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文档简介
第5章空调系统(1)
i.试述空调系统的分类及其分类原则,并说明其系统特征及适
用性。
答:常用空调系统多按下列原则进行分类,如图5-1所示。
,定风量系统
集中式系统——全空气系统(一般为单风道式)i「常温送风系统
'I变风量系统-
「水一空气系统〔低温送风系统
空调系统《半集中式系统,
【多联机空调系统
分散式系统——窗式、分体式、框式空调器
图5-1习题1附图
(1)集中式空调
特征:能实现对空气的各种处理过程,可满足各种调节范围和空
调精度及洁净度的要求,便于集中管理和维护。
适用性:适用于工业建筑中工艺性空调与民用建筑中舒适性空
调。
(2)半集中式系统
特征:这类系统与全空气系统相比较,省去了回风管道,送风管
道断面积也大为减小,节省建筑空间。
适用性:多层和高层民用建筑。
(3)分散式系统
特征:不需要单独的机房,使用灵活,移动方便,可满足不同空
气调节区不同送风要求。
适用性:家用空调及车辆用空调。
2.试述封闭式系统、直流式系统和混合式系统的优缺点,以及克
服缺点的方法。
答:①封闭系统:全部利用空气调节区回风循环使用,不补充
新风。
优点:节能。
缺点:不符合卫生要求。
克服方法:用于工艺设备内部的空调和很少有人员出入但相对
温度、湿度有要求的物资仓库等。
②直流式系统:全部使用新风,不使用回风系统。
优点:卫生、空气品质好。
缺点:能耗大。
克服方法:用于有特殊要求的放射性实验室、散发大量有害(毒)
物的车间及无菌手术室等场合。增加排风热回收装置。
③混合式系统:部分利用回风,部分利用新风。
优点:综合了封闭系统和直流式系统的优点。
缺点:初次投资大,增加了管道复杂程度。
3.什么叫机器露点?在空调工程中有何意义?
答:机器露点有两种定义:(1)空气相应于冷盘管表面平均温
度的饱和状态点;(2)空气经喷水室处理后接近饱和状态时的终状
态点。经验表明:对于空气冷却器,空气终状态的相对湿度一般取
。=90%;对于喷水室,空气终状态的相对湿度一般取。=90%~95%。而
对于双级喷水室,相对湿度可接近。=100%。
4.试证明在具有再热器的一次回风系统中,空气处理室内消耗
的冷量等于室内冷负荷、新风负荷和再热负荷之和(不考虑风
机和风管温升)。
由空气处理机的热平衡关系(图5-2)可知:
图5-2习题4附图
进入空气处理机的热量有:
1)新风带入热量qm,whwxo
2)回风市入热里Qm/NhNx=(Qm-Qm,W)八也。
3)热媒带入热量(再加热)Q2=qm(h0x-hLx)。
由空气处理机带出热量有:
1)送风带走热量qmhOx。
2)冷媒带走热量Qo(亦即空气冷却器或喷水室所需冷量)。
根据质量守恒定律,则有
qm=qm,w+qm,N
根据能量守恒定律,则有
Qm,WhWx+(qm-Qm,W)hNx+0,2=QmhOx+Q.0
Q.0=Qm(hzx-hox)+C|m,W(hwx'h[\ix)+Qm(hox-htx)
5.试用热平衡概念来说明:在冬季,当限定送风温差时二次回
风系统比一次回风系统节省热量。
答:根据教材180页,可知在冬季设计条件下,二次回风式系统
所需要的在热量虽然低于一次回风系统的再热量,但可以证明二次回
风式系统的总加热量和一次回风系统相等。
6.在具有一、二次回风的空调系统中,冬季时采用新风先加热再
混合的一次回风方案好,还是采用新风和一次回风先混合再
加热混合空气的方案好?试说明理由。
答:在严寒地区,对于设有预热器的一、二次回风式系统如果将
新风与回风直接混合,其混合点有可能处于过饱和区卜雾状区)内产
生结露现象,对空气过滤器的工作极其不利。另外,由于在纺织厂的
回风中含有灰尘和短纤维,空气经加热器加热时,短纤维容易烧焦。
因此,应将新风先预热后再与回风混合。
7.如果允许采用最大送风温差送风,这时用二次回风有无意义?
答:二次回风式系统代替和取消了再热器以节约热量和冷量。当
允许采用最大送风温差送风,这时用二次回风无意义。
8.为什么说个别房间有可能突然产生大量水气(即湿量)的空调
系统就不宜采用二次回风系统?除此之外,试述在哪些情况
下,用二次回风系统并不有利?
答:当室内散湿量大时,热湿比就小,二次回风式的机器露点会
更低。机器露点低,说明要求喷水室(或空气冷却器)的冷水温度要低,
这样可能影响到天然冷源的使用。若用人工冷源,则制冷机的蒸发温
度降低,影响它的制冷能力。因此,仍应采用一次回风式系统(此时夏
季采用再热就不可避免了,这是不得已而为之)。对散湿量很小的房间
(热湿比接近于8)采用二次回风式,其优点发挥得更加充分。此外,
冬季二次回风系统的总加热量和一次回风式系统相等,并不节能,且
控制不易,维管量大,管路复杂,成本高。
9.试在h-d图上画出有送、回风机的一次回风空调系统的空气
状态变化过程(应考虑风机和风管的温升,挡水板过水量的影
响)。
答:既考虑风机、风管温升,又考虑挡水板过水,并使室内空气
状态仍能满足设计要求的一次回风系统空调过程在h-d图上的表示
见图5-3o图中虚线表示的是不考虑风机、风管温升及挡水板过水的
过程。实线是考虑了风机、风管温升及挡水板过水的过程。由于温升
值及过水量估计得不一定准确,所以实际过程是接近此过程的。图中
△tz表示再热温升,Ats表示送风温升,Ath表示回风温升,Ad表
示挡水板过水量。
图5-3习题9附图
10.试在h-d图上表示用集中处理新风系统的风机盘管系统的
冬、夏季处理过程。
答:在风机盘管加新风空调系统中,新风在夏季要经过冷却减湿
处理,在冬季要经过加热或加热加湿处理。根据风机盘管和新风机组
夏季承担负荷的情况可有以下几种方案:
(1)新风处理到室内状态的等焰线
1)夏季空气处理过程(图5-4a)
2)冬季空气处理过程(图5-4b)
⑵新风处理到室内状态的等含湿量线(图5-4c)
(3)新风处理到低于室内空气的含湿量线(图5-4d)
图5-4习题10附图
11.对于大、中型宾馆的客房采用什么系统比较合适?为什么?
答:《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)
推荐在宾馆客房、办公室等建筑中风机盘管加新风空调系统。该系统
具有各空气调节区可单独调节,比全空气系统节省空间,比带冷源的
分散设置的空气调节器和变风量系统造价低廉等优点。
12.对于医院手术室、生物洁净室采用什么系统比较合适?为什
么?
答:《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)
规定室内散发有毒有害物质以及有卫生式工艺要求的情况应采用直
流式(全空气)空调系统。从设计角度来看,目前,对于放射性实验室、
产生有毒有爆炸危险气体的车间,医院里的烧伤病房和传染病房,是
不允许采用回风的,应采用直流式系统。
13.对于大型体育馆比赛场地采用何种系统比较合适?为什么?
答:《公共建筑节能设计规范》(GB50189—2015)规定:房间面积
或空间较大,人员较多或有必要集中进行温、湿度控制的空气调节区,
其空气调节风系统宜采用全空气调节系统,不宜采用风机盘管系统。
集中式全空气系统存在风管占用空间较大的缺点,但人员较多的空
气调节区新风比例较大,与风机盘管加新风等半集中式空气一水式
系统相比,多占用空间不明显,人员较多的大空间空调负荷和风量较
大,便于独立设置空调风系统,因而不存在多空气调节区共用集中式
全空气定风量系统难以分别控制的问题;集中式全空气定风量系统
易于改变新回风比例,必要时可实现全新风送风,能够获得较大的节
能效果;且设备集中,便于维修管理。因此,推荐在影剧院、体育馆
等人员较多的大空间建筑中采用。
14.为节约热量,是否可以把全部的一次回风系统改为二次回风
系统?为什么?
答:采用一次回风式系统,用再热器来解决送风温差受限,就存
在“一冷一热冶、冷热抵消的问题。二次回风式系统与一次回风式系
统相比,省去了再热负荷。然而,二次回风式的机器露点要比一次回
风式的机器露点低一些。在室内散湿量大时,二次回风系统机器露
点更低,这样可能影响到天然冷源的使用。若用人工冷源,则制冷机
的蒸发温度降低,影响它的制冷能力。因此,不能把全部的一次回风
系统改为二次回风系统。
15.有一空调系统,其空气处理方案如图5-67所示,试在h-d
图上描述其空气调节过程。
答:夏季处理过程见图5-5(a),冬季处理过程见图5-5(b)o
图5-5习题15附图
16.某空气调节系统的空气调节过程在h-d图上表示如图5-68
所示,试画出其系统示意图,并指出这样做与一般二次回风
系统相比有何利弊?
答:
NxNx
0n
图5-6习题16附图
该系统利用天然冷源降低了新风负荷,从而降低空调系统制冷
量。使用再热器提高机器露点,有利于提高制冷效率。系统复杂,有
再热损失。
17.直流式空调系统对室内空气品质的改善有何意义?在应用过
程中应注意哪些问题?
答:直流式系统使用的空气全部来自室外,吸收余热、余湿后又
全部排掉,因而室内空气得到100%的置换。新风机组承担了室内全
部的潜热负荷,室内无冷凝水,因此大大减少了致病的可能性,室内
空气品质也大大改善,室内卫生、安全。
新风机组除了承担新风负荷外,还承担室内全部潜热负荷,部分
或全部显热负荷,负荷大,出风温度低,机器露点低。系统能耗大,
因此新风和排风之间采用热回收装置,进一步节约能耗。
18.空调系统中什么场合采用双风机?采用单风机要注意什么?
答:双风机系统适用条件:
1)不同季节的新风量变化较大,其他排风出路不能适应风量变
化的要求时会导致室内正压过高
2)房间须维持一定的正压,而门窗严密,空气不易渗透,室内又
无排气装置
3)要求保证空调系统有恒定的回风量或恒定的排风量
4)仅有少量回风的系统
5)通过技术经济比较,装设回风机合理时
采用单风机要注意:
1)全年新风量调节困难
2)当过渡季使用大量新风,室内有无足够的排风面积,会使室
内正压过大,人耳膜会有痛感,门也不易开启
3)风机风压高,噪声大
4)由于空调器内有较大负压,缝隙处易渗入空气,使冬、夏季回
风比达不到设计要求,冷、热耗量增大
5)室内局部排风量大时,用单风机克服回风管的压力损失,不
经济
6)排风口位置必须靠近空调器时,会使室内正压过高
7)空调系统供给多房间时,调节比较困难
19.是否当空调机组的额定风量和额定冷量符合所需风量和冷量
时,该机组即能满足要求?为什么?
答:空调系统需要满足温度、湿度、气流速度以及洁净度要求。
因此,选择空气处理机组时不仅要确定总送风量,喷水室或空气冷却
器所需冷量,还需要根据预热器或再热器的加热量,喷蒸汽加湿或离
心喷水加湿器的加湿量,以及对空气净化的要求等,选取与空气处理
流程相适应的机组。
20.组合式空调机组由哪些主要功能段组成,应如何选择?
答:组合式空调机组主要功能段包括:回风段、新风段或回风混
合段、粗效过滤段、加热段、冷却段或冷却挡水段,冷却加热段、加
湿段、送风机段、中效过滤段或亚高效过滤段等。
组合式空气处理机组各功能段的选择主要根据空调工程夏、冬季
空气处理流程及各段制冷量、加热量和空气净化要求来确定。
21.一个空调系统有多个空调房间,它们的新风比均不同,试问
应该采取什么空调系统?
答:由于新风比不同,可采用风机盘管加独立新风系统、分散式
空调系统或者集中式全空气多分区系统。
22.有散发有害气体的房间能否和普通房间合用一个空调系统,
为什么?
答:《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-
2012)7.3.18规定室内散发有毒有害物质,以及防火防爆等要求不允
许空气循环使用,应采用直流式(全空气)空调系统。733规定:空
气中含有易燃易爆物质的空调区,应独立设置空调风系统。
普通房间宜采用有回风的混合式系统,故两者不能合用一个系
统。
23.各空调房间的e均不同,能否置于一个空调系统中?
答:工程上采用空调系统分区处理的方法可以将热湿比£不同的
空调房间置于一个空调系统中。
24.假如有共用一个空调系统的三个房间,室内状态都是t=22士
1℃,。=55%±5%,各房间的负荷情况如下:
房间号123
余热量Q/(W)260035003400
余湿量W/(kg/h)223
根据送风温差不得大于7℃的原则,求各房间送风状态点及送风
量(考虑送风状态点相同及不同两种方案)。
答:根据各房间负荷情况计算热湿比,见表5-1(a):
表5-1(a)习题24附表
房间号123
余热量Q/(W)260035003400
余湿量W/(kg/h)223
热湿比£/(kJ/kg)468063004080
送风量qm/(kg/h)8361465900
送风量qm'/(kg/h)106310501590
(1)送风状态点相同(图5-7a)
在焙湿图上确定室内状态点N1,和室内温湿度允许范围(用虚
线表示)。过Ni点画(4680(kJ/kg))线。经试算,选AtoMSC,
送风状态点为0。过。点画£2和£3线与过N的等温线交于岫和N3
点,N”岫和岫即为1、2、3房间状态点,基本满足室内参数要求。
各状态点参数见表5-1(b);
表5-1(b)习题24附表
状态点温度(℃)含湿量(g/kg)焰(kj/kg)相对湿度(%)
0176.734.156
N1229.145.355
N2228.142.749
N32210.047.761
由q=—^—计算各房间送风量,见表5~1(a)o
hN~ho
(2)送风状态点不同(图5-7b)
根据送风温差不得大于7c的原则,过室内状态点N画£2
(6300(kJ/kg))线。与1=15℃,等温线相交于点。2,该点即为房间
2的送风状态点。过点做等含湿量线与过N点的£1和£3线交于0,
和点,01和点即为1、3房间送风状态点。
图5-7习题24附图
各状态点参数见表5T(c):
状态点温度(℃)含湿量(g/kg干)焙(kj/kg干)相对湿度(%)
N229.145.355
0,18.17.236.556
02157.233.368
0319.27.237.652.1
各房间送风量qm'/(kg/h),见表5T(a)。
25.如果每个空调房间的湿负荷波动都很大,而且室内相对湿度
要求又都很高,那么这些房间能否合为一个系统?如果合为
一个系统要采取什么措施,才能保证每个房间都能满足设计
要求?
答:《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB/T50736
-2012)7.3.2规定:温湿度参数和允许波动范围不同的空气调节
区宜分别或独立设置空气调节风系统。
如果合为一个系统,采用系统简单易于控制的一次回风系统,通
过分室加热或分区处理的方法保证每个房间都能满足设计要求。
26.你能举出一些风机盘管机组系统使用的实例吗?
答:略
27.为什么《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736
-2012)推荐在风机盘管加新风系统中将新风直接送入室内?
答:如果新风风管与风机盘管吸入口相接或只送到风机盘管的回
风吊顶处,将减少室内的通风量,当风机盘管风机停止运行时,新
风有可能从带有过滤器的回风口吹出,不利于室内卫生;新风和风
机盘管的送风混合后再送入室内的情况,送风和新风的压力难以平
衡,有可能影响新风量的送入。因此,推荐新风直接送入室内。
28.空调机组中制冷机的制冷能力与哪些运行参数有关?蒸发器
的换热量与哪些运行参数有关?空调机组的工作点是什么?
答:空调机组中制冷机的制冷能力与空调房间的温度和相对湿
度;表冷器或加热器的进出水温度和进出水压力;冷冻水泵和冷却水
泵的进出口压力;冷水机组蒸发器和冷凝器进出水的温度和压力有
关。
蒸发器的换热量与蒸发压力、蒸发温度、流量、冷媒种类、过热
度等有关。
某一形式、规格、容量已定的空调机组的蒸发器特性曲线与压缩
冷凝机组特性曲线的交点称为空调机组的工作点。
29.已知上海某恒温恒湿空调系统,室内要求:tN=20℃±1℃,
%=60%±5%,夏季室内冷负荷,=17472W,湿负荷为肌=5
kg/h;冬季室内热负荷Qd=3494W,湿负荷为凡=5kg/h,局
部排风系统排风量为1500m3/h,要求采用二次回风方案,试
设计空调系统的空气处理过程并计算设备容量。若采用一次回
风方案又怎么样呢?再比较两者的冷量和热量。
答:
夏季
1、采用二次回风式系统
1)夏季处理方案(h-d图如图5-8(a)所示)
图5-8习题29附图(a)
在h-d图上分别标出Nx(hNx=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg(干空
气))和Wx(hwx=91kJ/kg,dwx=2L9g/kg(干空气))。
夏季室内热湿比
通过Nx点画£x线,取送风温差Ato=7℃,则送风温度tox=tN-
Ato=13℃o£x线与tox线交于Ox点,该点即为送风状态(hox=33.5
kJ/kg,dox=8.1g/kg(干空气))。也是第二次混合点Cx20z线与
e=90%的曲线相交于Lx点,该点即机器露点Lx(hLx=32.5kJ/kg,dL
=8g/kg(干空气)k=10.5℃]。
2)计算总送风量、通过空气冷却器的风量和二次回风量
kg/s=196kg/s=7067kg/h
“一生842.4-33.5
hN—%
qm,N2=qm-qm,L=(1.96-1.74)kg/s=0.22kg/s
3)确定新风和一次回风的混合状态
新风量=1500m3//?=D.5kgis
一次回风量qm,Ni=qm,L-qm,w=(1.74-0.5)kg/s=1.24kg/s
混合空气的比焰
既_0.5X91+1.24X42.4
56AkJ/kg
在Nwx线上定出第一次混合点Cxi,连接Cxi与L成直线。
4)空调系统冷却器所需冷量
Qo=qm,L(hcxi-hL)=1.74x(56.4-32.5)kW=41.6kW
2、采用一次回风式系统
1)确定空气处理过程各状态参数(图5-8a)
在h-d图上分别标出Nx(hNx=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg(干空
气))和Wx(hwx=91kJ/kg,dwx=21.9g/kg(干空气))。通过Nx点画
£x线,取送风温差△t0=7℃,则送风温度tOx=tN-AtO=13℃。£x线与
tox线交于Ox点,该点即为送风状态(hox=33.5kJ/kg,dox=8.1g/kg
(干空气))。从Ox点作等d线,与夕=90%相交于L\点,即机器露
点(tux=12.3℃,dfx=8.1g/kg,hux=32.9kJ/kg)。不考虑风机、风管温
升。
2)计算送风量
17.472
Oxkg/s=].96kg/s=1061kg/h
%N-%)x42.4-33.5
3)确定新风和一次回风的混合状态
3
新风量qmn.=1500m/〃=0.5kg/s
一次回风量qm,N=qm-qm,W=(1.96-0.5)kg/s=1.46kg/s
混合空气的比焰片=或-,九,=°.5x91+L46x424=54.7%//-g
"%,L96
在线段Nwx上,找到与hcxi的交点Cxi,即为混合状态点。将Cxi
与L,x连成直线。
4)空气冷却器所需冷量
Qo=qm(hex.-h,LX)=1.96x(54.7-32.9)kW=42.7kW
5)再热器的加热量
Q2=qm(hox-h'Lx)=1.96x(33.5-32.9)kW=1.2kW
冬季
(1)采用一次回风式系统
1)计算冬季室内热湿比并确定送风状态(图5-8b)
标出室内状态点Nd[hNd=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg(干空气))
和室外状态点Wd[hwd=5.1kJ/kg,dwd=2.5g/kg(干空气)]。
冬季室内热湿比
Qd-3.494AW
5kg/h=-2515%〃3
取冬、夏两季的送风量相等。因冬季的余湿量与夏季相同,故冬
季的送风含湿量与夏季相同,即dod=dox=8.1g/kg(干空气)。
通过N点画"过程线与dod线相交于Od点,即为冬季送风状态点
(tod=23.5℃,hod=44.3kJ/kg)。冬季的机器露点与夏季相同。
2)确定冬季新风、一次回风的混合状态
根据&,其中新风量外,=15()0m
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