《暖通空调课程设计》指导书-可可

1、 云南农业大学建筑工程学院 650201暖通空调课程设计指导书学 院： 建筑工程学院 专 业： 建筑环境与能源应用工程工程 年 级： 2012级指导老师： 李艳琼 职称 ： 高级工程师 暖通空调课程设计指导书一、空调负荷计算1.夏季建筑围护结构的冷负荷目前，在我国暖通空调工程中，常采用冷负荷系数法计算空调冷负荷，冷负荷系数法是建立在传递函数法的基础上，是便于在工程上进行手算的一种简化计算方法。夏季建筑围护结构的冷负荷是指由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷。具体计算方法如下：（1）围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法1）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 在日

2、射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算： (1-1) 式中 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W； A 外墙和屋面的面积，m2； K 外墙和屋面的传热系数，W(m2·)，可根据外墙和屋面的不同构造， 由附录2-2和附录2-3中查取； tR 室内计算温度，； 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，根据外墙和屋面的不同类型分 别在附录2-4和附录2-5中查取。 必须指出： a. 附录2-4和附录2-5中给出的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区气象参数为依据计算出来的，因此，对于不同设计地点，应对值进行修正，即应为十td。其地点修正值td可由附录2-6查得

3、。 b . 当外表面放热系数不同于186W(m2·)时，应将(+td)乘以表1中的修正值。 c. 当内表面放热系数变化时，可不加修正。d. 考虑到城市大气污染和中浅颜色的耐久性差，建议吸收系数一律采用=0.90，即对表中不加修正。但如确有把握经久保持建筑围护结构表面的中、浅色时，则可将表中数值乘以表2所列的吸收系数修正值k。综上所述，外墙和屋面的冷负荷计算温度为： （1-2）则冷负荷计算式应该为： （1-3）2） 内围护结构冷负荷 当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按公式(1-1)计算。当邻室有一定的发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等

4、内围护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作稳定传热，不随时间而变化，可按下式计算： （1-4） 式中 Ki内围护结构(如内墙、楼板等)的传热系数，W(m2·)； Ai内围护结构的面积，m2； to.m夏季空调室外计算日平均温度，； 附加温升，可按表3选取。3） 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷 在室内外温差作用下，通过外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷可按下式计算： （1-5）式中 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W； Kw外玻璃窗传热系数，W(m2·)，可由附录2-7和附录2-8中查得； Aw窗口面积，m2； 外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，可由附录2-10中查得。 必须指出：a. 对

5、附录2-7、2-8中的Kw值要根据窗框等情况不同加以修正，修正值cw可从附录2-9查得。b. 对附录2-10中的值要进行地点修正，修正值td可从附录211查得。 因此，式(1-5)相应变为； (1-6)（2）透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法 1) 日射得热因数的概念 透过玻璃窗进入室内的日射得热分为两部分，即透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热qt和窗玻璃吸收太阳辐射后传入室内的热量qa。 由于窗的类型、遮阳设施、太阳入射角及太阳辐射强度等因素的各种组合太多，无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强度之间的函数关系，于是采用一种对比的计算方法。 采用了3mm厚的普通平板玻璃作“标准玻璃”，在=8

6、7W(m2·K)和=18.6W(m2·K)条件下，得出夏季(以七月份为代表)通过这一“标准玻璃”的日射得热量qt和qa值， （1-7） 称Dj为日射得热因数。 经过大量统计计算工作，得出了适用于各地区不同纬度带(每一带宽为±2030'纬度)的Dj·max，由附录2-12查得。 考虑到在非标准玻璃情况下，以及不同窗类型和遮阳设施对得热的影响，可对日射得热因数加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数Cc·s。 (1-8) 式中 Cs窗玻璃的遮阳系数，定义为，由附录2-1查得； Ci窗内遮阳设施的遮阳系数由附录2-14查得。 有外遮阳的算法基本

7、相同，但更为繁琐，此处不再介绍。 2) 透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法 透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算： （1-9）式中 Aw窗口面积，m； Ca有效面积系数，由附录215查得； CLQ窗玻璃冷负荷系数，无因次，由附录2-16至附录2-19查得。 必须指出：CLQ值按南北区的划分而不同。南北区划分的标准为：建筑地点在北纬27o30/以南的地区为南区，以北的地区为北区。2. 室内热源散热引起的冷负荷 室内热源散热主要指室内工艺设备散热、照明散热和人体散热三部分。室内热源散热包括显热和潜热两部分。潜热散热作为瞬时冷负荷，显热散热中以对流形式散出的热量成为瞬时冷负荷

8、，而以辐射形式散出的热量则先被围护结构表面所吸收，然后再缓慢地逐渐散出，形成滞后冷负荷。因此，必须采用相应的冷负荷系数。 ，（1） 设备散热形成的冷负荷 设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算： （1-10） 式中 设备和用具显热形成的冷负荷，W； 设备和用具的实际显热散热量，W； CLQ设备和用具显热散热冷负荷系数，可由附录2-20和附录2-21中查得。如果空调系统不连续运行，则CLQ=1.0。 设备和用具的实际显热散热量按下式计算：1）电动设备当工艺设备及其电动机都放在室内时： （1-11）当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时： （1-12）当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：

9、（1-13）式中 N电动设备的安装功率，kW；电动机效率，可由产品样本查得，Y系列电动机效率可由表2-11查得。n1利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0709，可用以反映安装功率的利用程度；n2电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比，对精密机床可取0.150.40，对普通机床可取0.5左右；n3同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.50.8。2） 电热设备散热量 对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算： （1-14）式中 n4考虑排风带走热量的系数，一般取0.5。 其中其他符号意义同前。3）电子设备

10、计算公式同(1-13)，其中系数n2的值根据使用情况而定，对计算机可取1.0，一般仪表取0.50.9。（2） 照明散热形成的冷负荷 当电压一定时，室内照明散热量是不随时间变化的稳定散热量，但是照明散热方式仍以对流与辐射两种方式进行散热，因此，照明散热形式的冷负荷计算仍采用相应的冷负荷系数。根据照明灯具的类型和安装方式不同，其冷负荷计算式分别为白炽灯 （1-15）荧光灯 (1-16)式中 灯具散热形成的冷负荷，W； N照明灯具所需功率，kW； n1镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1=1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1=1.0； n2灯罩隔热系数，当荧

11、光灯罩上部穿有小孔(下部为玻璃板)，可利用自然通风散热于顶棚内时，取n2=0.50.6；而荧光灯罩无通风孔者n2=0.60.8； CLQ照明散热冷负荷系数，可由附录2-22查得。 （3） 人体散热形成的冷负荷 人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件(温、湿度等)等多种因素有关。人体散发的潜热量和对流热直接形成瞬时冷负荷，而辐射散发的热量将会形成滞后冷负荷。因此，应采用相应的冷负荷系数进行计算。 为了设计计算方便，计算以成年男子散热量为计算基础。而对于不同功能的建筑物中有各类人员(成年男子、女子、儿童等)不同的组成进行修正，为此，引人群集系数，表4给出一些数据，可作参考。人体显热散热

12、引起的冷负荷计算式为： （1-17）式中 人体显热散热形成的冷负荷，W； qs不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，见表2-13； n室内全部人数； 群集系数，见表4； CLQ人体显热散热冷负荷系数，由附录2-23中查得。 但应注意：对于人员密集的场所(如电影院、剧院、会堂等)，由于人体对围护结构和室内物品的辐射换热量相应减少，可取CLQ=1.0。人体潜热散热引起的冷负荷计算式为： （1-18）式中 人体潜热形成的冷负荷，W； ql不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，见表5； n，同式(1-17)。(4) 实验动物产生的热量如下表：热量生产: 一般性活动Btu/h/动物动物名称重量(

13、磅)显热潜热总量小鼠0.046 1.11 0.54 1.65 仓鼠0.260 4.02 1.98 6.00 大鼠0.620 7.77 3.83 11.60 几内亚猎0.900 10.20 5.03 15.20 兔子5.410 39.20 19.30 58.50 猫6.610 45.60 22.50 68.10 猴子12.000 71.30 35.10 106.40 狗22.700 105.00 56.40 161.40 狗50.000 231.00 124.00 355.00 3. 湿负荷湿负荷是指空调房间的湿源(人体散湿、敞开水池(槽)表面散湿、地面积水等)向室内的散湿量，也就是为维持室内含

14、湿量恒定需从房间除去的湿量。（1）人体散湿量人体散湿量可按下式计算 （1-19）式中 人体散湿量，kgs；g成年男子的小时散湿量，g/h，见表2-13；n，同式(221)。（2）敞开水表面散湿量敞开水表面散湿量按下式计算： （1-20）式中 敞开水表面的散湿量，kg/s；单位水面蒸发量，kg（m2·h），见表6；A蒸发表面面积，m2。表面单位面积蒸发量Wkg/（m2.h） 表64. 新风负荷 室外新鲜空气量是保障良好的室内空气品质的关键。因此，空调系统中引入室外新鲜空气(简称新风)是必要的。由于夏季室外空气焓值和气温比室内空气焓值和气温要高，空调系统夏季为处理新风势必要消耗冷量。而冬

15、季室外空气气温又比室内空气温度低，室外空气比室内空气含水量也少，同样，空调系统冬季为处理新风势必要消耗热量和加湿量。据调查，空调工程中处理新风的能耗大致要占到总能耗的2530，对于高级宾馆和办公建筑可高达40%。可见，空调处理新风所消耗的能量是十分可观的。所以，空调系统中新风量的大小要在满足空气品质的前提下，应尽量选用较小的必要的新风量。否则，新风量过多，将会增加空调制冷系统与设备的容量。目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定(或推荐)的原则。 夏季，空调新风冷负荷按下式计算： （1-21） 式中 夏季新风冷负荷，kW； 新风量，kgs； h。室外空气的焓值，k

16、Jkg； hR 一室内空气的焓值，kJkg。 冬季，空调新风热负荷按下式计算 （1-22） 式中 空调新风热负荷，kW； Cp空气的定压比热，H(kg·)，取1.005kJ(kg·)； to冬季空调室外空气的计算温度，； tR冬季空调室内空气计算温度，。二、全空气系统送风量、送风参数及新风量的确定1. 送风量和送风参数的确定设有一空调房间，送人一定量经处理的空气，消除室内负荷后排出，如图7所示。假定送入室内的空气(称送风)吸收热量和湿量后，状态变化到室内状态，且房间内温、湿度均匀，排除房间的空气参数即为室内空气的参数。当系统达到平衡后，全热量、显热量和湿量都达到平衡，即 全

17、热平衡 （1-23） （1-24）显热平衡 （1-25） （1-26）湿平衡 （1-27） （1-28）式中 送入房间的风量，称送风量，kgs； 分别为房间的全热冷负荷和显热冷负荷，kW； 房间湿负荷，kgs； hR、hs分别为室内空气和送风的比焓，kJkg； tR、ts分别为室内空气和送风的温度，； dR、ds分别为室内空气和送风的含湿量，gkg； cp空气定压比热，kJ(kg·)。上述公式(1-24)、(1-26)、(1-28)都可以用于确定消除室内负荷应送入室内的风量，即送风量计算公式。图8为送入室内的空气(送风)吸收热、湿负荷的状态变化过程在hd图上的表示。图中R为室内状态点

18、，S为送风状态点。变化过程的角系数为 （1-29）角系数又称热湿比，单位为kJkg。根据式(1-24)、(1-28)有 （1-30）在系统设计时，室内状态R是已知的(可根据规范或工艺要求确定)，冷负荷与湿负荷及室内过程的角系数也是已知的，待确定量是和S的状态参数。从图8上可以看到，送风状态点在通过室内点R、角系数的线段上。如果预先选定送风温度，则其他参数及送风量也就很易确定了。工程上常根据送风温差来确定S点。显然愈大，风量愈小，相应的空气处理设备和管路也愈小，系统比较经济；但是，风量小会导致室内温湿度分布均匀性和稳定性差。因此，对于温湿度控制严格的场合，送风温差应小些。对于舒适性空调和温湿度控

19、制要求不严格工艺性空调，可以选用较大的送风温差。我国规范规定，送风口高度5m时，不宜大于l0，送风口高度>5m，不宜大于15。目前工程设计中经常采用“露点”送风，即取空气冷却设备可能把空气冷却到的状态点，一般为相对湿度9095的“机器露点”D(见图8)。对于全年应用的全空气空调系统，冬季的送风量就取夏季设计条件下确定的送风量。这时只需要确定冬季的送风状态点。在冬季室外温度较低的地区，室内通常是欠热的。其空调设计热负荷主要是建筑围护结构热负荷。当室内有稳定的热源、湿源时，总热负荷中应扣去热源的散热量，还应考虑湿源的散湿量；而当室内的热源和湿源随机性很大时，就不宜考虑。例如，商场人员的散热量

20、和散湿量很大，冬季系统甚至不需加热和加湿。然而商场冬季的不利工况在商场刚开门营业或未营业时段，显然这时人很少，这些热量和湿量可以忽略不计。在冬季尚需供冷的场所，则必须把随机性大的不稳定发热量和散湿量计算为负荷。图9为冬季需对室内供热的空调系统的送风在室内的状态变化过程。室内有热负荷和湿负荷，送风在室内的变化一般是减焓增湿过程。因此，根据式（1-29），热湿比为负值，式（1-24）、（1-26）、（1-28)中分子项均用全热热负荷或显热热负荷取代，并取负值。若送风量取夏季的确定的送风量，则送风温度应为 （1-31）式中为室内显热热负荷(取正值)，kW。冬季送风量也可以与夏季不同，取较大的送风温差

21、和较小的风量。对于热风采暖系统，也可按此原则确定送风量和送风温度。我国规范规定，热风采暖的送风温度宜采用3050。2. 空调系统的新风量（1） 最小新风量确定的原则一个完善的空调系统，除了满足对环境的温、湿度控制以外，还必须给环境提供足够的室外新鲜空气(简称新风)。本节只讨论民用建筑和一般工业建筑(无工业污染物发生)中的全空气系统或空气水系统所必需的新风量。有关工业生产中的污染物的控制方法和通风量将在第8章中论述。从改善室内空气品质角度，新风量多些为好；但是送入室内的新风都得通过热、湿处理，将消耗能量，因此新风量宜少些好。在系统设计时，一般必须确定最小新风量，此新风量通常应满足以下三个要求：(1)稀释人群本身和活动所产生的污染物，保证人群对空气品质的要求：(2)补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量；(3)保证房间的正压。在全空气系统中，通常取上述要求计算出新风量中的最