《暖通空调》讲义1.docx
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《暖通空调》讲义1
《暖通空调》教学计划
总学时:
56(14周*4学时/周)
序号
章节
学时
备注
1
第1章绪论
2
2
第2章热负荷、冷负荷与湿负荷的计算
4
3
第3章全水系统
8
4
第4章蒸汽系统
2
自学为主
5
第5章辐射采暖与辐射供冷
2
自学为主
6
第6章全空气系统与空气--水系统
10
7
第7章冷剂式空调系统
2
8
第8章工业与民用建筑的通风
6
9
第9章悬浮颗粒与有害气体净化
6
除尘器
10
第10章室内气流分布
2
11
第11章民用建筑火灾烟气的控制
2
自学
12
第12章特殊建筑环境的控制技术
2
自学
13
第13章冷热源、管路系统及消声减振
2
14
建筑节能
2
《暖通空调》讲义
本课程学习要求
第1章绪论(2学时)
1.采暖通风与空气调节的含义
人工环境技术
采暖(Heating):
向建筑物供给热量,保持室内一定温度。
通风(Ventilating):
利用室外空气(新风)置换室内空气,以改善室内空气品质。
通风功能举例P1.其中,除去室内多余热湿量受室外空气状态的限制。
空气调节(Airconditioning):
用技术手段对特定空间室内参数进行调节与控制,并提供足够量的新鲜空气。
室内参数包括建筑热湿环境和空气品质等方面。
暖通空调:
HVAC(Heating,VentilatingandAirconditioning)
2.采暖通风与空气调节系统的工作原理
介绍工业建筑和民用建筑采暖通风空调系统。
P2。
提供冷量热量和风量,控制室内状态和空气品质。
冷负荷、湿负荷、热负荷:
概念
工作原理:
通过采暖通风空调系统控制进出房间的热量、湿量和空气量,在所希望维持的特定空间室内状态范围内实现热量、湿量和风量的动态平衡。
3.采暖通风与空气调节系统的分类
按教材介绍
4.采暖通风与空调技术的发展概况
第2章热负荷、冷负荷与湿负荷计算(4学时)
房间热负荷、冷负荷与湿负荷的概念:
P9
注:
1)对建筑而言,热负荷主要在冬季过程,冷负荷主要在夏季过程,湿负荷不取决于季节,只取决于过程。
2)上述负荷是暖通空调设计依据。
其计算以室外气象参数和室内空气参数为依据。
1.室内外空气计算参数
1)室外空气计算参数:
按《采暖通风空调设计规范》(GBJ19-87)规定。
同规范(GBT19-87)中的“暖通空调设计计算室外气象参数”,按全年有少数时间不保证室内温湿度标准而制定。
主要有
夏季空调室外计算干、湿球温度
用于计算夏季新风冷负荷
夏季空调室外计算年均温度和逐时温度
用于计算围护结构的非稳态传热量
冬季空调室外空气计算温度、相对湿度
用于计算围护结构的热负荷和新风热负荷
冬季采暖室外计算温度和冬季通风设计温度
用于计算通风量和通风冷负荷
2)室内空气计算参数:
取决于舒适性、地区、节能等,参照《采暖通风空调设计规范》(GBJ19-87)规定。
2.冬季建筑热负荷
基本耗热量(式2-3)
围护结构的耗热量度朝向
构成附加耗热量风力
外门开户
门窗缝隙渗入冷空气的耗热量(式2-4)高度
3.夏季建筑围护结构的冷负荷
含义:
通过围护结构的传热量形成的冷负荷
计算方法:
谐波反应法,冷负荷系数法等
外墙(式2-5)
围护结构屋面(顶)
外玻璃窗瞬变抟热(式2-9)
日射得热(式2-13)
内围护结构2学时
4.室内热源散热引起的冷负荷
对流成分:
瞬时冷负荷
显热辐射成分:
滞后冷负荷
(1)散热潜热:
瞬时冷负荷
(2)人体散热形成的冷负荷
以成年男子散热量为基础
显热散热冷负荷
潜热散热冷负荷
*CLQ:
人体显热散热负荷系统的查表方法,附录2-23
在室内的总小时数:
如剧院8:
00~12:
00
旅馆客房12:
00~次日10:
00等
分别为4小时,10小时
每个人进入室内后的小时数:
从计算时刻开始(即空调开始时刻起,有时了也需要推移一个时间间隔)到计算时刻为止的在室内时间。
5.新风负荷
夏季空调新风冷负荷Qc,o=Mo(ho-hR)(式2-25)
冬季空调新风热负荷Qh,o=MoCp(to-tR)(式2-26)
*前者与焓差有关,降温与减湿是同一冷却过程中的两方面。
后者只与温差有关,因为加热与加湿是独立的两个过程。
6.空调室内冷负荷与制冷系统冷负荷
任一时刻,房间得热量≥房间瞬时冷负荷(房间瞬时冷负荷之和的最大值即“室内冷负荷”)
室内冷负荷+新风冷负荷+其它热源形成得冷负荷=制冷系统冷负荷
讲解教材图2-1
练习:
将教材例2-1中“西安”改为“北京”,其余不变,再进行计算。
第3章全水系统(8学时)
1.全水系统及其末端装置(2学时)
2.热水采暖系统(3.5学时)
3.全水风机盘管系统(0.5学时)
1.全水系统及其末端装置
供热时,水——热媒
供冷时,水——冷冻水或冷媒
1)概述
组成:
冷(热)源,输送管道、供冷(热)设备(末端装置)
热水采暖系统:
即供热的全水系统
全水空调系统:
以全水风机盘管系统多见,既可用于夏季供冷,又可用于冬季供热。
若仅用于冬季供热,比热水采暖系统造价高。
2)全水系统的末端装置
散热器
暖风机
风机盘管
a)散热器
热工性能:
传热系数
辐射散热器(以辐射为主,有对成分)
散热器种类对流散热器(主要是对流)
柱型
铸铁散热器翼型
新型钢制散热器
钢制散热器光排管
铝合金散热器
塑料散热器
散热器的选择、布置:
从传热系数、工作压力、外形结构等方面选择。
沿外墙或外窗布置
散热器的选择计算:
已知采暖设计热负荷Q,查列等型散热器的传热系数k,则接(式3-2)计算所需传热面积A。
散热器接管方式P37图3-6
b)暖风机
由通风机、电动机和空气换热器组成,室内使用。
其余略讲。
C)风机盘管
风机盘管机组(Fancoilunit)简称“风机盘管”(FCU)
组成:
通风机(带电动机)、盘管(换热器)
结构形式:
立式、卧式、壁挂式、立柱式、卡式
安装方式:
明装、暗装及半明装。
命名:
《风机盘管机组》JBIT4283-91规定
FP-
进水方式左:
Z
安装方式右:
Y
结构型式
高档风量/100或名义风量,风量单位m3/h
基本数据:
风量系列12种:
250~250m3/h
制冷量:
1.4~13.3kW
供热量:
2.1~19.95kW
噪声:
约40dB(A)
风侧阻力:
10~40Pa
风侧阻力:
200~400Pa
功率:
30~300W
出风静压:
≤60Pa
水压能力(最大工作压力):
1.0~2.1Mpa
此外,显热制冷量、水流量等。
名义工况及其性能:
名义工况 P42
i
显热
制冷量
ohi
h0全热制冷量
FCU选择:
①型式。
②按夏季冷负荷来选择,校核冬季。
③对全热制冷量是和显热制冷量同时校核。
④设计工况为非名义时应进行工况换算。
⑤计算负荷应予以扩大后选型。
2.热水采暖系统
2.1热水采暖系统的分类与特点
重力(自然)循环系统图(P45)3-10讲解
按系统中水的循环动力机械循环系统
高温水系统:
tw≥100℃,工业建筑多用
按供水温度低温水系统:
tw<100℃,民用建筑多用
上供上回式:
多用管材,另设放水阀
上供下回式:
易排气,多用
按供回水方式下供上回式:
易排气。
下供下回式:
需设放气阀,多用
注:
“供”是对散热器等组成的采暖系统而言供应热媒,而并非对“热源”,具有“进”的含义。
“回”是回流热媒,也具有“出”的含义。
“上”是指各楼层散热器的最顶层处。
“下”是指各楼层散热器的最底层处。
垂直式{图3-13(a)}
按散热器的连接方式水平式{图3-13(b)}
单管系统(进出水管依次串联)
按连接散热器的管道数量双管系统(进出水管独立)
同程式:
各环路管路总长度基本相等
按并联环路水的流程水力易平衡
异程式:
各环路管路总长度不同
水力不易平衡
2.2热水采暖系统的作用压头
1)作用压头,热水采暖系统的循环动力,系统工作时用于克服流动阻力损失。
2)简单重力循环热水采暖系统的作用压头△Pg=gh(ρr-ρs)
(以图3-26说明)
供水密度
回水密度
冷却中心与加热中心高差
3)重力循环单管热水采暖系统的作用压头图3-27
△Pg=gh1(ρ1-ρs)+gh2(ρ2-ρs)
=gH1(ρ1-ρ2)+gH2(ρ2-ρs)(注意记忆方法)
引入:
水的密度差与温度差的比例常数β。
则上式△Pg=gH1(t2-t1)+gH2(ts-t2)=
式中:
h—为散热器间的垂直距离或第一层散热器与加热中心的垂直距离
H—各层散热器到锅炉或加热中心的垂直距离
引入,热流量^Q(W)及水流是^Mp(㎏/s)则
注:
重力循环双管系统,水平式系统的重力作用压头(自学)
4)机械循环热水采暖系统的作用压头。
△P=△Pp+△Pg,r
散热器冷却产生的重力压头,Pa
水泵提供的循环作用压头,Pa
2.3热水采暖系统的水力计算
三种情况:
(1)已知流量和总作用压头→确定各段管径
(2)已知流量和管径→确定系统压头
(3)已知流量和允许阻力损失→确定容量(新值)
方法:
(1)等温降水力计算方法
(2)不等温降水力计算方法
(1)等温降水力计算方法:
原理:
水流过各垂直主管(或水平系统的水平支路)的温降相等。
以异程式系统为例:
a)最不利环路的阻力损失:
局部阻力损失,Pa
管段长度,m
管段比摩阻,Pa
b)计算富裕压头值和富裕度
阻力损失,Pa
△=(△P-△H)/△P×100%≥10%
作用压头(可资利用的),Pa
富裕度
c)绘出最不利环路干线的压力和阻力变化图
图3-34
d)计算其它立管的阻力损失及并联管路的阻力损失不平衡率。
(2)不等温降水力计算方法
原理:
按并联管路阻力损失相等的原则分配流量。
比等温降方法能消除或减轻水力失调。
介绍P66图3-37计算例题
(3)全水风机盘管系统
1)水系统的型式
双管
三管:
冷热水供水管分开,共用回水管
四管:
垂直连接系统:
图3-42(a)
水平连接系统:
图3-42(b)
同程式
异程式
计算方法与热水采暖系统类似,供回水温差5℃左右。
管内流速1m/s以上。
2)FC系统的调节
水量调节:
温控电动二、三通阀
风量调节:
高、中、低或无级变速
第4章蒸汽系统(2学时)
1、蒸汽系统介绍
以图4-1为例,用汽(热)设备出口有:
疏水器、凝结水箱、凝结水泵。
目的是将回收的凝结水送回热力站或热源。
蒸汽系统的特点:
1、运行压力和对应的温度较高。
2、相变放热,单位质量流量的热媒散热量大。
且热媒平均温度为相应压力下的饱和温度。
3、凝结水存在着“二次汽化”现象,和“跑、冒、滴、漏”问题。
4、过热蒸汽系统压力变化比温度变化快,因此,不能采用改变热媒温度的质调节,只能采用间歇调节。
5、蒸汽系统的热惰性较小,供汽热得快,停汽冷得快。
2、蒸汽采暖系统
分类:
供汽压力高低高压蒸汽采暖系统P(表压)>0.07Mpa,工业用
低压蒸汽采暖系统P(表压)≤0.07Mpa,多用
真空蒸汽采暖系统P(绝对)<0.1Mpa,少用
立管数量单管
双管
凝结水回收方式重力回水
机械回水
凝结水是否通大气开式系统(通大气)
闭式系统(不通大气)
蒸汽干管位置上供式,多用
中供式
下供式
低压蒸汽采暖系统介绍,图4-2,重点是凝结水水管布置。
散热器中空气比低压蒸汽重,聚集在中下部。
·
设计要点:
(1)、散热器的蒸汽流量M(㎏/h):
。
(2)、蒸汽管路平均比摩阻:
式中:
——沿程阻力损失占总阻力损失的百分数,取
=60%
P——锅炉出口或用户入口为蒸汽表压力,Pa
2000—散热器入口预留蒸汽压力,Pa
—最不利蒸汽管的总长度,m
(3)、水平供汽管必须有足够的坡度,并尽可能使蒸汽和沿途凝结水同向流动,蒸汽干管坡度i≮0.002,支管坡度i≥0.01~0.02。
重力回水凝结水管坡度i≥0.005。
(4)、蒸汽采暖系统的最大流速不超过表4-3(教材P81)
(5)、重力回水凝结管管径的确定:
表P4-2
3、蒸汽在通风与空调系统中的应用
(1)、用于空气加热
(2)、用于空调热水的制取(汽—水换热器)
(3)、用蒸汽等温加湿空气
G2
t1t2
d1d2
i1i2
等温过程
(4)、用于以热制冷的机组的热源(如LiBr制冷机组)
4、蒸汽采暖系统专用设备(自学)
第5章辐射采暖与辐射供冷(2学时)
5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类
(1)定义:
依靠供热(冷)部件与围护结构内表面之间的辐射向房间供热(冷)的采暖(供冷)方式,称为辐射采暖(供冷)。
供热(冷)部件称之为“辐射板”。
(2)辐射板的分类
埋管式
整体式
风道式
贴附式:
供热多用
单体式:
供冷供热多用
悬挂式
吊棚式:
供热、供冷均用
5.2辐射采暖系统
(1)辐射采暖的特点
各房间围护结构内表面(包括供热部件表面)平均温度高于室内空气温度
ts,m>tr,人体舒适度增加。
沿房间高度方向温度均匀性提高(图5-8)
热媒:
热水(多用)、蒸汽、空气和电。
(2)热水辐射采暖系统
采暖辐射板的加热管:
图5-9、~5-14
(3)设计计算
a.辐射板的表面温度,参照俄罗斯标准:
对地面采暖辐射板
托儿所、幼儿园24℃
住宅24℃
厂房26℃
人员长期停留场所26℃
人员短期停留场所30℃
卫生间31℃
对顶面采暖辐射板
层高2.5~2.8m时28℃
2.9~3.0m时30℃
3.1~3.4m时33℃
3.5~6m时36℃
对墙面采暖辐射
离地面高度≤1m95℃
1~3.5m45℃
>3.5不规定
b.地面辐射板供热量
对于铝塑管采暖辐射板,可查附录5-3、5-4。
c.热水辐射采暖系统的管路系统设计要点
上供式单管
下供式双管
水流速不应小于0.25m/s。
5.3辐射供冷
多用:
顶面式辐射板——“冷却吊顶”或“冷却顶板”。
特点:
降低室内垂直温度梯度。
舒适感提高;但表面温度应高于室内空气露点温度。
。
故无除湿能力。
常与新风系统结合应用。
结构型式:
P106图5-20一体式、单元式、镶嵌式
水系统:
供水温度16℃左右,供回水温差2℃,与新风水系统分别布置,介绍图5-23。
第6章全空气系统与空气—水系统(10学时)
一、全空气系统(6学时)
1.1分类:
定风量系统(CAV---constantAirVolume)
按送风量是否恒定变风量系统(VAV---variableAirVolume)
直流式系统或全新风系统:
全新风
按所使用空气的来源封闭式系统或再循环式系统:
全回风
混合式系统或回风式系统:
新风+回风
1.2送风量和送风参数的确定
全空气系统的送风量即为空调房间的送风量
空调房间的热湿平衡模型
送风
`Ms(显热平衡:
MSCPts+`QC,S=`MSCP•tR)
hs湿热平衡:
`MSdS+`MW=MSdR
ds
ts
hR,dR,tR
则送风量:
定义房间空气处理过程的热湿比
:
设计过程中,已知R、
求S和MS。
方法是由
和选定的送风温差
来确定R(解释
与Ms的关系),
用h-d图表示夏季和冬季空调过程如何确定送风参数和送风量,
1.3空调系统新风量的确定
新风:
室外新鲜空气(Freshair)
新风量多少的利弊分析。
最小新风量的确定:
(1)满足人群对空气品质的要求。
(2)新定室内燃烧所耗空气和局部排风量。
(3)保护房间正压。
取MAX(
(1)、
(2)、(3))=Vmin,FA
在全空气系统中,还要使新风比(新风量/送风量)≥10%。
1.4定风量单风道空调系统
(1)全新风系统(直流式系统)
夏季过程为例。
过程表示方法:
冷却去湿
WLR
R
S·RW
=100%
`Qc`MwL(S)
AHU
WL全新风系统h-d图
(2)再循环系统(封闭式系统)
R·
冷却去湿
RLRL·
再循环式系统h-d图
(3)混合式系统(回风空调系统)
机器露点:
空气经冷却设备处理后的状态
风量平衡:
(略)
夏季工况h-d图:
(即一次回风空调系统图,此处略教材P115图6-5)(露点+再热或露点直接送风)
`Qc`Mw
排风`M`MR
`MR
新风
`MH/CHCCH/CSF`MS
过程能量平衡分析:
QO=Qh+Qw+Qc(夏季)
QH=QH1+QH2+QR+QW(冬季)
新风负荷
室内冬季负荷
再热量
预热量
过程文字符号表示,h-d图。
再热式系统的冷热抵消现象,多消耗了冷热量。
1.5空调系统的运行调节(2学时)
(1)室内温湿度调节
以采用表冷器的定风量单风道空调系统为例(具有“机器露点”,又称“露点调节”)调节风量
当室内负荷(余热量、余湿量)变化时,可以通过调节送风量
调节送风参数
来控制室内温湿度;变风量在后续章节讨论。
显冷负荷变化时,定露点调节加热量(ts调节)
而调节送风参数湿负荷变化时,变露点调节(ds调节)
如采用表冷器的再热式空调系统,当室内冷负荷。
Qc,。
Mw不变时的调节:
’
CW
R
S’100%
S(L)
设计工况,调节工况
↓
不变,
则定露点,增加再热量。
调节加热量的方法见P122,图6-14。
又如,采用表冷器的再热式空调系统,当室内冷负荷。
Qc不变,湿负荷。
Mw减小时的调节。
W
C
R
Sφ=100%
S’he
Lhs
L’
不变
,则机器露点L变为Lˊ,必要时还需调节加热量(此处为“减小”)。
调节机器露点需通过改变表器冷量实现,具体方法见P123图6-17。
(2)室外空气状态变化时的调节。
室外空气(新风)状态及季节变化,对系统的空气处过程和设备容量需求产生影响。
介绍单风道露点送风空气处理方案的分区(图6-18)及其调节方案(表6-2)
1.6定风量双风道空调系统(自学)
1.7变风量空调系统
原理:
改变送风量,适应室内负荷变化,维持室内温度(或湿度)。
送风量改变由“变风量末端机组(VAVTenrmindUnit)或变风量末端”完成。
VAV末端由室温相对湿度控制送风量,以维持室内温度(或湿度)。
以单风道系统送风点不变为例(P130图6-25)。
若。
Qc↘,。
Mw-,则ε↓。
因
,则。
Qc↘时,。
Ms↘,可维持tR-。
如下图,但ρR↗。
表现在。
Mw=。
Ms(dR-ds),当。
Ms↘时。
Mw-,故dR↗。
同理,当。
Mw↘,。
Qc-时,改变。
Ms(即↘),则可维持dR-变化。
若以相对湿度传感器来控制,则可能使ρR不变,但tR变化(且dR亦变化)
ε′
ε″εc
R
R′
R″
φ=100%
tsS
VAV末端节流型其中又分压力有关型(室温为控制目标)
旁通型压力无关型(风量为控制目标)
使用节流型VAV末端并对系统风机进行变转速(或入口导叶角度)调节,才能实现VAV系统的节能。
系统总送风量(即系统风机)控制策略定静压控制
变静压控制
直接风量控制
系统风量最小值通常为量大值的40~50%。
当系统风量变化时,要注意控制新风量,要保证不低于最小新风量。
1.8全空气系统中的空气处理机组(AHU)
卧式空调机组:
水平组合
组合式空调机组:
由各功能段组成立式空调机组:
垂直叠置
不带压缩机的整体式空调机组
简述各功能段:
空气过滤段、表冷器段(冷却盘管)、喷水室、空气加湿段、空气加热段、风机段、混合段、中间段等。
2、空气——水系统(4学时)
2.1风机盘管系统
以风机盘管+独立新风系统为代表W
2.1.1新风系统ε
(1)新风送风方式RC
送到F、C吸入端,少用,见右图L
与F、C出风并列送出室内,多用S
(2)新风处理终状态点
新风处理终状态点含湿量低于dR,承担室内湿负荷。
下图a
新风处理终状态焓为室内空气焓,不承担室内冷负荷。
下图b
根据εR和风机盘管平均显热比SHF确定是新风的处理状态点
εε
RW
WR
SMφ=100%C
φ=100%
CMhR
S
图a图b
重点介绍教材P140式(6-27)和例6-2、例6-3。
2.2诱导器系统(自学)
2.3空气——水辐射板系统(自学)
3、空调系统的自动控制(1学时)
重点介绍单风道定风量系统的控制系统(图6-43)
4、空调系统的选择与划分原则(自学)
第7章冷剂式空调系统(2学时)
1、空调机组的分类
单元柜式恒温恒湿空调机
结构外形窗式用途冷风机
分体式房间空调器
专用空调(如烟厂、机房、低温、净化等)
工作方式热泵式冷凝水冷式
单冷式介质风冷式
2、房间空调器、单元式空调机组、VRV系统(简单介绍)
3、水环热泵空调系统
用水环路将小型水源热泵机组(水/空气热泵)并联在一起,构成一个以回收建筑块内余热为主要特点的热泵供冷/暖的空调系统。
制冷
水源热泵制热四通换向阀:
组成水系统:
辅助设备(包括冷却塔,知热设备,蓄热装置等)
运行工况:
(a)夏季热泵制冷运行,冷却塔工作,使水温≤35℃。
P167图7-19(a)
(b)部分热泵制冷、部分制热热收支平衡时:
冷却塔,辅助热源均不工作
P167图7-19(b)(c)(d)热大于冷时:
冷却塔工作
水温13~32℃冷大于热时:
辅助热源工作
(c)冬季热泵制热:
辅助热源运行,使水温≥13℃
水系统:
同程、定压、排水/解水,排气、水处理、水泵及其附件。
辅助设备:
排热设备冷却塔
地下水、河湖水、土壤、空气等,注意应用外部能源。
加热设备
混合式水环热泵系统:
举例
第8章工业与民用建筑的通风(6学时)
1、工业与民用建筑中的污染物
气体
分类蒸气
粉尘:
100mm以下,悬浮于
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