空氣調(diào)節(jié)理論基礎(chǔ)知識

引言

第一章濕空氣的物理性質(zhì)及其焰濕圖

空氣調(diào)節(jié)（AirConditioning）

?空氣調(diào)節(jié)的任務(wù)：采用技術(shù)手段，創(chuàng)造和滿足一定要求的空氣環(huán)境。

?一定要求的空氣環(huán)境：一般是指在某一特定空間內(nèi)對其

空氣溫度~~通過加溫、降溫，調(diào)節(jié)空氣的溫度

空氣濕度~~通過加濕或減濕，調(diào)節(jié)空氣的濕度

空氣清潔度一通過凈化處理，使空氣具有一定的潔凈程度

空氣流動速度——使空氣具有一定的流動速度

（簡稱“四度”）進行調(diào)節(jié)，達到并保持滿足人體舒適和工藝過程的要求。

?更高要求的空氣環(huán)境：除上述之外，有時還需對空氣的壓力、成分、氣味和噪聲等進行調(diào)節(jié)和

控制。

關(guān)于工程熱力學(xué)的幾個基本概念：

1.理想氣體與實際氣體

理想氣體一是一種實際上不存在的氣體。就是假定該氣體分子是些彈性的、不占據(jù)空間的質(zhì)

點，分子相互之間沒有作用力。

實際氣體一理想氣體實質(zhì)上是實際氣體在壓力趨近于零（P-0），比容趨近于無窮大（U-

8）時的極限狀態(tài)。

2.濕空氣與干空氣

濕空氣——是指含有水蒸汽的空氣，它是干空氣和水蒸汽的混合物。存在于大氣中的水蒸汽，

由于其分壓力通常很小，并大都處于過熱狀態(tài)，比熱容m大，因此濕空氣可按理想

氣體處理。

干空氣——干空氣是指完全不含有水蒸汽的空氣。在熱力學(xué)中，常溫常壓下（空調(diào)屬于此范

疇）的干空氣可認為是理想氣體。

3.絕熱過程

是狀態(tài)變化的任何一段微元過程中工質(zhì)與外界都不發(fā)生熱量交換的過程，即過程中每一瞬間都

有

dq=O

整個過程與外界交換的熱量當(dāng)然亦為零

q=0

關(guān)于傳熱學(xué)的幾個基本概念：

1.質(zhì)交換

傳質(zhì)是在一個多組分的系統(tǒng)中進行的。物質(zhì)的分子總是處在不規(guī)則的熱運動中，在有物質(zhì)組成

的二元混合物中，如果存在濃度差，由于分子的隨機性，物質(zhì)的分子會從濃度高處向濃度低處

遷移，這種遷移稱為濃度擴散或簡稱擴散，并通過擴散產(chǎn)生質(zhì)交換。

2.產(chǎn)生質(zhì)交換的動力

濃度差是產(chǎn)生質(zhì)交換的動力，

溫度差是傳熱的動力，

壓力差導(dǎo)致壓力擴散。

在沒有濃度差的二元體系(即均勻混介物)中，如果各處存在溫度差或總壓力差，就會產(chǎn)生熱

擴散或壓力擴散，擴散的結(jié)果會導(dǎo)致濃度變化并引起濃度擴散。

3.質(zhì)交換的兩種基本方式

分子擴散在靜止的流體或垂直于濃度梯度方向作層流運動的流體以及固體中的擴散是由微

觀分子運動所引起的，即為，它的機理類似于導(dǎo)熱。

紊流擴散一在流體中由于紊流脈動(對流運動)引起的物質(zhì)傳遞，即為，它比分子擴散傳質(zhì)

要強烈得多。

4.質(zhì)交換的分析方法

質(zhì)交換、熱交換及動量交換三者在機理上是類似的，所以在分析質(zhì)量交換的方法上也和熱量交

換及動量交換具有相同之處。

第一節(jié)濕空氣的物理性質(zhì)

1.濕空氣的物理性質(zhì)

濕空氣由干空氣和水蒸汽組成，遵循理想氣體的變化規(guī)律。

2.濕空氣的狀態(tài)參數(shù)

主要狀態(tài)參數(shù)一｛大氣壓力5,溫度t,相對濕度0,含濕量d焰力

(1)壓力P——大氣壓力B,B=Pg+Pq(Pa)

水蒸汽分壓力Pq

飽和水蒸汽分壓力Pq力

干空氣的分壓力Pg

要點：

?水蒸汽分壓力的大小直接反映了水蒸氣的含量的多少；

?在一定溫度下，空氣中的水蒸汽含量越多，空氣就越潮濕，水蒸汽分壓力也越大；

?濕空氣中的水蒸汽含量達到最大限度時，多余的水蒸汽就會凝結(jié)成水從空氣中析出；

?飽和水蒸汽分壓力Pq,b是溫度的單值函數(shù)，也即Pq,b值僅取決于溫度，溫度越高，

尸效值越大。

⑵溫度T

絕對溫標T(K)

攝氏溫標t(℃)

華氏溫標t(°F)

(3)濕空氣的密度P

濕空氣的密度等于干空氣的密度與水蒸汽的密度之和，即

=Pg/^gT+PqRM

=0.003484B/T-0.0013W7(kg/m3)

要點:

?濕空氣的密度取決于自值的大小，它隨水蒸汽分壓力閥的升高而降低。由于均值

相對于出值而言數(shù)值較小，濕空氣比干空氣輕；

?空氣越潮濕，水蒸汽含量越大，則空氣密度越小，大氣壓力5也越低。陰雨天氣大氣

壓力3比晴天低；

?溫度￡越高，則空氣密度越小，大氣壓力5也越低。同一地區(qū)夏天比冬天大氣壓力5

低。

(4)濕度一含濕量d,在濕空氣中與1kg干空氣同時并存的水蒸汽量。

d=0.622Pq/(B-Pq)(kg/1^干)

=622Pq/(B-Pq)(g/kg干)

飽和含濕量d”空氣中水蒸汽量已達到最大限度，不再有吸濕能力，即不能再接

納水汽。

相對濕度0,空氣中水蒸汽分壓力4和同溫度下飽和水蒸汽分壓力之比。

8PqlPq,bX100%

要點：

?當(dāng)大氣壓力B一定時，水蒸汽分壓力Pq只取決于含濕量do含濕量d隨水蒸汽分壓

力%的升高增大，反之亦然。

?當(dāng)含濕量d一定時，水蒸汽分壓力坨隨大氣壓力8的增加而上升，反之亦然。

?含濕量d能確切反映空氣中含的水蒸汽量的多少，但不能反映空氣的吸濕能力，不能

表示濕空氣接近飽和的程度。

?相對濕度。能反映濕空氣中水蒸汽含量接近飽和的程度，但不能表示水蒸汽的含量。

?。值小，表示空氣離飽和程度遠，空氣較為干燥，吸收水蒸汽能力強；。值大，表示

空氣更接近飽和程度，空氣較為潮濕，吸收水蒸汽能力弱。

(5)濕空氣的焰i一指每1kg干空氣的焰和dkg水蒸汽的焰。兩者的總和。

i=ig+diq

=(1.01+1.84c0t+2500J(kj/kg干)

要點：

?濕空氣的焰i隨溫度t和含濕量d的升高而加大，隨其降低而減小。

(6)空氣的露點溫度九一在含濕量d不變的條件下，濕空氣達到飽和時的溫度。它只取決

于空氣的含濕量d,含濕量d不變時，人也為定值。

要點:

?濕空氣的露點溫度上是判斷空氣結(jié)露的判據(jù)。

濕空氣的狀態(tài)參數(shù)有：

｛B,t,d,(P,i｝和｛尸他db，Pq,t,,te)

當(dāng)5=const時，(f,Pq,b,n)互為相關(guān)，

另外，(d,Pq,t)互為相關(guān)，

G,ts)互為相關(guān)。

濕空氣的主要狀態(tài)參數(shù)一｛大氣壓力B,溫度右相對濕度含濕量&焰力

第二節(jié)濕空氣的焰濕圖

熔濕圖可以直觀的描述濕空氣狀態(tài)的變化過程。我國現(xiàn)在采用的焰濕圖以焰為縱坐標，以含濕量

為橫坐標的戶d斜角坐標圖。

為了說明空氣由一個狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)的熱濕變化過程，在公d圖上還標有熱濕比￡線。

熱濕比￡—濕空氣的焰變化與含濕量變化之比，即

￡=△[/△*(iB-iA)/(drd*)=±Q/土/

￡=/〃/砂1000=(iB-i*)/(ck-&)/1000±0/±ri000

要點:

?焰i的單位為kj/kg干，含濕量的單位為kg/(kg干)或g/(kg干)，

?熱量Q的單位為kj/h,濕量”的單位為kg/h,

?熱濕比￡有正有負，并代表濕空氣狀態(tài)變化的方向。

?Rd圖可以表示的參數(shù)有

{B,t,d,①，i,Pq,ts,t,,Pq,b,db}

第三節(jié)濕球溫度與露點溫度

熱力學(xué)濕球溫度如

(1)定義一在定壓絕熱條件下，空氣與水直接接觸達到穩(wěn)定熱濕平衡時的絕熱飽和溫度。

(2)熱濕交換機理一在絕熱加濕過程中，水分蒸發(fā)所需的熱量全部取自空氣，空氣失掉顯熱

后，溫度/下降，焰i值減少；而空氣得到水蒸汽帶來汽化潛熱和液體熱

后，總的熔，?值增加，且相對濕度0增大達到飽和。

(3)要點

在小室內(nèi)空氣狀態(tài)的變化過程是水溫的單值函數(shù)，空氣達到飽和時的空氣溫度即等于水溫

度。

￡=(i2-i.)/[(廿d,)/1000]=i,=4.19t.

絕熱飽和溫度ts完全取決于進口濕空氣及水的狀態(tài)和總量，它是濕空氣的一個狀態(tài)參數(shù)。

干濕球溫度計：

(1)構(gòu)造一千球溫度計是一般的溫度計，濕球溫度計頭部被尾端浸入水中的吸液芯包裹。

(2)原理一當(dāng)空氣流過時，大量的不飽和空氣流過濕布時;濕布表面的水分就要蒸發(fā)，并擴散

到空氣中去；同時空氣的熱量也傳遞到濕布表面，達到穩(wěn)定后，水銀溫度計所指示

的溫度即為空氣的濕球溫度。

水蒸汽分壓力Pq與濕球溫度ts的關(guān)系

Pq=Pq,b-A(t-ts)B

A=a/(r￡xl01325)

=(65+6.75/v)xl0^

干濕球溫度計讀數(shù)差值的大小，間接地反映了空氣相對濕度的狀況。

(3)要點

?緊靠近濕布表面的飽和空氣的焰就等于遠離濕布來流的空氣的焰，即濕布表面進行

熱、質(zhì)交換過程中，熔值不變；

?濕空氣的焰是濕球溫度的單一函數(shù)；

?當(dāng)氣流速度在570m/s范圍內(nèi),流速對濕球溫度值影響很??；

?在空調(diào)溫度范圍內(nèi)可視作濕球溫度與絕熱飽和濕球溫度ts數(shù)值相等。

?M圖上，在工程計算中，可近視認為等熔線即為等濕球溫度線。

露點溫度f,

第四節(jié)焰濕圖的應(yīng)用

濕空氣的以圖可以表示

空氣的狀態(tài)和各狀態(tài)參數(shù)——{B,t,d,d>,i,Pq,ts,t,,Pq,b,db}；

濕空氣狀態(tài)的變化過程；

求得兩種或多種濕空氣的混合狀態(tài)。

CB(ic-1B)(de-de)GA

AC(iA-ic)(Mde)GB

第二章空調(diào)負荷計算與送風(fēng)量

關(guān)于空調(diào)負荷的幾個基本概念

得熱(濕)量一在室內(nèi)外熱、濕擾量作用下，某一時刻進入一個恒溫恒濕房間內(nèi)的總熱(濕)

量。

耗熱量——從空調(diào)房間散失出去的熱量即為。

冷負荷一在某一時刻為保持房間恒溫恒濕，需向房間供應(yīng)的冷量即為。

熱負荷——為補償房間失熱而需向房間供應(yīng)的熱量。

濕負荷——為維持室內(nèi)相對濕度所需由房間除去或增加的濕量即為。

第一節(jié)室內(nèi)外空氣計算參數(shù)

室外空氣計算參數(shù)和室內(nèi)溫濕度標準是空調(diào)房間冷（熱）、濕負荷計算的依據(jù)。

空調(diào)房間的室內(nèi)溫度、濕度的要求，用兩組指標來反映，

空調(diào)溫度力=空調(diào)溫度基數(shù)+空調(diào)精度（室內(nèi)溫度允許波動范圍）

相對濕度0“=相對濕度基數(shù)+空調(diào)精度（相對濕度允許波動范圍）

室內(nèi)溫、濕度設(shè)計標準的確定依據(jù)：

對于舒適性空調(diào)，主要從人體的舒適感來考慮，一般不提空調(diào)精度的要求；

對于工藝性空調(diào)，要考慮滿足工藝過程對溫、濕度基數(shù)和空調(diào)精度的特殊要求，同時兼顧人體的

衛(wèi)生要求。

人體的熱平衡和舒適感

人體的舒適狀態(tài)是由許多因數(shù)決定的，其中和熱感覺有關(guān)的有：

室內(nèi)空氣溫度%及其在空間的分布和隨時間的變化；

室內(nèi)空氣的相對濕度①”;

人體附近的氣流速度V；

圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及其它物體表面的溫度；

人體的溫度、散熱及體溫調(diào)節(jié)；

衣服的保溫性能及透氣性。

人體熱平衡

S=M-W-E-R-C（Wm2）

S=0,人體狀態(tài)正常，體溫為36.5C,

S〉0,人體狀態(tài)不正常，體溫上升，高于36.5C,

5<0,人體狀態(tài)不正常，體溫下降，低于36.5C。

室內(nèi)空氣狀態(tài)變化與人體冷熱感的變化關(guān)系

tn上升，人體對流熱C減少---熱感；

R增大,Pqb增大,人體汗液等蒸發(fā)熱E減少一熱感；

圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和周圍物體表面溫度上升，人體輻射散熱R減少一熱感；

圖下降，人體對流熱C增大——冷感；

周圍空氣流速增大，人體對流熱C增大，人體水分蒸發(fā)熱￡增大——冷感。

有效溫度圖和舒適區(qū)

新有效溫度ET7effedivetempertun!）―通過溫度、濕度及氣流速度3個要素的組合，表示人體感覺

的特別溫度。

等效溫度線一一在等效溫度線上各個點所表示的空氣狀態(tài)的實際干球溫度、相對濕度不相同，但

各點空氣狀態(tài)給人體的冷熱感相同。

美國供暖、制冷、空調(diào)工程師學(xué)會（ASHRAE）推薦的舒適標準5星74

ET*=225*~25*,

f,產(chǎn)22~27℃0〃=20%~70%

室內(nèi)熱環(huán)境的評價指標PMV-PPD

PMV-PPD綜合考慮了人體活動情況、著衣情況、空氣溫度、濕度、流速、平均輻射溫度等6各因

素。

PMV（PredictedMeanVote預(yù)期平均評價）——代表了對同一環(huán)境絕大多數(shù)人的冷熱感覺，可用

PMV指標來表示對熱環(huán)境下人體的熱反應(yīng)。PMV值-3~+3

根據(jù)人體熱平衡的原理，

人體產(chǎn)熱-對外作功消耗-體表擴散失熱-汗液蒸發(fā)失熱-呼吸的顯熱和潛熱交換

=通過衣服的換熱

宅熱環(huán)境內(nèi)通過對流和輻射的換熱

確定PMV的數(shù)學(xué)分析式。

PPD（PredictedPercentageofDissatisfied預(yù)期不滿意百分率）---表示對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)，

這是考慮人與人之間生理的差別。PPD值2100%

利用概率分析法確定PMV-PPD之間的關(guān)系。

舒適性空調(diào)的室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)（做成表格形式）

季節(jié)agrc相對濕度4工作區(qū)風(fēng)速/（m/s）

夏季24-2840-60W0.3

冬季18-22一般建筑可不做規(guī)定，高級建筑〉35WO.2

工藝性空調(diào)有

一般降溫性空調(diào)、恒溫恒濕空調(diào)和凈化空調(diào)。

室外空氣計算參數(shù)

室外空氣溫、濕度變化規(guī)律

室外空氣的干、濕球溫度隨季節(jié)、晝夜、時刻變化；

空氣的相對濕度0取決于空氣干球溫度f和含濕量d：

若視一晝夜含濕量不變，相對濕度。的變化規(guī)律與干球溫度f變化規(guī)律相反。

室外空氣計算參數(shù)的確定：

設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計參數(shù)是按全年少數(shù)時間不保證室內(nèi)溫濕度標準而制定的。

夏季空調(diào)室外計算干球溫度一采用歷年平均不保證5（）h的干球溫度；

夏季空調(diào)室外計算濕球溫度白一采用歷年平均不保證50h的濕球溫度；

夏季空調(diào)室外計算日平均溫度twp一采用歷年平均不保證5天的日平均溫度;

冬季空調(diào)室外計算溫度一采用歷年平均不保證1天的日平均溫度；

冬季空調(diào)室外計算相對濕度M一采用累年最冷月平均相對濕度。

第二節(jié)太陽輻射熱對建筑物的熱作用

夏季空調(diào)室外計算逐時溫度加，——室外逐時氣溫值受日照影響呈周期性變化，同時受到一系列

隨機因素的影響。

m

，=A+Z4cos(0〃r-<Z>?)(℃)

n=l

工程近似式tWyr=tw,p+(Qg-tw,p)cos(15r-225)(℃)

室外空氣綜合溫度&一它相當(dāng)于將室外空氣溫度加提高了一個由太陽輻射引起的附加值(0〃

Ow)，并非實際存在的空氣溫度。

tz=tw^Pl/aw-eJR/aw(℃)

第四節(jié)通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量及其形成的冷負荷

得熱量、冷負荷、制冷量三者的關(guān)系

得熱量(HeatGain)——某時刻由室外和室內(nèi)熱源進入房間的熱量的總和。

來自室外部分：室內(nèi)外溫差傳熱、太陽輻射進入熱；

來自室內(nèi)部分：室內(nèi)照明、人體、設(shè)備散熱。

得熱量按隨時間變化，可分為穩(wěn)定得熱和瞬時得熱；

得熱量按性質(zhì)不同，可分為顯熱(對流熱和輻射熱)和潛熱。

得濕量——主要為人體散濕和工藝過程與工藝設(shè)備散發(fā)出來的濕量。

冷負荷(CoolingLoad)——為了連續(xù)保持室溫恒定，在某時刻需向房間供應(yīng)的冷量，或需從室內(nèi)

排除的熱量。

內(nèi)容要點：

任一時刻房間瞬時得熱量的總和不一定等于同一時刻的瞬時冷負荷;

瞬時得熱負荷中的潛熱和顯熱得熱中的對流成分直接進入房間空氣中，并立即構(gòu)成瞬時冷負荷；

顯熱得熱中的輻射成分被將先蓄存到具有蓄熱性能的圍護結(jié)構(gòu)和家具等室內(nèi)物體表面上，不能立

即成為冷負荷；

空調(diào)室內(nèi)的得熱量一般總是高于冷負荷，除非圍護結(jié)構(gòu)和家具完全沒有蓄熱能力時.，得熱量等于

冷負荷。

得熱量轉(zhuǎn)化為冷負荷過程中，存在衰減和延遲現(xiàn)象。

實際冷負荷的峰值比太陽輻射熱的峰值低，出現(xiàn)的時間也遲于太陽輻射熱的峰值；

圍護結(jié)構(gòu)和家具的蓄熱能力越強，冷負荷衰減越大，冷負荷峰值越低，延遲時間也越長；

重型結(jié)構(gòu)的蓄熱能力比輕型結(jié)構(gòu)蓄熱能力大得多。

制冷量-----座建筑物空調(diào)系統(tǒng)的制冷量，為以下各種因素形成的冷負荷之和，

建筑物的計算冷負荷；

新風(fēng)計算冷負荷；

送風(fēng)機的溫升；

送風(fēng)管道系統(tǒng)的溫升；

水系統(tǒng)（水管、水泵和水箱等）的熱損失；

供冷設(shè)備的效率等引起的附加冷負荷：

它們構(gòu)成了該建筑物制冷機總?cè)萘?，這一制冷機的總裝機容量稱為“制冷量”。

空調(diào)房間冷負荷（建筑物的計算冷負荷）的構(gòu)成因素

外墻和屋面溫差構(gòu)成傳熱的冷負荷：

外窗溫差傳熱的冷負荷；

外窗太陽輻射的冷負荷；

內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)傳熱的冷負荷；

人體散熱的冷負荷；

照明散熱的冷負荷；

設(shè)備散熱的冷負荷：

食物散熱的冷負荷；

散濕形成的潛熱冷負荷；

空氣滲透帶入室內(nèi)的冷負荷。

空調(diào)房間的冷負荷計算方法

（-）空調(diào)室內(nèi)夏季冷負荷

夏季計算經(jīng)圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量時，應(yīng)按照不穩(wěn)定傳熱過程計算；

空調(diào)負荷計算步驟：

a.在計算空調(diào)負荷時，必須考慮圍護結(jié)構(gòu)的吸熱、蓄熱和放熱過程，不同性質(zhì)的得熱量形成的室

內(nèi)逐時冷負荷是不同步的；

b.在確定房間逐時冷負荷時，必須按不同性質(zhì)的得熱分別計算，然后取逐時各冷負荷分量之和。

空調(diào)冷負荷計算方法

20世紀4)年代美國學(xué)者提出了當(dāng)量溫差法和20世紀50年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出的諧波分解法

計算通過圍護結(jié)構(gòu)的負荷，沒有將得熱量和冷負荷區(qū)分考慮，導(dǎo)致空調(diào)冷負荷量偏大；

20世紀60年代加拿大的學(xué)者提出了反應(yīng)系數(shù)法~把得熱量和冷負荷區(qū)別計算；

20世紀70年代同加拿大學(xué)者乂提出了Z傳遞函數(shù)法一反應(yīng)系數(shù)法的改進型；

進而同加拿大學(xué)者還提出了冷負荷系數(shù)法一適于手算。

20世紀80年代我國學(xué)者提出了諧波反應(yīng)法和冷負荷系數(shù)法。

諧波反應(yīng)法

基本思路一室外空氣綜合溫度呈周期性波動，使得通過圍護結(jié)構(gòu)的熱流從外表面逐層地跟

著波動，這種波幅是由外向內(nèi)逐漸衰減和延遲的。

室內(nèi)得熱量中的對流部分，直接轉(zhuǎn)變?yōu)槭覂?nèi)冷負荷；

室內(nèi)得熱量中的輻射部分，經(jīng)室內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)等的吸熱一~放熱反應(yīng)以后再

形成室內(nèi)冷負荷。相對于輻射得熱量，該冷負荷有衰減和延遲。

幾個名詞解釋：

傳熱衰減度v——圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)綜合溫度的波幅與內(nèi)表面波幅的比值；

傳熱延遲時間￡——內(nèi)表面溫度波對外側(cè)綜合溫度的相應(yīng)滯后；

放熱衰減度口——進入房間的輻射得熱與室內(nèi)冷負荷波幅的比值；

放熱延遲屋——室內(nèi)冷負荷對輻射得熱的相應(yīng)滯后。

(插入空調(diào)圖247,p36)

1)通過墻體、屋頂?shù)牡脽崃考捌湫纬傻睦湄摵?/p>

綜合溫度作用下經(jīng)圍護結(jié)構(gòu)傳入熱量

m

tw,「=A+E4cos(%r-?)(℃)

W=1

在周期性外擾作用下的室內(nèi)得熱量包括兩部分：穩(wěn)定得熱量、附加不穩(wěn)定傳熱量。

穩(wěn)定得熱量：_一

Q=K/(乙一加)(W)

附加不穩(wěn)定傳熱量：

Q=NF/T%r(W)

7時刻的得熱量：_~

(W)

Qz=Q+Q=KF(twZ-加+aN/KA7■”)

=KF(tz-tN+ON/4Z[(/勿,"/人)cos(<y?T-<Pa-

=KF6(W)

房間冷負荷：

得熱量是由對流熱成分和輻射熱成分組成，各自所占比例民、自的和為1,即，

Sa+￡f=1

對流得熱形成的冷負荷

穩(wěn)定得熱量Q=Qd+Qf=鳳Q+AQ

附加不穩(wěn)定得熱量Q=Qd+Qf=￡dQ+￡,Q

對流得熱量直接轉(zhuǎn)換為瞬時冷負荷_~~

CLQd=Qd+Qd=a(Q+Q)Q

輻射得熱形成的冷負荷

穩(wěn)定得熱量部分直接轉(zhuǎn)換為冷負荷___

CLQf=Qr=￡rQ

輻射得熱的不穩(wěn)定部分不直接轉(zhuǎn)換為冷負荷，有一個衰減和延遲的過程

~m

CLQf=￡r4v尸z[(/勿”/，4Qcos(6>?T-d>n-￡>?-E；)]

n=\

r時刻的總冷負荷_~

CLQ,=CLQd+CLQf+CLQ{

=KFe、

內(nèi)容要點

對于空調(diào)冷負荷而言，影響諧性輻射得熱轉(zhuǎn)換為冷負荷過程的主要因素是圍護結(jié)構(gòu)表面的熱工

特性，也即內(nèi)表面對輻射熱的吸熱一放熱過程；

影響房間冷負荷的主要圍護結(jié)構(gòu)是內(nèi)墻和樓板；

不同材料的內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)具有不同的吸熱—放熱特性，重型結(jié)構(gòu)的〉輕型結(jié)構(gòu)的放熱特性。

冷負荷的形成過程：

外擾(室外綜合溫度，具有周期性)T室內(nèi)得熱量(內(nèi)擾量，反應(yīng)了圍護結(jié)構(gòu)對外擾量的衰

減和延遲性)：

內(nèi)擾量(室內(nèi)得熱量)f某時刻的總冷負荷=對流得熱量f瞬時冷負荷的一部分；

輻射得熱量f考慮房間總體蓄熱作用后，轉(zhuǎn)

化成的瞬時冷負荷。

2)通過窗戶的得熱量及其形成的冷負荷

通過窗戶進入室內(nèi)的得熱量有：瞬變傳熱得熱和日射得熱量

瞬變傳熱得熱一由室內(nèi)外溫差引起的；

m

得熱量Q,=AFE4cos(%r-0n)(W)

M=1

相應(yīng)冷負荷m

CLQ,=匹Q,+8tKF￡[(匐Qcos(以r-6”-￡：)](W)

71=0

日射得熱量——透過玻璃以短波輻射形式直接進入室內(nèi)和被玻璃吸收的太陽輻射熱傳向

室內(nèi)的熱量之和。

m

得熱量Q,=CsCnFS理cos(%r-四)(W)

n=l

相應(yīng)冷負荷m

CLQ,=氏Q,+￡rCsCnF(BJu)Jcos(6;?r-6-￡；)](W)

n-\

諧波法的工程簡化式

外墻和屋頂CLQ,=KFAt,-t

外窗

瞬變傳導(dǎo)得熱形成的冷負荷CLQ「，=燈」匕

日射得熱形成的冷負荷CLQj.t=XgXdCsCnFJj.,

室內(nèi)熱源散熱形成的冷負荷

室內(nèi)散熱熱源包括工藝設(shè)備散熱、照明散熱、人體散熱等。

室內(nèi)散熱=顯熱(對流熱+輻射熱)+潛熱

對流熱——即刻形成瞬時冷負荷；

輻射熱——先被圍護結(jié)構(gòu)等物體表面吸收，然后再緩慢地逐漸散出，形成滯后冷負荷;

潛熱——即刻形成冷負荷。

室內(nèi)散熱形成得熱量》冷負荷

在舒適性空調(diào)設(shè)計中，為了簡化計算，

室內(nèi)散熱形成得熱量七冷負荷

工藝設(shè)備(用電設(shè)備)散熱一主要考慮電熱設(shè)備的散熱量和電動設(shè)備的散熱量，均為顯熱散

熱。

顯熱散熱形成的冷負荷八=Q?JET

JET：設(shè)備的顯熱散熱冷負荷系數(shù)

照明設(shè)備散熱一室內(nèi)照明設(shè)備散熱屬于穩(wěn)定得熱，只要電壓穩(wěn)定，這一得熱量不隨時間變化。

但形成的瞬時冷負荷低于瞬時得熱。

照明散熱形成的冷負荷LQ=Q?JLr.r

：照明散熱冷負荷系數(shù)

人體散熱一人體散熱與性別、年齡、衣著、勞動強度以及環(huán)境條件（溫、濕度等）等多種因素

有關(guān)。

人體顯熱散熱形成的冷負荷LQs=qsn?n'?JP,-T（W）

人體潛熱散熱形成的冷負荷LQL=?n'（W）

n'：群集系數(shù)。對于性質(zhì)不同的建筑物中有不同比例的成年男子、女子和兒童數(shù)

量。為了實際計算的方便，以成年男子為基礎(chǔ)，乘以考慮了各類人員組成比

例的系數(shù)。

（二）空調(diào)室內(nèi)冬季熱負荷

冬季空調(diào)系統(tǒng)加熱加濕所需費用小于夏季冷卻減濕的費用，為便于計算，冬季圍護結(jié)構(gòu)傳

熱量可按穩(wěn)定傳熱方法計算。

（三）空調(diào)系統(tǒng)濕負荷計算

空調(diào)系統(tǒng)的濕負荷主要來自人體散濕和工藝過程與工藝設(shè)備散濕。

內(nèi)容要點

室外空氣的溫度、濕度、太陽輻射強度、風(fēng)速和風(fēng)向，以及鄰室的空氣溫室，它們將通過熱交

換和空氣交換的形式影響房間的熱濕狀態(tài)；

照明裝置、設(shè)備和人體的散熱（濕）則以對流和輻射的形式向房間進行熱（濕）交換；

輻射熱形成的冷負荷不僅在數(shù)量上小于輻射熱，而且在時間上也有所滯后，圍護結(jié)構(gòu)和家具的

蓄熱特性決定了該負荷的衰減和延遲；

空調(diào)房間冷（熱）、濕負荷是確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量和空調(diào)設(shè)備容量的基本依據(jù)。

第五節(jié)空調(diào)房間送風(fēng)狀態(tài)及送風(fēng)量的確定

空調(diào)房間夏季送風(fēng)狀態(tài)和平送風(fēng)量確定的基本步驟：

1）首先根據(jù)前面介紹的方法，求得空調(diào)房間的冷（熱）、濕負荷；

2)確認要消除的室內(nèi)余熱、余濕及維持空調(diào)房間要求的空氣參數(shù)；

3)根據(jù)熱濕平衡原理，建立

送風(fēng)氣流所吸收的熱量=室內(nèi)的冷負荷

送風(fēng)氣流所吸收的濕量=室內(nèi)的濕負荷

的熱濕平衡方程式，由此確定送風(fēng)量；

4)由熱濕比線￡及由空調(diào)精度確定的送風(fēng)溫差/力確定送風(fēng)狀態(tài)。

換氣次數(shù)一房間送風(fēng)量L(m7h)和房間體積V(m3)的比值。

n=L/V(次/h)

換氣次數(shù)是通風(fēng)和空調(diào)工程中常用來衡量送風(fēng)量的指標。換氣次數(shù)越大，送風(fēng)量也越大，房間

空調(diào)精度也越高；

潔凈室的換氣次數(shù)較普通空調(diào)大很多。

空調(diào)房間冬季送風(fēng)狀態(tài)和送風(fēng)量確定

基本步驟同夏季。

內(nèi)容要點：

冬季通過圍護結(jié)構(gòu)的溫差傳熱往往是由內(nèi)向外傳遞，只有室內(nèi)熱源向室內(nèi)散熱，故冬季室內(nèi)余熱

通常比夏季少得多，有時甚至是負值；

余濕量冬夏一樣；

送熱風(fēng)時送風(fēng)溫差/力可比送冷風(fēng)時大，但必須滿足最小換氣次數(shù)的要求，同時送風(fēng)溫度不應(yīng)超過

45℃；

空調(diào)送風(fēng)量是先確定夏季送風(fēng)量，冬季的送風(fēng)量可與夏季同，也可低于夏季；

送風(fēng)溫差大，送風(fēng)量就小，處理和輸送空氣的設(shè)備也相應(yīng)減少，系統(tǒng)運行費和初投資都可小。

送風(fēng)量過小，會導(dǎo)致室內(nèi)空氣溫度和濕度分布的均勻性和穩(wěn)定性。

第三章空氣的熱濕處理

第一節(jié)空氣熱濕處理的途徑及使用設(shè)備的類型

1.空氣熱濕處理的各種途徑

對于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，一個空氣調(diào)節(jié)全過程是由空氣處理全過程及送入房間的空氣狀態(tài)變化過

程組成的。

每一個空氣處理全過程都包含著幾個空氣處理過程。

通常夏季需要對空氣進行冷卻減濕處理，而冬季則需加熱加濕。

2.空氣熱濕處理設(shè)備的類型

為了實現(xiàn)空氣處理過程，需要采用不同的空氣處理設(shè)備，如

加熱設(shè)備、冷卻設(shè)備、加濕設(shè)備、減濕設(shè)備

與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)，有

水、水蒸汽、冰、各種鹽類及其水溶液、制冷劑及其它物質(zhì)

直接接觸式熱濕交換設(shè)備（第一類熱濕交換設(shè)備）——與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)與被處理的空

氣直接接觸，即讓空氣流經(jīng)熱濕交換介質(zhì)的表面或?qū)釢窠橘|(zhì)噴淋到空氣中間去。

噴水室（插入東方3*05—臥式噴水室）

蒸汽加濕器（插入拍攝1）

局部補充加濕裝置（噴水加濕裝置）（插入拍攝2）

使用液體吸濕劑的裝置

表面式熱濕交換設(shè)備（第二類熱濕交換設(shè)備）——與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)不與被處理的空氣

直接接觸，即空氣與介質(zhì)間的熱濕是通過設(shè)備的金屬表面來進行的。

光管式和肋片管式空氣加熱器（熱水及蒸汽做熱媒）（插入東方345一肋管式換熱）

空氣冷卻器（冷水或制冷劑做冷媒）（插入拍攝3—表面冷卻器）

3.常用■交換設(shè)備

噴水室、表面式換熱器

第二節(jié)空氣與水直接接觸時的熱濕交換

1.當(dāng)空氣遇到敞開的水面或飛濺的水滴時，根據(jù)水溫的不同，會與水面之間發(fā)生顯熱交換、濕交

換，在濕交換的同時，還將伴隨潛熱交換。

顯熱交換——由于空氣與水之間存在溫差，因?qū)?、對流和輻射作用而進行換熱的結(jié)果。

潛熱交換一一是空氣中的水蒸汽凝結(jié)（或蒸發(fā)）而放出（或吸收）汽化潛熱的結(jié)果。

總熱交換量=顯熱交換量+潛熱交換量

空氣與水直接接觸時的熱濕交換理論是直接接觸式熱濕交換設(shè)備的理論基礎(chǔ)，同時也有助于表

面式熱濕交換設(shè)備的研究。

2.空氣與水直接接觸時的熱濕交換原理

根據(jù)質(zhì)交換理論，

空氣與水直接接觸時

在貼近水表面的地方或水滴周圍,

形成了一個溫度等于水表面溫度的飽和空氣邊界層

（由于水分子作不規(guī)則運動的結(jié)果）

I

在邊界層周圍，水蒸汽分子仍作不規(guī)則運動，

有一部分水分子一邊界層，

也有一部分水蒸汽分子由邊界層一水中

傳熱機理，

傳熱

當(dāng)邊界層內(nèi)飽和空氣溫度〉周圍未飽和空氣溫度，邊界層f未飽和空氣

傳熱

當(dāng)邊界層內(nèi)飽和空氣溫度（周圍未飽和空氣溫度，邊界層一未飽和空氣

傳濕機理

當(dāng)邊界層內(nèi)飽和空氣水蒸汽分子濃度>周圍未飽和空氣的水蒸汽分子濃度，

蒸發(fā)

邊界層水分-未飽和空氣

當(dāng)邊界層內(nèi)飽和空氣水蒸汽分子濃度<周圍未飽和空氣的水蒸汽分子濃度，

凝結(jié)

邊界層一未飽和空氣中的水蒸氣

在蒸發(fā)過程中，邊界層中減少了的水蒸汽分子由水面躍出的水分子補充，

在凝結(jié)過程中，邊界層中過多的水蒸汽分子將回到水面。

由此，也說明了在空氣與水之間，

未飽和空氣與邊界層內(nèi)飽和空氣水蒸汽的濃度（分壓力）差

I

空氣與水之間的濕交換以及由它引起的潛熱交換的推動力

未飽和空氣與邊界層內(nèi)飽和空氣溫度差

I

空氣與水之間的顯熱交換的推動力

當(dāng)然，邊界層內(nèi)水蒸汽分子的濃度（分壓力）取決于邊界層的飽和空氣溫度

空氣與水直接接觸時的總熱交換量:

dQz=dQx+dQq

=[a(t-tb)+ro(d-db)]dFW

換熱擴大系數(shù);——反映了由于濕交換的存在，導(dǎo)致了總換熱量的增加。

€=dQz/dQx

從水側(cè)看，dQz=Wcdtw

在穩(wěn)定工況下，dQz=dQx+dQq=Wcdk

3.空氣與水直接接觸時的狀態(tài)變化過程

空氣與水直接接觸時，

分子擴散

水表面形成的飽和空氣邊界層-未飽和的主流空氣

紊流擴散

邊界層的飽和空氣與主體空氣不斷混摻

主流空氣狀態(tài)發(fā)生變化

假想條件一~假定與空氣接觸的水量無限大，接觸時間無限長，這時，全部空氣都能達到飽和狀

態(tài)，

空氣的儂片水溫

也即空氣的終狀態(tài)點將位于上"圖的飽和曲線上（。=100%）。

在上述假想條件下，對于不同的水溫可得到7種典型空氣狀態(tài)變化過程,

7種典型過程是1）減濕冷卻過程

2）等濕冷卻過程以水溫tr=空氣的露點溫度t.線為

分界線

3）減焰加濕過程

4）等焰加濕過程以水溫t,=空氣的濕球溫度ts線為分界線

5）增焰加濕過程

6）等溫加濕過程以水溫空氣的溫度，線為分界線

7）增溫加濕過程

理想過程（接近實際情況）——在空氣處理設(shè)備中，空氣與水的接觸時間足夠長，但水量是有限

的。

實際上，空氣與水直接接觸時，接觸時間是有限的；

空氣狀態(tài)的實際變化過程不是直線；

空氣的終溫難于達到與水的終溫(順流)或水的初溫(逆流)相等的飽和狀態(tài)。

4.熱、濕交換的相互影響及同時進行的熱濕傳遞過程

劉伊斯關(guān)系：對流換熱系數(shù)與對流質(zhì)交換系數(shù)之比等于濕空氣的比熱，為常數(shù)。

a/o=Cp

關(guān)系成立的前提條件，質(zhì)交換的施米特準則Sc=熱交換的普朗特準則Pr；

反映對流質(zhì)交換強度的宣烏特準則Sh=反映對流熱交換強度的努謝爾特準則Nuo

用水處理空氣的絕熱加濕過程、

冷卻干燥過程、

等溫加濕過程、

加熱加濕過程、

以及表面冷卻器處理空氣的過程

都是滿足上述條件的。

劉伊斯關(guān)系揭示了空氣與水直接接觸時，熱、質(zhì)交換之間存在的某種聯(lián)系。

麥凱爾(Merkel)方程的導(dǎo)出：

總熱交換量dQzdQz=dQx+dQq

=[a(t-tb)+ra(d-db)]dFW(1)

代入劉伊斯關(guān)系式，dQz=o[Cp(t-tb)+r(d-db)]dFW(2)

式(2)中汽化潛熱r用水蒸汽的焰iq代替，r-iq=r|t=o+L84tb

=2500+1.84tb

濕空氣的比熱Cp,Cp-(1.01+1.84d)

得麥凱爾方程dQz=。(i-ib)dFW(3)

麥凱爾方程表明，在熱質(zhì)交換同時進行時，

如果劉伊斯關(guān)系式成立，

推動總熱交換的動力是空氣的焰差。

即，總熱交換與濕空氣的熔差有關(guān)，

與主體空氣和邊界層空氣的濕球溫度差有關(guān)。

第三節(jié)用噴水室處理空氣

1.噴水室的構(gòu)造和類型

噴水室一處理方式，空氣與水直接接觸，通過噴嘴噴出的水滴與空氣直接接觸，進行熱濕交

換；

主要優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)多種空氣的處理過程，具有一定凈化空氣的能力，耗費金屬少，容

易加工；

缺點，對水質(zhì)的衛(wèi)生要求高，占地面積大，水系統(tǒng)復(fù)雜，水泵能耗較大。

類型——單級、雙級噴水室，臥式和立式噴水室、低速和高速噴水室；

主要部件：噴嘴、前后擋水板、循環(huán)水管、溢水管、濾水器、補水管、泄水管。

噴嘴——噴水室的主要構(gòu)件之一，處理空氣的水通過噴嘴噴成霧狀的水滴。噴嘴安裝

在專用的排管上，排管的排數(shù)一般是1~3排；

擋水板一分前擋水板和后擋水板。

前擋水板是為了擋住可能飛濺出來的水滴，并使進入噴水室的空氣均勻；

后擋水板使夾在空氣中的水滴分離出來，以減少空氣帶走的水量（過水量）；

2.噴水室的水系統(tǒng)

噴水室的水系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)使用冷源的不同，其形式也不同。有，

使用天然冷源的水系統(tǒng)一最簡單的水系統(tǒng)是用深井水泵抽取地下水直接供噴水室使用。

使用人工冷源的水系統(tǒng)~~利用由制冷機制備的冷凍水處理空氣的水系統(tǒng)。有自流回水方式

和壓力回水方之分。

在實際的噴水室里，噴水量是有限的，

空氣與水接觸的時間也不可能很長，

所以空氣狀態(tài)和水溫都是不斷變化，

空氣的終狀態(tài)很難達到飽和狀態(tài)，

在i刁圖上，實際的空氣狀態(tài)不是一條直線，而是曲線，

曲線的彎曲形狀又和空氣與水滴的相對運動方向有關(guān)。

在噴水室里，順噴~~水滴運動方向與空氣方向同向，

逆噴——水滴運動方向與空氣方向反向，

對噴一順噴和逆噴組合

在噴水室里，對于單級噴水室，空氣的終相對濕度一般能達到95%,

對于雙級噴水室，空氣的終相對濕度一般能達到100%,

3.噴水室的熱工計算方法

1)噴水室的熱工計算方法分類：

根據(jù)熱質(zhì)交換系數(shù)計算；

根據(jù)熱交換效率計算。

2)噴水室的熱交換系數(shù)E、E'

全熱交換效率E(第一?熱交換效率或熱交換效率系數(shù))——同時考慮空氣和水的狀態(tài)變

化。

E=1-(tj2-tw2)/(tsi-twi)

對于絕熱加濕的過程，其全熱交換效率E可表示為，

E=1-(tytsi)/(tj-tsi)

通用熱交換效率E，(第二熱交換效率或接觸系數(shù))一只考慮空氣狀態(tài)變化。

E'=1-(tyQ)/(ti-tsi)

對了絕熱加濕的過程，有E，=E

3)影響噴水室熱交換效率的因素

影響因素一空氣的質(zhì)量流速，

噴嘴類型與布置密度，

噴嘴孔徑與噴嘴前的水壓，

空氣與水的接觸時間，

空氣與水滴的運動方向，

空氣與水的初、終參數(shù)等等。

空氣質(zhì)量流速vp——單位時間內(nèi)通過每m2噴水室斷面的空氣質(zhì)量，它不因溫度變

化而變化。

vp=G/(3600f)kg/(m2s)

通常，yp=2.5~3.5kg/(m2s)

u=2.0~3.0m/s(低速噴水室)

u=3.5~6.5m/s(高速噴水室)

增加，月和夕都會變大。

噴水系數(shù)〃一通過噴水室的總噴水量W(kg/h)與風(fēng)量G(kg/h)與之比，即處理每kg空

氣所用的水量。

U=W/Gkg（水）/kg（空氣）

在一定的范圍內(nèi)，口增大，E和E'都會變大。

噴水室結(jié)構(gòu)特性一一噴嘴排數(shù)2~3排

噴嘴密度n=13~24個/（Itf排）

排管間距L=6（X）mm

噴嘴型式Y(jié)-1型離心噴嘴、BTL4型、FL型、ZK型、JN型

噴嘴孔徑孔徑小，水滴細，熱交換效果好；但易堵塞，噴嘴數(shù)量多

噴水方向逆噴比順噴好，對噴比2排逆噴好，3排時1順2逆好。

空氣與水的初參數(shù)，決定了噴水室內(nèi)熱濕交換推動力的方向和大小。

4)兩個效率E、E的實驗值

E=A(")

mn，

E'=A'(yp)'Ju

5）熱工計算

熱工計算的目的是為了確定噴水室的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及空氣側(cè)和水側(cè)的參數(shù)。

噴水室的計算類型可分為；

設(shè)計性計算已知空氣量G求解噴水室結(jié)構(gòu)

空氣的初、終狀態(tài)噴水量W

水的初、終溫

校核性計算已知空氣量G求解空氣的終參數(shù)

空氣的初狀態(tài)水的終溫

噴水室結(jié)構(gòu)

噴水量W

水的初溫

在設(shè)計性計算中，首先計算求得水初溫tw“然后再決定采用哪種冷源形式。

熱工計算原則：對于結(jié)構(gòu)參數(shù)?定的噴水室，并空氣處理過程一定，

空氣處理過程需要的E=噴水室能達到的E

空氣處理過程需要的E，=噴水室能達到的

空氣放出（或吸收）的熱量=噴水室中吸收（或放出）的熱量

6）噴水室的阻力計算

空氣流經(jīng)噴水室時，將遇到阻力——前后擋水板的阻力Q晨/2

噴嘴管排阻力0.1zPV2/2

水苗阻力△叩1180力〃尸

噴水室的總阻力AHAH=AH,+AH+AH,（Pa）

對于定型噴水室，其總阻力已由實測后的數(shù)據(jù)制成表格或曲線，根據(jù)工作條件便可查到。

4.雙級噴水室

適應(yīng)范圍：當(dāng)被處理的空氣初、終狀態(tài)間焰差較大的情況。因為若仍采用單級噴水室，則必

須要用較大的噴水系數(shù)和較多的噴嘴排數(shù)，不經(jīng)濟；

在可以方便采用天然冷源的地方，如用深井水；

要求既節(jié)省水量，又能有較大的水溫升的情況。

連接方式：空氣先進入第1級噴水室，再進入第2級噴水室；而冷水先進入第2級

噴水室，然后再由第2級的底池抽出供給第1級噴水室。雙級噴水室的

水重復(fù)使用，2級的噴水系數(shù)相同，可作為一個噴水室看待。

特點：被處理空氣的溫降大、焰降大，空氣的終狀態(tài)可達到飽和；

1級噴水室的空氣溫降>2級，2級噴水室的空氣減濕量〉1級；

空氣與水逆流接觸，2次接觸，E>1,E=1的可能有。

第四節(jié)用表面式換熱器處理空氣

1.表面式換熱器分類

空氣加熱器一用熱水或蒸汽做熱媒；

表面冷卻器水冷式一用冷水做冷媒；

直接蒸發(fā)式~~用制冷劑做冷媒。

2.表面式換熱器的構(gòu)造

3.表面式換熱器的安裝

1）可以垂直、水平、傾斜安裝，但安裝時要考慮凝結(jié)水排放的問題。

按空氣的流動方向考慮，表面式換熱器可以并聯(lián)、串聯(lián)或混合。通