暖通空调工程设计方法与系统2

暖通空调工程设计方法与系统分析

嘉兴学院建筑工程学院吴晓艳2011.2开设本课程的意义理论教学与实际工程设计的桥梁对专业理论知识的进一步消化对专业实际问题的初步接触本课程的内容热湿环境与暖通空调系统的关系设计必须遵守的规范、标准工程设计的一般步骤、方法典型工程的设计系统的节能设计与运行工程信息反馈工程设计实例学时安排

32学时：理论22学时，上机10学时考试方式

闭卷考试评分标准平时成绩：20%上机成绩：30%理论考试：50%绪论一、什么是暖通空调采暖通风与空气调节HVACHeating、Ventilating&AirConditioning暖通空调的任务是什么？维持一种室内环境，使其满足1、人的舒适与健康2、工业产品质量3、提高劳动效率1、采暖（Heating）——又称供暖定义：按需要给建筑物供给热能，保证室内温度按人们要求持续在高于外界环境。是人类最早期开始使用的室内温度指标控制手段。分类：分散式：热源与散热设备在一处，火坑、火炉、火墙、火地。集中式：热源与散热设备分开，目前的楼房中。采暖系统的影响：舒适感（温度），卫生、美观、能量的有效利用。2、通风（Ventilating）定义：向房间送入，或由房间排出空气的过程。目的：利用室外空气（称新鲜空气或新风）来置换建筑物内的空气（称室内空气）功能：

提供人呼吸需要的氧气；稀释室内污染物或气味；排除工艺过程产生的污染物；除去室内多余的热量（余热）和湿量（余湿）；提供燃烧设备所需氧气。3、空气调节（AirConditioning）——简称空调空调技术需要涉及以下主要内容：特定空间内、外干扰量的确定与计算空气的处理方法与装置的选择空调系统形式的确定与设计气流组织设计与风口选择空气的净化处理空调系统的消声、隔振、测试与调整空调的基本方法和系统组成空调的基本方法：以空气为介质，使送风参数不同来达到控制特定空间内空气参数的目的。典型空调系统主要由四部分组成：被调对象空气处理设备空气输送设备空气分配设备空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成空调调的的系系统统组组成成二、、暖暖通通空空调调系系统统的的分分类类1、、按按对对建建筑筑环环境境控控制制功功能能分分类类。。分两两大大类类（1））热湿湿环环境境为为主主要要控控制制对对象象的系系统统————主主要要控控制制建建筑筑物物室室内内的的温温湿湿度度，，有有空空调调系系统统和和采采暖暖系系统统。。（2））以污污染染物物为为主主要要控控制制对对象象的系系统统————主主要要控控制制室室内内空空气气品品质质，，有有通通风风系系统统和和建建筑筑防防烟烟排排烟烟系系统统等等。。上述述两两大大类类的的控控制制对对象象和和功功能能互互有有交交叉叉。。二、、按按承承担担热热负负荷荷，，冷冷负负荷荷和和湿湿负负荷荷的的介介质质分分类类分为为四四大大类类全水水系系统统——系统统中中全全部部用用水水承承担担室室内内的的冷冷、、热热负负荷荷，，介介质质为为热热水水时时，，向向室室内内提提供供热热量量，，如如热热水水供供暖暖，，为为冷冷水水时时，，（（常常称称冷冷冻冻水水））向向室室内内提提供供冷冷量量，，承承担担室室内内冷冷负负荷荷和和湿湿负负荷荷，，风风机机盘盘管管系系统统。。全空空气气系系统统—以以空空气气为为介介质质，，向向室室内内提提供供热热量量或或冷冷量量。。如如全全空空气气空空调调系系统统，，向向室室内内提提供供处处理理后后冷冷空空气气以以除除去去室室内内显显热热冷冷负负荷荷和和潜潜热热冷冷负负荷荷。。空气气－－水水系系统统—以以空空气气和和水水为为介介质质，，共共同同承承担担室室内内负负荷荷。。风风机机盘盘管管+新新风风系系统统。。冷剂剂系系统统—以以制制冷冷剂剂为为介介质质，，直直接接对对室室内内空空气气进进行行冷冷却却去去湿湿或或加加热热，，又又称称机机组组式式系系统统。。制冷冷机机循环环示示意意图图全空空气气系系统统示示意意图图全水水系系统统示示意意图图空气气——水水系系统统示示意意图图冷剂剂空空调调系系统统示示意意图图冷剂剂空空调调系系统统示示意意图图中央央空空调调系系统统示示意意图图第一一章章热热湿湿环环境境1-1热热湿湿环环境境的的构构成成及及对对人人体体的的作作用用一、、热热湿湿环环境境的的构构成成人体体与与外外界界的的热热交交换换显热热交交换换人体体对对流流热热交交换换呼吸吸对对流流热热交交换换辐射射热热交交换换潜热热交交换换皮肤肤表表面面蒸蒸发发放放热热呼吸吸蒸蒸发发放放热热代谢谢热热=蒸发发散散热热+对流流散散热热+辐辐射射散散热热+对对外外做做功功+身身体体蓄蓄热热量量热平平衡衡方方程程：：人体体蓄蓄热热量量人体体代代谢谢产产热热量量活动动强强度度M、着着衣衣量量Icltr人体体对对外外作作功功人体体与与环环境境辐辐射射换换热热呼吸吸及及人人体体与与环环境境对对流流换换热热呼吸吸和和皮皮肤肤表表面面蒸蒸发发散散热热ｔ、v热湿湿环环境境的的构构成成：：空气气温温度度t、相相对对湿湿度度、速速度度v、平平均均辐辐射射温温度度tr、人人体体着着衣衣热热阻阻和和代代谢谢率率。。平均均辐辐射射温温度度:一个个假假想想的的等等温温围围合合面面的的表表面面温温度度，，它它与与人人体体间间的的辐辐射射热热交交换换量量等等于于人人体体周周围围实实际际的的非非等等温温围围合合面面与与人人体体间间的的辐辐射射热热交交换换量量。。=代谢谢热热=蒸发发散散热热+对流流散散热热+辐辐射射散散热热+对对外外做做功功+身身体体蓄蓄热热量量热平平衡衡方方程程：：人体体蓄蓄热热量量人体体代代谢谢产产热热量量活动动强强度度M、着着衣衣量量Icltr人体体对对外外作作功功人体体与与环环境境辐辐射射换换热热呼吸吸及及人人体体与与环环境境对对流流换换热热呼吸吸和和皮皮肤肤表表面面蒸蒸发发散散热热ｔ、v热湿湿环环境境的的构构成成：：空气气温温度度t、相相对对湿湿度度、速速度度v、平平均均辐辐射射温温度度tr、人人体体着着衣衣热热阻阻和和代代谢谢率率。。人体体的的正正常常温温度度：：HotCold38oC32oC36.5~37℃℃人体体与与非非生生物物体体的的区区别别：：人体体的的温温度度和和散散热热量量并并不不完完全全由由环环境境因因素素决决定定，，在在一一定定环环境境参参数数范范围围内内人人体体的的体温温调调节节系系统统可以以将将人人体体的的核核心心温温度度维维持持在在一一个个适适合合于于生生存存的的较较窄窄的的范范围围内内。。自动动散散热热调调节节方方式式血管管扩扩张张，，增增加加流流向向皮皮肤肤层层的的血血流流，，提提高高表表皮皮温温度度出汗汗自动动御御寒寒调调节节方方式式血管管收收缩缩，，减减少少流流向向皮皮肤肤层层的的血血流流，，降降低低表表皮皮温温度度通过过冷冷颤颤增增加加代代谢谢率率蓄热热量量不不同同时时的的生生理理现现象象S>0：体温温升升高高，，40℃℃时，，出出汗汗停停止止；；43.5℃℃时，，呼呼吸吸停停止止，，人人死死亡亡。。S<0:体温温降降低低，，人人体体颤颤抖抖；；34℃℃时，，停停止止颤颤抖抖；；28℃℃时，，呼呼吸吸停停止止，，人人死死亡亡。。人体体感感到到舒舒适适的的必要要条条件件：S=0（（不不冷冷不不热热））人体体感感到到舒舒适适的的充分分条条件件：人体体按按正正常常比比例例散散热热人体体正正常常的的散散热热比比例例：：对流散热/总散热辐射散热/总散热呼吸、无感觉蒸发散热/总散热25～30%45～50%25～30%各影影响响因因素素对对人人体体的的作作用用是是紧紧密密相相关关的的。。在一一定定的的气气温温下下，，相相对对湿湿度度越越大大，，人人体体通通过过蒸蒸发发的的散散热热量量就就越越少少，，越越容容易易感感到到闷闷热热，，反反之之通通过过蒸蒸发发的的散散热热量量越越大大，，人人体体就就会会感感到到凉凉爽爽；；在一一定定的的相相对对湿湿度度下下，，气气温温越越高高通通过过对对流流的的散散热热量量越越少少，，人人体体感感觉觉热热，，反反之之人人体体感感觉觉冷冷。。当气温温高高一一点点湿湿度度低低一一点点的热环环境和和气温低低一点点湿度度高一一点热环境境可以以对人人体有有相同同的热热作用用效果果。显然，，组成成热环环境的的各影影响因因素的的不同组组合，热环环境对对人体体可以以有不不同的的作用用效果果，但但也可以有有相同同的作作用效效果。从暖暖通空空调的的角度度来看看，不同的的组合合暖通通空调调系统统的能能耗一一般是是不同同的。因此，，采用用什么么样的的暖通空空调方方式、参数组组合才能使使人体体更舒适适、暖通通空调调系统统更易于实实现、更节能能成为热热湿环环境在在暖通通空调调领域域的应应用研研究的的主要要课题题之一一。影响热热湿环环境的的各因因素的的不同同组合合可以以得到到相同同效应应的热热湿环环境。。如何何衡量这些因因素对对人体体的共共同作作用效效果，，人体体在这这个环环境中中的冷冷热感感觉如如何，，如何何定量量地表表示？？热湿环环境评评价1-2热热湿环环境的的评价价方法法与评评价指指标反映人人体对对热湿湿环境境的真真实感感受一、预测平平均冷冷热感感PMV当S=0时时：P.O.Fanger热舒适适方程程SPMV：客客观物物理量量感觉主主观定定量表1.1PMV和冷冷热感感的程程度对对应PMV

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3冷热感非常冷冷有点冷不冷不热有点热热非常热不满足率99

75

25

5

25

75

99通过满满意度度描述述，由由大量量试验验获得得PMVPPDPMVPPDPMV指标标只代代表了了同一一环境境下绝大多多数人人的感觉觉，不不能代代表所所有个个人的的感觉觉。PPD是通通过概概率分分析确确定某某环境境条件件下人人群不不满意意的百百分数数即便达达到PMV＝＝0，，仍然然有5％的的人不不满意意。Fanger：：PMV＝＝－1～＋＋1（（PPD≤≤27%））—满满意（（被““采暖暖通风风与空空气调调节设设计规规范””GB50019-2003引用用）ISO7330：PMV＝＝－0.5～＋＋0.5（（PPD≤≤10%））—舒舒适环境参参数环境参参数活动量量衣着可以有有多种组组合，，达到到同样样的感感觉PMV季节温度t相对湿度

速度v夏季22～28℃40～65％≤0.3m/s冬季18～24℃30～60％≤0.2m/st：决定了了能耗耗：决定了了排汗汗气流形形式干冷湿冷闷热《采暖暖通风风与空空气调调节设设计规规范》》GB50019-2003：应用调整参参数获获得最最经济济而又又舒适适的热热环境境设计及及预测测应用用设计参参数(ta、a、va、tr、M、Icl)→→预测测待建建建筑筑室内内热环环境舒舒适性性程度度，并并不断断修改改参数数达到到ISO。。评价已已有建建筑热热环境境舒适适性对民用用建筑筑进行行民意意测验验→室室内热热环境境舒适适性评评价。。二、新新标准准有效效温度度SET*SET*：：冷热感感觉及及人体体与环环境的的热交交换量量与实实际环环境等等同的的相对对湿度度为50%的标标准环环境的的气温。标准环环境：相对湿湿度50%、风风速0.1m/s、、人体体代谢谢量1.0met，，着衣衣热阻阻0.6clo的环环境。。输入值值：实际气气温t，平均均辐射射温度度tr、风速速v、相对对湿度度、代谢谢量M、实际际着衣衣热阻阻Icl由于在在计算算SET*的过过程中中，全全部考考虑了了热环环境的的六大大要素素，因因而可可以说说SET*比PMV具有有更加加广泛泛的适适用性性。SET*=24℃SET/℃℃1022.23014.517.525.634.537.5冷颤身体慢慢慢变变冷血管收收缩适中轻微出出汗，，血管管扩张张出汗大量出出汗调节失失调冷令人非非常不不满意意凉令人不不满稍凉令人有有些不不满舒适令人满满意稍暖令人有有些不不满温暖令人不不舒适适和不不满热令人非非常不不满很热很不舒适感觉生理反反应SET*与与生理理、感感觉等等的关关联1-3热热湿环环境参参数测测量人体感感觉冷冷热环环境的的基本本要素素如上上所述述有：：空气气温度度；相相对湿湿度；；风速速；辐辐射温温度；；着衣衣热阻阻；代代谢量量六大大要素素。这些要要素在在不同同的场场合、、不同同的时时间，，对环环境和和人体体作用用大小小是不不同的的，有有的因因素在某种种场合合是主主要因因素而而在另另外的的场合合就成成了次次要因因素。如在全空气气系统统中，空气的的温度度、风速和湿度是主要要因素素；而而在辐射采采暖系系统中主要要的因因素就就成了了气温、湿度和辐射温温度了。介绍基基本要要素的的检测测方法法。。一、温温度热膨胀胀直读读式温温度计计、热热电偶偶温度度计、、电阻阻温度度计、、非接接触式式等。。1．温温度的的表示示方法法2．温温度计计的种种类通常采采用水水银温温度计计或者者是已已经用用标准准温度度计校校正过过的温温度计计。3．温温度计计的校校正一、温温度首先要要选择择确定定测点的的位置置。通常常是在在离地面面lm到1.5m的高度度测量量，这这是因因为人人在居居室内内活动动的范范围都都在离离地面面2m的范范围。。在IS07726中中推荐荐室温温的测测定高高度为为离地地面0.1m，0.6m，1.1m，1.7m。对于不不同的的建筑筑、不不同的的空调调系统统、在在不同同的时时间其其室温温的分分布一一般是是不同同的，，因此此，在在进行行室温温测量量时应应根据据具体体需要要在有代表表性的的平面面位置置和高高度位位置上布置置测点点。4．室室温的的测定定一、温温度对于非稳态态的室室温测定，，应选选择热惰性性较小小的温度度计，，如热热电偶偶温度度计。。对于辐射影影响较较明显显的场合合，在在测量量室温温时要要注意意防止止辐射射的影影响，，可以以在测测头罩上一一个用用黑度度较小小的铝铝箔作作成的的筒状状物，但当当测头头直径径小于于Φ0.1～0.2mm时可可以不不用辐辐射罩罩。4．室室温的的测定定一、温温度热辐射射的测测定就就是测测定与与人体体进行行辐射射热交交换的的墙壁壁、家家具等等表面的的温度度，通过过计算算求出出辐射射热交交换量量和平平均辐辐射温温度，，或者者测定定空间间某点点的辐辐射温温度或或辐射射热量量。（1））接触法法测定周周围表表面的的温度度注意：：①使使测头头尽量量细小小；②②测点点应尽尽量选选择能能代表表表面面温度度的点点；③③测头头要与与表面面充分分接触触；④④测量量信号号引出出线从从测点点沿着着表面面要达达20cm左右右；⑤⑤尽可可能消消除干干扰表表面温温度的的影响响。5．辐辐射的的测定定一、温温度（2））非接触触法测定周周围表表面温温度采用红外线线辐射射温度度计测量周周围表表面温温度的的一种种方法法。由由于它它不接接触周周围表表面，，因而而不影影响表表面温温度，，更加加简便便地测测定。。分为点测型型和测量量表面面温度度分布布的热画像像型。5．辐辐射的的测定定一、温温度（3））黑球温温度计计黑球温温度计计是通通过测测量无无发热热球的的辐射射与对对流达达到热热平衡衡时的的温度度，从从而求求出平平均辐辐射温温度。。由黑球温度tg、气温ta、和风速v的测定值可以以计算出平均均辐射温度tr。这个平均辐射射温度tr，由于球和人人体的大小、、形状都有明明显的不同，，因此严格地地讲它与环境境对人体的平平均辐射温度度是不同的。。但是对于一一般的室内环环境它和人体体的感觉比较较接近，因而而可以近似使用。特别是当当气流速度度很小时，，其表示的的温度与环环境对人体体的作用温温度基本一一致。5．辐射的的测定一、温度（3）黑球温度计计由于球内的的空气有一一定的热容容量，因而而测量具有有一定的延迟性，使用时要要考虑测定定时间。同同时，读取取数据时人体不要长长时间地靠靠近温度计计，还要避免免靠近其他他发热体。。5．辐射的的测定干湿球温度度计黑球温度计计二、湿度绝对湿度：：单位质量的的干空气中中含水蒸气气的量。相对湿度：：一定的温度度下空气中中的水蒸气气分压力和和同温度下下空气中水水蒸气的饱饱和分压力力之比的百百分数。露点温度：：当水蒸气分分压力与某某一温度下下所对应的的水蒸气饱饱和分压力力相等时，，所对应的的这个温度度就是这个个水蒸气分分压力下的的露点温度度。1．湿度的的表示二、湿度(1)阿斯曼通风风干湿球温温度计测量空气的的干、湿球球温度，据据此计算或或从h-d图上查得空空气的湿度度。(2)电阻式湿度度计利用陶瓷等等对水蒸气气有很好的的附着性，，附着水蒸蒸气量的改改变引起电电阻变化的的特性来测测量湿度。。(3)电容式湿度度计利用电容随随湿度的变变化而改变变的特性进进行湿度测测量。(4)毛发式湿度度计毛发和植物物纤维等会会随周围湿湿度的变化化而长度会会伸缩。2．湿度计计的种类二、湿度在室内对湿湿度进行简简易测定的的场合，通通常采用数字式湿度计。采用阿斯曼曼通风干湿湿球温度计计测量湿度度时，为了了使其达到到平衡，每每点测量需需要3～5min以上。即使使是采用电电阻和电容容式湿度计计，也要考考虑时间延延滞性问题题。3.湿度的测量量三、空气流流速空气的流速速是形成热热环境的四四个基本要要素之一，，同时还直直接关系到到室内热量量及粉尘、、有害气体体等污染物的扩扩散。空气的流流速主要以以平均风速进行评价。。1．风速仪仪的种类机械式风速速仪、热线线风速仪、、测压管、、激光多普普勒测速技技术三、空气流流速气流速度的测测量高度，以以离地面10cm和100～120cm的高度为好。。在这两个高高度位置正好好是坐着的人人着衣量少的的脚踝关节部部和裸露的脖脖子、头的部部位，这些部部位对气流十十分敏感。除了人员的工工作位置等具具有代表性的的位置外，在在近壁面和空空调系统吹出出口下方及近近旁处也需设设立测定点。。测量时，对于于平均流速的的测定要考虑虑到风速仪的的时间延滞性性；对于测量量风速变动的的场合要使用用反应时间短短的风速仪。。2.室内空空气流速的测测定四、着衣量冬天我们穿着着毛衣等就是是为了防止热热的散发，此此时毛衣等起起着热阻的作作用，表示着着衣热阻的单单位是clo值，1clo相当于男性性穿着西装时时的热阻。1clo＝＝0.155(m2•℃/W)clo值越大大衣服的热阻阻越大。1．着衣量及及热阻四、着衣量(1)温度测定法在十分平静的的环境中测量量被试验者着着衣的表面温温度tcl、衣服内的皮皮肤温度tsk及作用温度to（当气温和作用用于人体的平平均辐射温度度相等时可以以用空气温度度代替），根据热平平衡从下式求求出全体着衣衣的热阻clo值：2．着衣热阻阻(clo值值)的测定h——人体的综合换热系数数，W／(m2·℃)；在气温为20～25℃时，着衣内皮肤温度的经验值如下：男性：女性：四、着衣量(2)衣服重量测定定法在气温20℃℃，相对湿度度60％～65％的恒温温恒湿环境中中称取其重量量w(g)，，然后按下面面的计算式求求得其clo值：男性衣服，且且W≤3000g，(clo)女性衣服，且且W≤2000g，(clo)式中W——衣衣服总重量，，g。2．着衣热阻阻(clo值值)的测定四、着衣量(3)多件衣服的clo值已知单件衣服服的clo值值Iclo，i，则多件衣服服的热阻值可可按下式计算算：男性衣服，总总热阻不超过过lclo时时，(clo)女性衣服，总总热阻值不超超过lclo时，(clo)2．着衣热阻阻(clo值值)的测定五、代谢量影响因素多：：精神活动：脑的能量来来源主要靠糖糖氧化释放能能量，安静思思考时影响不不大，但精神神紧张时，产产热量增多，，能量代谢率率增高。食物的特殊动动力效应：进食后，机机体内能产生生额外热量，，称为食物的的特殊动力效效应。其中蛋蛋白质最强，，脂肪次之，，糖类最少。。环境温度：人在安静状状态下，在22.5～35℃的环境中最最为稳定。环环境温度过低低可使肌肉紧紧张性增强，，能量代谢增增高。环境温温度过高，可可使体内物质质代谢加强，，能量代谢也也会增高。五、代谢量性别：男性高于女女性