空調房間送風狀態(tài)的確定及送風量的計算

1、3.7空調房間送風狀態(tài)的確定及送風量的計算在已知空調區(qū)冷(熱)、濕負荷的基礎上，確定消除室內余熱、余濕，維持室內所要求的空氣參數(shù)所需的送風狀態(tài)及送風量，是選擇空氣處理設備的重要依據。3.7.1空調房間送風狀態(tài)的變化過程在空調設計中，經常采用空氣質量平衡和能量守恒定律來進行空調系統(tǒng)的一些能量問題分析圖3-10表示一個空調房間的熱濕平衡示意圖，房間余熱量(即房間冷負荷)為Q(kW)，房間余濕量(即房間濕負荷)為W(kgs)，送入 (kg/s)的空氣，吸收室內余熱余濕后，其狀態(tài)由O(hO，dO)變?yōu)槭覂瓤諝鉅顟B(tài)N(hN，dN)，然后排出室外。圖3-10 空調房間的熱濕平衡當系統(tǒng)達到平衡后，總熱量、濕

2、量均達到了平衡，即總熱量平衡 (3-43)濕量平衡 (3-44)式中 送入房間的風量（kg/s）； Q 余熱量（kW）； W 余濕量（kg/s）； 送風狀態(tài)空氣的比焓值（kJ/ kg）和含濕量（kg/kg）； 室內空氣比焓值（kJ/ kg）和含濕量（kg/kg）。同理，可利用空調區(qū)的顯熱冷負荷和送風溫差來確定送風量。 (3-45)式中 Q 顯熱冷負荷（kW）；Cp 空氣的定壓比熱容 1.01 kJ/ (kgK)。上述公式均可用于確定消除室內負荷應送入室內的風量，即送風量的計算公式。圖3-11 為送入室內的空氣(送風)吸收熱、濕負荷的狀態(tài)變化過程在h-d圖上的表示。圖中N為室內狀態(tài)點，O為送風狀

3、態(tài)點。熱濕比或變化過程的角系數(shù)為 (3-46)由上可得，送風狀態(tài)O在余熱Q，余濕W作用下，在h-d圖上沿著過室內狀態(tài)點N點且的過程線變化到N點。圖3-11 送風狀態(tài)的變化過程3.7.2夏季送風狀態(tài)的確定及送風量的計算在系統(tǒng)設計時，室內狀態(tài)點是已知的，冷負荷與濕負荷及室內過程的角系數(shù)e也是已知的，待確定量是和Ox的狀態(tài)參數(shù)。從圖3-10上可以看到，送風狀態(tài)點在通過室內點Nx、角系數(shù)為ex的線段上。如果預先選定送風溫度，則送風狀態(tài)點的其他參數(shù)就可以確定，繼而可根據公式（3-43）或公式（3-44）確定送風量。工程上常根據送風溫差來確定Ox點。送風溫差對室內溫、濕度效果有一定影響，是決定空調系統(tǒng)經濟

4、性的主要因素之一。在保證既定的技術要求的前提下，加大送風溫差有突出的經濟意義。送風溫差加大一倍，系統(tǒng)送風量可減少一半，系統(tǒng)的材料消耗和投資（不包括制冷系統(tǒng)）約減少40，而動力消耗則可減少50；送風溫差在48之間，每增加1，風量可減少1015。所以在空調設計中，正確的決定送風溫差是一個相當重要的問題。但送風溫度過低，送風量過小則會使室內空氣溫度和濕度分布的均勻性和穩(wěn)定性受到影響。因此，對于室內溫、濕度控制嚴格的場合，送風溫差應小些。對于舒適性空調和室內溫、濕度控制要求不嚴格工藝性空調，可以選用較大的送風溫差。根據公共建筑節(jié)能設計標準（GB50189-2005）和采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB5

5、0019-2003）中的規(guī)定，當送風口高度5m時，510；當送風口高度5m時，1015。送風溫差的大小與送風方式關系很大，對于不同送風方式的送風溫差不能規(guī)定一個數(shù)字。所以確定空調系統(tǒng)的送風溫差時，必須和送風方式聯(lián)系起來考慮。對混合式通風可加大送風溫差，但對置換通風方式，送風溫差不受限制。目前，對于舒適性空調或夏季以降溫為主的工藝性空調，工程設計中經常采用“露點”送風，即取空氣冷卻設備可能把空氣冷卻到的狀態(tài)點，一般為相對濕度9095的“機器露點”Lx(見圖3-10)。工藝性空調的送風溫差宜按表3-30確定。表3-30 工藝性空調的送風溫差和換氣次數(shù)室溫允許波動范圍送風溫差每小時換氣次數(shù)n（次/h

6、）1.0151.0695（高大空間除外）0.53680.10.22312（工作時間不送風的除外）空調區(qū)的換氣次數(shù)是通風和空調工程中常用來衡量送風量的指標。其定義是：該空調區(qū)的總風量（m3/h）與空氣調節(jié)區(qū)體積（m3）的比值。用符號n（次/h）表示。換氣次數(shù)和送風溫差之間有一定的關系。對于空調區(qū)來說，送風溫差加大，換氣次數(shù)即隨之減小。采用推薦的送風溫差所算得的送風量折合成換氣次數(shù)應大于表3-30推薦的n值。表中所規(guī)定的換氣次數(shù)是和所規(guī)定的送風溫差相適應的。另外采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB50019-2003）上還規(guī)定，對于舒適性空調系統(tǒng)每小時的換氣次數(shù)不應小于5次；但高大空間的換氣次數(shù)應按其

7、冷負荷通過計算確定。實踐證明，在一般舒適性空調和室溫允許波動范圍1.0工藝性空調區(qū)中，換氣次數(shù)的多少，不是一個需要嚴格控制的指標，只要按照所取的送風溫差計算風量，一般都能滿足室內要求，當室溫允許波動范圍1.0時，換氣次數(shù)的多少對室溫的均勻程度和自控系統(tǒng)的調節(jié)品質的影響就需考慮了。對于通常所遇到的室內散熱量較小的空調區(qū)來說，換氣次數(shù)采用規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值就已經夠了，不必把換氣次數(shù)再增多，不過對于室內散熱量較大的空調區(qū)來說，換氣次數(shù)的多少應根據室內負荷和送風溫差大小通過計算確定，其數(shù)值一般都大于規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值。選定送風溫差之后，即可按以下步驟確定送風狀態(tài)和送風量（見圖3-12）：1） 在h-d圖上

8、找出室內空氣狀態(tài)點Nx。2） 根據算出的余熱Q和余濕W求出熱濕比，并過Nx點畫出過程線e。3） 根據所選定的送風溫差，求出送風溫度x，過x的等溫線和過程線ex的交點Ox即為送風狀態(tài)點。4） 按式(3-43)或(3-44)計算送風量。圖3-12確定夏季送風狀態(tài)的h-d圖【例3-3】 某空調區(qū)夏季總余熱量Q 3906W，總余濕量W 0.31010-3 kg/s，要求室內全年保持空氣狀態(tài)為：tNx（221） ，jNx （555），當?shù)卮髿鈮毫?01325Pa，求送風狀態(tài)和送風量?！窘狻?1) 求熱濕比 (2) 在h-d圖上(圖3-13)確定室內狀態(tài)點N，通過該點畫出ex 12600的過程線。取送風

9、溫差8，則送風溫度22-8=14，得送風狀態(tài)點Ox。在h-d圖上查得：hOx = 35.6 kJ/ kg；dOx = 8.5 g/kg；hNx = 45.7 kJ/ kg；dNx = 9.3 g/kg(3) 計算送風量按消除余熱即式（3-43）計算：按消除余濕即式（3-44）計算：圖3-13 例3-3 圖按消除余熱和余濕所求送風量相同，說明計算無誤。送風溫度確定后，不用查h-d圖的辦法，通過聯(lián)解以下三個方程式也可以求出、hOx、dOx三個未知數(shù)，而且用計算法確定送風狀態(tài)的參數(shù)和送風量更準確。聯(lián)立方程式如下： （3-47）上式的已知參數(shù)為：Q、W、hOx、dOx、tOx，未知參數(shù)為、hOx、dO

10、x。讀者可利用該方程式重新計算例題3-3。3.7.3冬季送風狀態(tài)的確定及送風量的計算在冬季，通過圍護結構的溫差傳熱往往是由室內向室外傳遞，只有室內熱源向室內散熱。因此冬季室內余熱量往往比夏季少得多，常常為負值，而余濕量則冬夏一般相同。這樣冬季房間的熱濕比值一般小于夏季，甚至出現(xiàn)負值，所以冬季空調送風溫度tOd大都高于室溫tNd。由于送熱風時送風溫差值可比送冷風時的送風溫差值大，所以冬季送風量可以比夏季小，故空調送風量一般是先確定夏季送風量，冬季既可采取與夏季相同風量，也可少于夏季風量。這時只需要確定冬季的送風狀態(tài)點。全年采取固定送風量的空調系統(tǒng)稱為定風量系統(tǒng)。定風量系統(tǒng)調節(jié)比較方便，但不夠節(jié)能

11、。若冬季采用提高送風溫度、加大送風溫差的方法，可以減少送風量，節(jié)約電能，尤其對較大的空調系統(tǒng)減少風量的經濟意義更突出。但送風溫度不宜過高，一般以不超過45為宜，送風量也不宜過小，必須滿足最少換氣次數(shù)的要求?！纠?-4】 仍按上題基本條件，如冬季余熱量Q = -1298.9 W，余濕量W = 0.310 kg/s，試確定冬季送風狀態(tài)及送風量?！窘狻?1) 求冬季熱濕比ed (2) 全年送風量不變，計算送風參數(shù)由于冬夏室內散濕量基本上相同，所以冬季送風含濕量取與夏季相同。即dOd = 8.5 g/kg。在h-d圖上過N點作ed = -4190kJ/kg的過程線(圖3-14)，該線與dOd= 8.5

12、 g/kg的等含濕量線的交點Od即為冬季送風狀態(tài)點。由h-d圖查得：hOd= 49 kJ/kg；tOd =27.1。圖3-14 例3-4 圖另一種解法是，全年送風量不變，則送風量為已知，送風狀態(tài)參數(shù)可由計算求得，即：此時，在h-d圖上作的等焓線與dOd = 8.5 g/kg的等含濕量線，兩線的交點即為冬季送風狀態(tài)點Od?；蛘邔⒑蚫Od = 8.5g/kg代入比焓的定義式，即可求出tOd =27.1。3.8新風量的確定和風量平衡新風量的多少，是影響空調負荷的重要因素之一。新風量少了，會使室內衛(wèi)生條件惡化，甚至成為“病態(tài)建筑”；新風量多了，會使空調負荷加大，造成能量浪費。長期以來，普遍認為“人”是

13、室內僅有的污染源。因此，新風量的確定一直沿用每人每小時所需最小新風量這個概念。近年來人們發(fā)現(xiàn)建筑內還有其他污染源。因為，隨著化學工業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多的新型化學建材、裝璜材料、家具進入了建筑物內，并在室內散發(fā)大量的污染物。因此，確定新風量的觀念應該有所改變，即再也不能單一地只考慮人造成的污染，而必須同時考慮室內其他污染源帶來的污染。也就是說，室內所需新風量，應該是稀釋人員污染和建筑物污染的兩部分之和。美國采暖制冷空調工程師學會標準ASHRAE在1996年8月提出了將人員污染和稀釋建筑物污染兩個因素同時考慮的新的新風量計算公式，也就是說，最小新風量 （m3/h）可由下式計算確定 （3-48）式

14、中 每人每小時所需最小新風量，m3/（人h）； 室內人員數(shù)； 單位建筑面積每小時所需的最小新風量，見表331m3/(h)； A通風房間建筑面積，。表331 單位建筑面積每小時所需的新風量場所新風量場所新風量車庫，修理維護中心27 m3/(m2h)地下商場（0.3人/）5.4 m3/(m2h)臥式、起居室54 m3/(roomh)二樓商店（0.2人/）3.6m3/(m2h)浴室65 m3/(roomh)溜冰，游泳池9 m3/(m2h)走廊等公共場所09 m3/(m2h)學校衣帽間9 m3/(m2h)更衣室9 m3/(m2h)學校走廊1.8 m3/(m2h)電梯18 m3/(m2h)驗尸房9 m3

15、/(m2h)公共建筑節(jié)能設計標準（50189-2005）條文說明中指出：空調系統(tǒng)所需的新風主要有兩個用途：一是稀釋室內有害物質的濃度，滿足人員的衛(wèi)生要求；二是補充室內排風和保持室內正壓。前者的指示物質是CO2，使其日平均值保持在0.1以內；后者通常根據風平衡計算確定。參考美國采暖制冷空調工程師學會標準ASHRAE 62-2001Ventilation for acceptable indoor air quality第6.1.3.4條：對于出現(xiàn)最多人數(shù)的持續(xù)時間少于3h的房間，所需新風量可按室內的平均人數(shù)確定，該平均人數(shù)不應少于最多人數(shù)的1/2。例如，一個設計最多容納人數(shù)為100人的會議室，開

16、會時間不超過3h，假設平均人數(shù)為60人，則該會議室的新風量可?。?0m3/(hp)60p1800m3/h，而不是按30m3/(hp)100p3000m3/h計算。另外假設平均人數(shù)為40人，則該會議室的新風量可?。?0m3/(hp)50p1500m3/h。公共建筑節(jié)能設計標準（50189-2005）給出的公共建筑主要空間的設計新風量，如表3-32所示。匯總了國內現(xiàn)行有關規(guī)范和標準的數(shù)據，并綜合考慮了眾多因素，一般不應隨意增加或減少。表3-32 公共建筑主要空間的設計新風量建筑類型與房間名稱新風量 / m3/（h人）旅游旅館客房5星級504星級403星級30餐廳、宴會廳、多功能廳5星級304星級2

17、53星級（續(xù)）202星級15大堂、四季廳45星級10商業(yè)、服務45星級2023星級10美容、理發(fā)、康樂設施30旅店客房一三級30四級20文化娛樂影劇院、音樂廳、錄像廳20游藝廳、舞廳（包括卡拉OK歌廳）30酒吧、茶座、咖啡廳10體育館20商場（店）、書店20飯館（餐廳）20辦公30學校教室小學11初中14高中173.8.1 單個房間空調系統(tǒng)最小新風量的確定一個完善的空調系統(tǒng)，除了滿足對室內溫、濕度控制以外，還必須給房間提供足夠的室外新鮮空氣(簡稱新風)，因此一般情況下，送風空氣由新風和回風組成。從改善室內空氣品質角度，新風量越多越好；由于空調系統(tǒng)中新風的熱、濕處理消耗的能量很多，所以，使用的新

18、風量越小，就越經濟。但是不能無限制地減少新風量，因而在系統(tǒng)設計時，必須確定最小新風量，通常應滿足以下三個要求：（1）稀釋人群本身和活動所產生的污染物，保證人群對空氣品質的要求 在人員長期停留的空調房間，由于人們呼出CO2氣體量的增加，會逐漸破壞室內空氣的正常成分，給人體健康帶來不良影響。因此在空調系統(tǒng)的送風量中，必須摻入含CO2量少的室外新風來稀釋室內空氣中CO2的含量，使之合乎衛(wèi)生標準的要求。采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB50019-2003）中規(guī)定，民用建筑人員所需最小新風量按國家現(xiàn)行有關衛(wèi)生標準確定；工業(yè)建筑應保證每人不小于30m3/h的新風量；對于公共建筑，根據公共建筑節(jié)能設計標準（

19、GB50189-2005）中的規(guī)定，其主要空間的設計新風量應符合表3-31的規(guī)定。（2）按照補充室內燃燒所耗的空氣或補償排風(包括局部排風和全面排風)量要求 如果建筑物內有燃燒設備時，系統(tǒng)必須給空調區(qū)補充新風，以彌補燃燒所耗的空氣。燃燒所需的空氣量可從燃燒設備的產品樣本中獲得，也可根據相關公式計算而得，本書不再詳述。如果空調房間有排風設備，為了不使房間產生負壓，至少應補充與局部排風量相等的室外新風。（3）按照保證房間的正壓要求 為了防止外界未經處理的空氣滲入空調房間，有利于保證房間清潔度和室內參數(shù)少受外界干擾，需要使空調區(qū)保持一定正壓值，即用增加一部分新風量的辦法，使室內空氣壓力高于外界壓力，

20、然后再讓這部分多余的空氣從房間門窗縫隙等不嚴密處滲透出去。舒適性空調室內正壓值不宜過小，也不宜過大，一般采用5Pa的正壓值就可滿足要求。當室內正壓值為10Pa時，保持室內正壓所需的風量，每小時約為1.01.5次換氣，舒適性空調的新風量一般都能滿足此要求。室內正壓值超過50Pa時會使人感到不舒適，而且需加大新風量，增加能耗，同時開門也較困難。因此規(guī)定不應大于50Pa。對于工藝性空調，因與其相通房間的壓力差有特殊要求，其壓差值應按工藝要求確定。在全空氣系統(tǒng)中，通常按照上述三條要求確定出新風量中的最大值作為系統(tǒng)的最小新風量。若以上三項中的最大值仍不足系統(tǒng)送風量的10，則新風量應按總送風量的10計算，

21、以確保衛(wèi)生和安全。但凈化程度要求高，房間換氣次數(shù)特別大的系統(tǒng)不在此列，這是因為通常溫、濕度波動范圍要求很小或潔凈度要求很高的空調區(qū)送風量一般都很大，如果要求最小新風量達到送風量的 10，新風量也很大，不僅不節(jié)能，大量室外空氣還影響了室內溫、濕度的穩(wěn)定，增加了過濾器的負擔；一般舒適性空調系統(tǒng)，按人員和正壓要求確定的新風量達不到10時，由于人員較少，室內CO2濃度也較低（O2含量相對較高），也每必要加大新風量。值得指出的是，對舒適性空氣調節(jié)和條件允許的工藝性空氣調節(jié)，當可用室外新風作冷源時，應最大限度地使用新風，以提高空調區(qū)的空氣品質。另外，有下列情況存在時，應采用全新風空調系統(tǒng)：1） 夏季空調系統(tǒng)的回風比焓值高于室外空氣比焓值。2） 系統(tǒng)各空調區(qū)排風量大于按負荷計算出的送風量。3） 室內散發(fā)有害物質，以及防火防爆等要求不允許空氣循環(huán)使用。4） 采用風機盤管或循環(huán)風空氣處理機組的空調區(qū)，應含有集中處理新風的系統(tǒng)。3.8.2 多房間空調系統(tǒng)最小新風量的確定以上討論的空調房間最小新風量的確定原則都是按照空調系統(tǒng)是單個房間的情況考慮的。當一個集中式空調系統(tǒng)包括多個房間時，由于同一個集中空氣處理系統(tǒng)中所有空調房間的新風比都相同，因此，各個空調房間按比例實際分配得到的新風