建筑環(huán)境控制與暖通空調(diào)

供暖通風(fēng) 與 空氣調(diào)節(jié) 2011.2. 第 一 章 建筑環(huán)境控制與暖通空調(diào) 康侍民 Email: 重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 本章基本要求 1. 暖通空調(diào)課程研究的主要內(nèi)容； 2.了解暖通專業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要特征和趨勢(shì)； 3.掌握室內(nèi)空氣環(huán)境控制技術(shù)的主要系統(tǒng)組成、作用和分類。 供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié) 第 一 章 4 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 一、意義 環(huán)境 周圍的情況。 如自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境。 建筑環(huán)境 建筑空間內(nèi)的狀況。 包括聲、光、熱、空氣等。 建筑環(huán)境控制 采用各種技術(shù)手段，在建筑空間內(nèi)營(yíng)造滿足某種需求的人工環(huán)境。 暖通空調(diào) 改善建筑內(nèi)部熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)的建筑環(huán)境控制與保障技術(shù)。 建筑環(huán)境控制工程的任務(wù)： 創(chuàng)建健康、舒適、能夠提高工作效率的 建筑環(huán)境，滿足人們生活、工作及其他活動(dòng)中對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的要求。 5 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 二、簡(jiǎn)史 發(fā)展歷史 近代西方： 15世紀(jì)末葉 第一臺(tái)通風(fēng)機(jī)。意大利達(dá) 芬奇 1673年 熱水采暖的雛形。英國(guó)工程師發(fā)明了熱水在管內(nèi)流動(dòng)加熱房間； 100年后 法國(guó)人把熱水采暖用于房間、英國(guó)把蒸汽采暖用于工廠和公共建筑； 1877年 美國(guó)紐約建成第一座區(qū)域鍋爐房，開始集中供熱。 6 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 1834年 用乙醚為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)誕生； 19世紀(jì)后半葉 歐美等工業(yè)國(guó)在紡織工業(yè)中開始應(yīng)用空調(diào)技術(shù)； 1904年 美國(guó)紐約斯托克斯交易所、德國(guó)一劇院建成空調(diào)系統(tǒng)； 1911年 美國(guó)開利博士發(fā)表濕空氣參數(shù)計(jì)算公式，而后形成了焓濕圖，使計(jì)算更為合理。 7 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 我國(guó)暖通空調(diào)的發(fā)展 1949年前 只有在大城市的高級(jí)建筑物中才有供暖系統(tǒng)或空調(diào)的應(yīng)用。 1931年 上海大光明影院是最早采用集中空調(diào)的建筑物。 20世紀(jì) 50年代 前蘇聯(lián)援建，帶入暖通空調(diào)技術(shù)，建立了采暖、通風(fēng)和制冷設(shè)備的制造廠。 50年代末 在全國(guó) 8所院校相繼設(shè)置 “ 供熱、供暖氣與通風(fēng) ” 專業(yè)。 8 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 6070年代 熱水供暖、城市集中供熱發(fā)展迅速； 電子工業(yè)促進(jìn)了潔凈空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展； 舒適性空調(diào)在一些高級(jí)賓館、會(huì)堂、體育館、劇場(chǎng)等公共建筑中開始采用。 1975年 頒布了 工業(yè)企業(yè)采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 。 20世紀(jì) 8090年代 發(fā)展最快的時(shí)期。 空調(diào)從以工業(yè)對(duì)象為主轉(zhuǎn)向民用，賓館、商場(chǎng)、娛樂、餐飲、辦公樓裝設(shè)空調(diào)已很普遍， 90年代后期，普通家庭一戶擁有數(shù)臺(tái)空調(diào)已不少見。 9 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 家用空調(diào)器銷量（ 19952000年）： 日本： 700890萬臺(tái) / 年； 美國(guó)： 280560萬臺(tái) / 年； 歐洲： 150160萬臺(tái) / 年； 中國(guó)： 4501050萬臺(tái) / 年。 10 1.1 建筑環(huán)境控制的意義與簡(jiǎn)史 發(fā)展特征 3個(gè)重要階段 ： 空調(diào)方式的變革 隨著戰(zhàn)后建筑業(yè)特別是高層建筑的發(fā)展而發(fā)展。 以節(jié)能為中心的研究開發(fā) 隨著 20世紀(jì) 70年代 “ 能源危機(jī) ” 的出現(xiàn)，暖通空調(diào)行業(yè)全面推進(jìn)了節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)。 節(jié)能、環(huán)保、健康、協(xié)調(diào)全面發(fā)展 以跨世紀(jì) “ 可持續(xù)發(fā)展 ” 觀為指導(dǎo)，在節(jié)能、環(huán)保、健康等方面協(xié)調(diào)發(fā)展。 11 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) “供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)工程” 簡(jiǎn)稱 “暖通空調(diào)”， 英文縮寫 “ HVAC”。 控制室內(nèi)熱環(huán)境，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要技術(shù)。 按功能作用不同，通常包括： 供暖（采暖） 用人工方法向室內(nèi)供給熱量，維持室內(nèi)一定的溫度。 通風(fēng) 利用室外空氣（新風(fēng)）來置換室內(nèi)空氣，以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。 空氣調(diào)節(jié)（空調(diào)） 調(diào)節(jié)控制室內(nèi)空氣的溫、濕度、風(fēng)速和潔凈度，并提供足夠量的新鮮空氣。 12 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 冷熱源及輸配系統(tǒng)： 供熱 向熱用戶供應(yīng)熱能的技術(shù)。 制冷 用人工方法從一物質(zhì)或空間移出熱量，以便為空氣調(diào)節(jié)、冷藏和科學(xué)研究等提供冷源的技術(shù)。 理論基礎(chǔ) ： 工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)。 研究對(duì)象： 系統(tǒng) 所謂 “系統(tǒng)” 指的是： 若干設(shè)備、構(gòu)件按一定功能、序列集合而成的總體。廣義上還包括受控的環(huán)境空間。 13 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 一、供暖（采暖）與供熱 供暖（采暖） 定義： 使室內(nèi)獲得熱量并保持一定溫度，以達(dá)到適宜的生活條件或工作條件的技術(shù)。 組成： 三個(gè)主要部分 ： 熱媒制備： 熱源 鍋爐房、熱電站 熱媒輸送： 管網(wǎng)輸送、水泵 熱媒利用： 散熱設(shè)備 散熱器（鑄鐵、鋼）、暖風(fēng)機(jī) 熱媒 水、蒸汽 水 14 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 供熱 定義： 向熱用戶供應(yīng)熱能的技術(shù)。 生產(chǎn)、輸配和應(yīng)用中、低品位熱能（ 300350 ）的工程技術(shù)。 組成： 三個(gè)主要部分構(gòu)成： 熱源、熱網(wǎng)、熱用戶。 應(yīng)用對(duì)象（即熱用戶）： 保證建筑物衛(wèi)生和舒適要求（供暖、通風(fēng)、空調(diào)、衛(wèi)生熱水）的用熱系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝用熱系統(tǒng)。 15 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 二、通風(fēng) 定義： 為改善生產(chǎn)和生活條件，采用自然或機(jī)械方法，對(duì)某一空間進(jìn)行換氣，以造成衛(wèi)生、安全等適宜空氣環(huán)境的技術(shù)。 作用： 提供人呼吸所需氧氣； 稀釋污染物和異味； 排除室內(nèi)污染物； 除去余熱余濕； 供給室內(nèi)設(shè)備燃燒所需空氣。 另外，在一定程度上改善空氣的溫濕度、維持空氣流動(dòng)速度。 16 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 組成： 動(dòng)力源： 風(fēng)機(jī)或自然狀況形成的風(fēng)壓、熱壓； 導(dǎo)流裝置： 進(jìn)、排風(fēng)或送風(fēng)裝置； 輸送設(shè)施： 風(fēng)道、風(fēng)管； 處理裝置： 主要是空氣凈化處理，如過濾器、除塵器等。 分類： 按動(dòng)力分：自然、機(jī)械； 按作用范圍：局部、全面； 17 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 按通風(fēng)對(duì)象分： 一般（換氣）通風(fēng) 需要提供大量新鮮空氣的場(chǎng)地； 需要排除污濁有害氣體的場(chǎng)所。 多用于民用建筑和一些輕度污染的工業(yè)廠房。 工業(yè)通風(fēng) 用于散發(fā)大量有害物（熱濕、粉塵及有毒有害氣體）的工業(yè)廠房，以達(dá)到改善勞動(dòng)條件、保護(hù)工人健康，維持生產(chǎn)正常運(yùn)行，防止大氣環(huán)境污染的目的。 18 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 事故通風(fēng) 迅速排除因事故或故障而突然散發(fā)出的大量有害或有爆炸性氣體的排風(fēng)系統(tǒng)。 消防通風(fēng) 為防止和減少建筑火災(zāi)危害，提供人員疏散、施救條件，保護(hù)人身安全所采取的送風(fēng)、排煙措施。 人防通風(fēng) 用于人民防空工程的通風(fēng)系統(tǒng)。需要考慮防毒、防輻射等特殊要求。 19 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 三、空氣調(diào)節(jié) 定義： 使房間或封閉空間的空氣溫度、濕度、潔凈度和氣流速度等參數(shù)，達(dá)到給定要求的技術(shù)。 組成： 空氣處理設(shè)備： 冷熱交換、濕交換設(shè)備、過濾器等； 輸送系統(tǒng)： 風(fēng)機(jī)、管道、閥門等； 空氣分配裝置： 風(fēng)口、散流器等； 調(diào)節(jié)控制部件： 各種手動(dòng)、自動(dòng)控制部件和檢測(cè)裝置。 20 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 分類： 按服務(wù)對(duì)象分 舒適性空調(diào)（一般空調(diào)） 以滿足人體舒適要求為目的，對(duì)溫、濕度精度控制要求不高。 工藝性空調(diào) 滿足生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)、手術(shù)等工作環(huán)境的要求。 主要有： 恒溫恒濕空調(diào) 需要嚴(yán)格控制溫度和相對(duì)濕度； 工業(yè)凈化空調(diào) 對(duì)空氣含塵量和塵粒大小有嚴(yán)格要求； 生物凈化空調(diào) 對(duì)空氣所含細(xì)菌數(shù)有限定。 21 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 按設(shè)備布置分 集中 式 所有空氣處理設(shè)備以及風(fēng)機(jī)都設(shè)在一個(gè)集中的空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)； 半集中式 冷、熱源集中在機(jī)房，空氣處理設(shè)備部分或全部設(shè)在被調(diào)房間； 分散（局部）式 冷、熱源和空氣處理、輸送設(shè)備（風(fēng)機(jī)）集中設(shè)在一個(gè)箱體內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)就是一組設(shè)備，根據(jù)需要，靈活分散地設(shè)置在空調(diào)房間內(nèi)，不需要機(jī)房。 22 1.2 建筑環(huán)境控制技術(shù) 按介質(zhì)種類分 全空氣系統(tǒng) 全水系統(tǒng) 空氣 水系統(tǒng) 冷劑系統(tǒng) 按空氣來源分 封閉式 處理室內(nèi)循環(huán)空氣，沒有新風(fēng)補(bǔ)充。 直流式 全部新風(fēng)。應(yīng)用于有毒、有害物散發(fā)，不允許采用回風(fēng)的場(chǎng)所。 混合式 一部分循環(huán)風(fēng)，一部分新風(fēng)。 23 1.3 建筑環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 圍繞兩大主題： 提高環(huán)境控制質(zhì)量 從創(chuàng)建適宜的溫濕度環(huán)境向舒適、健康、環(huán)保，全面提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展； 爭(zhēng)取可持續(xù)發(fā)展 基于“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略，降低能源消耗，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。 24 1.3 建筑環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 一、合理用能、降低能耗 提高能源利用效率，開發(fā)利用新能源和各種可再生能源 自然通風(fēng)降溫、太陽能供熱；地?zé)崮?、水能、風(fēng)能、核能、化學(xué)能、生物能開發(fā)應(yīng)用。 推廣、改進(jìn)各種節(jié)能技術(shù)，降低能源消耗 變風(fēng)量、變水量技術(shù)的應(yīng)用、熱管技術(shù)、熱泵技術(shù)（包括空氣源、水源、地源等）、蒸發(fā)冷卻、全熱交換器余熱回收。 25 1.3 建筑環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 合理利用現(xiàn)有能源 實(shí)現(xiàn)冷、熱源多元化用能，電力、燃?xì)?、煤并用，電力與自然能源并用，發(fā)展熱、電聯(lián)供，擴(kuò)大燃?xì)夤┠芊秶?，開展區(qū)域供熱、供冷。 調(diào)整用電高峰，利用分時(shí)電價(jià)差，采用蓄冷技術(shù)，利用夜間廉價(jià)電力制冷儲(chǔ)存至白天用電高峰期使用。 26 1.3 建筑環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 二、開發(fā)新型設(shè)備和系統(tǒng) 設(shè)備開發(fā)和系統(tǒng)控制 引入 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù) ； 應(yīng)用 高效傳熱、變頻調(diào)速技術(shù) ，改善設(shè)備的 能量轉(zhuǎn)換性能，尤其是提高 部分負(fù)荷下的運(yùn)轉(zhuǎn)性能 ； 設(shè)備向 機(jī)組化、多功能、智能型和環(huán)保型 方向發(fā)展； 各種新型、高效能的 控制、調(diào)節(jié)元器件 的應(yīng)用不斷增加； 各種新型暖通空調(diào) 系統(tǒng)和技術(shù) 不斷涌現(xiàn)。（如地板輻射供暖、冷頂板、置換通風(fēng)系統(tǒng)等） 27 1.3 建筑環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 三、創(chuàng)立新的設(shè)計(jì)觀念和方法 整體系統(tǒng)化 、 可持續(xù)性與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 、 性能化設(shè)計(jì) 概念開始出現(xiàn)并逐漸完善； 設(shè)計(jì)理念由單純地提供適宜的溫濕度環(huán)境向創(chuàng)建 舒適、健康、環(huán)保，高品質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量 的建筑環(huán)境轉(zhuǎn)變； 暖通專業(yè)設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)輔助繪圖（ CAD）向 一體化軟件開發(fā) 、 智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 、 最優(yōu)化分析 方向發(fā)展； 計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使 計(jì)算流體力學(xué)（ 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