同濟(jì)暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)分析

緒論一、什么是暖通空調(diào)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)HVACHeating、Ventilating&AirConditioning暖通空調(diào)的任務(wù)是什么？維持一種室內(nèi)環(huán)境，使其滿足1、人的舒適與健康2、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量3、提高勞動(dòng)效率1、采暖（Heating）——又稱供暖定義：按需要給建筑物供給熱能，保證室內(nèi)溫度按人們要求持續(xù)在高于外界環(huán)境。是人類最早期開始使用的室內(nèi)溫度指標(biāo)控制手段。分類：分散式：熱源與散熱設(shè)備在一處，火坑、火爐、火墻、火地。集中式：熱源與散熱設(shè)備分開，目前的樓房中。采暖系統(tǒng)的影響：舒適感（溫度），衛(wèi)生、美觀、能量的有效利用。2、通風(fēng)（Ventilating）定義：向房間送入，或由房間排出空氣的過程。目的：利用室外空氣（稱新鮮空氣或新風(fēng)）來置換建筑物內(nèi)的空氣（稱室內(nèi)空氣）功能：

提供人呼吸需要的氧氣；稀釋室內(nèi)污染物或氣味；排除工藝過程產(chǎn)生的污染物；除去室內(nèi)多余的熱量（余熱）和濕量（余濕）；提供燃燒設(shè)備所需氧氣。3、空氣調(diào)節(jié)（AirConditioning）——簡(jiǎn)稱空調(diào)空調(diào)技術(shù)需要涉及以下主要內(nèi)容：特定空間內(nèi)、外干擾量的確定與計(jì)算空氣的處理方法與裝置的選擇空調(diào)系統(tǒng)形式的確定與設(shè)計(jì)氣流組織設(shè)計(jì)與風(fēng)口選擇空氣的凈化處理空調(diào)系統(tǒng)的消聲、隔振、測(cè)試與調(diào)整空調(diào)的基本方法和系統(tǒng)組成空調(diào)的基本方法：以空氣為介質(zhì)，使送風(fēng)參數(shù)不同來達(dá)到控制特定空間內(nèi)空氣參數(shù)的目的。典型空調(diào)系統(tǒng)主要由四部分組成：被調(diào)對(duì)象空氣處理設(shè)備空氣輸送設(shè)備空氣分配設(shè)備空調(diào)的系統(tǒng)組成二、暖通空調(diào)系統(tǒng)的分類1、按對(duì)建筑環(huán)境控制功能分類。分兩大類（1）熱濕環(huán)境為主要控制對(duì)象的系統(tǒng)——主要控制建筑物室內(nèi)的溫濕度，有空調(diào)系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)。（2）以污染物為主要控制對(duì)象的系統(tǒng)——主要控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，有通風(fēng)系統(tǒng)和建筑防煙排煙系統(tǒng)等。上述兩大類的控制對(duì)象和功能互有交叉。二、按承擔(dān)熱負(fù)荷，冷負(fù)荷和濕負(fù)荷的介質(zhì)分類分為四大類全水系統(tǒng)—系統(tǒng)中全部用水承擔(dān)室內(nèi)的冷、熱負(fù)荷，介質(zhì)為熱水時(shí)，向室內(nèi)提供熱量，如熱水供暖，為冷水時(shí)，（常稱冷凍水）向室內(nèi)提供冷量，承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷和濕負(fù)荷，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。全空氣系統(tǒng)—以空氣為介質(zhì)，向室內(nèi)提供熱量或冷量。如全空氣空調(diào)系統(tǒng)，向室內(nèi)提供處理后冷空氣以除去室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷和潛熱冷負(fù)荷?？諝猓到y(tǒng)—以空氣和水為介質(zhì)，共同承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷。風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)。冷劑系統(tǒng)—以制冷劑為介質(zhì)，直接對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻去濕或加熱，又稱機(jī)組式系統(tǒng)。制冷機(jī)循環(huán)示意圖冷劑空調(diào)系統(tǒng)示意圖冷劑空調(diào)系統(tǒng)示意圖中央空調(diào)系統(tǒng)示意圖1-1熱濕環(huán)境的構(gòu)成及對(duì)人體的作用一、熱濕環(huán)境的構(gòu)成人體與外界的熱交換顯熱交換人體對(duì)流熱交換呼吸對(duì)流熱交換輻射熱交換潛熱交換皮膚表面蒸發(fā)放熱呼吸蒸發(fā)放熱代謝熱=蒸發(fā)散熱+對(duì)流散熱+輻射散熱+對(duì)外做功+身體蓄熱量熱平衡方程：人體蓄熱量人體代謝產(chǎn)熱量活動(dòng)強(qiáng)度M、著衣量Icltr人體對(duì)外作功人體與環(huán)境輻射換熱呼吸及人體與環(huán)境對(duì)流換熱呼吸和皮膚表面蒸發(fā)散熱ｔ、v熱濕環(huán)境的構(gòu)成：空氣溫度t、相對(duì)濕度

、速度v、平均輻射溫度tr、人體著衣熱阻和代謝率。平均輻射溫度:

一個(gè)假想的等溫圍合面的表面溫度，它與人體間的輻射熱交換量等于人體周圍實(shí)際的非等溫圍合面與人體間的輻射熱交換量。=代謝熱=蒸發(fā)散熱+對(duì)流散熱+輻射散熱+對(duì)外做功+身體蓄熱量熱平衡方程：人體蓄熱量人體代謝產(chǎn)熱量活動(dòng)強(qiáng)度M、著衣量Icltr人體對(duì)外作功人體與環(huán)境輻射換熱呼吸及人體與環(huán)境對(duì)流換熱呼吸和皮膚表面蒸發(fā)散熱ｔ、v熱濕環(huán)境的構(gòu)成：空氣溫度t、相對(duì)濕度

、速度v、平均輻射溫度tr、人體著衣熱阻和代謝率。人體的正常溫度：HotCold38oC32oC36.5~37℃人體與非生物體的區(qū)別：人體的溫度和散熱量并不完全由環(huán)境因素決定，在一定環(huán)境參數(shù)范圍內(nèi)人體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將人體的核心溫度維持在一個(gè)適合于生存的較窄的范圍內(nèi)。自動(dòng)散熱調(diào)節(jié)方式血管擴(kuò)張，增加流向皮膚層的血流，提高表皮溫度出汗自動(dòng)御寒調(diào)節(jié)方式血管收縮，減少流向皮膚層的血流，降低表皮溫度通過冷顫增加代謝率蓄熱量不同時(shí)的生理現(xiàn)象S>0：體溫升高，40℃時(shí)，出汗停止；43.5 ℃時(shí)，呼吸停止，人死亡。S<0:體溫降低，人體顫抖；34℃時(shí)，停止顫抖；28℃時(shí)，呼吸停止，人死亡。人體感到舒適的必要條件：S=0 （不冷不熱）人體感到舒適的充分條件：人體按正常比例散熱人體正常的散熱比例：對(duì)流散熱/總散熱輻射散熱/總散熱呼吸、無感覺蒸發(fā)散熱/總散熱25～30%45～50%25～30%各影響因素對(duì)人體的作用是緊密相關(guān)的。在一定的氣溫下，相對(duì)濕度越大，人體通過蒸發(fā)的散熱量就越少，越容易感到悶熱，反之通過蒸發(fā)的散熱量越大，人體就會(huì)感到?jīng)鏊?；在一定的相?duì)濕度下，氣溫越高通過對(duì)流的散熱量越少，人體感覺熱，反之人體感覺冷。當(dāng)氣溫高一點(diǎn)濕度低一點(diǎn)的熱環(huán)境和氣溫低一點(diǎn)濕度高一點(diǎn)熱環(huán)境可以對(duì)人體有相同的熱作用效果。顯然，組成熱環(huán)境的各影響因素的不同組合，熱環(huán)境對(duì)人體可以有不同的作用效果，但也可以有相同的作用效果。從暖通空調(diào)的角度來看，不同的組合暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗一般是不同的。因此，采用什么樣的暖通空調(diào)方式、參數(shù)組合才能使人體更舒適、暖通空調(diào)系統(tǒng)更易于實(shí)現(xiàn)、更節(jié)能成為熱濕環(huán)境在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用研究的主要課題之一。影響熱濕環(huán)境的各因素的不同組合可以得到相同效應(yīng)的熱濕環(huán)境。如何衡量這些因素對(duì)人體的共同作用效果，人體在這個(gè)環(huán)境中的冷熱感覺如何，如何定量地表示？熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)1-2熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)反映人體對(duì)熱濕環(huán)境的真實(shí)感受一、預(yù)測(cè)平均冷熱感PMV當(dāng)S=0時(shí)：P.O.Fanger熱舒適方程S

PMV：客觀物理量感覺主觀定量表1.1PMV和冷熱感的程度對(duì)應(yīng)PMV

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3冷熱感非常冷冷有點(diǎn)冷不冷不熱有點(diǎn)熱熱非常熱不滿足率99

75

25

5

25

75

99通過滿意度描述，由大量試驗(yàn)獲得PMV

PPDPMVPPDPMV指標(biāo)只代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，不能代表所有個(gè)人的感覺。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)即便達(dá)到PMV＝0，仍然有5％的人不滿意。Fanger：PMV＝－1～＋1（PPD≤27%）—滿意（被“采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范”GB50019-2003引用）ISO7330：PMV＝－0.5～＋0.5（PPD≤10%）—舒適環(huán)境參數(shù)環(huán)境參數(shù)活動(dòng)量衣著可以有多種組合，達(dá)到同樣的感覺PMV季節(jié)溫度t相對(duì)濕度

速度v夏季22～28℃40～65％≤0.3m/s冬季18～24℃30～60％≤0.2m/st：決定了能耗

：決定了排汗氣流形式干冷濕冷悶熱《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003：應(yīng)用調(diào)整參數(shù)獲得最經(jīng)濟(jì)而又舒適的熱環(huán)境設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)應(yīng)用設(shè)計(jì)參數(shù)(ta、a、va、

tr、

M、Icl)→預(yù)測(cè)待建建筑室內(nèi)熱環(huán)境舒適性程度，并不斷修改參數(shù)達(dá)到ISO。評(píng)價(jià)已有建筑熱環(huán)境舒適性對(duì)民用建筑進(jìn)行民意測(cè)驗(yàn)→室內(nèi)熱環(huán)境舒適性評(píng)價(jià)。二、新標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*SET*：冷熱感覺及人體與環(huán)境的熱交換量與實(shí)際環(huán)境等同的相對(duì)濕度為50%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的氣溫。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境：相對(duì)濕度50%、風(fēng)速0.1m/s、人體代謝量1.0met，著衣熱阻0.6clo的環(huán)境。輸入值：實(shí)際氣溫t，平均輻射溫度tr、風(fēng)速v、相對(duì)濕度

、代謝量M、實(shí)際著衣熱阻Icl由于在計(jì)算SET*的過程中，全部考慮了熱環(huán)境的六大要素，因而可以說SET*比PMV具有更加廣泛的適用性。SET*=24℃SET/℃1022.23014.517.525.634.537.5冷顫身體慢慢變冷血管收縮適中輕微出汗，血管擴(kuò)張出汗大量出汗調(diào)節(jié)失調(diào)冷令人非常不滿意涼令人不滿稍涼令人有些不滿舒適令人滿意稍暖令人有些不滿溫暖令人不舒適和不滿熱令人非常不滿很熱很不舒適感覺生理反應(yīng)SET*與生理、感覺等的關(guān)聯(lián)1-3熱濕環(huán)境參數(shù)測(cè)量人體感覺冷熱環(huán)境的基本要素如上所述有：空氣溫度；相對(duì)濕度；風(fēng)速；輻射溫度；著衣熱阻；代謝量六大要素。這些要素在不同的場(chǎng)合、不同的時(shí)間，對(duì)環(huán)境和人體作用大小是不同的，有的因素在某種場(chǎng)合是主要因素而在另外的場(chǎng)合就成了次要因素。如在全空氣系統(tǒng)中，空氣的溫度、風(fēng)速和濕度是主要因素；而在輻射采暖系統(tǒng)中主要的因素就成了氣溫、濕度和輻射溫度了。介紹基本要素的檢測(cè)方法。一、溫度熱膨脹直讀式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、非接觸式等。1．溫度的表示方法2．溫度計(jì)的種類通常采用水銀溫度計(jì)或者是已經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)校正過的溫度計(jì)。3．溫度計(jì)的校正一、溫度首先要選擇確定測(cè)點(diǎn)的位置。通常是在離地面lm到1.5m的高度測(cè)量，這是因?yàn)槿嗽诰邮覂?nèi)活動(dòng)的范圍都在離地面2m的范圍。在IS07726中推薦室溫的測(cè)定高度為離地面0.1m，0.6m，1.1m，1.7m。對(duì)于不同的建筑、不同的空調(diào)系統(tǒng)、在不同的時(shí)間其室溫的分布一般是不同的，因此，在進(jìn)行室溫測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)具體需要在有代表性的平面位置和高度位置上布置測(cè)點(diǎn)。4．室溫的測(cè)定一、溫度對(duì)于非穩(wěn)態(tài)的室溫測(cè)定，應(yīng)選擇熱惰性較小的溫度計(jì)，如熱電偶溫度計(jì)。對(duì)于輻射影響較明顯的場(chǎng)合，在測(cè)量室溫時(shí)要注意防止輻射的影響，可以在測(cè)頭罩上一個(gè)用黑度較小的鋁箔作成的筒狀物，但當(dāng)測(cè)頭直徑小于Φ0.1～0.2mm時(shí)可以不用輻射罩。4．室溫的測(cè)定一、溫度熱輻射的測(cè)定就是測(cè)定與人體進(jìn)行輻射熱交換的墻壁、家具等表面的溫度，通過計(jì)算求出輻射熱交換量和平均輻射溫度，或者測(cè)定空間某點(diǎn)的輻射溫度或輻射熱量。（1）接觸法測(cè)定周圍表面的溫度注意：①使測(cè)頭盡量細(xì)小；②測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量選擇能代表表面溫度的點(diǎn)；③測(cè)頭要與表面充分接觸；④測(cè)量信號(hào)引出線從測(cè)點(diǎn)沿著表面要達(dá)20cm左右；⑤盡可能消除干擾表面溫度的影響。5．輻射的測(cè)定一、溫度（2）非接觸法測(cè)定周圍表面溫度采用紅外線輻射溫度計(jì)測(cè)量周圍表面溫度的一種方法。由于它不接觸周圍表面，因而不影響表面溫度，更加簡(jiǎn)便地測(cè)定。分為點(diǎn)測(cè)型和測(cè)量表面溫度分布的熱畫像型。5．輻射的測(cè)定一、溫度（3）黑球溫度計(jì)黑球溫度計(jì)是通過測(cè)量無發(fā)熱球的輻射與對(duì)流達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度，從而求出平均輻射溫度。由黑球溫度tg、氣溫ta、和風(fēng)速v的測(cè)定值可以計(jì)算出平均輻射溫度tr。這個(gè)平均輻射溫度tr，由于球和人體的大小、形狀都有明顯的不同，因此嚴(yán)格地講它與環(huán)境對(duì)人體的平均輻射溫度是不同的。但是對(duì)于一般的室內(nèi)環(huán)境它和人體的感覺比較接近，因而可以近似使用。特別是當(dāng)氣流速度很小時(shí)，其表示的溫度與環(huán)境對(duì)人體的作用溫度基本一致。5．輻射的測(cè)定一、溫度（3）黑球溫度計(jì)由于球內(nèi)的空氣有一定的熱容量，因而測(cè)量具有一定的延遲性，使用時(shí)要考慮測(cè)定時(shí)間。同時(shí)，讀取數(shù)據(jù)時(shí)人體不要長(zhǎng)時(shí)間地靠近溫度計(jì)，還要避免靠近其他發(fā)熱體。5．輻射的測(cè)定干濕球溫度計(jì)黑球溫度計(jì)二、濕度絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的干空氣中含水蒸氣的量。相對(duì)濕度：一定的溫度下空氣中的水蒸氣分壓力和同溫度下空氣中水蒸氣的飽和分壓力之比的百分?jǐn)?shù)。露點(diǎn)溫度：當(dāng)水蒸氣分壓力與某一溫度下所對(duì)應(yīng)的水蒸氣飽和分壓力相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)的這個(gè)溫度就是這個(gè)水蒸氣分壓力下的露點(diǎn)溫度。1．濕度的表示二、濕度(1)阿斯曼通風(fēng)干濕球溫度計(jì)測(cè)量空氣的干、濕球溫度，據(jù)此計(jì)算或從h-d圖上查得空氣的濕度。(2)電阻式濕度計(jì)利用陶瓷等對(duì)水蒸氣有很好的附著性，附著水蒸氣量的改變引起電阻變化的特性來測(cè)量濕度。(3)電容式濕度計(jì)利用電容隨濕度的變化而改變的特性進(jìn)行濕度測(cè)量。(4)毛發(fā)式濕度計(jì)毛發(fā)和植物纖維等會(huì)隨周圍濕度的變化而長(zhǎng)度會(huì)伸縮。2．濕度計(jì)的種類二、濕度在室內(nèi)對(duì)濕度進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)定的場(chǎng)合，通常采用數(shù)字式濕度計(jì)。采用阿斯曼通風(fēng)干濕球溫度計(jì)測(cè)量濕度時(shí)，為了使其達(dá)到平衡，每點(diǎn)測(cè)量需要3～5min以上。即使是采用電阻和電容式濕度計(jì)，也要考慮時(shí)間延滯性問題。3.濕度的測(cè)量三、空氣流速空氣的流速是形成熱環(huán)境的四個(gè)基本要素之一，同時(shí)還直接關(guān)系到室內(nèi)熱量及粉塵、有害氣體等污染物的擴(kuò)散?？諝獾牧魉僦饕云骄L(fēng)速進(jìn)行評(píng)價(jià)。1．風(fēng)速儀的種類機(jī)械式風(fēng)速儀、熱線風(fēng)速儀、測(cè)壓管、激光多普勒測(cè)速技術(shù)三、空氣流速氣流速度的測(cè)量高度，以離地面10cm和100～120cm的高度為好。在這兩個(gè)高度位置正好是坐著的人著衣量少的腳踝關(guān)節(jié)部和裸露的脖子、頭的部位，這些部位對(duì)氣流十分敏感。除了人員的工作位置等具有代表性的位置外，在近壁面和空調(diào)系統(tǒng)吹出口下方及近旁處也需設(shè)立測(cè)定點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，對(duì)于平均流速的測(cè)定要考慮到風(fēng)速儀的時(shí)間延滯性；對(duì)于測(cè)量風(fēng)速變動(dòng)的場(chǎng)合要使用反應(yīng)時(shí)間短的風(fēng)速儀。2.室內(nèi)空氣流速的測(cè)定四、著衣量冬天我們穿著毛衣等就是為了防止熱的散發(fā)，此時(shí)毛衣等起著熱阻的作用，表示著衣熱阻的單位是clo值，1clo相當(dāng)于男性穿著西裝時(shí)的熱阻。1clo＝0.155(m2?℃/W)clo值越大衣服的熱阻越大。1．著衣量及熱阻四、著衣量(1)溫度測(cè)定法在十分平靜的環(huán)境中測(cè)量被試驗(yàn)者著衣的表面溫度tcl、衣服內(nèi)的皮膚溫度tsk及作用溫度to（當(dāng)氣溫和作用于人體的平均輻射溫度相等時(shí)可以用空氣溫度代替），根據(jù)熱平衡從下式求出全體著衣的熱阻clo值：2．著衣熱阻(clo值)的測(cè)定h——人體的綜合換熱系數(shù)，W／(m2·℃)；在氣溫為20～25℃時(shí)，著衣內(nèi)皮膚溫度的經(jīng)驗(yàn)值如下：男性：女性：四、著衣量(2)衣服重量測(cè)定法在氣溫20℃，相對(duì)濕度60％～65％的恒溫恒濕環(huán)境中稱取其重量w(g)，然后按下面的計(jì)算式求得其clo值：男性衣服，且W≤3000g，

(clo)女性衣服，且W≤2000g，

(clo)式中W——衣服總重量，g。2．著衣熱阻(clo值)的測(cè)定四、著衣量(3)多件衣服的clo值已知單件衣服的clo值Iclo，i，則多件衣服的熱阻值可按下式計(jì)算：男性衣服，總熱阻不超過lclo時(shí)，

(clo)女性衣服，總熱阻值不超過lclo時(shí)，

(clo)2．著衣熱阻(clo值)的測(cè)定五、代謝量影響因素多：精神活動(dòng)：腦的能量來源主要靠糖氧化釋放能量，安靜思考時(shí)影響不大，但精神緊張時(shí)，產(chǎn)熱量增多，能量代謝率增高。食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)：進(jìn)食后，機(jī)體內(nèi)能產(chǎn)生額外熱量，稱為食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)。其中蛋白質(zhì)最強(qiáng)，脂肪次之，糖類最少。環(huán)境溫度：人在安靜狀態(tài)下，在22.5～35℃的環(huán)境中最為穩(wěn)定。環(huán)境溫度過低可使肌肉緊張性增強(qiáng)，能量代謝增高。環(huán)境溫度過高，可使體內(nèi)物質(zhì)代謝加強(qiáng)，能量代謝也會(huì)增高。五、代謝量性別：男性高于女性年齡：少年高于老人肌肉活動(dòng)：它對(duì)能量代謝的影響最為顯著。主要以增加肌肉耗氧量而做功，使能量代謝率升高。代謝率單位met：1met=58.2W/m2，即成年男子靜坐時(shí)的代謝率。一般室內(nèi)運(yùn)動(dòng)代謝率多在5met以下。五、代謝量測(cè)定各種場(chǎng)合代謝量的方法有直接法和間接法。(1)直接法直接測(cè)量人體各部分向外界散發(fā)的能量，包括輻射、對(duì)流、蒸發(fā)、做功等。當(dāng)人體的體溫恒定時(shí)，代謝量和散發(fā)量相等。(2)間接法通過測(cè)定人體氧氣攝入量來測(cè)定人體代謝量的方法。通過測(cè)量呼吸量和呼氣中氧氣和二氧化碳的濃度，算出氧