室内通风与空调系统-空气调节（建筑设备）

1.概述自改革开放以来，我国的经济建设迅速发展，大中城市及沿海开发区的高层、高级建筑迅速增多，人们生活水平不断提高，而对生活的标准也不断有更新、更高的需求，在现代化城市对如何能创造出一个与室外器械声隔绝，空气清闲无污染，温、湿度适宜的良好居住、办公、娱乐的环境，是人们迫切需求的。而对新兴工业中如制药、电子、精密仪表、微型元件等行业，为了提高产品的质量，提高生产效率，改善工艺生产中的环境，以满足生产工艺的需要，也需有良好的空调系统保证，因此空调有着更重要的经济意义。根据资料统计，凡在大型的宾馆、饭店、娱乐场所、大型商场、超级市场、影剧院、写字楼等建筑，因设置空调系统而使客房率、商品销售额、办公效率均有大幅度的提高。空气调节与通风区别尤其在商业部门，有空调的商场销售额增长幅度远比无空调设备的商场大得多，这也是促销的一种方法。空调工程的发展同时也促进了生产空调设备的厂家发展，但空调工程发展对城市的供电、供水量的大幅度需求也成为严峻的现实问题。总之，空调工程不再是仅用于某些生产必须的行业(如纺织、化工、电子等)，而是广泛地用在公益设施上。近年来居民居室的空调需求量迅速增加，改善了人们的生活质量，同时也促进了空调设备生产行业的发展。2.空气调节与通风的区别通风：主要是利用自然通风或机械通风的方法，为某房间或车间提供新鲜空气，满足工作人员的需要及生产工艺要求，稀释有害气体的浓度并不断排出有害物质及气体称为通风。空气调节：简称空调，主要是通过空气处理，向房间送入净化的空气，并通过空气的过滤净化、加热、冷却、加湿、去湿等工艺过程满足人及生产的要求，对温度及湿度能实行控制，并提供足够的净化新鲜空气量。空气调节过程是在建筑物封闭状态下来完成的，采用人工的方法，创造和保持一定要求的空气环境。3.人对空调需要的舒适因素空调为人们的居住、办公或公共建筑中提供使人感到舒适的环境。1)需提供足够量的空气，以满足人们生活所必须的氧气。2)温度的要求：人体与所处的周围环境之间存在热的传递，而热传递过程与人体表面温度有关。人体表面由于新陈代谢的作用，一部分能量贮存于体内，而其余部分会释放出来。在较冷或较热的环境中，虽然人体具有温度调节功能，但是仍会使人感到不舒服，因此需提供人们一个舒适温度环境。3)湿度的要求：冬季室内干燥的空气及夏季潮湿的空气，都会令人感到不舒适，空气处理过程需采用加湿或去湿的方法来改变环境的湿度。4)空气流速：人们的各部位对空气的流动速度敏感程度均不相同，过大的空气流速会使人有吹风感，流速过小会使人感到发闷，所以对空气的流速应有合理的选择及控制。另外，有一些工艺性空调系统还对空气的气味、压力等都有不同程度的要求，在此不再详细介绍1.空气的组成空气调节处理的是空气，环绕地球的空气层是多种气体的混合物，主要成分是：氮气占78%左右；氧气占21%左右，其他气体由二氧化碳、氩气、水蒸气及氖、氦等组成，而氮气与氧气的含量基本为一恒定值，其变化很小。在接近地球表面的空气中还含有尘埃、细菌、病毒、烟雾、废气等悬浮物。而水蒸气的含量各地区是不同的，它受着江、河、湖、海表面的蒸发及海洋潮湿气流的影响，靠近沿海地区空气潮湿而内陆地区较为干燥。一般把空气中的氮气、氧气、二氧化碳、氩气称为干空气。人们感觉到的空气干湿程度，是指空气中含水蒸气含量的多少，当空气中水蒸气含量大时则会感到潮湿。夏季有时温度并不是很高，但人却感到闷热、呼吸不舒畅。而冬季空气中含湿量少，干空气占的比重较大时，人会有皮肤和呼吸道干燥等不舒适的感觉。对房间内置放的家具、电气设备等，潮湿或干燥度较大均会影响其使用寿命及功能。因此，空气中的含湿量的大小是空调中最基本的基础参数。4.2空气调节基本知识2.空调工程专业基本知识(1)空气的湿度根据以上对空气性质及组成的叙述，湿度是空调中重要的参数之一，我们用空气的加湿、减湿人为地控制空气的湿度，并创造出一良好的舒适环境。空气的湿度可用含湿量、绝对湿度、相对湿度来表示。1)含湿量：湿空气是由干空气和水蒸气组成，其中每千克干空气所含的水蒸气量称为含湿量。2)绝对湿度：每立方米湿空气中所含有的水蒸气量。绝对湿度使用起来很不方便，水蒸气的质量不变，由于湿空气容积的变化，绝对湿度也将发生变化。通常在通风与空调工程中，空气的湿度常用相对湿度来表示。3)相对湿度：在一定温度下，湿空气所含的水蒸气量有一个最大限度，超过这一限度，多余的水蒸气就会从湿空气中凝结出来，这种含有最大蒸气量的湿空气被称为饱和湿空气，所谓相对湿度，就是空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比。相对湿度与含湿量都是表示空气湿度的参数，但相对湿度表示空气接近饱和的程度，不能表示水蒸气含量的多少，含湿量能表示水蒸气的含量，却不能表示空气的饱和程度。(2)湿球温度当温度计的温包用湿的纱布包住时，如室内空气为非饱和状态时，即相对湿度＜100%，纱布表面将会产生蒸发现象，而温包会因纱布水分蒸发而吸收了它的(温包)热量而使温度计指示值下降。此时的温度称为湿球温度。不饱和状态的室内空气湿球温度低于干球温度，形成一温度差，这种温度计就是利用这个温度差来测量室内的相对湿度。当室内水蒸气分压力与饱和水蒸气压力比值越小时，其温差就越大；干湿球温差越大则相对湿度就越小。利用这种关系制作的温度计称为干湿球湿度计。3.露点当大气中含水蒸气时，随着大气温度的下降而使水蒸气开始冷却，当达到某一温度时，蒸汽就开始凝结，我们把这个温度称为露点。而此时的水蒸气会使空气达到饱和状态，空气中含湿量越大，空气的露点温度就越高，如把已达到露点的空气进一步降温，空气中的水蒸气开始凝结成水滴，称为结露现象。空气的结露往往会使空气的含湿量降低，这在空调中是有着较大的实用意义的。夏季空调的冷冻水通过表冷器、盘管等均属降温去湿过程，夏季空调水温一般在7℃左右，通过表面冷却器时，其盘管表面温度低于周围空气的温度，当周围空气的温度被冷却到露点以下时，通过表冷器周围空气中的水蒸气出现结露，即空气中的水蒸气中分离出来，从而达到减湿的作用。空调系统一般均由空气处理设备、空气输送管道以及空气分配设备构成，根据实际需要它可以构成多种不同形式的系统。在实际应用中，要考虑建筑物的用途和性质，以及室内热、湿负荷的特点与温、湿度调节和控制的要求，空调机房的面积和位置、初投资和运行管理及维修费用等许多方面的因素，选择合适的空调系统的类型。空调系统的分类原则有三种：1.按空气处理设备的布置情况分按照这种分类原则，空调系统可分为以下三种类型：(1)集中式系统集中式空调系统是将所有的空气处理设备(包括风机、冷却器、加湿器、空气过滤器等空气处理)都集中设置在一个空调机房内，对送入空调房间的空气集中处理，然后用风机加压，通过风管送到各空调房间或需要空调的区域。(2)半集中式系统除了有集中的空调机房和集中处理一部分空调系统需要的空气外，半集中式系统还设有分散在空调房间的末端空气处理设备。末端设备的作用是在空气送入空调房间之前，对来自集中处理设备的空气与室内一部分回风作进一步的补充处理，以适合各空调房间的空气调节的要求。(3)全分散式系统全分散式空调系统又称局部机组系统，它是把冷、热源和空气处理设备及空气输送设备(风机)集中设置在一个箱体内，使之形成一个紧凑的空气调节系统。因此，局部机组空调系统不需要专门的空调机房，可根据需要灵活分散地设置在空调房间内某个比较方便的位置。2.按负担室内负荷所用介质种类来分空调房间的空调负荷(冷量或热量)可由空气、水、制冷剂分别负担或空气与水两种介质共同来负担。因此按照这种分类原则空调系统可分为以下四种类型。(1)全空气系统空调房间的空调负荷全部由经过空气处理设备处理的空气来承担的系统称作全空气系统，如图4.25(a)所示。不难理解，在炎热的夏天，室内空调负荷Q与湿负荷W都为正值的时候，需要向空调房间送冷空气，用以吸收室内多余的热量Q和多余的湿量W后排出空调房间。而在寒冷的冬天，室内的空调负荷Q为负值(室内空气的热量通过空调房间的围护结构传给室外的空气)时，则需要向空调房间送热空气，送入空调房间的热空气要在空调房间内放出热量，同时又要吸收空调房间内多余的湿量(空调房间的湿负荷与夏季是相同的)，才能保证空调房间内的设计温度与设计相对湿度。图4.25按负担室内空调负荷所用介质种类对空调系统的分类(a)全空气系统；(b)全水系统；(c)空气—水系统；(d)制冷剂系统全空气系统由于承担空调房间的空调负荷全部是空气，这种系统如果承担的空调面积过大，则空调系统总的送风量也会较大，从而会导致空调系统的风管断面尺寸过大，占据较大的有效建筑空间；只有采用高速空调系统才能减小风道的断面尺寸。但当风道中的风速过大时，又会产生较大的噪音，同时形成的流动阻力也会加大，运行消耗的能量也要增加。(2)全水系统空调房间的空调负荷全部由水作为冷(热)工作介质来承担的系统称作全水空调系统。如图4.25(b)所示。由于水携带能量(冷量或热量)的能力要比空气大得多，所以无论是夏天还是冬天，在空调房间空调负荷相同的条件下，只需要较小的水量就能满足空调系统的要求，从而减少了风道占据建筑空间的缺点，因为这种系统是用管径较小的水管输送冷(热)水管道代替了用较大断面尺寸输送空气的风道。在实际应用中，仅靠冷(热)水来消除空调房间的余热和余湿，并不能解决房间新鲜空气的供应问题，因而通常不单独采用全水空调系统。(3)空气-水系统空气-水系统是全空气系统与全水系统的综合应用，它既解决了全空气系统因风量大导致风管断面尺寸大而占据较多有效建筑空间的矛盾，也解决了全水空调系统空调房间的新鲜空气供应问题，因此这种空调系统特别适合大型建筑和高层建筑。目前高层建筑中普遍采用的风机盘管加独立的新风系统，就是空气一水系统在工程实际中的应用，如图4.25(c)所示。(4)制冷剂系统制冷剂系统是将制冷系统的蒸发器直接放在空调房间内吸收空调房间内的余热、余湿，因为蒸发器是靠低压制冷剂在其中不断蒸发吸收周围空气的热量而达到空气调节的目的，可见室内空调负荷完全是由制冷剂来承担的。如现在的家用分体式空调器，它分为室内机和室外机两部分。其中室内机实际就是制冷系统中的蒸发器，并且在其内设置了噪声极小的贯流风机，迫使室内空气以一定的流速通过蒸发器的换热表面，从而使室内空气的温度降低；室外机就是制冷系统中的压缩机和冷凝器，其内设有一般的轴流风机，迫使室外的空气以一定的流速流过冷凝器的换热表面，让室外空气带走高温高压制冷剂在冷凝器中冷却成高压制冷剂液体放出的热量，如图4.25(d)所示。3.根据集中式系统处理空气来源分根据这种划分原则，空调系统可分为以下三种类型：(1)封闭式系统封闭式空调系统处理的空气全部取自空调房间本身，没有室外新鲜空气补充到系统里来，全部是室内的空气在系统中周而复始地循环。因此，空调房间与空气处理设备由风管连成了一个封闭的循环环路，如图4.26(a)所示。这种系统无论是夏季还是冬季冷热消耗量最省，但空调房间内的卫生条件差，人在其中生活、学习和工作易患空调病。因此，封闭式空调系统多用于战争时期的地下蔽护所或指挥部等战备工程，以及很少有人进出的仓库等。图4.26全空气空调系统的分类(a)封闭式；(b)直流式；(c)混合式(N表示室内空气，W表示室外空气，C表示混合空气，O表示冷却达到送风状态的空气)(2)直流式系统直流式系统处理的空气全部取自室外，即室外的空气经过处理达到送风状态点后送入各空调房间，送入的空气在空调房间内吸热吸湿后全部排出室外，如图4.26(b)所示。与封闭式系统相