第二章 空調(diào)負(fù)荷計算和送風(fēng)量.ppt

,第二章空調(diào)負(fù)荷計算和送風(fēng)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(jié)構(gòu)的得熱量及其形成的冷荷,第四節(jié)空調(diào)房間送風(fēng)狀態(tài)及送風(fēng)量的確定,冷負(fù)荷在某一時刻為保持房間恒溫恒濕，需向房間供應(yīng)的冷量。熱負(fù)荷為補償房間失熱而需向房間供應(yīng)的熱量。濕負(fù)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(guān)于空調(diào)負(fù)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(fù)荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量和空調(diào)設(shè)備容量的基本依據(jù)。空調(diào)房間的室內(nèi)溫度、濕度的要求，用兩組指標(biāo)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)有：主要指標(biāo)溫度、濕度、空氣流速、清潔度其他指標(biāo)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(chǔ)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(zhuǎn)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(guān)。汗液蒸發(fā)與空氣溫度、濕度、空氣流速有關(guān)。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(yīng)的水平3）人體應(yīng)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(yīng)該采用平均熱感覺指標(biāo)的概念，而預(yù)測的平均熱感覺指標(biāo)常常簡稱為PMV（PredictedMeanVote）?？梢院侠淼脑O(shè)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(fù)荷越大。一定活動水平的熱感覺是人體熱負(fù)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?zhǔn)茉囌叩睦錈岣杏X資料，得出PMV的計算式,預(yù)測的平均熱感覺指標(biāo)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(yù)測,預(yù)測平均不滿意百分?jǐn)?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(yīng)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(yù)測不滿意百分?jǐn)?shù)來表示人群對熱環(huán)境不滿意的情況，預(yù)測平均不滿意百分?jǐn)?shù)常常簡寫為PPD（PredictedPercentDissatisfied）。,人體熱感覺的標(biāo)度,熱感覺的七點標(biāo)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(guān)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(guān)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?jǐn)?shù)PPD10095exp(0.03353PMV4+0.2179PMV2),即便達(dá)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(jié)合干球溫度、濕球溫度和空氣流速的效應(yīng)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(biāo)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn),工藝性空調(diào)室內(nèi)溫、濕度標(biāo)準(zhǔn),夏季,冬季,溫度應(yīng)采用2428,相對濕度應(yīng)采用4065%,風(fēng)速不應(yīng)大于0.3ms,溫度應(yīng)采用1822,相對濕度應(yīng)采用4060%,風(fēng)速不應(yīng)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(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)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(shè)計規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計參數(shù)是按全年少數(shù)時間不保證室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dá)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(jié)構(gòu)的得熱量及其形成的冷荷,得熱量、冷負(fù)荷、制冷量三者的關(guān)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(shè)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(shè)備散發(fā)出來的濕量。冷負(fù)荷為了連續(xù)保持室溫恒定，在某時刻需向房間供應(yīng)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(fù)荷；瞬時得熱負(fù)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(gòu)成瞬時冷負(fù)荷；,得熱量轉(zhuǎn)化為冷負(fù)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(jié)構(gòu)和家具等室內(nèi)物體表面上，不能立即成為冷負(fù)荷；空調(diào)室內(nèi)的得熱量一般總是高于冷負(fù)荷，除非圍護結(jié)構(gòu)和家具完全沒有蓄熱能力時，得熱量等于冷負(fù)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(fù)荷：1、建筑物的計算冷負(fù)荷；2、新風(fēng)計算冷負(fù)荷；3、送風(fēng)機的溫升；4、送風(fēng)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(shè)備的效率等引起的附加冷負(fù)荷；,它們構(gòu)成了該建筑物制冷機總?cè)萘?，這一制冷機的總裝機容量稱為“制冷量”。,空調(diào)房間冷負(fù)荷（建筑物的計算冷負(fù)荷）的構(gòu)成因素,外墻和屋面溫差構(gòu)成傳熱的冷負(fù)荷；外窗溫差傳熱的冷負(fù)荷；外窗太陽輻射的冷負(fù)荷；內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)傳熱的冷負(fù)荷；人體散熱的冷負(fù)荷；照明散熱的冷負(fù)荷；,設(shè)備散熱的冷負(fù)荷；食物散熱的冷負(fù)荷；散濕形成的潛熱冷負(fù)荷；空氣滲透帶入室內(nèi)的冷負(fù)荷；,空調(diào)房間的冷負(fù)荷計算方法,(一)空調(diào)室內(nèi)夏季冷負(fù)荷夏季計算經(jīng)圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量時，應(yīng)按照不穩(wěn)定傳熱過程計算.,空調(diào)負(fù)荷計算步驟：,a.在計算空調(diào)負(fù)荷時，必須考慮圍護結(jié)構(gòu)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(fù)荷是不同步的；b.在確定房間逐時冷負(fù)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(fù)荷分量之和。,空調(diào)冷負(fù)荷計算方法,20世紀(jì)40年代美國學(xué)者提出了當(dāng)量溫差法和20世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出的諧波分解法計算通過圍護結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，沒有將得熱量和冷負(fù)荷區(qū)別考慮，導(dǎo)致空調(diào)冷負(fù)荷量偏大；20世紀(jì)60年代加拿大的學(xué)者提出了反應(yīng)系數(shù)法把得熱量和冷負(fù)荷區(qū)別計算；,20世紀(jì)70年代同加拿大學(xué)者又提出了Z傳遞函數(shù)法反應(yīng)系數(shù)法的改進型；進而同加拿大學(xué)者還提出了冷負(fù)荷系數(shù)法適于手算?？照{(diào)冷負(fù)荷計算方法20世紀(jì)80年代我國學(xué)者提出了諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法。,諧波反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)冷負(fù)荷；室內(nèi)得熱量中的輻射部分，經(jīng)室內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)等的吸熱放熱反應(yīng)以后再形成室內(nèi)冷負(fù)荷。相對于輻射得熱量，該冷負(fù)荷有衰減和延遲。,幾個名詞解釋：,傳熱衰減度圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)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(cè)綜合溫度的相應(yīng)滯后；放熱衰減度進入房間的輻射得熱與室內(nèi)冷負(fù)荷波幅的比值；放熱延遲室內(nèi)冷負(fù)荷對輻射得熱的相應(yīng)滯后。,一、外墻與屋面?zhèn)鳠崂湄?fù)荷的計算,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(fù)荷,式中：K傳熱系數(shù)附錄3.103.11F計算面積計算時刻的負(fù)荷溫差附錄3.12,三、外墻太陽輻射冷負(fù)荷,1外窗無任何遮陽設(shè)施時2外窗只有內(nèi)遮陽設(shè)施時3外窗只有外遮陽設(shè)施時,4外窗既有內(nèi)遮陽設(shè)施，也有外外遮陽設(shè)施時,四、內(nèi)維護結(jié)構(gòu)的傳熱冷負(fù)荷,2.負(fù)荷計算,1）室外擾量形成的負(fù)荷,2）室內(nèi)擾量形成的負(fù)荷,3）室內(nèi)濕源散濕形成的濕負(fù)荷,4）再熱負(fù)荷,5）室內(nèi)負(fù)荷與制冷系統(tǒng)負(fù)荷,6）空調(diào)負(fù)荷的概算指標(biāo),1)室外擾量形成的負(fù)荷,太陽輻射熱,室內(nèi)外溫差的傳導(dǎo)熱,補充新鮮空氣帶來的負(fù)荷,2)室內(nèi)擾量形成的負(fù)荷,人體的散熱冷負(fù)荷,散濕形成的冷負(fù)荷,散濕形成的冷負(fù)荷,照明燈具散熱,用電設(shè)備散熱,電子設(shè)備散熱,電動設(shè)備,3)室內(nèi)濕源散濕形成的濕負(fù)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(fù)荷,5)室內(nèi)負(fù)荷與制冷系統(tǒng)負(fù)荷,以上介紹的熱負(fù)荷的總和稱室內(nèi)負(fù)荷QN,制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷,6)空調(diào)負(fù)荷的概算指標(biāo),夏季空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)荷概算指標(biāo),冬季采暖負(fù)荷的概算指標(biāo),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(xué)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(fù)荷而言，影響諧性輻射得熱轉(zhuǎn)換為冷負(fù)荷過程的主要因素是圍護結(jié)構(gòu)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(fù)荷的主要圍護結(jié)構(gòu)是內(nèi)墻和樓板；(3)不同材料的內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)具有不同的吸熱放熱特性，重型結(jié)構(gòu)的輕型結(jié)構(gòu)的放熱特性。,冷負(fù)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(yīng)了圍護結(jié)構(gòu)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(fù)荷=對流得熱量瞬時冷負(fù)荷的一部分輻射得熱量考慮房間總體蓄熱作用后，轉(zhuǎn)化成的瞬時冷負(fù)荷。,室內(nèi)熱源散熱形成的冷負(fù)荷,室內(nèi)散熱熱源包括工藝設(shè)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(fù)荷；輻射熱先被圍護結(jié)構(gòu)等物體表面吸收，然后再緩慢地逐漸散出，形成滯后冷負(fù)荷；潛熱即刻形成冷負(fù)荷。室內(nèi)散熱形成得熱量冷負(fù)荷在舒適性空調(diào)設(shè)計中，為了簡化計算，室內(nèi)散熱形成得熱量冷負(fù)荷,內(nèi)容要點,1.室外空氣的溫度、濕度、太陽輻射強度、風(fēng)速和風(fēng)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(shè)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(fù)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(jié)構(gòu)和家具的蓄熱特性決定了該負(fù)荷的衰減和延遲；4.空調(diào)房間冷（熱）、濕負(fù)荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量和空調(diào)