《建筑設(shè)備》本科課件10 第10章空調(diào)系統(tǒng)及其冷源

1、第10章 空調(diào)系統(tǒng)及其冷源學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解并掌握空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及分類；2.掌握空調(diào)房間熱工要求、氣流組織及空調(diào)冷負(fù)荷相關(guān)知識(shí)；3.掌握空氣處理設(shè)備的原理和分類；4.掌握制冷原理及其在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本章導(dǎo)讀空氣調(diào)節(jié)又稱空氣調(diào)理，簡稱空調(diào)。用人為的方法處理室內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度和氣流分布的技術(shù)?？墒鼓承﹫?chǎng)所獲得具有一定溫度和一定濕度的空氣，以滿足使用者及生產(chǎn)過程的要求和改善勞動(dòng)衛(wèi)生和室內(nèi)氣候條件。通過本章的學(xué)習(xí)使讀者了解空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及分類；掌握空調(diào)房間熱工要求、氣流組織及空調(diào)冷負(fù)荷相關(guān)知識(shí)；掌握空氣處理設(shè)備的原理和分類；掌握制冷原理及其在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。第10章 空調(diào)系統(tǒng)及其

2、冷源目錄CONTENTS10.1空調(diào)系統(tǒng)的組成及分類10.2空調(diào)房間的熱工要求及空調(diào)冷負(fù)荷10.3空調(diào)房間的氣流組織與效果10.4空氣處理設(shè)備10.5空氣冷源10.1空調(diào)系統(tǒng)的組成及分類10.1.1| 空調(diào)系統(tǒng)的組成空氣調(diào)節(jié)技術(shù)是采用人工方法，創(chuàng)造并維持一定溫度、濕度、氣流速度、潔凈度等參數(shù)要求的室內(nèi)空氣環(huán)境的科學(xué)技術(shù)。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同分為工藝性空調(diào)和舒適性空調(diào)兩類。工藝性空調(diào)主要是為工業(yè)生產(chǎn)、科研、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)服務(wù)的空調(diào)，在設(shè)計(jì)參數(shù)選取及系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，主要按照生產(chǎn)工藝或科研的要求確定，同時(shí)兼顧人體舒適性的要求。舒適性空調(diào)則是要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)滿足人體熱舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境空調(diào)系統(tǒng)通常由空

3、調(diào)區(qū)域、空氣的輸送和分配設(shè)施(風(fēng)管、閥門、送回風(fēng)口等)、空氣處理設(shè)備(溫、濕度處理設(shè)備及空氣品質(zhì)處理設(shè)備)及冷熱源(鍋爐房、冷凍站、冷水機(jī)組)等組成。10.1.2 | 空調(diào)系統(tǒng)的分類按空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況分類按送風(fēng)管道風(fēng)速分類按處理空調(diào)負(fù)荷的輸送介質(zhì)分類按處理空調(diào)負(fù)荷所采用的輸送介質(zhì)進(jìn)行分類集中式系統(tǒng)分散式系統(tǒng)半集中式系統(tǒng)低速系統(tǒng)高速系統(tǒng)全空氣系統(tǒng)空氣水系統(tǒng)全水系統(tǒng)直接蒸發(fā)機(jī)組系統(tǒng)全空氣系統(tǒng)空氣水系統(tǒng)輻射板系統(tǒng)10.1.3 | 空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)單風(fēng)道集中式系統(tǒng)多區(qū)機(jī)組方式雙風(fēng)道空調(diào)系統(tǒng)各層機(jī)組方式單風(fēng)道集中式系統(tǒng)適用于空調(diào)房間較大，各房間負(fù)荷變化情況相類似；恒溫、恒濕、無塵、無噪聲等場(chǎng)合，也可

4、用于負(fù)荷變化較均勻的場(chǎng)合，如辦公樓的內(nèi)區(qū)、餐廳等。在空調(diào)機(jī)組內(nèi)風(fēng)機(jī)出口設(shè)有多組并列的空氣冷卻器、加熱器，冷、熱風(fēng)在機(jī)組出口由混合閥混合，改變送風(fēng)溫度在由相應(yīng)風(fēng)道向各區(qū)分送。它分別設(shè)置冷、熱風(fēng)道，每一區(qū)或每一個(gè)房間設(shè)有混合箱，并與冷熱風(fēng)道連接，通過室溫調(diào)節(jié)器控制混合箱中的冷、熱風(fēng)閥，來調(diào)節(jié)冷熱風(fēng)混合量。對(duì)此有改進(jìn)的機(jī)組形式，各層回風(fēng)全部引至屋頂上，在過渡季節(jié)由排風(fēng)機(jī)全部排出。全部送風(fēng)經(jīng)過過濾器處理，送入各層的空調(diào)機(jī)房中進(jìn)行冷熱處理后，再向各區(qū)送風(fēng)。變風(fēng)量系統(tǒng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備有旁通型、節(jié)流型和誘導(dǎo)型，節(jié)能效果較好的是節(jié)流型。變風(fēng)量系統(tǒng)也可分為單風(fēng)道系統(tǒng)和雙風(fēng)道新系統(tǒng)。集中式空調(diào)系統(tǒng)10.1

5、.3 | 空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)空氣調(diào)節(jié)器在空調(diào)系統(tǒng)中，并不是任何時(shí)候都采用集中式的空調(diào)系統(tǒng)。例如，在一個(gè)較大的建筑物中，只有少數(shù)房間需要空調(diào)，或者要求空調(diào)的房間雖然多，但卻很分散，彼此距離又很遠(yuǎn)，這時(shí)設(shè)置局部式系統(tǒng)就較經(jīng)濟(jì)、合理。局部式空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)局部式空調(diào)系統(tǒng)只適用于空調(diào)房間少、空調(diào)面積小、工期較短的地方在已有的建筑內(nèi)增設(shè)安裝空調(diào)，為了減少施工上的麻煩，盡可能采用局部式空調(diào)系統(tǒng)。局部式空調(diào)系統(tǒng)10.1.3 | 空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)誘導(dǎo)器加新風(fēng)的混合式空調(diào)系統(tǒng)，稱為誘導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的新風(fēng)來自集中式空氣處理機(jī)房，新風(fēng)經(jīng)風(fēng)道送入設(shè)置在空調(diào)房的誘導(dǎo)器，再由誘導(dǎo)器嘴高速噴出，同時(shí)吸入一部分室內(nèi)空

6、氣，這兩部分空氣在誘導(dǎo)器內(nèi)混合后再送入空調(diào)房間。風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組加新風(fēng)系統(tǒng)的混合式空調(diào)系統(tǒng)稱為風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集中式和局部式的混合型式，室外新風(fēng)通過單獨(dú)設(shè)置的集中空氣處理機(jī)房直接送入各房間，也可以經(jīng)過風(fēng)機(jī)盤管送入各房間。半集中式空調(diào)系統(tǒng)10.2空調(diào)房間的熱工要求及空調(diào)冷負(fù)荷10.2.1 | 空調(diào)房間的熱工要求在夏季由于室內(nèi)外溫差的影響，空調(diào)房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)成為傳遞熱量的通道，為了保持空調(diào)室內(nèi)溫度的恒定，需要維持空調(diào)房間的熱平衡，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞熱量的多少直接影響空調(diào)系統(tǒng)的能耗，所以需要圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的保溫性能。建筑及布置在頂層的空調(diào)房間應(yīng)設(shè)吊頂，并應(yīng)將保溫層設(shè)置在吊頂上

7、。吊頂上部的空間，應(yīng)設(shè)置可啟閉的通風(fēng)窗，以便夏季開啟，冬季關(guān)閉。10.2.2 | 空調(diào)冷負(fù)荷空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算為計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷，需要分析空調(diào)房間的熱量傳遞情況?？照{(diào)房間的得熱量，由下列各項(xiàng)組成。(1)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量及太陽輻射熱量。(2)人體散熱量及散濕過程產(chǎn)生的潛熱量。(3)照明散熱量。(4)食物、設(shè)備及各種熱表面的散熱量及散濕過程產(chǎn)生的余熱量。(5)室內(nèi)無正壓時(shí)，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量和潛熱量。(6)新風(fēng)帶入的顯熱量和潛熱量。不同空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算，應(yīng)考慮不同用途的空調(diào)房間的實(shí)際使用時(shí)間、人員的群集情況以及設(shè)備與照明的同時(shí)使用率，按空調(diào)系統(tǒng)的具體布置合理選用以下空調(diào)冷負(fù)荷

8、的計(jì)算值。10.3空調(diào)房間的氣流組織與效果10.3.1 | 空調(diào)房間的氣流組織過處理的空氣由送風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)房間中，與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換后，經(jīng)回風(fēng)口排出。空氣的進(jìn)入和排出，會(huì)引起室內(nèi)空氣的流動(dòng)，空氣流動(dòng)狀況的不同，會(huì)產(chǎn)生不同的空調(diào)效果。合理地組織室內(nèi)空氣的流動(dòng)，使室內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速等能更好地滿足工藝要求和符合人們的舒適感覺，這才能達(dá)到空氣調(diào)節(jié)的目的，完成氣流組織的任務(wù)。例如：在恒溫精度要求高的計(jì)量室，應(yīng)使工作區(qū)具較為穩(wěn)定和均勻的空氣溫度，區(qū)域溫差小于一定值；體育館的乒乓球賽場(chǎng)，除有溫度要求外，還希望空氣流速不超過某一定值；在凈化要求很高的集成電路生產(chǎn)車間，則應(yīng)組織車間的空氣平行流動(dòng)，把

9、產(chǎn)生的塵粒壓至工件的下風(fēng)側(cè)并排除掉，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。10.3.2 | 送、回風(fēng)口的形式及氣流組織形式送風(fēng)口的種類繁多，按送出氣流形式可分為四種類型。(1)輻射型送風(fēng)口。送出氣流呈輻射狀向四周擴(kuò)散：如盤式散流器、片式散流器等。(2)軸向送風(fēng)口。氣流沿送風(fēng)口軸線方向送出。這類風(fēng)口有格柵送風(fēng)門、百葉送風(fēng)口、噴口、條縫送風(fēng)口等。(3)線形送風(fēng)口。氣流從狹長的線狀風(fēng)口送出。如長寬比很大的條縫形送風(fēng)口。(4)面形送風(fēng)口。氣流從大面積的平面上均勻送出如孔板送風(fēng)口。送風(fēng)口的形式10.3.2 | 送、回風(fēng)口的形式及氣流組織形式房間內(nèi)的回風(fēng)口是一個(gè)匯流的流場(chǎng)，風(fēng)速的衰減很快，它對(duì)房間氣流的影響相對(duì)于送風(fēng)口來說比較

10、小，因此風(fēng)口的形式也比較簡單。上述送風(fēng)口中的活動(dòng)百葉風(fēng)口、固定葉片風(fēng)口、格柵風(fēng)口等都可以作為回風(fēng)口，此外，還有網(wǎng)板風(fēng)口、箅孔或孔板風(fēng)口等，也可與粗效過濾器組合在一起使用?；仫L(fēng)口的形式及布置方式10.3.2 | 送、回風(fēng)口的形式及氣流組織形式側(cè)送風(fēng)的氣流組織下部送風(fēng)的氣流組織頂送風(fēng)的氣流組織側(cè)送風(fēng)是空調(diào)房間中最常用的一種氣流組織方式。一般以貼附射流形式出現(xiàn)，工作區(qū)通常是回流。對(duì)于室溫允許波動(dòng)范圍有要求的空調(diào)房間，一般能夠滿足區(qū)域溫差的要求。下部送風(fēng)的垂直溫度梯度都較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)校核溫度梯度是否滿足要求，另外，送風(fēng)溫度也不應(yīng)太低，避免足部有冷風(fēng)感。下部送風(fēng)適宜用于計(jì)算機(jī)房、辦公室、會(huì)議室、觀眾廳等

11、場(chǎng)合。對(duì)于一些散熱量大的且只要求降溫的房間，以及民用建筑中宜采用這種送風(fēng)方在一些高級(jí)民用和公共建筑中，還可與燈具配合布置應(yīng)用頂送風(fēng)的方式。典型的氣流組織形式10.4空氣處理設(shè)備10.4.1 | 空氣冷、熱處理設(shè)備噴水室的構(gòu)造噴嘴的作用是使水霧化并均勻噴散在噴水室中，一般采用銅、不銹鋼、尼龍和塑料等耐磨、耐腐蝕材料制作，它布置的原則是保證噴出水滴能均勻覆蓋噴水室橫斷面。噴嘴的噴水量、水滴直徑、噴射角度和作用距離與其構(gòu)造、直徑及噴嘴前水壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，噴嘴直徑小、噴水壓力高，可得到細(xì)噴，適用于空氣加濕處理；反之，可得到粗噴，適用于空氣的冷卻干燥。噴水室處理空氣的過程空氣以一定速度流經(jīng)噴水室時(shí)，它

12、與水滴之間通過水滴表面飽和空氣邊界層不斷地進(jìn)行著對(duì)流熱交換和對(duì)流質(zhì)交換，其中顯熱交換取決于二者間的溫差，潛熱交換和濕(質(zhì))交換取決于水蒸氣分壓力差，而總熱交換則是以焓差為推動(dòng)力。噴水室10.4.1 | 空氣冷、熱處理設(shè)備表面式換熱器的構(gòu)造表面式換熱器構(gòu)造上分光管式和肋管式兩種。光管式表面換熱器構(gòu)造簡單，易于清掃，空氣阻力小，但其傳熱效率低，已經(jīng)很少應(yīng)用。肋管式表面換熱器主要由管子(帶聯(lián)箱)、肋片和護(hù)板組成。為使表面式換熱器性能穩(wěn)定，應(yīng)保證其加工質(zhì)量，力求使管子與肋片間接觸緊密，減小接觸熱阻，并保證長久使用后也不會(huì)松動(dòng)。表面式換熱器處理空氣的過程按照傳熱傳質(zhì)理論，表面式換熱器的熱濕交換是在主體空

13、氣與緊貼換熱器外表面的邊界層空氣之間的溫差和水蒸氣分壓力差作用下進(jìn)行的。根據(jù)主體空氣與邊界層空氣的參數(shù)不同，表面式換熱器可以實(shí)現(xiàn)三種空氣處理過程：等濕加熱、等濕冷卻和減濕冷卻過程。表面式換熱器10.4.2 | 空氣除濕、加濕設(shè)備冷凍除濕機(jī)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)液體或固體吸濕使用人工或天然冷源將空氣冷卻到餺點(diǎn)溫度以下，超過飽和含濕量的那部分水蒸氣會(huì)以凝結(jié)水形式析出，從而降低空氣的含濕量。這類冷卻減濕設(shè)備除噴水室和表面式空氣冷卻器外，最有代表性的當(dāng)數(shù)冷凍除濕機(jī)(或稱冷凍減濕機(jī))。氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)是以氯化鋰為吸濕劑的一種干式動(dòng)態(tài)吸濕設(shè)備。它利用一種特制的吸濕紙來吸收空氣中的水分。吸濕紙常用玻璃纖維濾紙為載體，將

14、氯化鋰等吸濕劑和保護(hù)加強(qiáng)劑等液體均勻地黏附在濾紙上烘干而成。某些鹽類及其水溶液對(duì)空氣中的水蒸氣具有強(qiáng)烈的吸收作用。這些鹽水溶液中，由于鹽類分子的存在而使得水分子濃度降低，溶液表面上飽和空氣層中的水蒸氣分子數(shù)也相應(yīng)減少。因此，與同溫度的水相比，溶液表面上飽和空氣層中的水蒸氣分壓力必然要低些。除濕10.4.2 | 空氣除濕、加濕設(shè)備蒸汽噴霧濕膜加濕高壓噴霧透濕膜加濕將鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽從管子的小孔中噴射出來，進(jìn)行加濕。其加濕效率接近100%，且容易控制，但也存在一些問題，如鋼制鍋爐的蒸汽中含清潔劑，以及鑄鐵鍋爐會(huì)因此縮短自身壽命等。利用濕材料表面向空氣中蒸發(fā)水汽進(jìn)行加濕?？梢岳貌ＡЮw維、金屬絲、波

15、紋紙板等做成一定厚度的填料層，材料上淋水或噴水使之濕潤，空氣通過濕填料層而被加濕。利用水泵將水加壓到0.30.35 MPa(表壓)下進(jìn)行噴霧，可獲得平均粒徑為30 m的水滴，在空氣中吸熱汽化，是一個(gè)接近等焓的加濕過程。透濕膜加濕是利用化工中的膜蒸餾原理的加濕技術(shù)。超聲波加濕超聲波加濕的原理是電能通過激振器(壓電換能片)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，向水中發(fā)射1.7 MHz的超聲波，使水表面直接霧化。其他加濕方法加濕10.4.3 | 空氣過濾器空氣過濾器可分為初效過濾器、中效過濾器和高效過濾器。過濾器使用的濾料可分為聚氨酯泡沫塑料、無紡布、金屬網(wǎng)格浸油、玻璃纖維、棉短絨纖維濾紙、超細(xì)玻璃和超細(xì)石棉做成的紙。新

16、型過濾材料還有活性炭和納米材料等。10.4.4 | 消聲器阻性消聲器阻性消聲器的原理是，利用布置在管內(nèi)壁上的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲作用，使沿管道傳播的噪聲迅速隨距離衰減，從而達(dá)到消聲的目的，其作用類似于電路中的電阻，對(duì)中、高頻噪聲的消聲效果較好?？剐韵暺骺剐韵暺鞑皇褂梦暡牧希址譃閿U(kuò)張室消聲器和共振消聲器。前者主要是借助于管道截面的突然擴(kuò)張和收縮達(dá)到消聲目的；后者則是借助共振腔，利用聲阻抗失配，使沿管道傳播的噪聲在突變處發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，以達(dá)到消聲目的。10.5空調(diào)冷源10.5.1 | 制冷原理及制冷系統(tǒng)制冷原理制冷的本質(zhì)是把熱量從某物體中取出來，使該物體的溫度低于環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)

17、變“冷”的過程。根據(jù)能量守恒定律，這些取出來的熱量不可能消失，因此制冷過程必定是一個(gè)熱量轉(zhuǎn)移過程。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能不花費(fèi)代價(jià)把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體中，因此制冷的熱量轉(zhuǎn)移過程必然要消耗功。所消耗的能量在做功的過程中也轉(zhuǎn)化成熱量同時(shí)排放到高溫物體或環(huán)境中去。制冷劑制冷過程的實(shí)現(xiàn)需要借助一定的介質(zhì)制冷劑來實(shí)現(xiàn)。利用“液體氣化要吸收熱量”這一物理現(xiàn)象把熱量從要排出熱量的物體中吸收到制冷劑中來，又利用“氣體液化要放出熱量”的物理現(xiàn)象把制冷劑中的熱量排放到環(huán)境或其他物體中去。由于需要排熱的物體溫度必然低于或等于環(huán)境或其他物體的溫度，因此要實(shí)現(xiàn)制冷劑相變時(shí)吸熱或放熱過程，需要改變制冷劑相變時(shí)的熱力工況，使液態(tài)制冷劑氣化時(shí)處于低溫、低壓狀態(tài)，而氣態(tài)制冷劑液化時(shí)處于高溫、高壓狀態(tài)。10.5.1 | 制冷原理及制冷系統(tǒng)載冷劑將制冷裝置制冷量傳遞給被冷卻介質(zhì)的媒介物稱為載冷劑。多用于集中式空調(diào)，大冷量空調(diào)系統(tǒng)。制冷機(jī)按照制冷設(shè)備所使用的能源類型的不同，制冷機(jī)可劃分為壓縮式制冷機(jī)、吸收式制冷機(jī)和蒸汽噴射式制冷機(jī)，目前采用得最多的是壓縮式制冷和吸收式制冷。10.5.2 | 制冷和空調(diào)機(jī)房及制冷設(shè)備制冷機(jī)房包括與制冷機(jī)配套的冷凍、冷卻