1、 空气调节 （本科用）一、 什么叫“空调”？空气调节（简称空调）是使室内空气温度、相对湿度、速度、压力、洁净度等参数保持一定范围内的技术。 空调基数（温、湿度）：是指在空调区域内，按设计规定所需保持的空气基准温度与基准相对湿度（或湿球温度） 。 空调精度：是指在空调区域内，空气温度（或相对湿度）偏离室内温、湿度基数的最大值（t=, =）例:t n=200.1 , =505瑞士 : 0.001的实验室 , 美国: 0.25洁净度(0.1um10 级)1、 空调在世界上的发展十九世纪后期，法国的卡莱、美国的波义耳等发明氨压缩机。1906 年，美国工程师克勒谋（ramer）在纺织厂中用喷水室、过滤器
2、等处理空气，并在 1906 年提出“air conditioning” 。1932 年，开利尔 Carrier(空气调节之父)发明空调 1901 年建立第一所暖通实验室 1911 年绘制了湿空气的焓湿（i-d）图 1922 年离心机压缩机代替往复式（活塞式） 1937 年全空气系统发展到空气水系统（诱导器） 六十年代诱导器系统被风机盘管系统代替国际上三大空调制冷公司：开利尔 Carrier、约克 York、特灵 Trane2、 我国空调的发展三十年代，高峰时期，上海居亚洲之冠。高层旅馆、大电影院。1937 年（抗战开始） 、下坡路，发展终止。解放初期，恢复发展，1952 年几所高校开设暖通专业
3、，1963 年，上海生产窗式空调。改革开放以后（八十年代初） ，空调建筑、空调制冷设备生产企业全面兴起，一发不可收拾。各高等院校、设计单位、施工单位、建设单位、科研机构对暖通专业人才大量需求。全国高校：设有本科暖通专业 43 所设有专科暖通专业 44 所“暖通空调”专业改名为“建筑环境与设备工程”专业 包括：供热通风与空调工程、城市燃气工程、工业设备安装工程、供热空调与燃气工程、石油天然气储运工程等。生产企业：主机：江阴双良、长沙远大、大连三洋（溴化锂） 、上海合众-开利30HR、HK（活塞） 、30GQ（风冷） 、19XL（离心） 、上冷、南冷（五洲） 、武冷、重冷、北冷、天冷等捷风末端：上
4、海通惠-开利、启东风神、无锡申达、靖江希达、广东吉荣、上海新晃、八一、百富勒、福建扬帆、常州西武房间机：春兰、华宝、科龙、格力、美的、伯乐、迎燕、华凌、飞鹿二、 空调的任务和作用空气调节的任务，就是在任何自然环境下，将室内空气的“四度”维持在某一程度范围内。1、 空调技术在名用与公共建筑的应用舒适性空调：保证人体卫生要求、舒适需要。如：住宅、商场、旅馆、餐厅、幼儿园、学校、医院等2、 空调技术在工业上的应用工艺性空调：保证生产工艺过程的顺利进行。 轻工业：纺织厂、合成纤维、印刷、食品工业、卷烟厂。 电子工业、仪表工业、精密机械工业等恒温衡湿。 电子工业、医药工业、食品工业等无菌净化空调。三、
5、空调系统的组成1、 处理空气部分：进风、采风、新风引进口；空气过滤：初、中、亚高、高效过滤器；热湿处理：表面式换热器、喷水室等；冷、热源：天然冷热源：深井水、太阳能人工冷热源：锅炉、制冷机2、 输送空气部分：通风机、风管（道） 、消声器、静压箱、风阀。3、 在室内分配空气部分（控制气流组织，即空气分布）：送、回风口的型式、数量、位置。4、 运行调节部分：风阀、水阀、仪表、仪器、控制器、敏感元件、传感元 件等。 空调系统分类：集中式空调系统（全空气系统）分散式空调系统（局部式）半集中式空调系统：诱导式、风机盘管四、 技术政策：节能（发展趋势）发达国家，空调电耗占全国总电耗的 1/31/4。1、
6、变风量系统定风量系统2、 高效换热器3、 区域锅炉房代替分散性锅炉房4、 开发新的制冷剂和高效的制冷机组5、 空气水系统代替全空气系统6、 冰蓄冷的低温送风系统代替普通空调系统7、 空调基数视国家具体情况而定8、 空调精度不能盲目求高9、 电脑辅助设计（CAD） 、选型10、 智能化空调系统五、 本学期课程安排讲课：40 学时， 习题课：4 学时实验课：6 学时共计：50 学时参考书：采暖通风与空气调节设计规范 ，建工出版社实用供热空调设计手册 ，陆耀庆，1995，建工出版社民用建筑采暖通风设计技术措施 ，建工出版社冷负荷计算专刊，1983第一章 湿空气的物理性质和焓湿图空气调节的主要任务：加
7、热、冷却、加湿、减湿、净化过滤等。11湿空气的组成和物理性质一、湿空气的组成湿空气 干空气：大气中除去水蒸气和污染物质：N 2、O 2、Ar、CO 2、Ne 及微量元素。组成相对稳定，常作为计算含湿量、焓的基准水蒸汽：含量虽然少，但影响较大，而且变化。新风（新鲜空气）：含氧比例高，CO 2等较少；粉尘和有害物质少；负离子浓度（空气的维生素）较多；新风量的确定： 卫生要求；补充局部排风量；房间正压要求；回风：质量较差，但利用能节省能量。二、湿空气的状态参数状态参数：大气压力、温度、比容（密度） 、含湿量、相对湿度、焓、水蒸汽分压力。由于湿空气中水蒸汽含量少，比容大，压力低，而且处于过热状态，故可
8、视为理想气体。PV=RT 1湿空气 R 干空气 =287J/kPV=mRT m湿空气 R 水蒸汽 =461J/kPV0=mR0T 1kmol 气体R0：通用气体常数 8314.66 J/kmolk(一)、压力（P）1、大气压力（B）：地球表面上很厚的一层空气对地面形成的压力。标准大气压：45纬度海平面上的平均压力作为一个标准压力。1 个标准大气压力 = 1.0132510 5 Pa上海：海拔 4.5m 高：1.0050010 5 Pa（夏） 、1.0250010 5 Pa（冬）西宁：海拔 2261.2m 高：0.77310 5 Pa（夏） 、0.77510 5 Pa（冬）绝对压力 = 当地大气
9、压力 + 工作压力 （表压力） * ：凡未指明是工作压力，均指绝对压力2、水蒸汽分压力：湿空气中水蒸汽单独占有容积，并具有与湿空气相同的温度时的压力 。道尔顿定律：混合气体总压力等于各组成气体分压力之和。大气压力（湿空气压力）= 水蒸汽分压力 + 干空气分压力P = Pg + Pq (二)、温度：开尔文温标 T（K） 、摄氏温标 t()t = T 273(三)、含湿量：空气湿度的表示：含湿量 d; 绝对湿度；相对湿度 ；1、 绝对湿度：1 米 3湿空气中所含有的水蒸汽量，/m 3湿空气；2、 含湿量（d）：每 Kg 干空气所含有的水蒸汽量，/干空气；d = /干空气mg利用理想气体状态方程，且
10、 Vq = Vg , Tq = Tgd = 0.662 = 0.662 /干空气 = 622 g/干空气gqPqPBqPB 当 B 一定时，Pq、d 当 d 一定时，B、Pq(四)、相对湿度：表示空气接近饱和的程度。（）：湿空气的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度之比值。或：湿空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力之比。饱和绝对湿度：每 m 3的饱和空气中所含有的最大水蒸汽量。 = %10bqP由含湿量公式：0.662 得： qB%10dbd/db : 湿空气的饱和湿度比 ； d b ：饱和含湿量含湿量的另一种形式：d = 0.662 /干空气bqP（五） 、焓(i)：指空气所含有的热量。
11、焓差i ：反映了空气热量的变化。（1+d）湿空气的焓：i = ig + dig= 1.01t + d(2500 + 1.84t)= (1.01+1.84d)t + 2500d KJ/干空气* ：2500 : 0时水的汽化潜热，KJ/1.84 ：水的定压比热 1.84 KJ/1.01 : 干空气的定压比热 1.01 KJ/1.01t: 干空气显热； 1.84dt ：水蒸汽显热(1.01+1.84d)t ：显热； 2500d ：潜热一组公式： 1、含湿量：d = 0.662 = 0.662 /干空气qPBbqPB2、相对湿度： = %10bq dbd/db : 湿空气的饱和湿度比 ； d b ：饱
12、和含湿量3、焓：i = 1.01t + d(2500 + 1.84t)= (1.01+1.84d)t + 2500d KJ/干空气12湿空气的焓湿图一、座标的选定t、d、B、i、Pq 和 （v） 七个参数 （：1.261.12/m 3）三个基本参数：t、d、B ， i 与 t 有关，故一般用 i 代替 t;i 纵座标；d 横座标； i 与 d 夹角为 135等焓线 与横轴（d 轴）平行；等含湿量线 与纵轴（i 轴）平行;二、等温线i = 1.01t + d(2500 + 1.84t)* ：1.01t 为截距 2500 + 1.84t 为斜率t = const : 一组近似平行的直线三、等相对湿
13、度线（ = const ）d = 0.662 一组曲线；bqPBB = const、 = const d 取决于 Pqb = 0 时：d = 0 即纵轴线； = 100 %时：d = 0 饱和湿度线；以下为过饱和区，有雾区；以上为未饱和区，湿空气区（过热状态） ；四、水蒸汽分压力线由：d = 0.662 P q = (B = const) P q =f(d)qBdB62.0在 d 轴上方设一水平线，即水蒸汽分压力线。五、热湿比线：（状态另一状态）AB热湿比 ：状态变化前后焓差和含湿量差的比值。= 0.662 i/d ABdi 空 气对 GWQ：AB 线的斜率，角系数，与起始点位置无关* ：密度
14、（比容）：1.261.12 /m 3, 取定值 1.2/m 3 i d13湿球温度和露点温度一、干、湿球温度计：酒精温度计和水银温度计（通风干、湿球温度计）二、湿球温度的概念：t s当水温降到某一数值时，空气向水面的温差传热恰好补充水分蒸发所吸收的汽化热，此时水温不再下降，这一稳定的温度称湿球温度。（a）水温的高低不影响 ts （b） tt s: 反映了空气相对湿度 的大小；因此影响 ts的因素： t t三、t s在 id 图上的表示（t s=const 近似等焓线）空气 水水汽化潜热 + 水本身的液体热AS：i= i s -ia =dct s = 4.19dt s因此 A S = =4.19
15、t s 焓略增加tS = 4.19 0BAtS%讨论： 实际的等 ts线为 = 4.19t s线，而非 =0 （等焓）线 空调中，t s一般为30， 因此 = 4.19t s和 = 0 接近 t s = 0时， 两线完全重合。四、露点温度 tl:在空气的水蒸汽分压力 Pq（或含湿量 d）保持不变的情况下，空气温度下降，一直降到空气成为饱和状态时的温度。 t l为结露与否的临界温度空调除湿机：ALB(除湿d) t l= f (d, Pq) d 不变，则 tl为定值 LBAlt14焓湿图的应用一、空气状态变化过程在 id 图上的表示方法 =- 0+ tconsDGCEFBA1 、用空气加热器加热空
16、气（干式加热过程）电加热器、表面式加热器AB因为 d = const , d = 0 , t、i, i0所以 = +i2、用表面式冷却器冷却空气（干式冷却、等湿冷却）AC tl 0 ， t所以 = -i3、等焓减湿过程：用固体硅胶吸湿AD因为 i const ,d, t, d 0 ， 所以 = 0 i d t 0 () 0 () 06、干蒸汽加湿过程：增焓加湿（近似）等湿过程AFi, i 0，idi q d tconstiq :水蒸汽焓(全热)二、两种不同状态空气混合过程的计算1、计算方法i c = BAGiid c = BAd2、作图法：三角形相似 10%iBCiAAdCBCBBACBAGi
17、d* ：1、C 点称混合状态点2、混合点靠近质量大的点。两段长度比与两种空气质量成反比。第二章 室内冷（热） 、湿负荷与送风器* 冷负荷：消除余热所需的冷量。 （某一时刻为保持房间恒温恒湿需向房间供应的冷量。 ）* 热负荷：补偿房间的热损失所需的热量。* 湿负荷：为维持室内相对湿度恒定所需除去的房间湿量。* 得热量：某一时刻进入房间的总热量。围护结构温差传热和太阳辐射热；生产设备散热、散湿和照明散热；人体散热、散湿量；* 得湿量：某一时刻进入房间的总湿量 人体散湿量；工艺设备散湿量；21室内、外空气计算参数一、室内空气计算参数：t、广义包括：t、d、v(速度)、P（余压） 、dB（允许噪声）
18、、洁净度t、 为空气状态参数，与负荷计算有关。本节讨论这两参数。* ：温湿度基数（室内）：空调区域（或恒温区）内保持设计所要求的空气温度基数和相对湿度基数（基准值） 。* ：空调精度（允许波动幅度）：空调区域内，空气的温度和相对湿度在要求的持续时间内的允许波动幅度。如：t n = 201， n = 5010 %(一)、人体热平衡和舒适感人体散热方式：对流（q d） 、辐射（q F） 、蒸发（q Z）显热传热：对流（q d） 、辐射（q F）汽化潜热：蒸发（q Z）人体热平衡: chZFdWMq人体余热=产热 - 耗热 = 对流散热 + 辐射散热 + 蒸发热 + 蓄积热（体内）对流散热、辐射散热
19、：可正、可负值蒸发热 ：汗液、呼吸影响人体舒适的因素： t n （蒸发与对流） n (蒸发) v (蒸发对流) t b : 周围物体表面温度（辐射） 生活习惯：人体活动、衣着、胖瘦、年龄、性别综合指标 ：有效温度（等效温度） fig2-1 、ASHRAE 1972 年热舒适程度指标（新标准 ISO7730）PMV 和 PPD 指标PMV（Predicted Mean Vote）:对同一环境绝大多数人的冷热感觉PPD （Predicted Percentage of Dissatisfied）: 预测不满意百分率推荐：PPD 10 % ， -0.5 0.76 um, 5052 %波长：0.23.
20、0 um 峰值：0.5 um 附近反射吸收取决于： 颜色 粗糙度白色表面：反射可见光线 90 % ；黑色表面：各种波长的辐射几乎全部吸收 ；抛光的铝铂：反射 70 %的任意波长的光 ；吸收系数 = 1 反射率 ；三、室外空气综合温度假设靠近外墙有 tz来代表太阳辐射和空气传热的综合作用。空气传热 ： q 1 = W太阳辐射热：q 2 =I *： 为吸收系数所以表面吸收热：q = q 1 + q2= Wt= Wt= Zt*: 为综合温度，相当于室外气温由原来的 值增加了一个WZtZt Wt太阳辐射的等效温度 (当量温度也称等效温度，dWt与表面、朝向有关)没有考虑围护结构外表面与天空和周围物体之
21、间的长波辐射 WZt只考虑了太阳的短波辐射：则： 对垂直面： （接受周围物体热等于向天空散热）WZt 水平面： -3.5Zt23 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、冷负荷的基本概念1、得热量：房间某一时刻所得的最大热量。 （包括：门窗进入的太阳辐射、灯光散热、人体、机械散热）得热： 显热 对 流 热 蓄 热辐 射 热 ： 非 瞬 时 热 潜热：进入室内的湿量带入的热量* ： 对流热和潜热属于瞬时得热（冷负荷）2、冷负荷：为维持室温恒定而在某一时刻向房间供应的冷量（应从房间除去的热量） 。得热量 冷负荷只有当： 只有对流热或潜热，无辐射热时； 围护结构、家具无蓄热能力时
22、；在以上两种情况下，得热量 冷负荷3、除热量：空调设备的实际供冷量 系统运行的开始：除热量 = 冷负荷 + 自然温升 冷负荷 运行稳定后：除热量 = 冷负荷图分析： 冷负荷峰值（衰减） = 60 %得热峰值 峰值迟后（滞后）* ：冷负荷与围护结构蓄热能力（热容量=重量比热）有关* ：灯光照明散热与冷负荷* * ：几种得热因素：*1：透射的太阳辐射热：辐射热（100 %） 、对流热（0 %） 、潜热（0 %）*2：新风：对流热、潜热*3：灯 对流热 辐射热荧光灯 50 % 50 %白炽灯 20 % 80 %*4：人体：辐射热（40 %） 、对流热（20 %） 、潜热（40 %）（二） 、计算方法
23、概述 稳定传热：假定室内外空气温度和围护结构内各点温度都不随时间而变化，则传热量也不随时间而变。 不稳定传热：随时间而变的传热过程。1、50 年代：稳定传热计算：Q = KF(t W t n)2、引进苏联的谐波分解法（不稳定法）：认为：冷负荷 = 得热量，因此计算的冷负荷比实际偏大。3、动态负荷法计算：1968 年，加拿大：D.G.Stephenson , G.P.Mitalas 反应系数法：基于频率响应的谐波反应法。全年能耗减少 2040 % 七十年代初：Z传递函数法（冷负荷系数法） 。基于瞬态响应的传递系数法，以离散量代替连续的瞬态值。我国：78.482.6：建设部评议通过了两种方法： 谐
24、波反应法 冷负荷系数法二、用“冷负荷系数法” （传递函数法）计算夏季空调冷负荷 房间冷负荷的构成：房间得热量： 通过围护结构传入室内的热量； 通过外窗进入室内的太阳辐射热量； 人体散热量； 照明散热量； 设备、器具、管道、材料及其它室内热源散热； 食品或物料带入室内的热量； 渗入室内空气带入的热量（无正压时） ； 伴随各种散湿过程产生的潜热量；房间计算冷负荷应为以上各种逐时计算、逐时相叠加，找出综合最大值。 空调系统冷负荷的构成应根据各房间的同时使用情况，空调系统的类型及调节方式，按各房间逐时冷负荷的综合最大值或计算冷负荷的累加值确定，并计入新风冷负荷以及通风机、风管、水泵、冷水管和水箱的温升
25、引起的附加冷负荷。（一）通过屋盖（或外墙）传热形成的逐时冷负荷nlttKFLQK：传热系数，W/K ， 专刊表 31，32 分为类：冷负荷温度逐时值， 专刊表 33，34 ，取决于地理位lt置、朝向、构造、外表面颜色、粗糙度、蓄热特性。专刊条件：北京（北纬 3948）七月份， = 29Pt= 33.5，室外日温度波幅 9.6， W/KmaxWt 6.18W8.7 W/K , = 0.9n*: 用表 33、34 时需要修正*： 不同地点： 的修正： 表 35（以北京为例）ltdt*： 制表时： 18.6 W/，则 = ，Wltklt： 表 36k*： 制表时：外墙和屋面的吸收系数， = 0.9：
26、表 37lk因此修正后： = ltdttlklNltKFLQ（二）通过玻璃窗进入室内热量 温差传热 透热 以 对 流 和 辐 射吸 收 再 放 热透 射 日 射1、 透过无外遮阳玻璃窗的太阳辐射得热形成的冷负荷 FLQmaxjDLQCSnCa F：（与课本不同，课本中指净有效面积） ，窗口面积，； ：日射得热因素的最大值，W/；教材附录 22，maxjD专刊附录 21（P7） ；表中条件：* ：标准玻璃（3mm 厚普通平板玻璃） ；* ：无内遮阳设施时；实际玻璃窗： ， = maxjDZCZSCn ：窗玻璃的遮挡系数， 专刊P7 表 22SC= SC内内“ :内遮阳设施的遮阳系数,表 23；n
27、 ：窗的有效面积系数，P24；窗口与净有效面积；a ：冷负荷系数，表 25，26，27，28；LQC北区：2730（北纬）以北： 北京属北区 南区：2730（北纬）以南：2、 玻璃窗传热形成的逐时冷负荷（内外温差传热）KFLNlttK：P73 , 表 38、39. *：窗框修正系数 310；*：内遮阳修正： 单层：传热系数减少 25 %； 双层：传热系数减少 15 %：玻璃窗的冷负荷计算温度的逐时值（表 311）lt的地点修正： （表 312）l dt（三）通过内围护结构的传热冷负荷当空调房间与邻室温差大于 3时，需计算：KFLQNlst:邻室计算温度， = + = - lstlswplstl
28、wpt 内墙、楼板、内窗、内门；邻室发热量： lst很少（走廊、办公室） 11.6 W/m 3 0211.623 W/m3 323116 W/m3 5 吊顶及通风屋顶 屋顶的传热系数 K 1.16 W/ K 1.16 W/ （吊）屋顶内无通风 57 810吊顶内有通风 35 68 通过地面传热形成的冷负荷*1：若无外墙，不进行计算；*2：有外墙，只计算距外墙 2m 以内的面积；= 16 NjwpttKFLQjt例题 26*：外墙形成的逐时冷负荷的简化计算：以 240mm 砖墙为例：传热的延迟在 8 小时以上，而且衰减很大，由此引起的冷负荷的最大时刻与外窗、屋盖的负荷最大时刻均错开，所以可以简化计算：考虑不稳定因素的稳定方式； NzpwptttKFLQ： 日平均综合温度zwpt：由太阳辐射热形成的附加温升值，z墙的朝向外表面太阳辐射吸收系数 南 东南、西南 东、西 东北、西北 北0.65 4.5 6 6.5 5 30.75 5.2 7 7.5 6 3.5夏季围护结构的冷负荷：
