第一章空调系统空调的诞生
1881年 7月,美国 总统 菲尔德在华盛顿车站遇刺受重伤,时值盛夏。只有降低室温才能手术。
美国工程师 谢多 用工业制冷用的空气压缩机成功地使总统病房的温度从 37℃ 降到了 25℃ 。被认为是世界上第一台空调器的发明者。
空调的诞生
1902年 7月,美国工程师威利斯 开利 设计出第一套科学空调系统,在纽约市布鲁克林一家印刷厂,成功解决了由于温湿度变化而引起的色彩叠印问题。
开利的发明标志了现代空调的诞生。定义了空调必须具备四项功能:
控制温度、控制湿度、空气流动速度、
空气洁净度 。
一、空调系统概述空气调节,Air conditioning” 是采用 机械设备 和 工程技术措施 向人们提供适宜的生产、生活和科学实验的内部空间环境。
空调的任务-保证 特定空间 的 空气参数 达到 所要求的状态 。
( 1) 特定空间 指房间、厂房、剧院、手术室、汽车、火车、飞机等。
( 2) 空气参数 指空气的 温度、相对湿度、空气流速、洁净度(四度) 及压力、环境噪声等。
( 3) 所要求的状态 有 舒适性、工艺性 要求。
舒适性空调 --主要取决于 人体热舒适 要求例如:对舒适性空调的室内参数总的规定:
1.冬季,t = 18~ 22℃,φ = 40~ 60%,
υ 不大于 0.2m/s
2,夏季,t = 24~ 28℃,φ = 40~ 65%,
υ 不大于 0.3m/s
新风量,10~ 100 m3/h2 人 如办公室
30m3/h2 人 商场 10m3/h2 人
工艺性空调 --主要取决于 生产工艺 要求满足生产,实验,电子,医院手术,考古研究(防止氧化的保护气体空调)等。
参数的指标,
空调基数 —— 空调区域内设计规定的空气基准温度和基准相对湿度。
空调精度 —— 空调区域内,偏离空调基数的最大允许值 。
暖通专业课程之间的关系空气调节锅炉房工艺与设备燃气供应工程通风工程制冷技术供热工程人工环境保证某一 特定空间 的 空气参数达到 所要求的状态
1.描述空气状态的参数
由水蒸气及干空气组成的混合气体称为湿空气。
思考:空调系统中为什么要把含量很少的水蒸气作为一个重要的成分来考虑?
1.描述空气状态的参数
湿空气是理想气体
满足理想气体的状态方程与道尔顿分压定律
PV=MRT
干空气:P G V=M G R G T
水蒸气:P Q V=M Q R Q T
P G=P1+P2+P3+ …..
B=P G +P Q
R G ——287J/(kg·K) R Q——460.5J/(kg·K)
( 1)大气压力( B)
影响因素:海拔、纬度等
标准大气压:北纬45度、海平面的全年平均气压
单位:帕斯卡 (Pa)
( 2)干球温度( t)
摄氏温标 t
开尔文温标 T
华氏温标 t
( 3)密度( ρ)、比容( )
ρ=ρg+ρq
=Pg/RgT+Pq/RqT
=(B-Pq) /RgT+Pq/RqT
=0.003484B/T -0.00134Pq/T
Rg=287 J/(Kg K)
Rq=461 J/(Kg K)

1?
( 4)水蒸气分压力( Pq)
水蒸气分压力 P q
反映水蒸气含量大小
饱和水蒸气分压力 Pq.b是温度的函数
( 5)湿度
绝对湿度 Mq/V 单位,Kg/m3
含湿量 d=Mq/Mg=(Pq/Rq)/(Pg/Rg)
=0.622*(Pq/Pg)
=0.622*(Pq/(B-Pq))
单位,Kg/Kg d.a.
相对湿度 φ=Pq/Pq.b *100%
( 6)焓( h)
反映一定状态下空气所含能量的多少
空调中假设 t=0 ℃ 时,h=0 KJ
1 Kg干空气 h=1,01 t KJ
1Kg 水蒸气 h=2500+1.84t KJ
因此,(1+ d)Kg湿空气
h=1,01 t+ d(2500+1.84t) KJ
( 7)湿球温度( ts)
干湿球温度计干、湿球温度的差值反映了空气的潮湿程度。
( 8)露点温度 (tew)
在含湿量保持不变的情况下,对空气进行冷却,当相对湿度 φ=100%时,空气中含湿量达到饱和,如空气温度继续下降,必将产生凝结水,此时湿空气的温度即为露点温度,即空气是否结露的临界温度。
2.焓湿图湿空气的 h-d图,是将一定大气压力下的湿空气各参数间的相互关系,用以 含湿量 d为横坐标和以 焓 h为纵坐标的线算图表示出来,纵坐标与横坐标之间夹角为
135°,图中 t,d,h,φ四个参数组成四组等值线。
h-d图上的一个 点 代表湿空气的一个状态,一条 线 则代表湿空气状态变化的一个 过程 。
焓湿图是反映湿空气状态参数及其状态变化的湿空气性质图,是空气调节设计运行中非常有用的线算图,熟练掌握其使用方法在实际工作中将带来很大的方便。
( 1)图的构成
坐标轴,h和 d
坐标轴夹角,135°
d
h
等温线
d
h
t
依据:
h=1.01t+(2500+1.84t)d
水蒸气分压力线依据,
Pq=B*d/(0.622+d)
d
h
t
Pq
相对湿度线依据:
饱和线 φ=100%=f(t)查表非饱和线 φ=100%( Pq/Pq.b)
Pq
d
h
t φφ
热湿比线热湿比线 ε:表明空气状态变化时热与湿的变化特性。
ε= Δh/(Δd/1000)=Q/W
Δh——空气状态变化前后的焓差,kJ/kg·干空气;
Δd——空气状态变化前后的含湿量差,g/kg·干空气;
Q——空气状态变化过程中得到(或失去)的热量,kJ/s;
W——空气状态变化过程中得到(或失去)的湿量,kg/s。
Pq
d
h
t φφ
ε= Δh/(Δd/1000)
- ∞

0
- 2000
3000
5000
例题 1.已知大气压力为 101325Pa,空气初参数为
。当空气吸收的热量和 的湿量后,温度变为求空气的终状态点。
解:
( 2)通用焓湿图(用于不同大气压力)
以湿空气的焓 h和含湿量 d构成一个平面坐标系,坐标系夹角为 135° 。图中分别给出焓 h、含湿量 d、干球温度 t、湿球温度 ts及 比 相对湿度 Ψ的等值线族,并给出相应的 水蒸气比分压力 P’q标尺。
例题 2.将初状态为 的湿空气处理至终状态,当地大气压力
B=0.714285bar,试在通用焓湿图上绘出过程线,
并求出初、终状态的 h,d和 φ。
解:确定饱和线的比相对湿度 Ψ= 1/B=1.4bar-1
过 的等温线与 Ψ= 1.4等比相对湿度线的交点作 的等湿球温度线,该线与 的等温线的交点即为初状态点 1。
过 的等温线与 Ψ= 1.4等比相对湿度线的交点作 的等湿球温度线,该线与 的等温线的交点即为终状态点 2。
d
d2= 11.2
t
d1= 18.4
Ψ=1.4
t2=12
t1=26
ts2=11
ts1=20
t=11
t=20
h2=40
h1=73
由图查得,Ψ1= 0.87
则 φ1= B·Ψ=0.6212
Ψ1=O.87
Ψ2=1.28
Ψ2= 1.28
则 φ2= B·Ψ=0.914
( 3)焓湿图的应用
在 h-d图上确定湿空气的状态参数;
在 h-d图上用过程线表示湿空气的处理过程;
利用 h-d图进行空气处理过程热、湿量计算。
在 h-d图上确定湿空气的状态参数
已知 t和 d
已知 t和 ts
已知 t和 tew
注意,已知的两个状态参数必须是独立的
在 h-d图上用过程线表示湿空气的处理过程
1
2
h2
h1
d2
d1
利用 h-d图进行空气处理过程热、湿量计算例题 3.某空调系统采用室外新鲜空气与室内循环空气混合进行处理,然后送入室内,已知大气压力
B=101325Pa,室内循环空气 GA= 2000kg/h,
tA= 20 ℃,φA=60%,室外新鲜空气 GB= 500kg/h,
tB= 35 ℃,φA=80%,求混合空气状态点。
解,hC= 56 kJ/kg·干空气
dC= 12.8 g/kg·干空气
3.负荷计算空调负荷计算包括,夏季室内冷负荷,
冬季室内热负荷,室内湿负荷 (全年都有)。
空调房间的冷(热)、湿负荷计算是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。
( 1)空调房间的得热量及其形成的冷负荷
得热量,某一瞬时进入空调房间的热量。包括经围护结构进入房间的热量及由室内设备、
人体、照明产生的热量。
冷负荷,为保持室内温度恒定,某一瞬时空调系统应向房间提供的冷量,简而言之,冷负荷就是某时刻应从房间排出空气得到的热量。
思考:瞬时冷负荷是否等于瞬时得热量?
工程设计用计算方法-冷负荷系数法用 冷负荷温度 计算围护结构传热形成的冷负荷,用 冷负荷系数 计算窗辐射得热形成的冷负荷及室内设备、人体、灯具散热形成的冷负荷。
冷负荷温度,指与冷负荷相对应的当量计算温度。
冷负荷系数,指瞬时冷负荷与得热量最大值的比值。
例题 4.试计算西安地区某空调房间夏季设计冷负荷。
已知:西安地区的地理纬度为 N34°18’,夏季室外平均风速为 v=2.2m/s,房间长
×宽 ×高= 8m×3.6m×3.8m,用途为办公室,工作时间为 8,00~ 18,00,室内设计温度为 tn= 26 ℃ 。
屋顶为 Ⅲ 型结构,K=0.62W/( m2·℃ ),外表面为中色;南外墙为 Ⅳ 型结构,K= 0.84W/( m2·℃ ),外表面吸收 系数 ρ= 0.9;
南外窗为双层钢窗,玻璃为 3mm普通平板玻璃,内挂浅兰色窗帘,无外遮阳
,窗户尺寸高 3 宽= 2.1m3 3.6m;
内墙:邻室及走廊的温度与空调房间相同;地板下对应的房间无空调,室内发热量极少,地板的传热系数为 K= 1.07W/( m2·℃ );
设备:室内有一台 HP-Vectra286/12计算机,额定功率 510W;
人员:室内工作人员 4人,群集系数 φ= 0.93;
照明:明装荧光灯 63 40W。
解:从 8,00~ 18,00分项逐时计算,
然后再将同一时刻的各分项负荷相加得出逐时总冷负荷,取最大值即为房间设计冷负荷。
时间 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00
屋顶 67 89 84 89 105 134 173 216 263 305 341
南外墙 23 21 18 18 20 25 32 42 52 61 67
南外窗传热
63 85 108 128 147 163 171 178 178 173 165
南外窗敷设
183 281 407 506 590 562 435 316 225 169 112
地板 145 145 145 145 145 145 145 145 145 145 145
设备 14 171 194 209 220 231 237 243 239 254 257
人体 286 392 403 429 440 447 434 460 465 469 474
照明 181 259 262 268 268 271 274 274 274 277 277
总冷负荷
902 1432 1631 1792 1935 1978 1921 1874 1835 1853 1838
各项冷负荷汇总
( 2)热负荷计算(同采暖热负荷计算)
冬季时,由于空调房间室内温度高于室外温度,通过围护结构,热量不断传向室外,空调系统要保持所需要的室内温度,就得不断向室内补充相应的热量,该热量就称为空调房间的热负荷。 热负荷=失热量-得热量
失热量
围护结构传热耗热量;
门、窗缝隙的冷风渗透耗热量;
门、孔洞及相邻房间侵入的冷风侵入耗热量;
水分蒸发耗热量;
加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量;
通风系统将空气从室内排到室外所带走的通风耗热量;
得热量
生产车间最小负荷班的工艺设备散热量;
非采暖通风系统的其它管道和热表面的散热量;
热物料的散热量;
太阳辐射进入室内的热量。
空气调节房间热负荷的计算在原理上与采暖热负荷的空气计算相同,即按稳定传热计算法,将耗热量作为房间的热负荷,室外计算温度按冬季空调室外计算温度采用。
( 3)湿负荷计算湿负荷定义为单位时间进入室内空气的水蒸气量,kg/s。
包括人体散湿、开式水箱水面散湿、工艺过程散湿等。
4.送风量确定原理:全面通风、瞬间充分混合 。
根据能量、质量平衡原理:
Gh1+Q=Gh2
Gd1+W=Gd2
h2=hN
d2=dN
G=Q/(hN-h1)
=W/(dN-d1)
送风 排风
( 1)夏季送风状态点及送风量的确定
根据热湿比线和送风温差
夏季,N
O
根据室内的控制精度,可以大致确定送风温差的范围
热湿比线根据室内的热湿负荷确定送风温差:室内空气温度 tn与送风温度 t1之差。
对于舒适性空调,当送风高度小于或等于 5m
时,送风温差不宜大于 10 ℃ ;当送风高度大于
5m时,送风温差不宜大于 15 ℃ 。
对于工艺性空调室内允许波动范围 送风温差
> ± 1.0 ≤15
± 1.0 6~ 10
± 0.5 3~ 6
± 0.1~ 0.2 2~ 3
工程设计中一般先确定夏季空调送风量,
冬季可以采用与夏季相同的送风量,也可以采用小于夏季的送风量(允许送风温差较大)。
( 2)冬季送风状态点及送风量的确定
( 3)空调房间新风量的确定工程上把新风量的最低限称为最小新风量或最小新风比。
卫生要求;
补充局部排风量;
保持空调房间的“正压”要求( 10~ 50Pa)。
作业
1.湿空气的组成成分有哪些?为什么要把含量很少的水蒸气作为一个重要的成分来考虑?
2.什么是焓湿图( h-d图)?
3.为什么要计算负荷?负荷计算的内容包括哪些项目?
4.什么是得热量?什么是冷负荷?什么是热负荷?什么是湿负荷?
5.试分析为什么冷负荷不等于得热量?
6.最小新风量如何确定?