暖通空调专业精讲-全空气系统与空气-水系统

1、 暖通空调NUAN TONG KONG TIAO单元5 全空气系统与空气-水系统 第一部分目 录湿空气的物理性质和焓湿图送风状态和送风量的确定空调新风量的确定5.15.25.3 空调系统的分类5.45.65.75.5 定风量单风道空调系统 定风量单风道空调系统的运行调节 定风量双风道空调系统5.1 湿空气的物理性质和焓湿图大气：环绕地球周围的空气。大气中含有多种气体、水蒸汽和污染物质。干空气：从大气中除去全部水蒸汽和污染物，所剩下的即干空气。由氮(70%)、氧(20%)、氩、二氧化碳、氖和其他一些微量气体组成。湿空气：干空气和水蒸汽的混合气体。湿空气中水蒸气含量很少，主要来自于海洋、江河、湖泊

2、表面的水分蒸发，各种生物的生理过程及工艺生产过程。湿空气中干空气的含量比较稳定，水蒸汽的含量很少，而且也不稳定，常常随着气候、季节、湿源等各种因素影响。水蒸汽的含量随少，但其变化会引起湿空气干、湿程度的改变，进而对人体感觉、产品质量、工艺过程和设备维修等有直接影响。5.1.1 湿空气的物理性质1、湿空气的状态参数 （压力、温度、比容）大气压力 地球表面的空气层在单位面积上形成的压力，它的单位以帕（Pa）或千帕（kPa）表示。 水蒸汽分压力 湿空气中水蒸汽分压力是指在某一温度下，水蒸汽独占湿空气的容积时所产生的压力。大气压力等于干空气分压力和水蒸汽分压力之和。Tip:湿空气温度越高，空气中饱和水

3、蒸汽分压力也就越大，说明该空气能容纳的水气数量越多，反之亦然。水蒸汽分压力是衡量湿空气干燥与潮湿的基本指标，是一个重要的参数。温度 T=273.15+t 密度和比容v 空气密度：单位体积空气所具有的质量。比容：单位质量空气所占有的体积。湿空气是由干空气和水蒸汽混合而成，而干空气和水蒸汽是均匀混合并占有相同的体积，因此，湿空气的密度等于干空气的密度和水蒸汽的密度之和，单位为kg/m3。含湿量d 含湿量d是指对应于1干空气的湿空气中所含有的水蒸汽量，单位是kg/kg干空气 。Tip:空气湿度的表示方法除含湿量以外，还可用绝对湿度（湿空气中水蒸汽的密度），即每m3 空气中所含有的水蒸汽量（kg/ m

4、3湿空气）来表示。考虑到在近似等压的条件下，湿空气体积随温度变化而改变，而空调过程经常涉及湿空气的温度变化，因此，空调中常用含湿量代替绝对湿度来确切表示湿空气中水蒸汽的绝对含量。 相对湿度 空气中的水蒸汽分压力与同温度下饱和湿空气中的水蒸汽分压力的比值湿空气的焓 1kg干空气的焓和d kg水蒸汽的焓的总和，称为（1d）kg湿空气的焓。如取0的干空气和0的水焓值为零，则湿空气的焓（kJ/kg）表达为Tip:从式可以看出，（1.011.84 d）t是与温度有关的热量，称为“显热”；而2500 d是0时d水的汽化热，它仅随含湿量的变化而变化，与温度无关，故称为“潜热”。当温度和含湿量升高时，焓值增加

5、；反之，焓值降低。而在温度升高，含湿量减少时，由于2500比1.84和1.01大得多，焓值不一定会增加。 焓湿图的构成及绘制原理 湿空气焓湿图 1.等温线 2.等相对湿度线 3.含湿量线 4.水蒸汽分压力线 5.等焓线 6.热湿比线热湿比线的3种画法 1.从事先画好的方向线中选出与算得的值相同的方向线，以它为依据，用三角板推平行线，通过已知初状态点A作平行线，就可得到该状态的变化过程线。 2. 按照已知的热湿比值，用计算的方法直接画出空气状态变化过程线。 5.1.2 湿空气的焓湿图 露点温度和湿球温度 露点温度：在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度。随着空气温度下降，对应饱和含湿量减少

6、，而实际含湿量没变，相对湿度增加。当温度降低到露点温度时，相对湿度达到100%，再降低温度，会有凝结水产生。只要含湿量不变，露点温度就不变。空调技术中利用露点温度：利用露点温度来判断保温材料是否选择的合适，如冬季围护结构的内表面是否结露，夏季送风管道和制冷设备保温材料外表面是否结露；利用低于空气露点温度的水去喷淋热湿空气，或者让热湿空气流过其表面温度低于露点温度的表面冷却器，从而使该空气达到冷却减湿的处理。 湿球温度 ： 通常由水银温度计或酒精温度计测出。如果用两只相同的温度计，将一只的感温包包裹上纱布，纱布下端浸入成有水的玻璃小杯中，在毛细作用下纱布经常处于湿润状态，将此温度计称为湿球温度计

7、，测得温度为湿球温度。另一只未包裹纱布的温度计测得温度为干球温度，即实际空气温度。湿球温度ts可以看成是确定空气状态的又一独立参数。 空气调节中湿球温度的应用：由于这个参数比较容易量测，是测定工作中必须使用的参数。除此之外，可以利用湿球温度来衡量使用喷水室、蒸发冷却器、冷却塔、蒸发式冷凝器等设备的冷却和散热效果，并判断它们的使用范围。 焓湿图的应用 1.确定湿空气状态参数 2.表示湿空气的状态变化过程 湿空气的加热过程 湿空气的冷却过程 等焓减湿过程 等焓加湿过程 等温加湿过程 几种典型湿空气的状态变化过程空气的基本处理过程几种典型湿空气的状态变化过程计算法;图解法 现有GAkg/h状态iA、

8、dA的空气和GBkg/h状态iB、dB的空气相混合，混合后的空气质量（GA+GB）kg/h，混合后空气状态iC、dC。混合过程符合热平衡和湿平衡 GA iA+GB iB= （GA+GB）iC GA dA +GB dB = （GA+GB）dC3、确定两种不同状态空气混合后的参数直线BC斜率 直线CA斜率BC/CAA、B、C在同一条直线上根据三角形相似原理：混合点在AB上的位置混合点C将线段AB分成两段，两段长度之比和参与混合的两种空气质量成反比，混合点靠近质量大的空气状态一端。求混合空气状态点很简单，只要已知参与混合的两种空气状态及质量（或质量比）时，就可按质量反比截割其连线，截割点即为混合空气

9、状态点，相应状态参数即可查图可知。5.2.1 送风量的确定设有一空调房间，送入一定量经过处理的空气，消除室内负荷后排出。假设送入室内的空气吸收热量和湿量后，状态变化到室内状态，且房间内温湿度均匀，排出房间的空气参数为室内空气参数。当系统达到平衡后，全热量、显热量和湿量达到平衡。5.2 送风量和送风状态点的确定全热量平衡：显热量平衡：湿量平衡：夏季：送入室内空气吸收余热余湿后状态变化过程在h-d图上表示。S为送风状态点，R为室内状态点。变化过程角系数：在进行系统设计时，室内状态R已知，冷负荷、湿负荷及室内过程角系数已知，确定送风状态和送风量。送风状态点在通过室内状态点R的过程线上，如果预先确定送

10、风温度，送风状态点就确定了。工程上根据送风温差ts=tR-ts来确定送风状态点S。 ts越大，送风量越少。 ts不宜大于10.工程上采用露点送风：空气冷却设备处理到的相对湿度为90-95%状态点（机器露点）热湿比：5.2.2 送风状态的确定冬季：送风量取夏季设计条件下确定的送风量。只需确定冬季送风状态点。冬季室内热负荷比夏季少，甚至是负值，而余湿量和夏季相同。所以冬季热湿比比夏季小，甚至出现负值。1、当室内有稳定热、湿源，总建筑围护结构热负荷减去热源散热量，还要考虑湿源散湿量2、当室内热源和湿源随机性比较大时，不宜考虑（商场）3、冬季需要供冷的场所，必须把随机性大的散热量和散湿量计为负荷冬季送

11、风温度：冬季也可以选用不同的送风量，取较大送风温差，热风采暖送风温度取3050例题6-15.3 空调系统的新风量5.3.1 最小新风量确定的原则除了满足对环境的温、湿度控制外，还要给环境提供足够的新鲜空气。(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)保证房间正压。如果计算新风量不足系统送风量的10%，则取系统送风量的10%。5.3.2 补充排风量或燃烧需要的空气量建筑内燃烧设备有燃气热水器、燃气灶、火锅等。液体燃料：气体燃料：Vl每kg液体燃料需要空气量，m3/kgVg每m3气体燃料需要空气量，m3/m3ql液体燃料热值，k

12、J/kgqg气体燃料热值，kJ/kg5.3.3 保持正压新风量保持房间正压的新风量，等于在室内外一定压差下通过门窗缝隙渗出的风量：工程上常采用换气次数法。换气次数：送入房间风量与房间容积之比。有外窗房间，正压新风量取12次/h(根据窗多少取值）无外窗和无外门房间取0.50.75次/h换气次数。Vi从房间缝隙渗出的风量，也是正压风量，m3/sAc缝隙（门、窗等）面积，m2P房间内正压，缝隙两侧压差，一般取510Pa流量系数，0.390.64n流动指数，0.51 ，一般取0.655.4 空调系统的分类5.4.1 全空气系统房间的热湿负荷全部由空气来承担。经过集中处理的空气可以向一个区或多区服务。集

13、中式空调系统 ：所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加湿器、过滤器等）都设在一个集中的空调机房内半集中式空调系统新风+风机盘管新风+诱导器系统 分散式空调系统：风机盘管电暖风 1、按空气处理设备的集中程度分类2、按系统风量调节方式分类定风量空调系统：送风量恒定的全空气系统 变风量空调系统：送风量根据室内要求变化的全空气系统 节流型旁通型诱导型变风量空调装置3、按送风参数的数量分类单风道（参数）空调系统：机房内空气处理机组只处理一种送风参数（温、湿度）的空气，供一个房间或区域使用 双风道（参数）空调系统：机房内空气处理机组处理两种不同送风参数（温、湿度）的空气，供多个房间或区域使用 双风道（参数

14、）空调系统4、按所使用空气的来源分类全新风系统直流式全部采用室外新鲜空气，经处理之后送入室内，消除冷、热、湿负荷后，再排到室外。过渡季节较多再循环式系统封闭式全部采用循环空气，即室内空气经过处理后再送回室内消除冷热负荷回风式系统混合式采用一部分新鲜空气和室内空气混合，经过处理之后消除室内冷、热、湿负荷6.4.2 空气-水系统由空气和水共同承担室内冷、热负荷。除了向室内送入经过处理的空气外，还在室内设有以水为介质的末端设备对室内空气进行冷却或加热。空气-水风机盘管系统 在房间内设置风机盘管空气-水诱导器系统 在房间内设置诱导器（带有盘管）空气-水辐射板系统 在房间内设置辐射板（供冷或采暖）6.5

15、 定风量单风道空调系统6.5.1 露点送风系统单风道系统：指送出一种参数的空气。露点送风：空气经过冷却处理接近饱和的状态点（机器露点），不再经过加热送入室内。1、系统图2、系统中风量关系对于单风机系统，系统无排风，Me=0，回风全部再循环，Mr=MR当MO=0为再循环系统，MR=0为直流式系统3、工作过程夏季工况回风机从室内吸出空气（回风），一部分空气再循环（再循环回风）与室外新鲜空气（新风）混合，经处理之后（冷却减湿）送入房间（送风），消除余热、余湿。另一部分回风直接排到室外（排风）。双风机系统春秋过渡季节，可以采用全新风，夏季和冬季采用最小新风比。单风机系统在过渡季节难于实行全新风系统，除

16、非在房间设置排风系统，否则会造成房间正压过大，导致门启闭困难冬季工况送风与再循环回风混合后经过过滤、加热、加湿送到房间，循环方式与夏季相同。在寒冷地区，新回风混合温度可能处于雾区，这时必须对新风预热。系统图适用于全年的空调系统，加热盘管配在冷却盘管前面，防止冬季新回风混合冻坏冷却盘管。根据季节不同调节新回风混合比例。过渡季节可以充分利用室外全新风，冬季和夏季可以采用最小新风量夏季：1、R、O分别为室内、外空气，由房间工艺要求和历年平均不保证天数原则确定。2、由房间的余热和余湿计算角系数，过R点作空气变化过程线。3、过程线与=90-95%的相对湿度线交点为送风状态点S。4、计算送风量MS，由新风

17、量确定原则确定最小新风量，进而确定再循环空气量。新风比：最小新风量与送风量之比m5、根据两种空气混合原理，混合点M应在R、O连线上。根据m=MO/MS=(hM-hR)/(hO-hR)M点可以确定，将M、S点连线6、MS过程是混合空气经表面冷却器实现。提供冷量：Qp,c=MS(hM-hS)包括两部分：室内冷负荷+新风冷负荷新风负荷：Qc,o=MO(hO-hR)4、工况分析特殊情况室内湿负荷比较小的场合，角系数往往很小，可能=9095%不相交。表明冷却设备不能处理到所要求的状态。1、可以在许可条件下改变室内设计参数（如增加相对湿度）2、如果改变室内设计参数后仍无法满足，可采用再加热式系统。冬季：1

18、、R、O分别为室内、外空气，由房间工艺要求和历年平均不保证天数原则确定。2、冬季余热可计算出，余湿与夏季一般采用相同，由房间的余热和余湿计算角系数，过R点作空气变化过程线。3、冬季的送风量就取夏季 送风量。可以确定冬季送风状态点实现方法：*加热：加热器*加湿：喷蒸汽、电极式、电热式*等焓加湿：淋水填料层、喷水室系统加湿量：MP,W=MS(dS-dM)1、全新风系统（直流式）：室外新风O直接处理到送风状态点S（机器露点），再送入空调房间消除余热和余湿。适用于室外空气hO hR ，全新风系统能耗多。但是全新风系统采用新风，室内空气品质好，多个房间避免污染物互相传播。2、再循环系统（封闭式）：室内状

19、态点R处理到S，再送入室内消除余热和余湿。这个系统无新风，节省能量，但是卫生条件差。对于间歇性系统（体育馆、剧场等）适宜。5、全新风系统和再循环系统（1）风管温差传热的影响：夏季，由于送风温度一般低于周围环境温度，管内送风气流将获得从环境传入的热量，构成冷负荷的一部分。冬季，应考虑热损失。6、风管温差传热和风机得热量对系统的影响td风管温差传热引起温升，k风管传热系数，W/(m2 )，表6-1c空气比热，1005J/(kg ) M风管内空气流量，kg/s风管截面周长，mL风管长度，mti/te分别风管内和环境空气温度， 回风管在空调房间内可不考虑温差传热；在非空调房间内，也同样计算温差传热。当

20、冬季送风温度高于环境温度，应考虑风管热损失，计算方法同上（2）风机得热量的影响：风机提供给流动空气的动力，用于克服流动过程的各种阻力损失。这些机械能最终转化为热能，从而引起空气温升，也构成冷负荷的一部分。当风机电动机不在输送的空气中，引起温升：当风机电动机不在输送的空气中，引起温升：tf 风机得热引起温升， P 风机全压，Pa风机输送空气密度， kg/m3f风机全压效率，一般取0.50.8m 电动机效率，一般取0.80.9对于单风机系统，风机全压有一部分克服回风管阻力，导致回风温升对于双风机系统，近似看成送风机引起送风温升，回风机引起回风温升 （3）风管温差传热与风机得热量对处理过程的影响图中

21、t1为考虑风管和送风机得热量引起的温升 t2为考虑回风机得热的温升空气处理设备的冷量增加了从机房送出同一种参数的空气，在送入每个房间或区域前，经过再加热盘管加热，然后送入室内。每个房间或区域可以根据各自设定的温度或根据自己负荷的变化调节送风温度。适用于各个房间或区域有不同温度要求或符合变化不同的房间。再加热盘管可以用热水或蒸汽做热媒，也可用电加热。1、系统图6.5.2 再热式系统夏季：1、R、O分别为室内、外空气，和露点送风一样确定。2、由房间的余热和余湿计算角系数，过R点作空气变化过程线。3、再根据送风温差和空气冷却设备可能处理到得露点，确定送风状态点S。对冷却后的空气进行再热，即消耗热量，

22、又消耗冷量。多消耗制冷量和热量：Q=MS(hS-hD)送风温差越小，冷热低消量越多；但送风量大，对房间温、湿度均匀性和稳定性有利。总体上送风温差大一些好。空气冷却设备制冷量包括三部分： 室内冷负荷+新风冷负荷+再加热量2、工况分析冬季：MH为混合后的加热过程HS为喷蒸汽的等温加湿过程SS为再加热过程如果只对一个房间服务，则在机房内集中调节再加热量；如果对多个房间调节，可根据各个房间温度调节再加热量。当各个房间对湿量要求较高时，可在再热器后假设加湿器。6.5.3再热式空调系统与露点送风空调系统的比较优点：调节性能好，可实现对温、湿度较严格的控制，也可对各个房间进行分别控制送风温差较小，送风量大，

23、房间温度的均匀性和稳定性较好空气冷却处理所达到的露点较高，制冷系统的性能系数较高缺点：冷热抵消，能耗较高6.6 定风量单风道空调系统的运行调节全年运行的空调系统都是按照夏季和冬季最不利条件设计的，而实际运行时，室内的负荷并不一定等于设计负荷，室外空气参数也随着季节交替变换而时时变化着，因此必须对系统进行调节。调节有两方面：1、如何根据室内负荷的变化对系统进行调节，使室内温、湿度在允许的范围内；2、如何根据季节的变换，充分利用室外空气的冷量（室外空气具有的除显热负荷和湿负荷的能力），以及变换空气的处理过程模式。6.6.1 室内温、湿度的调节 概述任何一个空调系统，都允许室内温、湿度有一定波动。但

24、是不同功能的建筑，其调节相差甚远。对于为工业生产、科学实验等环境服务的空调系统，应由工艺要求确定室内温、湿度及其允许波动的范围，其中有的要求比较苛刻，有的要求不严格或只对一个参数要求严格，而对另一个参数要求不严格。对于舒适性空调，允许温度、湿度波动的范围比较宽。不同空气处理设备调节方法不同。用的最多的空气冷却设备是表冷器。调节有两方面：1、调节风量：改变送风量2、调节送风参数：改变送风温度和含湿量当室内显热冷负荷减少时，只要提高送风温度，减少送风温差，才能保持室内设定温度；当室内湿负荷减少时，只要提高送风含湿量，才能维持室内相对湿度。 室内显热负荷变化、湿负荷不变时的运行调节 1 、调节空气加

25、热器加热量 2 、喷干蒸汽加湿 3、等焓加湿系统 室内显热负荷不变、湿负荷变化时的运行调节 1 、喷干蒸汽系统 2、等焓加湿系统 3、调节表冷器冷量 室内显热负荷、湿负荷均变化时的运行调节 1 、定露点和变露点调节再热量法2、对一次回风空调系统而言，可采用以下几种方法改变机器露点3、调节旁通风与处理风混合比4、调节冷水流量6.6.2 室外空气状态变化时的调节对于任一区域，在焓-湿图上全年可能出现的室外空气状态将在由某一曲线与=100%饱和线所包围的区域，该曲线称为室外气象包络线。区：室外空气焓值hO室内空气焓值hR，该区采用最小新风比，通过调节表冷器的水流量区：室外空气焓值hO室内空气焓值hR

26、，室外空气温度tO送风温度tS,该区采用全新风，通过调节表冷器的水流量区：室外空气温度tOt4，该区采用调节新回风混合比，调节喷蒸汽量区： tOt4，采用最小新风，调节喷蒸汽量6.7 定风量双风道空调系统6.7.1 定风量露点送风双风道空调系统该系统有两条送风管道，分别送冷风和热风。分别在每个房间或区域的混合箱内按一定比例混合，然后送入室内。混合箱功能（1）根据房间设定的温度和负荷调节冷热风比例；（2）保持送风量恒定。1、系统图：夏季处理过程：R1，R2分别为不同房间室内状态点，室内要求温度相同，但送风状态不同。2、工况分析冬季处理过程：R1，R2分别为不同房间室内状态点，室内要求温度相同，但

27、送风状态不同。双风道露点送风会出现夏季房间湿度过高现象，可采用再热式系统。1、系统图：6.7.2 定风量再热式双风道空调系统2、工况分析经表冷器冷却的冷风与经过加热的热风混合，含湿量相同，混合后不影响含湿量。送风状态的含湿量始终与冷风相同，从而保证送风的除湿能力。6.7.3 多区机组空调系统多区机组空调系统：空调处理设备采用多区机组，是双参数系统的一种形式。每个房间或区域的送风都集中于多区机组内由冷、热风混合而成。图6-24机组内设表面冷却器和加热盘管：夏季，部分空气通过表冷器冷却去湿冷风，另一部分未经过处理（通过上部加热器）热风冬季，部分空气通过加热盘管热风，另一部分未经过处理（通过下部表冷

28、器）冷风。机组出口处形成两个风仓冷风仓和热风仓。均设若干出口，并装混合风门。6.8 集中式空调系统6.8.1 直流式空调系统夏季处理过程：冬季处理过程：直流喷水室系统： 直流蒸汽加湿器系统：6.8.2 一次回风式空调系统夏季处理过程：冬季处理过程：一次回风喷水室系统南方地区：一次回风喷水室系统北方地区：一次回风蒸汽加湿器系统南方地区：一次回风蒸汽加湿器系统北方地区：夏季处理过程：6.8.3 二次回风式空调系统冬季处理过程：二次回风喷水室系统：寒冷地区： 严寒地区：二次回风蒸汽加湿器系统：6.9 变风量空调系统变风量系统（Variable Air Volume-VAV）利用改变送入室内的送风量来

29、实现对室内温度调节的全空气空调系统。有单风道、双风道、风机动力箱式、诱导器式四种形式。6.9.1 变风量单风道空调系统空气处理机组与定风量空调系统一样，送入每个区或房间的送风量由变风量末端机组（装置）控制。每个变风量末端装置可以带若干个风口。当室内负荷变化时，由变风量末端装置根据室内温度调节送风量，以维持室内温度。室内温度、湿度变化不一定同步，满足温度要求，湿度就要发生偏离，热湿比也变化。6.9.2 风机动力型变风量系统风机动力型变风量系统在单风道VAV系统的变风量末端机组上串联或并联风机的VAV系统。它由一套压力无关型变风量装置和一台离心风机组成。一次风与吸入箱内的室内空气混合后，经风机送出。一次风的风量根据室内温度进行控制，是变风量的；由动力箱送出的风量是恒定的，从而保证了室内气流分布稳定和温度分布的均匀性。如果一次风不经过箱内风机，而与风机并联，风机只诱导室内空气，这种机组称为并联型风机动力箱。如在风机动力箱的风机出口端加上加热盘管，即再热型风机动力箱。6.9.3 双风道变风量系统该系统送出两种参数的空气冷风和热风，通过设在每个房间或区域内的变风量混合箱送入室内。混合箱内有风量