第二章空调负荷计算与送风量(精) .ppt
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1、空调房间冷(热),湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。在室内外热、湿扰量作用下,某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。当得热量为负值时称为耗(失)热量。在某一时刻为保持房间恒温恒湿,需向房间供应的冷量称为冷负荷,相反,为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为热负荷;为维持室内相对混度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。得热量通常包括以下几方面:1由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量;2人体、照明设备、各种工艺设备及电气设备驶入房间的热量。得湿量主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。房间冷(热),湿负荷量的计算必
2、须以室外气象参敛和室内要求维持的气象条件为依据。,第二章 空调负荷与送风量,第五节 空调房间送风量的确定,本章内容,第一节 室内外空气计算参数,第二节 太阳辐射热对建筑物的热作用,第三节 通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷,第四节 室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷,第一节 室内外空气计算参数,空调室内设计参数包括的内容,一、室内空气计算参数,空调房间室内温湿度标准的描述方法:温湿度基数空调精度。室内温湿度基数是指空调区域内所要保持的空气基准温度和基准相对湿度;空调精度是指在要求的空调区域内和要求的持续时间内,空气温度或相对湿度允许偏离室内温湿度基数的最大值。例如,tn=200.5
3、,n=505%。(空调区域是指离外墙0.5米,离地面0.3米至高于精密仪器设备或人的呼吸区0.30.5米范围内的空间),人体靠摄取食物以获得能量维持生命,能量最终以热量的形式散发到体外。为保持体温恒定,必须使产热和散热保持平衡,人体热平衡可用下式表示:S=M-W-E-R-CS:人体蓄热率M:人体能量代谢率W:人体所作机械功E:汗液蒸发和呼出的水蒸汽所带走的热量R:穿衣人体外表面与周围表面之间的辐射换热量C:穿衣人体外表面与周围表面之间的对流换热量S=f(M,tn,n,tr,vn,Icl)S0 体温上升,S0 体温下降,S=0 热平衡,(一)人体热平衡和热舒适感,1、人体热平衡,研究方法:心理学
4、 定义:人对周围环境“冷”“热”的主观描述。特点:尽管人描述环境的冷热,实际上只能感觉到自己皮肤下神经末梢的温度。所以“冷”“热”与感受者的身体状态有关,不是完全客观的。“中性”的定义:不冷不热,人用于体温调节消耗的能量最小。,什么是热舒适?,观点1:舒适中性,?,观点2:舒适中性,舒适产生于不适的消除过程中。“舒适”比“中性”更主观。,Cool&Comfort!,人体的温度感受系统,20世纪初发现人的皮肤上存在对冷敏感的区域“冷点”和对热敏感的区域“热点”人体各部位的冷点数目明显多于热点 为什么人对冷更敏感?,50mV,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
5、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)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,2、热舒适感,热感觉的测量:问卷调查,热感觉投票和热舒适投票,Thermal Comfort Vote&Thermal Sensation Vote,PMV指标的7级分度,分度方法和TSV基本一致,在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的 3200 组非空调环境的测试结果:PMV与实际TSV的偏差。,热感觉的适应性,产热 热量消耗,人体蓄热,能量代谢M、对外做功W、与环境的显热换热和潜热交
6、换E,对流散热C辐射散热R,皮肤散湿呼吸散湿,人体与环境的热交换,人体热舒适条件:,人体与外界的辐射换热方程,长波辐射,0.8 0.4 0.7,0.78 0.72 0.7,人体对长波辐射的发射率和吸收率在0.95左右,对太阳辐射的吸收,3、有效温度图和ASHRAE舒适区,由于人的舒适感共四个环境影响因素和四个人为因素,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。,人体活动量,年龄,性别,1919开始研究,1967前的ASHRAE手册采用 有效温度ET定义:“这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综
7、合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”对于正常穿着:ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47 对于半裸者:(二式条件均为 va0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/1+0.22(Ta-Twb)缺点:低温条件下湿度的影响不准确,(1)有效温度ET,有效温度ET诺谟图,普通衣着,坐姿轻劳动条件。,(2)新有效温度ET*(Gagge),ASHRAE标准55-74,ASHREA手册1977版 参考空气环境:身着0.6 clo服装静坐,空气流速0.15m/s,相对湿度50,干球温度T0 如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空
8、气环境中的冷热感相同,则此环境的 ET*T0 该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。,(3)标准有效温度SET*,SET*=24,22.5,100,24,50%SET*20,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。,热舒适方程 S=M-W-E-R-C令人体热平衡方程中蓄热率 S0,得出:(M W)=fcl hc(tcl-ta)+3.9610-8 fcl(tcl+273)4(+273)4+3.05 5.733 0.007(MW)Pa+0.42(
9、MW 58.2)+1.73 10-2 M(5.867 Pa)+0.0014 M(34 ta),对流散热,辐射散热,汗液蒸发散热,呼吸潜热和显热散热,皮肤扩散蒸发散热,人体对稳态热环境的反应描述-理论建立者:P.O.Fanger,4、人体热舒适方程和PMV-PPD指标,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,应该采用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。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
10、试者的冷热感觉资料,得出PMV的计算式:,PMV=(0.303 e0.036 M+0.0275)TL=(0.303 e0.036 M+0.0275)M W 3.05 5.733 0.007(M W)Pa0.42(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。,预测平均评价PMV(Predicted Mean Vote),PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的
11、感觉,不能代表所有个人的感觉。PMV的计算是完全客观的,但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。,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)。,预测平均不满意百分数PPD(Predicted Percent Dissatisfied),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
12、4+0.2179 PMV2),即便达到 PMV0,仍然有5的人不满意。,(二)室内空气温湿度计算参数,室内温湿度设计参数的确定,除了要考虑室内参数综合作用下的舒适条件外,还应依据室外气温、经济条件和节能要求进行综合考虑。1、舒适性空调夏季:2428,4065%,0.3m/s冬季:1822,4060%,0.2m/s2、工艺性空调降温性空调:有范围,无精度恒温恒湿空调:对基数和精度都有严格要求净化空调:温湿度有一定要求,空气含尘大小和数量有要求,FOR EXAMPLE,内外扰量,二、室外空气计算参数,1、目的确定围护结构传热负荷;确定新风处理负荷。2、室外空气温湿度的变化规律 a、气温的日变化、季
13、节变化和年分布(气象包络线)b、湿度的变化3、夏季空调室外空气计算参数 a、夏季空调室外计算干、湿球温度确定新风状态 b、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度计算传热负荷4、冬季空调室外空气计算参数 温度:采用历年平均不保证1天的日平均温度;相对湿度:采用累年最冷月平均相对湿度。,第二节 太阳辐射热对建筑物的热作用,一、太阳辐射热的基本知识,太阳辐射能的去向,海陆风和山谷风,(一)地球对太阳的相对位置,0,0,+23.5,-23.5,赤纬d,北回归线,南回归线,太阳辐射热量的大小用辐射强度I来表示,它是指一平方米黑体表面在太阳照射下所获得的热量值,W/m2。当太阳辐射线到达大气层时,其中一部分
14、辐射热被大气层中的臭氧、水蒸气、二氧化碳等吸收;另一部分被云层中的尘埃、冰晶等反射或折射,形成无方向的散射辐射;未被吸收和散射部分则透过形成直射辐射。故而,到达地面的太阳辐射=直射+散射,直射有方向性,散射无方向性。,(二)太阳辐射强度,地面上太阳辐射强度的影响因数 赤道 纬度()太阳赤纬(d)时角(h)太阳高度角()太阳方位角(A),(三)建筑物外表面所受到的太阳辐射强度,(1)直射辐射水平面上的直射强度:,垂直面上的直射强度:,(2)散射辐射水平面上的散射辐射:,垂直面上的散射辐射:,(3)太阳总辐射强度 水平面总辐射强度:,垂直面总辐射强度:,(4)围护结构外表面所吸收的太阳辐射热,二、
15、室外空气综合温度 Solar-air Temperature,建筑物外表面单位面积上得到的热量为:,为综合温度,第三节 通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷,一、概述,(一)得热量和冷负荷的基本概念 得热量(Heat Gain HG):是指在某一时刻由室外和室内热源散入房间的热量总和;瞬时冷负荷:是指为了维持室温恒定,空调设备在单位时间内必须自室内取走的热量,也即在单位时间内必须向室内空气提供的冷量。除热量:当空调系统间歇使用时,室温有定的波动,引起围护结构额外的蓄热和放热,结果使得空调设备要自室内多取走一些热量。这种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为除热量。,两种方式机理不同,(二)
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