量的修正；高度修正是考虑在热流作用下，房间内上部的空气温度高于室内空气计算温度（地面以上、2米以下空气的平均温度），使实际耗热量比计算耗热量大的修正。外门附加是考虑建筑物底层外门开启频繁，从外门进入建筑物中的冷空气将导致耗热量增大。,18,2.空调房间热负荷的确定 在冬季，影响房间内空气温度升降的因素是房间的得热量和耗热量。只有当房间总的得热量小于总的耗热量，才会使房间空气温度降低到设计值以下，此时为了保持空调房间的空气温度符合设计要求，需要补充房间缺少的热量或向房间供给的热量称为房间热负荷。,19,（二）空调房间冬季耗热量与热负荷,冬季空调房间的得热量主要包括 1)工艺设备散热量2)热管道及其他热表面的散热量3)热物料的散热量4)人体散热量5)照明装置散热量6)通过其他途径获得的热量,民用建筑的有关得热量一般作为安全因素不计算；耗热量中通常也只计算围护结构的耗热量这一项，因此民用建筑的热负荷一般就等于围护结构的耗热量。,20,（二）空调房间冬季耗热量与热负荷,需要引起注意的是，空调房间冬季热负荷与供暧房间热负荷的计算方法是一样的，只是由于空调房间室内热环境条件的要求高于供暧房间，因此二者室内外空气计算参数的规定值有所不同。有一些房间或区域(如商场或建筑物的内区等)，由于人流多、照明强，使其在冬季室外气温低于室内气温的情况下，得热量还是大于耗热量，此时即使在冬天也需要供冷。对于冬季空调，房间不一定就是热负荷，到底是热负荷还是冷负荷，要根据房间的得热量和耗热量的对比来确定。,21,（二）空调房间冬季耗热量与热负荷,（三）散湿量与湿负荷,空调房间的自然湿量来源有室内湿源散发的湿量和室外空气渗透带入的湿量两类，统称为散湿量，主要包括 1)人体散湿量(包括呼吸和汗液蒸发向空气散发的湿量)2)渗透空气带入的湿量3)化学反应过程的散湿量4)各种潮湿表面、液面或液流的散湿量5)食品或其他物料的散湿量6)设备散湿量各项散湿量的计算方法参见有关设计手册。,22,对于空调房间来说，室内湿源的散湿量和渗透空气带入的湿量不一定都有，因此有可能造成房间空气保持要求的参数时有多余的湿量或湿量不足。为保持房间要求的空气控制参数，必须从房间除去多余的湿量或向房间补充不足的湿量均称为房间湿负荷。,23,（三）散湿量与湿负荷,（四）空调系统负荷与概算方法,采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)规定 除方案设计或初步设计阶段可使用冷负荷指标进行必要的估算之外，应对空调区进行逐项逐时的冷负荷计算。1.空调系统负荷系统负荷的确定以房间负荷为主，另外再考虑 新风负荷风系统由于风机和风管道产生温升以及系统漏风等引起的附加负荷水系统由于水泵和水管产生温升以及系统补水引起的附加负荷其他附加负荷,24,(1)夏季空调系统的冷负荷根据系统作用范围内所有空调房间的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式的不同，有两种不同的算法 取同时使用的各空调房间逐时冷负荷的综合最大值，即从各房间逐时冷负荷相加之后得出的数列中找出的最大值。取同时使用的各空调房间夏季冷负荷的累计值，即找出各房间逐时冷负荷的最大值并将它们加在一起，而不考虑它们是否同时发生。后一种算法的结果显然要比前一种算法的结果大。,25,（四）空调系统负荷与概算方法,当采用定风量空调系统时，由于系统本身不能适应各空调房间冷负荷的变化，为了保证最不利情况下达到空调房间的温湿度要求，应采用各空调房间夏季冷负荷的累计值。当采用变风量空调系统时，由于系统本身具有适应各空调房间冷负荷变化的调节能力，应采用各空调房间逐时冷负荷的综合最大值。注意 夏季空调系统的冷负荷还要计入新风冷负荷(处理室外空气需要耗用的冷量)，以及风机、风管、水泵、水管和水箱的附加冷负荷(抵消这些设备和装置及其中的流体温升需要耗用的冷量)。,26,(2)冬季空调系统负荷冬季空调系统负荷是热负荷还是冷负荷，取决于系统作用范围内所有空调房间总的耗热量和总的得热量。当总的耗热量大于总的得热量时，空调系统负荷是热负荷；反之空调系统负荷为冷负荷。如果空调系统负荷是热负荷，则还要计入新风热负荷，以及风管道、热水管、水箱内的流体温降的附加热负荷。(3)空调系统湿负荷舒适性空调系统通常不考虑湿负荷，如果要考虑，一般也只计算人体的散湿量，并作为空调系统的湿负荷。,27,其他要点 新风冷热负荷及各附加冷热负荷，从理论上讲可以逐一计算出来，但很繁琐且不太准确，实际工程中通常以房间总负荷的10%50%来统筹考虑。一般来说，各空调系统总的冷热负荷，在考虑同时使用情况，以及输送系统和换热设备的热损失后就是冷源和热源需要供给的冷量和热量，也是决定冷热源设备(如制冷机和锅炉等)总装机容量的依据。各空调房间配置的末端设备或装置一般是以房间冷负荷为依据选定的，通常能满足冬季供暧的需要。对于寒冷地区，由于冬季热负荷较大，还需要进行校核确认。,28,空调房间冷负荷,新风冷负荷,风系统附加冷负荷,水系统附加冷负荷,其他附加冷负荷,夏季空调系统冷负荷,(各空调系统总的冷负荷考虑同时使用情况),空调冷源冷负荷,换热设备热损失,输送系统热损失,三类冷负荷之间的关系,29,2.空调负荷的概算 在工程设计的方案设计或初步设计阶段，为了满足项目报审、招标等对设备容量、机房面积以及投资费用等方面的要求，往往需要大致了解空调系统的供冷量、供热量、用电量、用水量，以及空调机房、制冷机房、锅炉房等设备用房的面积。在受到各种具体计算条件不清楚、不明确或不全面的限制，还无法进行准确的负荷计算时，采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)规定可使用冷负荷指标来对空调负荷进行必要的估算(或称概算)。,30,（四）空调系统负荷与概算方法,常用的空调负荷概算方法是单位空调面积指标法，该方法是根据总结出的已在使用的同类型空调建筑和房间的负荷指标，来概算要设计的建筑和房间的空调负荷。由于空调负荷的影响因素较多，所以这类指标通常是一个数值范围，表28是国内部分典型民用建筑和房间的空调负荷设计指标的统计值，可供概算空调负荷时参考。,31,（四）空调系统负荷与概算方法,表28 民用建筑和房间空调负荷概算指标,32,表28 民用建筑和房间空调负荷概算指标(续),33,表28 民用建筑和房间空调负荷概算指标(续),由于概算指标德上下限差别较大，要合理选取只能靠设计人员的经验。中国建筑科学研究院空调研究所针对这一缺陷，对旅馆、商场、办公楼、影剧院四类公共建筑的设计冷负荷计算进行了研究，提出了较为详细的设计冷负荷概算表可供参考。,34,二、空调房间送风量和送风状态点的确定,在已知空调房间的空调负荷后，必须由空调系统或装置向空调房间输送一定量和一定状态的空气，来使空调房间的空气状态保持在工作、生活或生产、科研所要求的范围内。输送多少空气量和输送什么状态的空气才能满足要求，是本节要讨论和解决的主要问题。,35,图2-11所示空调房间的冷负荷为Q和湿负荷为W，通过向空调房间送入数量为qm(kg/s)，状态为O的低焓和低含湿量的干冷空气，吸收室内的余热和余湿变成室内状态的空气后，从排风口等量排出的空气置换方法来使房间的温湿度保持稳定。,tN,N,W,Q,图2-11 空调房间送排风示意图,送风,hO,dO,qm,hN,dN,qm,排风,36,由空调房间的热湿平衡可分别得(2-1)(2-2),送风,tN,N,W,Q,排风,图211 空调房间送排风示意图,hO,dO,qm,hN,dN,qm,（一）空调房间送风量的确定,37,(2-1)和(2-2)式经整理后可分别得空调房间的送风量计算式(23)(24)式(23)和式(24)相比可得空调房间的热湿比为(25),38,（一）空调房间送风量的确定,从式 可以看出，房间的热湿 比是由房间的冷负荷Q和湿负荷W决定的。的物理意义为 当数量为qm(kg/s)的空气由状态O沿线变化到状态N时，就能达到同时除去房间热湿量的目的，保持室内要求的温湿度状态。,39,（一）空调房间送风量的确定,（二）空调房间送风状态点的确定,由 可知 送风状态点O不是一个固定的点，从图212上可以看出，它可以是过室内状态点N的热湿比为=Q/W线上，N点以下线段上的任何一点。,100%,O,N,40,由式 和 可看出，O点的位置决定送风量qm的大小。很明显，送风状态点O与室内状态点N越接近，hNhO或dNdO的差值就越小，送风温差t0=tNtO也越小，送风量则会越大；反之，送风温差会越大，送风量会越小。,图212 送风量与送风状态点 分析图,t0,（二）空调房间送风状态点的确定,41,空调系统的夏季送风温差是决定空调系统经济性的主要因素之一。在保证既定的技术要求前提下，加大送风温差的经济意义 送风温差加大一倍，送风量可减少一半，空调系统的材料消耗和投资(不包括制冷系统)约减少40%，而动力消耗则可减少50%。送风温差在48之间每增加1，送风量可以减少10%15%。送风量太小带来的问题 会使室内空气温湿度分布的均匀性和稳定性受到影响，即影响空调效果。会使送风温度降低，而过低的送风温度会使人感到不舒适，甚至引起疾病，还很容易产生送风口结露滴水现象而带来其他问题。,42,送风状态点O的确定，也就是送风温差的确定要从经济和技术两个方面综合考虑。确定送风温差时还要与拟采用的送风方式联系起来考虑，因为不同的送风方式有不同的合适送风温差。采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)规定 空调系统常用的上送风方式的夏季送风温差，应根据送风口类型、安装高度和气流射程长度以及是否贴附等因素确定。在满足舒适和工艺要求的条件下，宜加大送风温差。舒适性空调的送风温差，当送风口高度小于或等于5m时，不宜大于10；当送风口高度大于5m时，不宜大于15。,43,（二）空调房间送风状态点的确定,工艺性空调的送风温差，宜按表29给出的数据采用。表29 工艺性空调的送风温差与换气次数,44,关于房间换气次数为了保证空调效果，需要对空调房间的最小送风量给予保护，一般是通过对房间换气次数的规定来体现的。换气次数是房间送风量qv(m3/h)和房间体积V(m3)的比值，用n(次/h)表示，即（26）舒适性空调的房间换气次数每小时不宜小于5次，但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定。工艺性空调的房间换气次数不宜小于表2-9所列的数值。,45,已知空调房间冷负荷Q、湿负荷W和室内控制参数，可按照下列步骤确定夏季送风状态点和房间送风量。1)计算热湿比值=Q/W。2)在焓湿图上确定出室内状态点N后，过N点作热湿比线。3)按照规范要求选取送风温差tO，求出送风温度tO=tN-tO，并进行校核(为防止送风口产生结露滴水现象，一般要求夏季送风温度要高于室内空气的露点温度23)。,46,（三）夏季空调房间送风状态点的确定,4)在焓湿图上找到tO等温线，该线与热湿比线的交点就是送风状态点O，查出hO和dO的数值。5)用公式(23)或(24)计算送风量，并按照规范要求用公式(26)校核换气次数。【例2-1】某空调房间的夏季冷负荷Q=3314W，湿负荷 W=0.264g/s。要求室内全年保持空气状态为tN=(221)和 N=(555)%，当地大气压为101325Pa。？求送风状态参数和送风量。,47,【解】1)求热湿比 2)根据tN=22,N=55%在hd图上确定室内空气控制状态点N，标出已知参数，查得 hN=45kJ/kg干，dN=9g/kg干。通过该点画出=12600的热湿比线。,图213 例题21示意图,48,3)依题意，查表29，取送风温差tO=8，则送风温度tO=228=14。查hd图，得室内空气的露点温度tNl=12.5，则tO-tNl=14-12.5=1.523，说明送风温差取得过大，使送风温度偏低，不合适。将tO减小为7，显然就可满足防止送风口结露的要求，此时的送风温度tO=15。,图213 例题21示意图,49,4)在hd图上找到15等温线和线的交点O，查得 hO=35kJ/kg干 dO=8.2g/kg干5)计算送风量 或,图213 例题21示意图,50,6)因不知道该空调房间的体积V，故不能进行换气次数的校核。本例题在送风温度tO确定后，通过联立解以下三个方程式用计算法也可以分别求出送风状态参数hO、dO和送风量qM。,51,（四）冬季空调房间送风量和 送风状态点的确定,当冬季空调房间负荷为热负荷时，说明需要向房间送热风。此时，送风状态空气的温度和焓值均大于室内控制状态的温度和焓值。从人的一般适应能力来看，耐受吹热风的能力比耐受吹冷风的能力强，因此空调送热风时的温差可比送冷风时的送风温差大，于是冬季送热风时的送风量就可以比夏季小。送热风时的送风温度也不宜过高，一般应不超过45。,52,冬季减少送风量可以少用电，降低运行费用，尤其是较大的空调系统，减少送风量的经济效益更显著。但是，减少送风量时要注意，送风量不能少于房间最少换气次数要求的送风量。冬季空调也可以采用与夏季相同的送风量。全年采用固定的送风量运行管理方便，当负荷变化时只需调节送风参数即可。,（四）冬季空调房间送风量和 送风状态点的确定,53,（四）冬季空调房间送风量和 送风状态点的确定,【例2-2】仍按例21的基本条件，如冬季余热量Q=-1105W，湿负荷W与夏季相同仍为0.264g/s。？试确定冬季送风状态参数和送风量。【解】1)求热湿比,54,2)根据tN=22,N=55%在hd图上确定室内空气控制状态点N，标出已知参数，查得 hN=45kJ/kg干，dN=9g/kg干。通过该点画出=-4190的热湿比线。,图214 例题22示意图,100%,=4190,22,55%,9g/kg干,45kJ/kg干,N,55,3)如采用保持全年送风量不变的方案，即冬夏季送风量相同，由于本例题冬夏季室内湿负荷相同，故从qm=W/dN-dO知，冬季的送风含湿量与夏季的相同，即 dO=dO=8.2g/kg干在hd图上找到dO=8.2g/kg干的等含湿量线和线的交点O，查得送风参数 hO=48.2kJ/kg干 tO=27,图214 例题22示意图,55%,22,9g/kg干,45kJ/kg干,N,100%,=4190,8.2g/kg干,48.2kJ/kg干,27,O,56,4)如果希望在冬季充分利用较大温差送风的优点来减少送风量，即采用小于夏季送风量的方案，则可先确定送风温度或送风温差，再计算送风量。例如取送风温度tO=36(送风温差为14)，在hd图上找到36的等温线和线的交点O，并查得 hO=54kJ/kg干 dO=6.8g/kg干,图214 例题22示意图,55%,22,9g/kg干,45kJ/kg干,N,100%,=4190,8.2g/kg干,48.2kJ/kg干,O,27,36,6.8g/kg干,54kJ/kg干,57,（四）冬季空调房间送风量和 送风状态点的确定,送风点为O时的送风量 或因不知道该空调房间的体积V，提高送风温度，加大送风温差后算得的上述送风量是否满足房间最小换气次数要求仍然不能校核。,58,1）夏季空调房间的得热量与冷负荷是两个既有联系又有区别的量，只有散发到室内空气中的热量才可能成为冷负荷.冬季空调房间的耗热量与热负荷关系。2）夏季空调系统的冷负荷，根据系统作用范围内所有空调房间的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式的不同，可按各房间逐时冷负荷的综合最大值或各房间冷负荷的累计值确定。此外，还要计入新风冷负荷以及风机、风管、水泵、水管和水箱的附加冷负荷。3）空调房间的送风量既要满足消除室内多余的热湿量或弥补热湿量不足的要求，又要符合换气次数的要求。4）送风温差的大小受到技术和经济两个方面因素的影响，特别是在夏季送冷风时，这种影响最明显，需要综合考虑确定。,本章要点,