暖通系统理论介绍

暖通系统理论介绍1采暖（Heating）又称供暖，按需要给建筑物供给负荷，保证室内温度按人们要求持续高于外界环境。通风：（Ventilating）向房间送入，或由房间排出空气的过程。通常分自然通风和机械通风。空气调节（AirConditioning）对房间或空间内的温度、湿度、洁净度和空度流动速度等进行调节，并提供足够量的新鲜空气暖通（HVAC）采暖通风空气调节2暖通010203空调系统01空调水系统02温湿度控制030504洁净室制程排气系统3空调系统011.空调系统概念空调系统是指用人为的方法控制室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度等参数，使之达到一定的要求范围，以满足生产过程的工艺要求和人员舒适度。2.空调系统分类：根据不同的依据，空调系统可以有多种分类。常见的分类有8种，即1.用途5.系统管内风速2.按空气处理设备的集中度6.被处理空气来源（全空气系统）3.负担室内热湿负荷所用介质7.热量传递原理4.系统风量调节方式8.按空气处理设备的集中度42）按空气处理设备的集中度a.集中式空调系统：空气处理设备和风机等集中设在空调机房内，通过回风管道与被调节的各房间相连，对空气进行集中处理和集中分配b.半集中式空调系统：通常把一次空气处理设备和风机、冷水机组等设在集中的空调机房内，而把二次空气处理设备设在空气调节区内c.分散式空调系统：也称为局部式或者冷剂式空调机组，由分散设于各空气调节区的空气调节器就地处理空气，就地使用1）按用途a.工业用空调系统：主要用于生产车间，优先满足生产工艺的参数要求b.舒适性空调系统：适用于商场、办公室之类空间，用于满足人员舒适度，要求较低空调系统一0153）按负担室内热湿负荷所用介质a.全空气式空调系统：空气调节区的室内负荷全部由经过加热或冷却处理的空气来负担，包括单风管系统、双风管系统、变风量系统等b.空气——水式空调系统：空气调节区的室内负荷由经过处理的空气和水共同负担c.全水式空调系统：空气调节区的室内负荷全部由经过加热或冷却处理的水负担4）按系统风量调节方式a.定风量空调系统：通常的集中式空调系统，风机的送风量保持一定，通过改变送风温度来适应空气调节区的负荷变化，以调节室内温湿度b.变风量空调系统：通过改变送风量而保持一定的送风温度，适应空气调节区的负荷变化，达到调节所需求室内温湿度5）按系统管内风速a.低速空调系统：主风管民用建筑低于10m/s，工业用建筑低于15m/sb.高速空调系统：主风管民用建筑高于12m/s，工业用建筑高于15m/s空调系统一0166）按被处理空气来源（全空气系统）a.封闭式空调系统：全部利用空气调节区回风循环使用，不补充新风，主要用于工艺设备内部和少有人员进出但对温湿度有较高要求的仓库等b.直流式式空调系统：全部使用新风，不适用回风，只用在有特殊要求的放射性实验室、以及无菌手术室等c.混合式空调系统：部分利用新风，部分利用回风，结合了封闭式和直流式的优点，避免了缺点7）按热量传递原理a.对流式空调系统：空气调节区热量传递的形式是对流的方式。包括集中式全空气系统、半集中式空气--水系统及局部式冷剂系统等b.辐射式空调系统：空气调节区热量传递的形式辐射方式。冷辐射板加新风系统属于此种系统8）按送风参数数量a.单风管空调系统：机房内空气处理机组只处理出一种送风参数的空气，供一个房间或多个房间应用b.双风管空调系统：机房内有空气处理机组处理出两种不同参数的空气，共多个区域或房间应用，由一条冷风管和一条热风管分别送出两种不同参数空气，在各个房间按照一定的比例混合后送入房间空调系统0173.空调处理设备及其结构空调系统中涉及到的处理设备有很多，主要包括MAU、RCU、AHU、FCU、FFU、DCC、OAU、PAU等，这些设备各有各的功用，但总的来说，都是通过不同技术手段将空气处理到要求的状态送入车间，以达到控制车间温湿度的目的。了解各种处理设备的结构及其处理原理，有利于加深对暖通系统的了解以及为设备的维护保养和异常事件的解决处理提供方向。空调系统01对于一个既定的空调系统来说，它可能只有一种空调处理设备，也可能是几种设备的组合，较为常见的组合是MAU+RCU、MAU+FFU、MAU+AHU等。81）MAU（新风机组）

Make-upAirUnit的简称，主要功用按使用环境的需求输送满足一定技术参数的新鲜空气。工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，在进入室内空间时替换室内原有的空气。初效滤网中效滤网盘管加湿段防火阀挡水板调节阀风机新风空调系统0192）RCU（循环空调箱）

RecycelAirHandingUnit的简称，主要功用为抽取洁净室内的空气经过降温、除湿、过滤之后再次送入车间，以满足洁净室对温度、湿度、洁净度的要求。初效滤网盘管调节阀风机循环风去车间空调系统01103）AHU（混合空气机组）

AirHandingUnit的简称，主要功用为抽取室内空气（returnair）和部分新风混合后经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，以控制洁净室内的温度、湿度和洁净度。初效滤网中效滤网盘管加湿段防火阀挡水板调节阀风机新风循环风空调系统01114）FCU（风机盘管）

AirHandingUnit的简称，其工作原理为机组通过风机不断将房间内的空气抽取经过降温或加热之后再送入房间，以控制房间内的温度，满足人员舒适的要求。MMFCU热水回水管热水进水管冰水回水管冰水进水管冷凝水管空调系统01125）FFU（风机滤器单元）

FanFilterUnits的简称，即将风机和过滤器（高效过滤器（HEPA）或超高效过滤器（ULPA））组合在一起构成自身提供动力的末端净化设备。FFu设有初、高效两级过滤网。风机从FFU顶部将空气吸入并经初、高效过滤器过滤，过滤后的洁净空气在整个出风面以0.45M/S±20%的风速匀速送出。主要功用为控制车间内的洁净度。空调系统01136）DCC（干冷盘管）

DryCoolingCoil的简称，其工作原理为机组通过风机不断将房间内的空气抽取经过降温之后再送入房间，以控制房间内的温度，满足工艺需求和人员舒适，所用冷源为中高温冷冻水，在处理过程中没有冷凝水产生，可以有效避免滴水的情况发生。7）OAU（外气空调箱）

处理的气体全部是新鲜空气，可以理解为MAU的另一名称8）PAU（预冷空调箱）

Pre-CoolingHandingUnit的简称，主要功用为对室外新风进行预处理，再送至风机盘管（FCU）空调系统0114空调水系统02空调水系统是暖通的一个重要系统，如果将暖通这个大系统看做是人体的话，空调水系统就是人体内的血液系统，它是空调系统冷负荷、热负荷以及湿负荷的重要载体，是进行冷热交换的媒质。1.系统组成空调水系统主要由四个部分，即冷水系统、热水系统、冷却水系统、冷凝水系统。1）冷冻水系统冷冻水是指由冷水机组制备出的低温水，主要作用是在空调末端设备通过换热器等释放冷量，达到降温除湿的目的。一般来说该系统通常采用闭式循环，并设有膨胀水箱补水。冷冻水供水温度可以根据不同的设备需求进行调节，一般来说，供水温度控制在7℃左右，供回水温差在5℃左右15空调水系统022）热水系统热水主要是提供空调设备所需的热量，作加热空气用，一般也为闭式系统，设有膨胀水箱补水。空气调节中热水的供水温度在40~65℃之间，一般为60℃，供回水温差在4.2~15℃之间，一般为10℃3)冷却水系统冷却水系统是指利用冷却塔向冷水机组的冷凝器供给循环冷却水的系统。主要作用是转移冷水机组中冷冻水的热量，达到降低冷冻水温度的目的。一般采用开式循环，通过冷却水塔利用水蒸发吸热的原理降低温度。4）冷凝水系统冷凝水系统是指空调末端装置在夏季工况时用来排出冷凝水的管路系统。16空调水系统022.水系统形式分类按循环方式分类开式循环系统闭式循环系统按供回水制式（管数）分类两管制三管制四管制按供回水管路的布置方式分类同程式系统异程式系统按运行调节的方法定流量系统变流量系统按循环泵的配置方式单式泵系统复式泵系统17空调水系统021）按循环方式分类a.闭式循环系统管路中的水在系统内进行密闭循环，不与大气接触，仅在系统最高点设膨胀水箱（其功用是接纳水体积的膨胀，对系统进行定压和补水）。闭式循环系统的特点是：①水泵扬程低，输送耗电量小；②循环水不与大气接触，管路与设备不易被腐蚀；③不需要建设回水池，占地面积较小，但要设置膨胀水箱；④蓄冷能力小18空调水系统02b.开式循环系统管路之间有贮水箱或水池，管路中水与大气相通。开式循环系统的特点是：①水泵扬程高，输送耗电量大；②循环水与大气接触，含氧量高，管路与设备易被腐蚀；③蓄冷能力较大19空调水系统022）按供、回水管路的布置方式分类a.同程式系统同程式系统是指水流通过各末端空调设备时的路程相同或基本相等的系统。这种系统个末端的水流阻力较为接近，有利于水力平衡，系统稳定性好，流量分配均匀。但管路布置较为复杂，管路较长，水阻力增加，水泵能耗较高，初期投资也比较大。20空调水系统02b.异程式系统异程式系统指水流经过每个末端设备的路程不同的系统。这种系统的优点是管路配置简单，管路长度短，初期投资低，但是由于各环路的总长度不同，股各环路的阻力不平衡，从而导致了流量分配不均匀，可以在支管上安装流量调节装置，增大并联支管的阻力，来改善流量分配不均的情况。21空调水系统023）按供回水制式（管数）分类a.两管制水系统冷水系统和热水系统采用相同的供水管和回水管路，只有一供一回两根水管系统。该种系统简单，施工方便，但不能用于同时需要供冷和供热的场所。22空调水系统02b.三管制水系统三管制系统是指冷水和热水供水管路分开设置，而回水管路共用的系统。这种系统存在明显的问题，比如冷、热量相互抵消，能量浪费严重；较高温度回水直接进入冷水机组，不利于冷水机组的正常运行，故，目前在空调系统中几乎不用了23空调水系统02c.四管制水系统四水管制水系统是指冷水和热水的供回水管路全部分开设置的水系统。冷水和热水可以同时独立送至各个末端设备。这种设备的优点在于各末端设备可以随时自由选择供冷和供热模式，控制的精度较高。24空调水系统024）按循环水泵配置方式分类a.单式泵系统冷、热源侧与负荷侧共用一组循环水泵。该系统初期投资较少，但是不能调节系统流量，在低负荷时不能调节水流量以节省能耗。b.复式泵系统冷、热源侧与负荷侧分别配备循环水泵。该系统通过设置二次泵，能够调节系统内的循环水量，节约能耗，能够适应空调分区的负荷变化，适用于大型空调系统。单式泵复式泵25空调水系统025）按运行调节的方法a.定流量系统定流量系统是指系统中循环水量保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供、回水的温度来适应。这种系统操作简单、方便，不需要复杂的自控设备，但输水量是按照最大空调负荷来设定的，因此循环水泵的输送能耗处于最大值，运行费用较大。该系统一般用于间歇性使用的建筑。b.变流量系统变流量系统是指系统中供、回水温差保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供水量来适应。该种系统水泵容量和耗电量都较小，而且初期投资也相对较低。该系统必须设置自控设施。26温湿度控制03温度、湿度是保证车间工艺正常生产和人员舒适度重要指标，所以温、湿的控制是暖通系统的核心工作之一，要求每一个暖通人员都要能够熟练的控制车间的温湿度，要达到这个目的，要求我们正确理解和掌握空气的状态参数和焓湿图的构成及其实际应用。1.湿空气的组成大气可以看做是干空气和一定量的水蒸气混合而成的，因此，常把大气称作湿空气，其组成成分见下表组成成分质量分数（%）体积分数（%）

干空气N275.5578.13O223.1020.90CO20.050.03稀有气体1.300.94水蒸气0.2%~2%27温湿度控制032.湿空气的状态参数状态参数是指能够用来描述湿空气状态特性的物理量，一般包括压力、温度、比体积和密度、含湿量、相对湿度、比焓等。1）大气压力Pa地球表面单位面积上所受的空气层的压力叫做大气压力，

常用Pa表示，单位以帕（Pa）或千帕（KPa）表示。大气压力并不是一个定值，它随着季节、气候的变化而略也不同。2）水蒸气分压力Pa湿空气中水蒸气的分压力是指在某一温度下，水蒸气独占湿空气的体积时所产生的压力。它的数值反映了湿空气中水蒸气含量的多少。在一定温度条件下，一定量的湿空气中所能吸纳的湿空气是有限的，根据湿空气中水蒸气的含量的多少可分为饱和湿空气与不饱和湿空气。28温湿度控制033）密度ρ湿空气的密度等于干空气的密度和水蒸气的密度之和，单位为kg/m3，一般条件下，近似取ρ=1.2kg/m3。4）含湿量d含湿量是指对应于1kg干空气的湿空气中所含有的水蒸气的量，单位为kg/kg干空气。5）绝对湿度（湿空气中水蒸气的密度）绝对湿度是指1m3湿空气含有的水蒸气的量，单位为kg/m3。6）相对湿度相对湿度，指空气中水蒸气分压与饱和水蒸汽分压力的百分比。反映了湿空气接近饱和的程度，即吸纳水蒸气的能力，越接近100说明湿空气吸纳水蒸气的能力越小，反之，亦然。29温湿度控制037）湿空气的比焓h湿空气的比焓h指空气中含有的总热量，简称焓。湿空气的比焓是以1kg干空气为计算依据的，即1kg干空气的比焓和dkg水蒸气的比焓之和。湿空气的焓值包括显热和潜热，其中显热与温度有关，潜热与水蒸气的含量有关。8)干球温度用干球温度计测出的空气温度9）湿球温度用湿球温度计测出的空气温度10）露点温度露点温度是在含湿量不变的情况下，湿空气达到饱和时的温度。所以，判断是否结露，主要看表面温度是高于还是低于空气的露点温度而定。对于结露我们有时候会利用这种现象来达到一定的目的，比如说用低于湿空气露点温度的冷冻水，通过表冷器，达到除湿效果。2.5干球湿度和湿球温度反映了湿空气的相对湿度的大小30温湿度控制033焓湿图的构成及其应用1）焓湿图的构成湿空气焓湿图，是在一定气压下，将湿空气的主要状态参数之间的关系用线图表示出来，图上的每一点不仅代表了湿空气的某一状态，并具有确定的状态参数。焓湿图以比焓h为纵坐标，含湿量d为横坐标，主要包括等温线、等焓线、等湿线、等相对湿度线等温线等焓线等湿线等相对湿度线焓湿图31温湿度控制032）焓湿图的应用⑴确定湿空气的状态参数一般知道湿空气的t、h、d、中任何两个参数都可以在焓湿图中确定湿空气的状态点，其他参数根据状态点查图即可得到。然而一些参数是不易获得的，比如空气的含湿量用仪器无法直接测量，也没有这样的仪器，所以，我们经常根据容易测得的数据，通过计算和查图得到湿空气的其他参数。易于测得数据有所在地区大气压力Pa，干球温度t和湿球温度ts。32温湿度控制03⑵表示湿空气的状态变化过程T=常数AFBDGCd=常数h=常数E=100%33温湿度控制03ⅰ湿空气加热过程空气调节中常用空气加热器或电加热器处理空气，在处理过程中，空气的温度增加，但含湿量没有发生变化，又称为干式加或等湿加热热。空气的变化是等湿、增焓、升温的过程，在焓湿图表示为A—B的过程。ⅱ湿空气冷却的过程利用冷水或其他冷媒通过空气冷却器对湿空气冷却，根据冷却器表面温度的高低可分为干式冷却过程和减湿冷却过程两类。a.干式冷却过程用表面温度低于空气温度却又高于空气露点温度的空气冷却器来处理空气的过程。空气的变化过程是等湿、减焓、降温的过程，在焓湿图表示为A—C的过程b.减湿冷却过程用温度低于空气露点温度的空气冷却器来处理空气的过程。空气中的水蒸气凝结为水，空气的状态变化是减湿冷却或者冷却干燥过程，在焓湿图表示为A—G的过程34温湿度控制03ⅲ等焓减湿过程（升温减湿）利用固体吸湿剂干燥空气，水蒸气被吸湿剂吸附，空气的含湿量降低，而水凝结是放出气化潜热湿空气温度升高，空气焓值基本不变，整个过程近似等焓减湿在焓湿图表示为A—D的过程ⅳ等焓加湿过程利用喷水室喷循环水处理空气时，水吸收空气的热量蒸发成水蒸气进入空气，使空气失去显热的同时，增加了潜热，焓值基本保持不变，近似与等焓过程，在焓湿图表示为A—E的过程ⅴ等温加湿过程通过向空气中喷蒸汽来实现。空气中增加蒸汽后焓值和含湿量均有增加。当蒸汽温度为100℃时，近似等温。⑶确定两种不同状态空气混合参数35温湿度控制034.温、湿度控制实际方法随着空气调节技术的发展，对温湿度的控制越来越精密，控制方法也越来越多，但是，其控制原理是相同的，即用处理好的空气替换车间原有的空气，只是组合方式不同。常见的组合方式有MAU+RCU、MAU+FFU、MAU+DCC、MAU+FCU等。下面以MAU+RCU为例，介绍温湿度的控制。MAU自然风RCURCU车间车间MAU新风36温湿度控制03对于MAU+RCU系统，由于一般采用低温冷冻水，所以两种设备对湿负荷和热负荷都承担，但是各有所侧重，即，MAU主要承担湿负荷，RCU主要承担热负荷。实际控制是主要是通过设定MAU和RCU的送风干球温度和湿球温度来实现，详见下图：37洁净室04洁净室是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计之房间。我们一般用洁净度来衡量洁净室的空气质量，所谓洁净度是指洁净空气中空气含尘（包括微生物）量多少的程度，单位为pc/m3。洁净室的控制要素为：381.洁净室等级划分洁净空间单位体积空气中，以大于或等于被考虑粒径的粒子最大浓度限值进行划分的等级标准。各个国家都有自己的划分标准，下面简要介绍几种常用的划分标准：洁净室04粒径、数值洁净度级别尘埃最大允许数/立方米微生物做大允许数≥0.5um≥5.0um游浮菌/立方米沉降菌/皿100级3,5000511,000级35,00020050210,000级350,0002,0001003100,000级3,500,00020,00050010300,000级10,500,00060,00015空气洁净度分级标准：GB/T16292-1996（中国标准）39空气洁净度等级(N)大于或等于所标粒径的粒子最大浓度限值（个/每立方米空气粒子）0.1um0.2um0.3um0.5um1.0um5.0umISOClass1102​​​​ISOClass210024104ISOClass31,000237102358ISOClass410,0002,3701,02035283ISOClass5100,00023,70010,2003,52083229ISOClass61,000,000237,000102,00035,2008,320293ISOClass7352,00083,2002,930ISOClass83,520,000832,00029,300ISOClass935,200,0008,320,000293,000ISO14644-1（国际标准）洁净室04402.洁净室工作方式这里所说的工作方式即洁净室的气流组织，不同等级的洁净室气气流组织是不同，总的来说，洁净室的气流组织分为：单向流式、非单向流、混合流、矢流四种：1）单向流（层流）洁净室单向流洁净室又称为柱塞流洁净室，可以分为垂直单向流洁净室和水平单向流洁净室，其控制原理为替换，即用处理好的的洁净空气替换洁净室内原有的空气。洁净室04412）非单向流（乱流）洁净室非单向流洁净室的控制原理为稀释，即用处理好的的洁净空气稀释洁净室内原有的空气，以达到对洁净度的控制，非单向流有不同的送回风方式，如下图所示：洁净室04423）混合流洁净室混合流洁净室是将垂直单向流和非单向流两种气流组织和在一起构成的气流流型。洁净室04434）矢流洁净室矢流洁净室也可以称为对角流洁净室。洁净室0444洁净室04不同级别洁净厂房的送风量、冷量机耗电投资的指标453.洁净室的形态洁净室根据不同时段的运行状况可以分为三种状态，