空调负荷计算与送风量

1、教案封皮开课单位能源与机械工程学院课程名称空气调节授课教师授课对象选用教材空气调节薛殿华总学时60课次第二章第一节1、掌握室内空气计算参数确定的原则和方法，以及我国室内空气计算教学目的参数的确定。及要求2、掌握夏季、冬季空调室外计算参数的确定原则和方法，以及我国空调室外计算参数的确定。1、室内空气计算参数的确定原则及方法教学重点2、室外空气计算参数的确定原则及方法3、人体舒适性评价指标 PMV-PPD 指标教学难点人体热平衡和舒适感教学方讲授式、方法教关于空调负荷的几个基本概念（ 10 分钟）学过一、室外空气计算参数的确定：（ 30 分钟）程二、室内温、湿度设计标准的确定依据：及时（一）人体的

2、热平衡和舒适感（40分钟）间（二）室内温湿度标准（10分钟）分配1tw,p教案内容备注第二章空调房间的冷（热）、湿负荷及送风量的确定本章主要目标：计算空调房间设计负荷，从而确定送风量关于空调负荷的几个基本概念得热（湿）量 在室内外热、 湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热（湿）量耗热量 从空调房间散失出去的热量即为耗热量冷负荷 在某一时刻为保持房间恒温恒湿， 需向房间供应的冷量即为冷负荷热负荷 为补偿房间失热而需向房间供应的热量湿负荷 为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量即为湿负荷第一节室内外空气计算参数和室内温湿度标准的选择室外空气计算参数和室内温湿度标准 是空调房间冷

3、（热）、湿负荷计算的依据。一、室外空气计算参数的确定：设计规范中规定的设计参数是按 全年少数时间不保证室内温湿度标准 而制定的。夏季空调室外计算干球温度 tw,x 采用历年平均不保证 50h 的干球温度；夏季空调室外计算湿球温度 ts 采用历年平均不保证 50h 的湿球温度；夏季空调室外计算日平均温度采用历年平均不保证5 天的日平均温度；冬季空调室外计算温度tw,d 采用历年平均不保证1 天的日平均温度；冬季空调室外计算相对湿度 d 采用累年最冷月平均相对湿度。室外空气温、湿度变化规律室外空气的干、湿球温度随季节、昼夜、时刻变化；空气的相对湿度 取决于空气干球温度t 和含湿量 d；2若视一昼夜

4、含湿量不变，相对湿度 的变化规律与干球温度t 变化规律相反。二、室内温、湿度设计标准的确定依据：空调房间的室内温度、湿度的要求，用两组指标 来反映，空调温度tn = 空调温度基数 +空调精度（室内温度允许波动范围）相对湿度 n =相对湿度基数 +空调精度（相对湿度允许波动范围）对于舒适性空调 ，主要从人体的舒适感来考虑，一般不提空调精度的要求；对于工艺性空调 ，要考虑满足工艺过程对温、 湿度基数和空调精度的特殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。声音、振动、嗅觉、视觉、色调、温度、湿度、气流速（一）人体的热平衡和舒适感人体的舒适状态是由许多因素决定的，其中和热感觉有关的有：室内空气温度t n 及其在

5、空间的分布和随时间的变化；室内空气的相对湿度 n；人体附近的气流速度 v；围护结构内表面及其它物体表面的温度；人体的温度、散热及体温调节；衣服的保温性能及透气性。室内空气状态变化与人体冷热感的变化关系t n 上升，人体对流热 C 减少热感；t n 下降，人体对流热 C 增大冷感； n 增大， Pqb 增大，人体汗液等蒸发热 E 减少热感；围护结构内表面和周围物体表面温度上升，人体辐射散热 R 减少热感；周围空气流速增大，人体对流热 C 增大，人体水分蒸发热 E 增大冷感。1、有效温度图和舒适区新有效温度 ET * (effective temperture) 通过温度、湿度及气流速度3个要素的

6、组合，表示人体感觉的特别温度。等效温度线 在等效温度线上各个点所表示的空气状态的实际干球温度、相对湿度不相同，但各点空气状态给人体的冷热感相同。3美国供暖、制冷、空调工程师学会（ASHRAE ）推荐的舒适标准 55-74ET * =22.5* 25* ，tn=2227n=20%70%2、人体热舒适方程和 PMV-PPD 指标人体热平衡方程：S=M -W-E-R-C（W/）S人体蓄热率（ Save）M 能量代谢率（ Metobolish）六个影响人体热舒适变量的因素，热舒适方程给出了这六个因素之间的关系W 人体所做机械功（ Work ）E蒸发散热量（ Evaporation）R人体与周围表面辐射

7、换热量（Radiation）C人体与周围表面对流换热量（Convection）S =0，人体状态正常，体温为36.5，S 0，人体状态不正常，体温上升，高于36.5，S < 0 ，人体状态不正常，体温下降，低于36.5。由热平衡方程：4f(M 、(、P、t、I、V )aardaM 人体能量代 谢体ta环境温度Pa水蒸汽分压蒸tr 房间间平均辐射温 I d 衣服热服Va空气流速0热舒适方程若人体通过对流和辐射换热能满足热舒适方程，则人体感觉舒适， 否则会产生一个负荷 L。f(M 、(、P、t、I 、V )LaardaL = 0人体感觉舒适L 0人体产生热感觉L < 0人体产生冷感觉室

8、内热环境的评价指标 PMV-PPDPMV-PPD 综合考虑了人体活动情况、着衣情况、空气温度、湿度、流速、平均辐射温度等 6个因素。PMV（ Predicted Mean Vote 预期平均评价） 代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉，可用PMV 指标来表示对热环境下人体的热反应。PMV 值-3+3根据人体热平衡的原理，确定PMV 的数学分析式：PMV0.303exp0.036M0.0275 LPPD（Predicted Percentage of Dissatisfied预期不满意百分率） 表示对热环境不满意的百分数，这是考虑人与人之间生理的差别。PPD值0100%利用概率分析法确定 PMV

9、-PPD 之间的关系。5（二）室内温湿度标准舒适性空调的室内空气设计参数（做成表格形式）季节温度/相对湿度 /%工作区风速 / （ m/s）夏季24284060 0.3冬季18 22一般不做规定，高级 35 0.2工艺性空调的室内设计参数视具体情况而定室外空气综合温度：围护结构外表面单位面积上得到的热量：qW tWWIt WIWWWWtZWW 围护结构外表面与室外空气间的换热系数， W / m 2 KtW 室外空气计算温度 , CW 围护结构外表面温度, C 围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数I 围护结构外表面接受的总的太阳辐射强度 ,W / m2为计算方便，称 tZ tWI 为综合温度W综合

10、温度相当于将室外空气温度tW 提高了一个由太阳辐射引起的附加值I，并非实际存在的温度。W6教案封皮开课单位能源与机械工程学院课程名称空气调节授课教师车德勇授课对象建环 04级选用教材空气调节薛殿华总学时60课次8第章第节教学目的及要求1. 掌握室内空气计算参数确定的原则和方法，以及我国室内空气计算参数的确定。2. 掌握夏季、冬季空调室外计算参数的确定原则和方法，以及我国空调室外计算参数的确定。3. 理解并掌握室内各种热湿负荷的计算方法与原理：不透明围护结构得热量和冷负荷计算。通过透明围护结构进入热量及其他室内发热冷负荷的计算， 室内各种冷 (热 )湿负荷的计算。教学重点教学难点教学方式、方法教

11、学过程及时间分配室内各种热湿负荷的计算方法：不透明围护结构得热量和冷负荷计算；通过透明围护结构进入热量及其他室内发热冷负荷的计算，室内各种冷(热 )湿负荷的计算。通过窗户的日射得热形成的冷负荷计算讲授一、得热量、冷负荷、制冷量三者的关系（20 分钟）二、空调房间的冷负荷计算方法（70 分钟）7教案内容备注第三节空调房间冷湿负荷的计算方法一、得热量、冷负荷、制冷量三者的关系得热量（ Heat Gain ） 某时刻由室外和室内热源进入房间的热量的总和。来自室外部分： 室内外温差传热、太阳辐射进入热；来自室内部分 ：室内照明、人体、设备散热。得热量按是否随时间变化，可分为稳定得热和瞬时得热；得热量按

12、性质不同 ，可分为显热（对流热和辐射热）和潜热。得湿量 主要为人体散湿和工艺过程与工艺设备散发出来的湿量。冷负荷（ Cooling Load ） 为了连续保持室温恒定，在某时刻需向房间供应的冷量，或需从室内排除的热量。内容要点：任一时刻房间瞬时得热量的总和不一定等于同一时刻的瞬时冷负荷；瞬时得热负荷中的潜热和显热得热中的对流成分直接进入房间空气中，并立即构成瞬时冷负荷；显热得热中的辐射成分将先蓄存到具有蓄热性能的围护结构和家具等室内物体表面上，不能立即成为冷负荷；除非围护结构和家具完全没有蓄热能力时，得热量等于冷负荷。得热量转化为冷负荷过程中，存在衰减和延迟现象。实际冷负荷的峰值比太阳辐射热的

13、峰值低，出现的时间也迟于太阳辐射热的峰值；围护结构和家具的蓄热能力越强，冷负荷衰减越大，冷负荷峰值越低，延迟时间也越长；重型结构的蓄热能力比轻型结构蓄热能力大得多。制冷量 一座建筑物空调系统的制冷量，为以下各种因素形成的冷负荷之8和，建筑物的计算冷负荷；新风计算冷负荷；送风机的温升；送风管道系统的温升；水系统（水管、水泵和水箱等）的热损失；供冷设备的效率等引起的附加冷负荷；它们构成了该建筑物制冷机总容量， 这一制冷机的总装机容量称为 “制冷量”。空调房间冷负荷（建筑物的计算冷负荷）的构成因素外墙和屋面温差构成传热的冷负荷；外窗温差传热的冷负荷；外窗太阳辐射的冷负荷；内围护结构传热的冷负荷；人体

14、散热的冷负荷；照明散热的冷负荷；设备散热的冷负荷；食物散热的冷负荷；散湿形成的潜热冷负荷；空气渗透带入室内的冷负荷。二、空调房间的冷负荷计算方法冷负荷系数法谐波反应法（一）冷负荷温度冷负荷温度：针对一些定型围护结构（墙体、屋顶等）根据典型条件，（室外温度、日较差、纬度等）用冷负荷系数法计算出它们的冷负荷逐时值 Qt，然后将逐时值除以该结构的传热系数和面积，得出温差值，从而得到一组计算冷负荷的相对的逐时温度值，称为冷负荷温度 .9（二）冷负荷系数法在工程上的应用夏季计算经围护结构传入室内的热量时，应按照不稳定传热 过程计算；1、维护结构瞬变传热形成的冷负荷（1） 外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷L

15、Q n( q ) F K (t l ,n t n )WF 外墙和屋顶计算面积，2mK 外墙和屋顶的传热系数，2W/m Kt n 室内设计温度，tl , n 外墙和屋顶的冷负荷温度的逐时值，（2） 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷LQ n(c ) F K (t l tn )W2F 窗口面积， mK 玻璃窗的传热系数，2W/m Kt n 室内设计温度，tl 玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，2、透过玻璃窗日射得热形成的冷负荷（1） 日射得热因数的概念A透过窗玻璃直接进入室内的太阳辐射热qtB窗玻璃吸收太阳辐射后传入室内的热量qa日射得热因数 D j ：采 用 3mm 后 的 普 通 平 板 玻 璃 ， 在

16、一 定 条 件 下 （ N8.7 ，W 18.6W /( m2 K ) ），得出夏季（以 7 月份为代表）通过这一“标准玻璃”的日射的热量 qt 和 qa 值10D jqtqa非标准情况加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数：CZCS CnCS 窗玻璃的遮阳系数Cn 窗内遮阳设施的遮阳系数实际窗玻璃的日射得热C s标准窗玻璃的日射得热（2） 冷负荷计算方法透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的冷负荷LQ 按下式计算：LQFCZ D j ,max CLQ2F 窗玻璃的净面积，m，是窗口面积乘以有效面积系数CaCZ 窗玻璃的综合遮挡系数2D j ,max 日射得热因数的最大值，w/mCLQ 冷负荷系数

17、（3） 冷负荷系数的由来3、室内热源散热形成的冷负荷工艺设备散热、照明散热、人体散热（1） 设备散热形成的冷负荷LQQCLQWQ 设备和用具的实际显热散热量CLQ 设备和用具显热散热冷负荷系数设备显热散热量Q按下式计算：A电动设备11工艺设备及电动机放在室内：Q1000n1n2 n3 N /W工艺设备在室内，电动机不在室内：Q1000n1n2 n3 NW工艺设备不在室内，电动机在室内：Qn nn1NW1000123N 电动设备的安装功率，KW电动机效率n1安装系数n2 电动机负荷系数n3 同时使用系数B电热设备散热量对于无保温密闭罩的设备：Q1000n1n2n3 n4 NWn4 考虑排风带走热

18、量的系数C电子设备计算公式同电动设备（2） 照明散热形成的冷负荷白炽灯： LQ1000NCLQW荧光灯： LQ1000n1n2 NC LQWN 照明灯具所需功率，Wn1 镇流器消耗功率系数，n2 灯罩隔热系数CLQ 照明散热冷负荷系数（3） 人体散热形成的冷负荷12人体显热散热引起的冷负荷：LQ Sqsnn'C LQWqs 不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，Wn 室内全部人数考虑了各类人员组成比例的系数n ' 群集系数，CLQ 人体显热散热冷负荷系数人体潜热散热引起的冷负荷：LQL qL nn' C LQWqL 不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W13教案封皮开

19、课单位能源与机械工程学院课程名称空气调节授课教师车德勇授课对象建环 04级选用教材空气调节薛殿华总学时60课次9第 2 章第4 节教学目的 理解并掌握空调房间送风量的确定原则和方法：热湿比的概念，确定送风状态及要求 点及送风量的原则和计算方法。空调房间送风量的确定原则和方法：热湿比的概念，确定送风状态点及送风量教学重点的原则和计算方法。教学难点空调房间送风量的确定原则和方法。教学方讲授式、方法教学负荷计算例题（20 分钟）过一、空调房间送风状态的变化过程（15 分钟）程及二、夏季送风量和送风状态的确定（20 分钟）时三、冬季送风量与送风状态的确定（15 分钟）间分确定送风量例题（20 分钟）配

20、14教案内容备注第四节空调房间送风状态及送风量的确定在已知空调热湿负荷的基础上,本节讨论如何利用不同的送风和排风状态来消除室内余热、余湿以维持空调房间所要求的空气参数，下面讨论送入空气的状态及空气量的确定。一、空调房间送风状态的变化过程室内余热量（即室内冷负荷）为Q，余湿量为 W，送入 G 的空气，吸收室内余热余湿后，其状态由O变为室内空气状态N，然后排出室外。由总热平衡：Gi oQ Gi Ni NQioG由湿平衡：doGWGd N1000d N dO1000QWGio d N doi N1000Qi Ni OW dN do10001000WG只要送风状态点落在过N 点，热湿比为的线上，则会满

21、足吸收余热 Q 余湿 W，使室内空气状态达到 N 点的要求。从状态点 N 引热湿比线，这线上的任何一点都能满足吸收余热余湿的要求，从而保证室内状态为tN ，N二、夏季送风量和送风状态的确定已知余热 Q，余湿 W ，室内状态为 N过 N 点做 =Q/W 的角系数线，如何确定送风状态 O？如果知道 i O， tO， dO 之一就可在 线上确定送风状态 O工程上，常用送风温差tO=TN-TO 来考虑 O 点状态的选定。15GQKg / s,或 G1000WKg / si Ni 0dNd 0显然， tO， G，处理和输送空气的设备相应减少，系统运行费和初投资都可小些，但送风温度过低，送风量小会使室内空

22、气温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响，而且，可能使人感受到冷气流作用。空调系统夏季送风温差，应根据风口类型，安装高度和气流射程长度以及是否贴附等因素确定。舒适性空调：送风高度 5m， tO 不宜大于 10 送风高度 5m， tO 不宜大于 15换气次数 ：房间通风量（ m3/h)和房间体积的比值，即换气次数 N=L/V, 通风可空调中常用来衡量送风量的指标选定送风温差后，即可按以下步骤确定送风状态和计算送风量（）在 i-d 图上指出室内空气状态点（）根据算出的和求出热湿比，再通过点画出过程线（）根据所选定的送风温差t0，确定送风温度t0,等温线和过程线的交点o 即为送风状态点（）按Q1000W计算送风量Gd Nd 0i Ni 0例：某房间总余热量Q3314W，总余湿量W=0.264g/