暖通空调专业培训教材.docx

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暖通空调专业培训教材

暖通空调专业培训

一、空气调节的基本要求

1熟悉空调房间围护结构建筑热工要求，掌握舒适性空调和工艺性空调室空气参数的确定原则。

2了解空调冷（热）、湿负荷形成机理，掌握空调冷（热）、湿负荷以及热湿平衡、空气平衡计算。

3熟悉空气处理过程，掌握湿空气焓湿图的应用。

4熟悉常用空调系统的特点和设计方法。

5掌握常用气流组织型式的选择及其设计计算方法。

6熟悉常用空调设备的主要性能，掌握空调设备的选择计算方法。

7熟悉常用冷热源设备的主要性能，掌握冷热源设备的选择计算方法。

8掌握空调水系统的设计原则及计算方法。

9熟悉空调自动控制方法及运行调节。

10熟悉空调系统的节能技术和消声、隔振措施。

二、空气调节的主要容

1湿空气的物理性质及焓湿图

2室空气参数确定及建筑热工要求

3空气调节得热量及冷负荷计算

4空调系统（风系统）分类及特性

5空调冷热源设备

6空调水系统设计

7空调系统自动控制

8空调系统消声隔振

9空调系统运行节能

（一）湿空气的物理性质及焓湿图

1.1湿空气的物理性质

比焓（h）:

h=1.01t+d（2500+1.84t）kJ/kg干空气

或

h=（1.01+1.84d）t+2500dkJ/kg干空气

其中

（1.01+1.84d）t——显热

2500d——潜热

1.2空气的焓湿图

焓湿图可以直观的描述湿空气状态的变化过程，我国现在采用的焓湿图以焓为纵坐标，以含湿量为横坐标的h-d 斜角（135°）坐标图。

为了说明空气由一个状态变为另一个状态的热湿变化过程，在h-d图上还标有热湿比（角系数）ε线。

热湿比ε——湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即

ε=⊿h/⊿d/1000=±Q/±W/1000

1.3焓湿图的应用

湿空气的h-d图可以表示:

空气的状态和各状态参数——{t，d，φ，h，ts，tι，B，v，Pq}

湿空气状态的变化过程如下：

（二）室空气参数确定及建筑热工要求

2.1人体热平衡与热舒适

2.1.1人体热平衡方程式

人体靠摄取食物获得能量，食物在人体新代过程中被分解氧化，同时释放出能量。

如果人体温度与周围环境温度不同，那么人体也会直接从环境获得热量或向环境散发热量。

此外，人体不断地进行呼吸，皮肤表面不断地挥发水分或出汗，这些复杂的生理过程也伴随着与环境的能量交换。

用热平衡方程式来描述人与环境的热交换（Fanger方程）：

人体蓄热S=M–W–E–R–C

M--人体能量代（w/m2）

W—人体所作机械功

E—蒸发热损失

R—辐射热损失

C—对流热损失

（1）周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一。

气流速度大．提高了对流换热系数及湿交换系数，散热随之增强，加剧了人体的冷感。

（2）周围物体表面的温度决定了人体辐射散热的程度。

在同样的室空气参数条件下围护结构表面温度高．人体增加热感，表面温度低则会增加冷感。

（3）所以，人体冷热感与组成热环境因素有关：

⏹室空气温度；

⏹室空气相对湿度；

⏹人体附近的空气流速；

⏹围护结构表面及其他物体表面温度。

⏹此外，还与人的活动量、着衣和年龄有关。

2.1.2人体热舒适方程和PMV-PPD指标

（1）当人体与环境达到热平衡时，环境热变量及人体生理变量等众多参数如何组合才能使人感到热舒适。

（2）丹麦学者格尔教授40年前提出了包括上述所有主要变量在的热舒适方程式。

（3）人在某一热环境中要感到热舒适，条件是人与环境达到热平衡。

即，人体蓄热率S=0。

（4）格尔提出了表征人体热反应（冷热感）的评价指标（PMV一预期平均评价），PMV的分度指标如下。

热感觉热暖微暖适中微凉凉冷

PMV值+3+2+10-1-2-3

（5）用PMV指标预测热环境下人体的热反应。

由于人与人之间生理的差别，故可用预期不满意百分率（PPD）指标来表示对热环境不满意的百分数。

（6）PMV与PPD之间的关系可用图3.1-8表示。

在PMV=0处，PPD为5％。

这意味着，即使室环境为员佳热舒适状态，由于人们的生理差别，还有5％的人感到不满意。

IS07730对PMV-PPD指标的推荐值为：

PPD<10％，即PMV值在-0.5~+0.5之间，相当于在人群中允许有10％的人感觉不满意。

2.1.3.室空气设计参数

（1）空调的目的分为两种类型：

舒适性空调和工艺性空调。

a.舒适性空调的作用是维持室空气具有合适的状态，使室人员处于舒适状态，以保持良好的工作条件和生活条件。

舒适性空调的室空气设计参数根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规》（GB50019—2003）（简称《规》）的规定，舒适性空调室设计参数可按规中表3.1.3规定的数值选用，同时要兼顾《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）的规定。

室空气的污染浓度应满足暖规第3.1.8要求（符合国家现行的有关室空气质量、污染物浓度控制等卫生标准的要求）。

建筑物室人员所需最小新风量应符合：

民用建筑人员所需最小新风量按国家现行有关卫生标准却定；

工业建筑应保证每人不小于30m3/h的新风量。

直接点请看《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）中表3.0.2的要求。

b.工艺性空调的作用是满足生产工艺过程对空气状态的要求而进行。

工艺性空调的室设计参数

工艺性空调室温湿度基数及其允许被动围，应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件确定。

工艺性空调可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等。

恒温恒湿空调室空气的温、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％。

各室计算参数见《规》第3.1条的规定。

2.2空调房间围护结构建筑热工要求

2.2.1玻璃窗的太学特性

太阳辐射对建筑物的热作用有两种过程：

（1）对非透光的围护结构，太阳辐射作用在外表面温度升高，然后传到室。

在传热计算时以综合温度的方式考虑这一影响。

（2）对透光材料，太阳辐射作用到外表面时，一部分能量被反射回大气环境；一部分能量透过透光材料直接进入室，成为室得热量；另有一部分能量则在透过过程中被材料吸收，从而提高了材料自身的温度，然后再向室和室外散热，其中向室的散热也成为室得热量。

玻璃是最常见的一种透光材料。

窗玻璃有一个重要特性，就是波长较长的热辐射几乎不能透过玻璃。

波长大于4.5mm的热辐射几乎不能透过玻璃。

也有资料提出，温度低于120℃的物体产生的热辐射是不能透过玻璃的。

所谓“温室效应”。

2.2.2墙体的建筑热工特性

（1）.总传热阻R0、总传热系数K0=1/R0、热惰性指标D、总衰减倍数n0及总延迟时间x0、室空气到表面的衰减倍数n0及延迟时间x0，分别按公式计算。

2.2.3空调房间围护结构建筑热工要求

（1）空气调节房间围护结构的经济传热系数K值，应根据建筑物的用途和空气调节的类别，通过技术经济比较确定。

比较时应考虑室外温差、恒温精度、保温材料价格与导热系数、空调制冷系统投资与运行维护费用等因素，通常不应大于《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）中第4.2条所规定的数值。

（2）工艺性空气调节房间，当室温允许波动围小于或等于±0.5℃时，其围护结构的热惰性指标，不应小于《规》中6.1.6的规定。

（3）工艺性空调区的外墙、外墙朝向及其所在层次，应符合表规中6.1.7的要求。

（4）工艺性空调区，当室温允许波动围：

a大于±1.0℃时，外窗宜北向；

b等于±1.0℃时，不应有东、西向外窗；

c等于±0.5℃时，不宜有外窗，如有外窗，应北向。

（5）空调建筑的外窗面积不宜过大。

不同窗墙面积比的外窗，其传热系数宜符合《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）中第4.2条所规定的数值。

（6）外窗玻璃的遮阳系数，严寒地区宜大于0.80，非严寒地区宜小于0.65，或采用外遮阳措施。

（7）室温允许波动围大干或等于±1.0℃的空调区，部分窗扇应能开启。

以上这些均是《规》第6.1条的规定

（三）空气调节得热量及冷、热负荷与湿负荷计算

3.1室外空气计算参数

室外空气计算参数是指现行的《采暖通风与空气调节设计规》（GB50019-2003）中所规定的用于采暖通风与空调设计计算的室外气象参数。

《规》中规定的室外空气计算参数是按全年有少数时间不保证室温湿度标准而制定的。

若室温湿度必须全年保证时，需另行确定。

室外空气计算参数主要有：

3.1.1夏季空调室外计算干、湿球温度

a干球温度：

夏季空调室外计算干球温度取室外空气历年平均不保证50h的干球温度；

b湿球温度：

夏季空调室外计算湿球温度取室外空气历年平均不保证50h的湿球温度。

3.1.22.夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度

夏季计算经建筑围护结构传入室的热量时，应按不稳定传热过程计算。

必须已知夏季空调设计日的室外空气日平均温度和逐时温度。

逐时温度（tτ），按下式确定：

tτ＝to.m＋βΔtd（3-1）

式中to.m——夏季空调室外计算日平均温度，规规定取历年平

均不保证5天的日平均温度，℃；

β——室外空气温度逐时变化系数，按《规》确定；

Δtd——夏季空调室外计算平均日较差，℃，按下式计算：

Δtd＝（to.s-to.m）/0.52（3-2）

式中to.s——夏季空调室外计算干球温度，℃。

对非透光的围护结构，太阳辐射影响外表面温度，然后再通过围护结构影响到室，在传热计算时采用室外计算逐时综合温度，按下式计算：

tzs=tsh+rJ/aw（3-3）

室外计算日平均综合温度：

tzp=to.m+rJp/aw（3-4）

3.1.3冬季空调室外空气计算温度、相对湿度

冬季空调室外空气计算温度：

采用历年平均不保证1天的日平均温度；

空调室外空气计算相对湿度：

采用累年最冷月平均相对湿度。

3.1.4冬季采暖室外计算温度

冬季采暖室外计算温度：

取历年平均不保证5天的日平均温度

3.2得热量、热负荷、冷负荷与湿负荷

得热量：

某一时刻进入室的热量或室产生的热量。

冷负荷：

为了保持建筑物的热环境，在某一时刻需向房间供应的冷量，或自室取走的热量称为冷负荷；

热负荷：

补偿房间失热需向房间供应的热量称为热负荷；

湿负荷：

维持房间相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。

热负荷、冷负荷与湿负荷是暖通空调工程设计的基本依据，空调设备容量的大小主要取决于热负荷、冷负荷与湿负荷的大小。

热负荷、冷负荷与湿负荷的计算以室外气象参数和室要求保持的空气参数为依据。

得热量不一定等于冷负荷

3.2.1夏季计算得热量

1.通过围护结构传入的热量；

2.通过外窗进入的太阳辐射热量：

3.人体散热量；

4.照明散热量；

5.设备、器具、管道及其他部热源的散热量；

6.食品或物料的散热量；

7.渗透空气带入的热量；

8.伴随各种散湿过程产生的潜热量。

3.2.2夏季计算湿负荷

空气调节房间的夏季计算散湿量，主要包括以下各项：

1．人体散湿量；

2．渗透空气带入室的湿量；

3．化学反应过程的散湿量；

4．各种潮湿表面、液面或液流的散湿量；

5．食品或其他物料的散湿量；

6．设备散湿量；

7．通过围护结构的散湿量。

3.2.3冬季建筑的热负荷

（1）围护结构的耗热量

是围护结构的温差传热量、加热由于外门短时间开启侵人的冷空气的耗热量以及一部分太阳辐射热量的代数和。

a围护结构的基本耗热量

Qj＝AjKj（tR-t。

.w）a（3-5）

式中Qj——部分围护结构的基本耗热量，W；

Aj——部分围护结构的表面积，m2；

Kj——部分围护结构的传热系数，W／（m2·℃）；

tR——冬季室计算温度，℃；

t。

.w——冬季空调室外空气计算温度，℃；

a——围护结构的温差修正系数。

b围护结构附加耗热量

3.2.4夏季建筑围护结构的冷负荷

在我国暖通空调工程中，常采用冷负荷系数法计算空调冷负荷，它是建立在传递函数法的基础上，是一种简化计算方法。

冷负荷是指由于室外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室的热量形成的冷负荷。

⏹冷负荷系数法通过逐时冷负荷温度或冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。

当计算某建筑物空调冷负荷时，则可按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热公式即可算出经围护结构传入热量所形成的冷负荷和日射得热形成的冷负荷。

⏹逐时冷负荷温度可以根据某地的标准气象、室设计参数、不同的建筑结构等典型条件事先计算成表格查用。

对日射得热采用类似的冷负荷系数来简化计算。

（1）围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法

a外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷

在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

Qc（t）=AK（tc（t）－tR）（3-6）

式中Qc（t）——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；

A——外墙和屋面的面积，m2；

K——外墙和屋面的传热系数，W／（m2·℃）；

tR——室计算温度，℃；

tc（t）——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃。

l）设计手册中给出的各围护结构的冷负荷温度值都是以地区气象参数为依据计算出来的，因此，对于不同设计地点，应对tc（t）值进行修正，即应为

tc（t）+td

2）当外表面放热系数不同于18.6W／（m2·℃）时，应将（tc（t）+td）乘以修正值kα。

3）考虑到城市大气污染和中浅颜色的耐久性差，建议吸收系数一律采用ρ=0.9，即对tc（t）不加修正。

但如确有把握经久保持建筑围护结构表面的中、浅色时，则可将表中数值乘以吸收系数修正值kρ

综上所述，外墙和屋面的冷负荷计算温度为：

t’c（t）=（tc（t）+td）kαkρ（3-7）

则冷负荷计算式应改为：

Qc（t）=AK（t’c（t）－tR）（3-8）

对于室温允许波动围大于或等于±1.0℃的空调区，且非轻型外墙传热形成的冷负荷，可近似按下式计算：

Qc（t）=AK（tzp－tR）

式中tzp=to.m+rJp/aw

（2）围护结构冷负荷

当邻室为通风良好的非空调房间时，通过墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按公式（3-6）计算。

当邻室有一定的发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、窗、门等围护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作稳定传热，不随时间而变化，可按下式计算：

Qc（t）＝AiKi（to.m+Δta-tR）（3-9）

式中Ki——围护结构（如墙等）的传热系数，W/（m2℃）；

Ai——围护结构的面积，m2；

to.m——夏季空调室外计算日平均温度，℃；

Δta——附加温升，即办公室为0~2℃；邻室散热量小于23W/m2时为3℃；邻室散热量为23~116W/m2时为5℃；邻室散热量大于116W/m2,为7℃。

（3）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室外温差作用下，通过外玻璃窗瞬变传热引起冷负荷按下式计算：

Qc（t）＝AwKw（tc（t）-tR）（3-10）

式中Qc（t）——外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W；

Kw——外玻璃窗传热系数，W/（m2℃）；

Aw——窗口面积，m2；

tc（t）——外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，℃。

必须指出：

1）对Kw值要根据窗框等情况不同加以修正，修正值Cw查设计手册。

2）对tc（t）值要进行地点修正，修正值td可从设计手册中查得。

因此，式（3-10）相应变为；

Qc（t）＝CwAwKw（tc（t）+td-tR）（3-11）

3.2.5透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法

（1）日射得热因素的概念。

日照得热分为：

太阳辐射热qt和传热量qa一般采用对比计算方法，即以3mm的平板玻璃作为“标准玻璃”，在αi=8.7W/（m2K）和αo=18.6W/（m2K）条件下，得出7月份的日照得热量qt和qa。

Dj=qt+qa（3-12）

称Dj为日射得热因数。

经过大量统计，得出了适用于各地区的Dj.max。

考虑到在非标准玻璃情况下，以及不同窗类型和遮阳设施对得热的影响，可对日射得热因数加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数Cc.s,即

Cc.s＝CsCi（3-13）

式中Cs——窗玻璃的遮阳系数；

Ci——窗遮阳设施的遮阳系数。

透过玻璃窗进入室的日射得热逐时冷负荷Qc（t）按下式计算：

Qc（t）=CaAWCsCiDj.maxCLQ（3-14）

式中Aw——窗口面积，m2；

Ca——有效面积系数；

CLQ——窗玻璃冷负荷系数，无因次，由设计手册查得。

南北区划分的标准为：

建筑地点在北纬27o30’以南地区为南区，以北为北区。

3.2.6室热源散热引起的冷负荷

室热源散热主要指：

室工艺设备散热、照明散热和人体散热三部分。

室热源散热包括显热和潜热两部分。

潜热散热作为瞬时冷负荷，显热散热中以对流形式散出的热量成为瞬时冷负荷，而以辐射形式散出的热量则先被围护结构表面所吸收，然后再缓慢地逐渐散出，形成滞后冷负荷。

3.2.7设备散热形成的冷负荷

设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：

Qc（t）=QsCLQ（3-15）

式中Qc（t）——设备和用具显热形成的冷负荷，W；

Qs——设备和用具的实际显热散热量，W；

CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数。

如果空调系统不连续运行，则CLQ.=1.0。

设备和用具的实际显热散热量按下式计算：

a电动设备

当工艺设备及其电动机都放在室时：

Qs=1000nln2n3N／η（3-16）

当只有工艺设备在室，而电动机不在室时：

Qs=1000nln2n3N（3-17）

当工艺设备不在室，而只有电动机放在室时：

Qs=1000nln2n3N（1-η）／η（3-18）

式中N——电动设备的安装功率，kW；

η——电动机效率；

nl——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9，可用以反映安装功率的利用程度；

n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比，对精密机床可取0.15～0.40，对普通机床可取0.5左右；

式中n3——同时使用系数，定义为室电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.5～0.8。

b电热设备散热量

对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：

Qs=1000nln2n3n4N（3-19）

式中n4——考虑排风带走热量的系数，一般取0．5。

c电子设备

计算公式同（2－17），其中系数n2的值根据使用情况而定，对计算机可取1.0，一般仪表取0.5～0.9。

3.2.8照明散热形成的冷负荷

当电压一定时，室照明散热量是不随时间变化的稳定散热量，但是照明散热方式仍以对流与辐射两种方式进行散热，因此，照明散热形式的冷负荷计算仍采用相应的冷负荷系数。

根据照明灯具的类型和安装方式不同，其冷负荷计算式分别为：

白炽灯Qc（t）=1000NCLQ（3-20）

荧光灯Qc（t）=1000nln2NCLQ（3-21）

式中Qc（t）——灯具散热形成的冷负荷，W；

N——照明灯具所需功率，kW；

nl——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间时，取1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚时，可取1.0；

n2——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热于顶棚时，取0.5～0.6；而荧光灯罩无通风孔者取0.6～0.8；

CLQ——照明散热冷负荷系数。

3.2.9人体散热形成的冷负荷

•人体散热与性别、年龄。

衣着、劳动强度及周围环境条件（温、湿度等）等多种因素有关。

人体散发的潜热量和对流热直接形成瞬时冷负荷，而辐射散发的热量将会形成滞后冷负荷。

因此，应采用相应的冷负荷系数进行计算。

•为了设计计算方便，计算以成年男子散热量为计算基础。

而对于不同功能的建筑物中有各类人员（成年男子、女子、儿童等）不同的组成进行修正，为此，引人群集系数中，表2-12给出一些数据，可作参考。

•人体显热散热引起的冷负荷计算式为：

•Qc（t）=qsnφClQ（3-22）

•式中Qc（t）——人体显热散热形成的冷负荷，W；

•qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，查手册可得；

•

•n——室全部人数；

•φ——群集系数；

•ClQ——人体显热散热冷负荷系数。

•但应注意：

对于人员密集的场所（如电影院、剧院、会堂等），由于人体对围护结构和室物品的辐射换热量相应减少，可取ClQ=1.0。

•人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：

•Qc=qlnφW（3-23）

•式中Qc——人体潜热形成的冷负荷，W；

•ql——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，查手册可得；

•n——室全部人数；

•φ——群集系数。

3.2.10湿负荷与新风负荷

（1）湿负荷

湿负荷是指空调房间的湿源（人体散湿、敞开水池（槽）表面散湿、地面积水等）室的散湿量，也就是可维持室含湿量恒定需从房间除去的湿量。

a人体散湿量

人体散湿量可按下式计算：

mw＝0.278nφg*10-6（3-24）

式中mw——人体散湿量，kg／s；

g——成年男子的小时散湿量，g／h；

n——室全部人数；

φ——群集系数。

b敞开水表面散湿量

敞开水表面散湿量按下式计算：

mw＝0.278ωA*10-3（3-25）

式中mw——敞开水表面的散湿量，kg／s；

ω——单位水面蒸发量，kg／（m2h）；

A——蒸发表面面积，m2。

（2）空调系统中引入室外新鲜空气（简称新风）形成的冷负荷。

a夏季室外空气焓值和气温比室空气焓值和气温要高，空调系统夏季为处理新风势必要消耗冷量。

b冬季室外空气气温又比室空气温度低，室外空气比室空气含水量也少，空调系统冬季为处理新风势必要消耗热量和加湿量。

c空调工程中处理新风的能耗大致要占到总能耗的25％～30％，对于高级宾馆和办公建筑可高达40％。

d空调系统中新风量的大小要在满足空气品质的前提下，应尽量选用较小的必要的新风量。

e目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规、设计手册中规定（或推荐）的原则。

f夏季，空调新风冷负荷按下式计算

Qco=Mo（ho一hR）（3-26）

式中Qco——夏季新风冷负荷，kw；

Mo——新风量，kg／s；

ho——室外空气的