第二章 空調(diào)負荷計算和送風量.ppt

,第二章空調(diào)負荷計算和送風量,第一節(jié)室內(nèi)外空氣計算參數(shù),第二節(jié)太陽輻射熱對建筑物的熱作用,第三節(jié)通過圍護結構的得熱量及其形成的冷荷,第四節(jié)空調(diào)房間送風狀態(tài)及送風量的確定,冷負荷在某一時刻為保持房間恒溫恒濕，需向房間供應的冷量。熱負荷為補償房間失熱而需向房間供應的熱量。濕負荷為維持室內(nèi)相對濕度所需由房間除去或增加的濕量。,關于空調(diào)負荷的幾個基本概念,第一節(jié)室內(nèi)外空氣計算參數(shù),空調(diào)房間冷（熱）、濕負荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風量和空調(diào)設備容量的基本依據(jù)?？照{(diào)房間的室內(nèi)溫度、濕度的要求，用兩組指標來反映,空調(diào)溫度tn=空調(diào)溫度基數(shù)+空調(diào)精度（室內(nèi)溫度允許波動范圍）相對濕度n=相對濕度基數(shù)+空調(diào)精度（相對濕度允許波動范圍）,室內(nèi)溫、濕度設計標準的確定依據(jù),對于舒適性空調(diào)，主要從人體的舒適感來考慮，一般不提空調(diào)精度的要求；對于工藝性空調(diào)，要考慮滿足工藝過程對溫、濕度基數(shù)和空調(diào)精度的特殊要求，同時兼顧人體的衛(wèi)生要求。,人體的熱平衡和舒適感,人體的舒適狀態(tài)是由許多因數(shù)決定的，其中舒適感的環(huán)境指標有：主要指標溫度、濕度、空氣流速、清潔度其他指標壓力、噪聲、氣味等,人體熱舒適感,影響因素人感到熱舒適的條件熱舒適的評價,熱平衡方程MWCRES=0,M人體通過新陳代謝產(chǎn)生能量,主要取決于人體活動量的大小,此外還與年齡性別不同有明顯差別男性基礎代謝量明顯高于女性少兒、幼兒明顯高于成年、老年。,W人體所作的機械功,在某些活動中，人可能作外部功，如爬山而獲得勢能，做這些工作所消耗的能量則取自代謝自由代能。人體所放出的熱量被稱為新陳代謝產(chǎn)熱量H，這個熱量小于新陳代謝自由能產(chǎn)熱量。H=MW,人體是高效的能量轉化系統(tǒng)嗎？,機械效率W/M大部分室內(nèi)勞動機械效率近似0,人體與外界的熱交換,顯熱交換對流散熱C輻射散熱R潛熱交換E皮膚散濕出汗蒸發(fā)皮膚濕擴散呼吸散濕,人體與外界的對流、輻射和蒸發(fā)都受到人體衣著情況的影響。人體對流換熱與周圍空氣溫度、空氣流速有關。汗液蒸發(fā)與空氣溫度、濕度、空氣流速有關。人體周圍環(huán)境物體的表面溫度影響人體的輻射散熱強度。,影響熱平衡的因素,人的因素：活動量衣著環(huán)境因素：空氣干球溫度空氣相對濕度人體附近的空氣流速平均輻射溫度,服裝熱阻值（clo）短袖薄衫，綿織內(nèi)衣褲0.2薄褲子，短袖襯衫0.5保暖的長袖衫，全身套裙0.7薄褲子，背心，長袖襯衫0.7薄褲子，背心，長袖襯衫，夾克0.9厚三件套西服，長內(nèi)衣褲1.5,單件服裝熱阻背心0.06短袖或輕薄的襯衫，0.19保暖襯衫0.29短袖套頭絨線衫，毛背心0.2厚毛衣0.37薄毛衣0.25羊毛上衣0.35夾克0.4厚褲子0.32薄褲子0.26厚長裙0.3薄長裙，薄短裙0.2厚長外衣0.63薄長外衣0.25厚短外衣0.5薄短外衣0.2長統(tǒng)襪，緊身衣0.01鞋0.04短內(nèi)褲0.05短襪0.03,人體會通過體溫的變化會對人體的散熱產(chǎn)生影響，從而調(diào)節(jié)人的熱平衡。散熱調(diào)節(jié)方式血管擴張，增加血流，提高表皮溫度，出汗御寒調(diào)節(jié)方式血管收縮，減少血流，降低表皮溫度，通過冷顫增加代謝率,什么是熱舒適？,“對熱環(huán)境感到滿意的心理狀態(tài)”Fanger教授提出熱舒適的三個條件：1）人體必須處于熱平衡狀態(tài)，以便使人體對環(huán)境的散熱量等于人體的體內(nèi)產(chǎn)熱量，并且蓄熱量為零，即：M-W-C-R-E=0（S=0）充分條件？必要條件？2）皮膚平均溫度必須具有與舒適相適應的水平3）人體應具有最佳排汗率,熱舒適方程P.O.Fanger令人體熱平衡方程中蓄熱率S0，得出：(M-W)=fclhc(tcl-ta)+3.9610-8fcl(tcl+273)4(+273)4+3.055.7330.007(MW)Pa+0.42(MW58.2)+1.7310-2M(5.867Pa)+0.0014M(34ta),人體熱平衡,S=M-W-E-R-C（W/）S=0，人體狀態(tài)正常，體溫為36.5，S0，人體狀態(tài)不正常，體溫上升，高于36.5，S0，人體狀態(tài)不正常，體溫下降，低于36.5。,是在同樣的熱環(huán)境條件下，人與人的熱感覺也會有所不同，因此，應該采用平均熱感覺指標的概念，而預測的平均熱感覺指標常常簡稱為PMV（PredictedMeanVote）?？梢院侠淼脑O想，人不舒適的程度愈大，由舒適狀態(tài)偏離調(diào)節(jié)機制的熱負荷越大。一定活動水平的熱感覺是人體熱負荷的函數(shù)，表明一個人的體內(nèi)熱平衡和對所處環(huán)境的熱損失之間的差異，F(xiàn)anger收集了1396名美國和丹麥受試者的冷熱感覺資料，得出PMV的計算式,預測的平均熱感覺指標PMV(PredictedMeanVote),PMV=(0.303e0.036M+0.0275)TL=(0.303e0.036M+0.0275)MW3.055.7330.007(MW)Pa0.42(MW58.15)1.7310-2M(5.867Pa)fclhc(tclta)0.0014M(34ta)3.9610-8fcl(tcl+273)4(+273)4PMV是由舒適方程得到的一個熱感覺值數(shù)，體現(xiàn)了四種熱環(huán)境變量的一定組合、活動水平和著裝對平均熱感覺的影響的預測,預測平均不滿意百分數(shù)PPD（PredictedPercentDissatisfied）,在同樣熱環(huán)境條件下，人與人之間的熱感覺會存在差異，而人與人對熱環(huán)境的反應的差異除了熱感覺的不同之外，還表現(xiàn)在對環(huán)境滿意與否的差異。因此，F(xiàn)anger又提出預測不滿意百分數(shù)來表示人群對熱環(huán)境不滿意的情況，預測平均不滿意百分數(shù)常常簡寫為PPD（PredictedPercentDissatisfied）。,人體熱感覺的標度,熱感覺的七點標尺PMV熱+3見汗滴暖+2局部見汗（手、額、頸等）稍暖+1感熱，皮膚發(fā)粘濕潤正常0感覺適宜，皮膚干燥稍涼-1感涼（局部關節(jié)，可忍受）涼-2局部感冷不適，需加衣冷-3很冷，可見雞皮或寒顫,PMV與PPD的關系,PPD是通過概率分析確定某環(huán)境條件下人群不滿意的百分數(shù)PPD10095exp(0.03353PMV4+0.2179PMV2),即便達到PMV0，仍然有5的人不滿意。,有效溫度ET與ASHRAE舒適區(qū),由于人的舒適感共四個環(huán)境影響因素和兩個人為因素，因此不能用一個單一的物理量來表示環(huán)境是否處于熱舒適狀態(tài)。有效溫度就結合干球溫度、濕球溫度和空氣流速的效應來反映冷熱感覺的。,在同一條有效溫度線上具有相同的熱感覺有效溫度線與50相對濕度線的交點上標注著等效溫度的數(shù)值。例如，通過t25，50的兩線的交點的虛線即為25等效溫度線。該線上各點所表示的空氣狀態(tài)的實際干球溫度，相對濕度均不相等，但各點空氣狀態(tài)給人的冷熱感都相同。,思考題,為了保持人的熱舒適感，在以下條件發(fā)生變化時，空氣干球溫度應該怎樣變化？（1）空氣相對濕度下降（2）人的活動量增加（3）空氣流速下降（4）衣服加厚（5）周圍物體表面溫度上升,室內(nèi)空氣計算參數(shù),舒適性空調(diào)室內(nèi)溫、濕度標準,工藝性空調(diào)室內(nèi)溫、濕度標準,夏季,冬季,溫度應采用2428,相對濕度應采用4065%,風速不應大于0.3ms,溫度應采用1822,相對濕度應采用4060%,風速不應大于0.2ms,工藝性空調(diào)可分為一般降溫性空調(diào)、恒溫恒濕空調(diào)和凈化空調(diào)等。,室外空氣計算參數(shù),由圖33氣溫日變化曲線可見：室外空氣溫、濕度變化規(guī)律(1)室外空氣的干、濕球溫度隨季節(jié)、晝夜、時刻變化；(2)空氣的相對濕度取決于空氣干球溫度t和含濕量d；(3)若視一晝夜含濕量不變,相對濕度的變化規(guī)律與干球溫度t變化規(guī)律相反。,采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范(GBJ19-87)冬季空調(diào)室外計算溫度tw,d采用歷年平均不保證1天的日平均溫度；冬季空調(diào)室外計算相對濕度d采用累年最冷月平均相對濕度。,夏季空調(diào)室外計算干、濕球溫度,室外空氣計算參數(shù)的確定：,設計規(guī)范中規(guī)定的設計參數(shù)是按全年少數(shù)時間不保證室內(nèi)溫濕度標準而制定的夏季空調(diào)室外計算干球溫度tw,x采用歷年平均不保證50h的干球溫度；夏季空調(diào)室外計算濕球溫度ts采用歷年平均不保證50h的濕球溫度；夏季空調(diào)室外計算日平均溫度tw,p采用歷年平均不保證5天的日平均溫度；,室外逐時氣溫值受日照影響呈周期性變化，同時受到一系列隨機因素的影響,夏季空調(diào)室外計算日平均溫度和逐時溫度,室外空氣綜合溫度,外表面單位面積上得到的熱量,綜合溫度,為完善，作以下修改,它相當于將室外空氣溫度tw,提高了一個由太陽輻射引起的附加值（I/w），并非實際存在的空氣溫度。,第二節(jié)太陽輻射熱對建筑物的熱作用,太陽輻射強度及影響因素,太陽及其與地球間各種角度太陽輻射強度1m2黑體表面在太陽照射下所獲得的熱量值。影響到達地面的太陽輻射的因素地理緯度的影響季節(jié)的影響晝夜的影響,建筑物表面所受到的太陽輻射強度,太陽直接輻射強度太陽散射輻射強度長波輻射太陽的總輻射強度,第三節(jié)通過圍護結構的得熱量及其形成的冷荷,得熱量、冷負荷、制冷量三者的關系得熱量：某時刻由室外和室內(nèi)熱源進入房間的熱量的總和來自室外部分：室內(nèi)外溫差傳熱、太陽輻射進入熱來自室內(nèi)部分：室內(nèi)照明、人體、設備散熱,得熱量按隨時間變化，可分為穩(wěn)定得熱和瞬時得熱；得熱量按性質(zhì)不同，可分為顯熱（對流熱和輻射熱）和潛熱。得濕量主要為人體散濕和工藝過程與工藝設備散發(fā)出來的濕量。冷負荷為了連續(xù)保持室溫恒定，在某時刻需向房間供應的冷量，或需從室內(nèi)排除的熱量。,內(nèi)容要點：,任一時刻房間瞬時得熱量的總和不一定等于同一時刻的瞬時冷負荷；瞬時得熱負荷中的潛熱和顯熱得熱中的對流成分直接進入房間空氣中，并立即構成瞬時冷負荷；,得熱量轉化為冷負荷過程中，存在衰減和延遲現(xiàn)象。顯熱得熱中的輻射成分將被先蓄存到具有蓄熱性能的圍護結構和家具等室內(nèi)物體表面上，不能立即成為冷負荷；空調(diào)室內(nèi)的得熱量一般總是高于冷負荷，除非圍護結構和家具完全沒有蓄熱能力時，得熱量等于冷負荷。,制冷量,一座建筑物空調(diào)系統(tǒng)的制冷量，為以下各種因素形成的冷負荷：1、建筑物的計算冷負荷；2、新風計算冷負荷；3、送風機的溫升；4、送風管道系統(tǒng)的溫升；5、水系統(tǒng)（水管、水泵和水箱等）的熱損失6、供冷設備的效率等引起的附加冷負荷；,它們構成了該建筑物制冷機總容量，這一制冷機的總裝機容量稱為“制冷量”。,空調(diào)房間冷負荷（建筑物的計算冷負荷）的構成因素,外墻和屋面溫差構成傳熱的冷負荷；外窗溫差傳熱的冷負荷；外窗太陽輻射的冷負荷；內(nèi)圍護結構傳熱的冷負荷；人體散熱的冷負荷；照明散熱的冷負荷；,設備散熱的冷負荷；食物散熱的冷負荷；散濕形成的潛熱冷負荷；空氣滲透帶入室內(nèi)的冷負荷；,空調(diào)房間的冷負荷計算方法,(一)空調(diào)室內(nèi)夏季冷負荷夏季計算經(jīng)圍護結構傳入室內(nèi)的熱量時，應按照不穩(wěn)定傳熱過程計算.,空調(diào)負荷計算步驟：,a.在計算空調(diào)負荷時，必須考慮圍護結構的吸熱、蓄熱和放熱過程，不同性質(zhì)的得熱量形成的室內(nèi)逐時冷負荷是不同步的；b.在確定房間逐時冷負荷時，必須按不同性質(zhì)的得熱分別計算，然后取逐時各冷負荷分量之和。,空調(diào)冷負荷計算方法,20世紀40年代美國學者提出了當量溫差法和20世紀50年代前蘇聯(lián)學者提出的諧波分解法計算通過圍護結構的負荷，沒有將得熱量和冷負荷區(qū)別考慮，導致空調(diào)冷負荷量偏大；20世紀60年代加拿大的學者提出了反應系數(shù)法把得熱量和冷負荷區(qū)別計算；,20世紀70年代同加拿大學者又提出了Z傳遞函數(shù)法反應系數(shù)法的改進型；進而同加拿大學者還提出了冷負荷系數(shù)法適于手算?？照{(diào)冷負荷計算方法20世紀80年代我國學者提出了諧波反應法和冷負荷系數(shù)法。,諧波反應法,基本思路室外空氣綜合溫度呈周期性波動，使得通過圍護結構的熱流從外表面逐層地跟著波動，這種波幅是由外向內(nèi)逐漸衰減和延遲的。室內(nèi)得熱量中的對流部分，直接轉變?yōu)槭覂?nèi)冷負荷；室內(nèi)得熱量中的輻射部分，經(jīng)室內(nèi)圍護結構等的吸熱放熱反應以后再形成室內(nèi)冷負荷。相對于輻射得熱量，該冷負荷有衰減和延遲。,幾個名詞解釋：,傳熱衰減度圍護結構外側綜合溫度的波幅與內(nèi)表面波幅的比值；傳熱延遲時間內(nèi)表面溫度波對外側綜合溫度的相應滯后；放熱衰減度進入房間的輻射得熱與室內(nèi)冷負荷波幅的比值；放熱延遲室內(nèi)冷負荷對輻射得熱的相應滯后。,一、外墻與屋面?zhèn)鳠崂湄摵傻挠嬎?式中：K傳熱系數(shù)附錄3.103.11F計算面積,二、外墻的傳熱冷負荷,式中：K傳熱系數(shù)附錄3.103.11F計算面積計算時刻的負荷溫差附錄3.12,三、外墻太陽輻射冷負荷,1外窗無任何遮陽設施時2外窗只有內(nèi)遮陽設施時3外窗只有外遮陽設施時,4外窗既有內(nèi)遮陽設施，也有外外遮陽設施時,四、內(nèi)維護結構的傳熱冷負荷,2.負荷計算,1）室外擾量形成的負荷,2）室內(nèi)擾量形成的負荷,3）室內(nèi)濕源散濕形成的濕負荷,4）再熱負荷,5）室內(nèi)負荷與制冷系統(tǒng)負荷,6）空調(diào)負荷的概算指標,1)室外擾量形成的負荷,太陽輻射熱,室內(nèi)外溫差的傳導熱,補充新鮮空氣帶來的負荷,2)室內(nèi)擾量形成的負荷,人體的散熱冷負荷,散濕形成的冷負荷,散濕形成的冷負荷,照明燈具散熱,用電設備散熱,電子設備散熱,電動設備,3)室內(nèi)濕源散濕形成的濕負荷,敞開水槽表面散濕量,地面積水蒸發(fā)量,計算方法與水槽蒸發(fā)量計算方法相同,4)再熱負荷,5)室內(nèi)負荷與制冷系統(tǒng)負荷,以上介紹的熱負荷的總和稱室內(nèi)負荷QN,制冷系統(tǒng)熱負荷,6)空調(diào)負荷的概算指標,夏季空調(diào)制冷系統(tǒng)負荷概算指標,冬季采暖負荷的概算指標,辦公樓95115(Wm2)超高層辦公樓105145(Wm2)旅館7095(Wm2)餐廳290350(Wm2)百貨商店210240(Wm2)醫(yī)院105130(Wm2)劇場230350(Wm2),辦公樓、學校6080(Wm2)醫(yī)院6580(Wm2)旅館6070(Wm2)餐廳115140(Wm2)劇場95115(Wm2),*內(nèi)容要點*,(1)對于空調(diào)冷負荷而言，影響諧性輻射得熱轉換為冷負荷過程的主要因素是圍護結構表面的熱工特性，也即內(nèi)表面對輻射熱的吸熱放熱過程；(2)影響房間冷負荷的主要圍護結構是內(nèi)墻和樓板；(3)不同材料的內(nèi)圍護結構具有不同的吸熱放熱特性，重型結構的輕型結構的放熱特性。,冷負荷的形成過程：,外擾（室外綜合溫度，具有周期性）室內(nèi)得熱量（內(nèi)擾量，反應了圍護結構對外擾量的衰減和延遲性）內(nèi)擾量（室內(nèi)得熱量）某時刻的總冷負荷=對流得熱量瞬時冷負荷的一部分輻射得熱量考慮房間總體蓄熱作用后，轉化成的瞬時冷負荷。,室內(nèi)熱源散熱形成的冷負荷,室內(nèi)散熱熱源包括工藝設備散熱、照明散熱、人體散熱等。室內(nèi)散熱=顯熱（對流熱+輻射熱）+潛熱對流熱即刻形成瞬時冷負荷；輻射熱先被圍護結構等物體表面吸收，然后再緩慢地逐漸散出，形成滯后冷負荷；潛熱即刻形成冷負荷。室內(nèi)散熱形成得熱量冷負荷在舒適性空調(diào)設計中，為了簡化計算，室內(nèi)散熱形成得熱量冷負荷,內(nèi)容要點,1.室外空氣的溫度、濕度、太陽輻射強度、風速和風向，以及鄰室的空氣溫室，它們將通過熱交換和空氣交換的形式影響房間的熱濕狀態(tài)；2.照明裝置、設備和人體的散熱（濕）則以對流和輻射的形式向房間進行熱（濕）交換；3.輻射熱形成的冷負荷不僅在數(shù)量上小于輻射熱，而且在時間上也有所滯后，圍護結構和家具的蓄熱特性決定了該負荷的衰減和延遲；4.空調(diào)房間冷（熱）、濕負荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風量和空調(diào)