空调负荷与送风量2

第3章

空调负荷与送风量

主要内容

3.1室内外空气计算参数

3.1.1室内空气计算参数

3.1.2室外空气计算参数3.2太阳辐射对建筑物的热作用3.3空调负荷

3.3.1空调房间夏季得热量与冷负荷

3.3.2空调房间冬季耗热量与热负荷

3.3.3散湿量与湿负荷

3.3.4空调系统负荷与概算方法主要内容

3.4空调房间送风量和送风状态点的确定

3.4.1空调房间送风量的确定

3.4.2空调房间送风状态点的确定

3.4.3冬季空调房间送风量和送风状态点的确定

空调负荷是空调工程设计中最基本的、也是最重要的数据之一，它的数值直接影响到空调方案的选择，空调和冷热源等设备容量的大小，进而影响到工程投资费用、设备能耗、系统运行费用以及空调的使用效果。

定量计算空调负荷需要用到室内外空气计算参数。由于室内空气环境的控制是通过送排一定量的不同状态参数空气来实现的，因此送排多少空气量及其参数如何至关重要。3.1室内外空气计算参数在设计一个中央空调系统时，首先要明确设计目标和设计的条件，即空调系统要将室内空气控制在什么状态之下(表示这个状态的空气参数称为空调设计室内空气计算参数)；空调系统需要在什么气象条件下运行(表示这个气象条件的空气参数称为空调设计室外空气计算参数)。要消除空调房间内部和外部干扰源所造成的影响也与室内外空气参数有关，因此在讨论空调负荷的计算问题之前，首先要了解空调设计计算用的室内外空气参数及确定方法。室内空气计算参数主要是指作为空调工程设计与运行控制标准而采用的空气温度、相对湿度和空气流速等室内空气的控制参数。这些参数可分为两类在民用建筑和工业企业辅助建筑中以保证人体舒适、健康和提高工作效率为目的的“舒适性环境空气参数”；在生产厂房以及一些研究、试验环境或设施中以着重满足生产工艺过程和试验过程的空气环境需求为目的的“工艺性环境空气参数”。3.1室内外空气计算参数

1.热舒适性与室内空气计算参数研究表明，人在室内的热舒适状态(冷热感)由许多因素决定的，其中主要有1)室内空气的温度2)室内空气的相对湿度3)人体附近的气流速度4)围护结构内表面及室内其他物体表面的温度(即辐射温度)5)衣着情况及衣服的保温性能和透气性6)人的活动情况7)人的性别、年龄和身体状况8)种族或个体的习惯与空气有关的因素影响人的热舒适性原因1)温度——人体对于温度较为敏感，而室内温度对人的热舒适性的影响是通过与人体表面皮肤的对流换热和导热来实现的。2)相对湿度——出汗是人体在任何气温下都存在的生理机能，只是在气温较低时出汗量较少，往往感觉不到出汗。而相对湿度主要影响人体表面汗液的蒸发，即影响蒸发散热量的多少。相对湿度过高不仅会使人感到气闷，而且汗液不易蒸发；相对湿度过低又会使人感觉干燥，引起皮肤干裂，而且易引发呼吸系统疾病。3)气流速度——气流速度对人的热舒适性最明显的影响是在夏季送冷风时，如果冷空气的流速过大，造成吹冷风的感觉时，会极不舒适，严重时还会致人生病。

1.热舒适性与室内空气计算参数由于室内人的热舒适性是涉及人的生理和心理感应的十分复杂的问题，而良好的热舒适环境又是提高工作效率的保证，因此对于建筑热环境舒适条件的研究，不少环境学家和卫生学家在大半个世纪以前就着手开始了，并先后产生了热强度指标、等感温度、有效温度图和人体舒适区等成果。近几十年来，一些欧美学者获得的诸多成就则将该领域的研究推进到了一个新的里程，这些研究成果为确定舒适性空调的室内空气计算参数范围奠定了基础。3.1.1室内空气计算参数

(1)人体散平衡与热舒适感当人体散热和体内新陈代谢产热相平衡时，人的冷热感觉良好，体温会保持在36.5℃～37℃。

S=M-W-E-R-CS—人体蓄热率M—人体能量代谢率W—人体所做机械功R—人体与周围表面之间的辐射换热量

E—人体汗液蒸发和呼吸所带走的热量

C—人体与周围环境之间的对流换热量3.1.1室内空气计算参数

一般情况下，凡是有利于人体维持这种热平衡的环境，人就感到舒适；反之，就感到不舒适。3.1.1室内空气计算参数(2)等效温度图和舒适区在图3-1等效温度图中，等效温度线的数值标注在φ=50%的相对湿度线上。等效温度线的作用例如虽然在25℃这条等效温度线上各点所对应的干球温度和相对湿度都不相同，但各个点的空气状态给人的冷热感觉是相同的，都相当于t=25℃和φ=50%条件下人的的冷热感。图3－1等效温度图等效温度图中的各个等效温度是在室内空气流速为0.15m/s时，对身着0.6clo热阻服装、静坐的被试验人员实测得出的。clo是服装的热阻单位，1clo=0.155㎡·℃/W，相当于男性穿着西装时的热阻。某些服装的热阻值参见表3-1。表3-1某些服装的热阻值等效温度图中画出了舒适区，其中的菱形部分是由美国Kansas州立大学的实验结果给出；另一块平行四边形部分是ASHARE推荐的舒适标准55-74。两块舒适区的实验条件不同。两块舒适区重叠部分的中心正好是25℃等效温度线穿过的位置，是推荐的室内空气设计条件。图3－1等效温度图

(3)人体热平衡方程和PMV-PPD指标等效温度虽然简单明了，但没有对室内热环境的舒适度作全面考虑。例如某房间内的空气等效温度是25℃，但房间内的物体温度很高，对人体存在较大的热辐射，这时人会感到不舒适而不是舒适。丹麦工业大学的P.O.Franger提出了PMV-PPD评价方法(PMV表示预计平均热感觉指数或评价；PPD表示预计不满意者的百分数)，该方法是在稳定热环境下，以下列热平衡式为基础提出的

人体产热－对外做功消耗－体表扩散失热－汗液蒸发失热－呼吸的显热和潜热交换

=通过衣服的换热

=在热环境内通过对流和辐射的换热

人对热环境的满意程度也就是舒适度用数值进行量化的评价值见表3-2。表3-2人的热感觉与PMV值PMV指标代表了绝大多数人对同一热环境的冷热感觉，但由于人与人个体间有生理差异，PMV指标并不一定能够代表所有人的感觉。实测数值表明，即使PMV=0也有近5%的人感到不满意，因此还需要PPD指标来表示人群对热环境不满意的百分数。

PMV与PPD之间的关系参见图3-2。从图中可看出，在PMV=0处，PPD=5%，这意味着即使室内环境为最佳热舒适状态，由于人体间的生理差异，仍有5%的人感到不满意。

图3－2PMV-PPD关系曲线

国际标准化组织在1984年提出了评价和测量室内热环境的新标准化方法ISO7730，在ISO7730标准中，就采用PMV－PPD指标来描述和评价热环境。这两个指标综合考虑了人的活动程度，衣着情况，以及空气温度、湿度、流速和平均辐射等六项因素。国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)规定，空调室内的热舒适性应采用PMV和PPD指标评价，其值为－1≤PMV≤＋1PPD≤27%PMV-PPD指标虽然较等效温度复杂，但更能代表人的热舒适性。

(4)舒适性空调室内空气计算参数的确定

舒适性空调室内空气设计计算参数的确定，除了要参考室内参数综合作用下的舒适条件外，还应根据室外气象条件、经济条件和节能要求等综合考虑。这就决定了舒适性空调室内计算参数应有一个范围，以适应不同的需要。国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)规定，舒适性空调室内空气计算参数应符合表3－3的规定。表3－3舒适性空调室内空气计算参数参数冬季夏季温度/℃18－2422－28风速/(m/s)≤0.2≤0.3相对湿度(%)30－6040－65国家标准《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)规定，公共建筑空调系统室内空气计算参数可按下表规定的数值选用。公共建筑空调系统室内空气计算参数参数冬季夏季温度/℃一般房间2025大堂、过厅18室内外温差≤10风速v/(m/s)0.10≤v≤0.200.15≤v≤0.30相对湿度(%)30～6040～65表3－4常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数表3－4常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数

2.工艺性空调室内空气计算参数由于工艺过程的千差万别，工艺性空调还可细分为一般降温性空调恒温恒湿空调净化空调人工气候3.1.1室内空气计算参数各种工艺性空调的特点

1)降温性空调对室内空气温湿度的要求是保证夏季工人操作时手不出汗，因此一般只规定温度或湿度的上限，对空调精度没有要求。如电子工业的某些车间，规定夏季室温不大于28℃，相对湿度不大于60%。

2)恒温恒湿空调对室内空气的温湿度基数和精度都有严格要求。如某些计量室，室温要求全年保持(20±0.1)℃，相对湿度保持(50±5)％。也有的工艺过程仅对温度或相对湿度一项有严格要求，如纺织工业某些工艺对相对湿度要求严格，而空气温度则以劳动保护为主。

3)净化空调不仅对空气温、湿度有一定要求，而且对空气中所含尘粒的大小、数量，甚至微生物种类也有严格要求。如医院的洁净手术室分为四个等级，每个等级对细菌浓度都有明确的指标要求。

4)人工气候模拟高温高湿或低温低湿，甚至高空气候环境。不论何种工艺性空调，由于其服务对象为工业生产或科学实验，因此必须按工艺过程的特殊要求来确定室内空气计算参数。当有人操作时，在可能的情况下应尽量兼顾考虑人体热舒适的需要。对于夏季温度和相对湿度低于舒适性空调的场所，应尽量减小室内空气的流速，在工艺条件允许的前提下，应尽量提高空气温度，这样不仅可以节省设备投资和运行费用，而且还有利于操作人员的健康。工艺性空调的室内空气计算参数除了温湿度基数及其允许波动范围应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件确定外，活动区的风速应按《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)的规定取值，即冬季不宜大于0.3m/s，夏季宜采用0.2～0.5m/s，当室内温度高于30℃时，可大于0.5m/s。随着科学的发展，技术的进步，生产的工艺过程会不断改进，产品的质量要求会日益提高，品种也会逐渐增多，相应地在空气环境参数的控制要求方面也会有所变化，因此空调的室内空气计算参数需要与工艺人员慎重研究后确定。

表3－5某些生产工艺过程所需的室内空气参数(摘录)通常建筑物为自然环境所包围，其内部必然处于外界大气压力、温度、湿度、风速、风向以及日照等气象参数的影响之中。空调系统设计与运行中所要用到的一些室外气象参数就称之为“室外空气计算参数”。关系最密切的主要是一些温湿度参数，如计算通过围护结构传入室内或由室内传至室外的热量时，涉及到的室外空气(干球)温度；计算加热或冷却室外空气所需热、冷量以及确定室外新风状态时，要涉及到的室外空气湿球温度等参数。3.1.2室外空气计算参数

1.室外空气温湿度的变化规律由于室外空气的干湿球温度等参数都是随季节、昼夜和时刻不断变化的量，在确定应当采取什么样的空气参数作为设计计算参数之前，需要对室外空气温湿度的变化规律有所了解。室外空气温度的日变化室外空气温度的季节性变化室外空气湿度的变化3.1.2室外空气计算参数

(1)室外空气温度的日变化室外空气温度在一昼夜内的日变化是以24小时为周期的周期性波动。这种日变化是由于地球每天接受太阳辐射热和放出热量而形成的。

图3－3室外空气干湿球温度、相对湿度24h变化曲线

相对湿度(%)室外湿球温度

(2)室外空气温度的季节性变化室外空气温度的季节性变化也呈周期性。全国各地的最热月份一般在七、八月，最冷月份在一月。图3－4北京、西安、上海地区各月平均气温的变化曲线

(3)室外空气湿度的变化空气的相对湿度取决于空气干球温度和含湿量，如果空气的含湿量保持不变，干球温度增高，则相对湿度变小；干球温度降低，则相对湿度加大。就一昼夜内的大气而论，一般含湿量变化不大(可看作定值)，则大气的相对湿度变化规律正好与干球温度的变化规律相反，即中午的相对湿度低，早晚的相对湿度高。室外湿球温度的变化规律与干球温度的变化规律相似，只是峰值出现的时间不同。

2.室外空气计算参数的确定室外空气计算参数取什么值，会直接影响到室内空气状态的保证程度和设备投资。例如，当夏季取用很多年才出现一次，而且持续时间较短(几小时或几昼夜)的当地室外空气最高干湿球温度作为室外空气计算参数时，就会因配置的设备和相关装置容量过大，长期不能全部投入使用而形成投资浪费。设计规范中规定的室外空气计算参数值，通常不是取最不利条件时的数值，而是根据全年少数时间不保证室内温湿度在控制标准范围内的原则确定的数值。

3.1.2室外空气计算参数《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)规定选择下列统计值作为空调室外空气计算参数1)夏季空调室外计算日平均温度规范规定：夏季空调室外计算日平均温度，应采用历年平均每年不保证5天的日平均温度。3.1.2室外空气计算参数2)夏季空调室外计算逐时温度任一时刻的围护结构夏季空调室外计算逐时温度可用下式计算：

式中——室外计算逐时温度（℃）；

——室外计算日平均温度（℃）；

——室外温度逐时变化系数，按表3-5采用；

——夏季空调室外计算平均日较差，应按式(3-2)计算3.1.2室外空气计算参数式中

——夏季空调室外计算干球温度，（℃）。【例3-1】试求夏季北京市13时的室外计算温度。3.1.2室外空气计算参数由附录查得北京市的=29.1℃，=33.6℃则=[(33.6－29.1)/0.52]℃=8.7℃由表3-5查得=0.48则=(29.1＋0.48×8.7)℃=33.3℃3.1.2室外空气计算参数3)冬季空调室外计算干球温度的确定考虑到围护结构的热惰性，冬季室外温度经围护结构衰减后，其波动值远远小于室内外温差，为了便于计算，围护结构的传热可采用稳定传热方法计算。这样，可以只给出一个冬季空调室外计算干球温度来计算新风负荷和围护结构传热。规范规定：冬季空调室外计算温度是采用历年平均每年不保证一天的日平均温度。3.1.2室外空气计算参数4)冬季空调室外计算相对湿度的确定冬季由于室外空气的含湿量远较夏天小，而且变化很小。因而，不是采用湿球温度确定室外新风计算状态，而是采用室外计算相对湿度。规范规定：冬季空调室外计算相对湿度，应采用累年最冷月平均相对湿度。3.1.2室外空气计算参数3.1.2室外空气计算参数5)室外空气综合温度

反映了太阳辐射与室外空气对建筑物外表面的综合作用5)室外空气综合温度

3.1.2室外空气计算参数5)室外空气综合温度

从综合温度的表达式可以看到：所谓综合温度，是在室外空气温度的基础上增加一个由太阳辐射热所转化的附加温度值后合成的温度。其中这一项称为太阳辐射当量温度。对于上式需要注意的是：（1）由于太阳辐射强度I与围护结构的朝向有关，吸收系数与围护结构材料及表面情况有关，所以不同朝向和不同材料的外表面，在同一时刻的综合温度是不同的；（2）上式中，由于没有考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间存在的长波辐射，计算值偏大。因而，需要作修正：

表3－6国内部分主要城市的部分室外空气气象参数3.2太阳辐射对建筑物的热作用经围护结构传入空调房间的太阳辐射热，在空调冷负荷的构成中占有相当大的比重。了解和掌握太阳辐射的基本性质及对建筑物的热作用，对合理地进行空调房间冷负荷的计算有着重要的意义。到达地面的太阳辐射强度的大小，主要取决于地球对太阳的相对运动，也就是取决于被照射地点与太阳射线形成的高度角β(图3－5)和太阳光线通过大气层的厚度。图3－5太阳高度角示意图地理纬度不同、季节不同、昼夜不同，太阳辐射强度也都不同。纬度高的南极和北极，太阳高度角小，太阳通过大气层的