空調(diào)負荷與送風量

第3章

空調(diào)負荷與送風量

主要內(nèi)容

3.1室內(nèi)外空氣計算參數(shù)

2.1.1室內(nèi)空氣計算參數(shù)

2.1.2室外空氣計算參數(shù)3.2太陽輻射對建筑物的熱作用3.3空調(diào)負荷

2.3.1空調(diào)房間夏季得熱量與冷負荷

2.3.2空調(diào)房間冬季耗熱量與熱負荷

2.3.3空調(diào)系統(tǒng)負荷主要內(nèi)容

3.4空調(diào)房間送風量和送風狀態(tài)點的確定

3.4.1空調(diào)房間送風量的確定

3.4.2空調(diào)房間送風狀態(tài)點的確定

3.4.3冬季空調(diào)房間送風量和送風狀態(tài)點的確定3.3空調(diào)負荷按性質(zhì)分

冷負荷、熱負荷、濕負荷按對象分房間負荷、系統(tǒng)負荷

3.3.1空調(diào)房間夏季得熱量與冷負荷一般在夏季，空調(diào)房間(或空調(diào)區(qū)域)的各種得熱量會使房間的溫度上升到超出控制范圍，只有向房間供給適當?shù)睦淞坎拍鼙３址块g的空氣溫度在控制范圍內(nèi)。需要向空調(diào)房間提供多少冷量，即房間冷負荷為多少，必須要知道房間的得熱量情況和數(shù)值。

1.空調(diào)房間夏季得熱量是指夏季某一時刻由外界進入空調(diào)房間和空調(diào)房間內(nèi)的熱源散發(fā)的熱量的總和。《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50736-2012)規(guī)定，空調(diào)房間在夏季計算得熱量時，應根據(jù)下列各項確定1)通過圍護結(jié)構傳入的熱量2)透過圍護結(jié)構中的透明部分(如外窗、陽臺玻璃門、玻璃幕墻)進入的太陽輻射熱量3)人體散熱量4)照明裝置散熱量5)設備、器具、管道及其他內(nèi)部熱源的散熱量6)食品或物料的散熱量7)滲透空氣帶入的熱量8)伴隨各種散濕過程產(chǎn)生的潛熱量空調(diào)房間熱量的主要來源室內(nèi)外溫差傳熱太陽輻射傳熱人體散熱用電設備散熱照明散熱3.3.1空調(diào)房間夏季得熱量與冷負荷空調(diào)房間夏季得熱量分類

﹡按得熱量是否會隨時間變化分

——穩(wěn)定得熱量和瞬時得熱量

﹡按得熱量的性質(zhì)分

——顯熱得熱量和潛熱得熱量

﹡按顯熱得熱量的傳遞方式分

——對流得熱量和輻射得熱量

2.空調(diào)房間冷負荷與得熱量的關系為使空調(diào)房間保持所要求的空氣溫度，在某一時刻應從室內(nèi)除去的熱量或需要向房間供給的冷量稱為房間冷負荷。空調(diào)房間的冷負荷應根據(jù)各項得熱量的種類和性質(zhì)分別進行計算，其中通過圍護結(jié)構傳入的熱量、透過外窗進入的太陽輻射熱量、人體散熱量、以及非全天使用的設備、照明裝置的散熱量等形成的冷負荷，應按非穩(wěn)態(tài)傳熱方法計算確定。得熱量是引起冷負荷的根源，但它們之間并非時刻都相等，這是由圍護結(jié)構和房間內(nèi)部物體的蓄熱特性以及得熱量的種類決定的。

3.3.1空調(diào)房間夏季得熱量與冷負荷瞬時得熱中的對流熱和潛熱是直接放散到房間空氣中的熱量，并立即構成房間的瞬時冷負荷。瞬時得熱中的輻射熱(如經(jīng)外窗進入空調(diào)房間的瞬時太陽輻射熱和照明輻射熱等)則不能立即成為瞬時冷負荷。因為輻射熱會首先透過空氣投射到具有蓄熱性能的圍護結(jié)構、家具和設備、裝置等室內(nèi)物體表面上，被其吸收和貯存。只有當這些室內(nèi)物體表面因吸熱而溫度升高到高于室內(nèi)空氣溫度后，它們才會以對流換熱方式將貯存的那部分熱量再逐漸放出來加熱室內(nèi)空氣成為房間滯后冷負荷?？照{(diào)房間冷負荷是房間瞬時冷負荷和房間滯后冷負荷之和?？照{(diào)房間冷負荷房間瞬時冷負荷房間滯后冷負荷瞬時得熱中的對流熱

瞬時得熱中的潛熱

瞬時得熱中的輻射熱表3-7各種瞬時得熱中所含各熱量成分＝圖3－8是經(jīng)圍護結(jié)構進入空調(diào)房間的太陽輻射熱所形成的瞬時得熱量和實際冷負荷的關系圖。從圖中可以看出，空調(diào)房間實際冷負荷的峰值要比太陽輻射所形成的得熱量的峰值小，而且出現(xiàn)的時間也遲于太陽輻射熱的峰值。這種得熱量轉(zhuǎn)化為冷負荷的過程中，存在的衰減和延遲現(xiàn)象，主要是由圍護結(jié)構蓄熱特性決定的。圖3－8太陽輻射熱形成的得熱量與冷負荷圍護結(jié)構的蓄熱能力與其熱容量有關，建筑材料的熱容量等于其質(zhì)量與比熱的乘積，熱容量愈大，蓄熱能力也愈大，反之則小。一般建筑結(jié)構的材料比熱值大致相等，故材料熱容量就單一地與其質(zhì)量成正比關系。從圖3－9中可以看到，重型結(jié)構的蓄熱能力比輕型結(jié)構的蓄熱能力大得多，其冷負荷的峰值比較小，延遲時間也比較長。圖3－9不同質(zhì)量圍護結(jié)構的蓄熱能力對冷負荷的影響

燈具照明散熱比較穩(wěn)定，燈打開后所散發(fā)的輻射能量最初并沒有全部轉(zhuǎn)化為冷負荷，而是有一部分被房間的圍護結(jié)構(如墻體)和家具等室內(nèi)物體所吸收。隨著開燈時間的持續(xù)，圍護結(jié)構和家具等室內(nèi)物體的溫度逐漸上升，與室內(nèi)空氣的熱交換量逐漸提高，最終通過輻射的得熱量與向空氣對流傳熱量相等，達到平衡。圖3－10熒光燈散熱形成的得熱量和冷負荷瞬時得熱量圍護結(jié)構和家具等室內(nèi)物體的溫度不再升高時，可以認為照明散熱形成的瞬時得熱量全部轉(zhuǎn)化為瞬時冷負荷，即得熱量等于冷負荷。關燈后，貯存在圍護結(jié)構和家具中的熱量會逐漸釋放出來，通過對流傳熱向空氣散發(fā)，繼續(xù)形成冷負荷直至全部放完(圖中右邊的曲線)。圖3－10熒光燈散熱形成的得熱量和冷負荷瞬時得熱量3.3.1空調(diào)房間夏季得熱量與冷負荷

3.冷負荷計算方法

得熱量的計算雖然很復雜，但還可以沿用經(jīng)典的傳熱學計算方法來計算。冷負荷的計算則需要在得熱量計算的基礎上，再考慮太陽輻射和室外溫度變化，以及圍護結(jié)構等物體的蓄熱效應，因此十分繁瑣。在計算空調(diào)冷負荷時，除了必須考慮圍護結(jié)構的吸熱、蓄熱和放熱效應外，還要注意不同性質(zhì)的得熱量所形成的室內(nèi)逐時冷負荷是不同步的。在確定房間逐時冷負荷時，必須按不同性質(zhì)的得熱量分別計算，然后取逐時各冷負荷分量之和。建筑物空調(diào)負荷計算迄今已經(jīng)歷了定常(亦稱穩(wěn)定或穩(wěn)態(tài))計算法、周期熱作用下的不定常計算法和新的不定常傳熱計算方法三個歷史時期。1946年，美國人提出了當量溫差法；20世紀50年代初，前蘇聯(lián)人提出了諧波（分解）法，他們均用周期性變化外擾作用下的不穩(wěn)定傳熱來考慮通過圍熱結(jié)構的傳熱負荷。其共同的缺點是不區(qū)分得熱量和冷負荷，致使計算出的空調(diào)冷負荷往往偏大。1967年加拿大人提出反應系數(shù)法

,其基本特點是把得熱量和冷負荷的區(qū)別在計算方法中體現(xiàn)出來。1971年，他們兩人又提出了Z傳遞函數(shù)法，用以改進反應系數(shù)法，并提出了適合手算的冷負荷系數(shù)法。我國在20世紀70－80年代也積極開展新計算方法的研究，在借鑒國外研究成果的基礎上，提出了符合我國國情的兩種空調(diào)設計冷負荷計算法諧波反應法和冷負荷系數(shù)法，并于1982年通過了原城鄉(xiāng)建設環(huán)境保護部主持的評議。我國的這些方法針對我國的建筑物特點推出了一批典型圍護結(jié)構的冷負荷溫差(冷負荷溫度)和冷負荷系數(shù)(冷負荷強調(diào)系數(shù))，為我國的空調(diào)設計人員提供了實用的設計工具。隨著計算機應用的普及，采用國內(nèi)外模擬分析軟件計算空調(diào)負荷和進行輔助設計的已經(jīng)越來越多。關于冷負荷系數(shù)法冷負荷系數(shù)法是目前較常應用的一種方法，它是在傳遞函數(shù)法的基礎上，為便于在工程中進行手算而建立起來的一種簡化計算方法。由于傳遞函數(shù)法在計算由墻體、屋頂、窗戶、照明、人體和設備的得熱量或冷負荷時，需要知道計算時刻τ以前的得熱量或冷負荷，是一個遞推的計算過程，因此需要用計算機計算。為了便于手工計算，通過引入瞬時冷負荷計算溫度和冷負荷系數(shù)的方法來簡化。但即使是進行了簡化，實際的計算過程中，計算工作量依舊十分浩大。關于冷負荷系數(shù)法4、空調(diào)房間冷負荷計算（冷負荷系數(shù)法）（1）圍護結(jié)構(墻、屋面等）冷負荷計算

CL=KF(T’wl-Tn)T’wl=(Twl+Td)K

Kk、F----圍護結(jié)構傳熱系數(shù)（查附錄5,6）和傳熱面積；

Twl---北京圍護結(jié)構逐時冷負荷溫度（查附錄7,8）；

Td----地點修正系數(shù)（查附錄9）；

K

K----圍護結(jié)構外表面對流放熱系數(shù)和吸收系數(shù)修正系數(shù)(3-7,3-8)；

Tn-----室內(nèi)空氣溫度。(2)內(nèi)維護結(jié)構冷負荷當鄰室為通風良好的非空調(diào)房間時，通過內(nèi)墻也會傳熱形成冷負荷，當空調(diào)房間的溫度與相鄰非空調(diào)房間的溫度差大于3℃時，需要考慮由內(nèi)圍護結(jié)構的溫差傳熱對空調(diào)房間形成的瞬時冷負荷。這可按式（3-8）的穩(wěn)定傳熱公式計算；(3)外玻璃窗傳熱形成的冷負荷關于冷負荷系數(shù)法(4)透過玻璃日射得熱引起的冷負荷

（1）日射得熱因數(shù)的概念大家知道透過玻璃窗進入室內(nèi)的日射得熱包括兩部分。一部分時是直接射入室內(nèi)的，另一部分是玻璃窗吸收太陽輻射后又傳入室內(nèi)的熱量。由于影響日射得熱的因素太多，比如說窗的類型、遮陽設施、太陽入射角等，所以無法建立日射得熱和太陽輻射強度之間的函數(shù)關系，于是采用對比的方法，也就是說采用3mm厚的玻璃作為標準玻璃，在，的條件下，在夏季7月通過標準玻璃的和值關于冷負荷系數(shù)法5、不同建筑物熱濕負荷特點住宅建筑內(nèi)部人員、設備和照明的發(fā)熱量少，主要受室外氣象條件影響商用建筑內(nèi)部人員、設備和照明的發(fā)熱量大，同時受室外氣象條件影響工業(yè)廠房空間較高，設備產(chǎn)熱產(chǎn)濕量大，同時受室外氣象條件影響試計算某賓館內(nèi)客房的空調(diào)設計冷負荷,已知條件如下：（1）屋頂：屬Ⅱ型，面積=28.7m2；（2）西窗：雙層玻璃鋼窗，掛淺色內(nèi)窗簾，80%玻璃,面積=5m2；（3）西墻：紅磚墻，屬Ⅱ型，面積=9.7m2；（4）內(nèi)墻：臨室包括走廊，溫度與客房相同；（5）室內(nèi)設計溫度26℃；（6）房間內(nèi)共有2人，從下午16點至第二天8點；（7）室內(nèi)壓力稍高于室外大氣壓；（8）熒光燈照明,200W,16點至24點。3.3.2空調(diào)房間冬季耗熱量與熱負荷空調(diào)房間除了能得到熱量外，在某些情況下，還會損失熱量，特別是在冬季體現(xiàn)得最明顯。

1.空調(diào)房間冬季耗熱量

耗熱量是指房間空氣損失的熱量，又稱為失熱量或熱損失，主要包括1)圍護結(jié)構的耗熱量2)加熱由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量3)加熱由門、孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量4)水分蒸發(fā)的耗熱量5)加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量6)通風耗熱量7)通過其他途徑散失的熱量在各種熱量損失中，以室內(nèi)外溫差作用下，通過圍護結(jié)構向室外傳遞的熱量損失最多，即圍護結(jié)構的耗熱量最大。在計算圍護結(jié)構耗熱量時，要分成圍護結(jié)構的基本耗熱量和附加耗熱量兩部分來計算。圍護結(jié)構的基本耗熱量是指在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，由于室內(nèi)外溫差作用，通過房間各部分圍護結(jié)構向室外傳遞的熱量總和。由于圍護結(jié)構的實際耗熱量會受各種因素的影響，按穩(wěn)態(tài)傳熱條件計算所得到的基本耗熱量必然會有偏差，因此需要對已計算出的基本耗熱量進行相應地修正或附加，這些修正或附加包括朝向、風力和房間高度三個方面的修正以及外門附加。即附加耗熱量。

關于圍護結(jié)構的附加耗熱量朝向修正是考慮建筑物的各個朝向受太陽輻射影響不同而對外圍護結(jié)構傳熱量的修正；風力修正是考慮室外風速的大小對外圍護結(jié)構的外表面放熱系數(shù)有影響而對外圍護結(jié)構傳熱量的修正；高度修正是考慮在熱流作用下，房間內(nèi)上部的空氣溫度高于室內(nèi)空氣計算溫度（地面以上、2米以下空氣的平均溫度），使實際耗熱量比計算耗熱量大的修正。外門附加是考慮建筑物底層外門開啟頻繁，從外門進入建筑物中的冷空氣將導致耗熱量增大。

3.3.2空調(diào)房間冬季耗熱量與熱負荷

2.空調(diào)房間熱負荷的確定

在冬季，影響房間內(nèi)空氣溫度升降的因素是房間的得熱量和耗熱量。只有當房間總的得熱量小于總的耗熱量，才會使房間空氣溫度降低到設計值以下，此時為了保持空調(diào)房間的空氣溫度符合設計要求，需要補充房間缺少的熱量或向房間供給的熱量稱為房間熱負荷。1)、空調(diào)熱負荷計算原理：圍護結(jié)構傳熱近似為穩(wěn)態(tài)傳熱。2)、冬季空調(diào)房間熱負荷構成：

Q＝

Q1＋Q２＋Q３（1）圍護結(jié)構耗熱量Q1

：包括圍護結(jié)構基本耗熱量和修正耗熱量（2）冷風滲透耗熱量Q２：（3）冷風侵入耗熱量Q３：3、空調(diào)房間熱負荷計算（1）圍護結(jié)構耗熱量Q1：Q1=Q1j+Q1x圍護結(jié)構基本耗熱量Q1j：Q1j=a.k.F(tn-twn)a----溫差修正系數(shù)；K----圍護結(jié)構傳熱系數(shù)；F----圍護結(jié)構傳熱傳熱面積；tn、twn----采暖室內(nèi)外設計計算溫度圍護結(jié)構修正耗熱量Q1x：包括房間高度修正xg：房間高度超過４米，每超過１米，附加２％，xg＝０～１５％太陽輻射朝向修正xch：xch＝－３０％～１０％室外風力修正xf：圍護結(jié)構總耗熱量：Q1=Q1j+Q1x（２）冷風滲透耗熱量Q２影響因素：建筑物內(nèi)部隔斷、門窗構造、朝向、室外風速等。計算方法：縫隙法、換氣次數(shù)法、百分數(shù)法Ｖ－－滲入室內(nèi)冷空氣體積（３）外門冷風侵入耗熱量Q３根據(jù)外門的開啟情況決定冬季空調(diào)房間的得熱量主要包括1)最小負荷班的工藝設備散熱量2)熱管道及其他熱表面的散熱量3)熱物料的散熱量4)人體散熱量5)照明裝置散熱量6)通過其他途徑獲得的熱量民用建筑的有關得熱量一般作為安全因素不計算；耗熱量中通常也只計算圍護結(jié)構的耗熱量這一項，因此民用建筑的熱負荷一般就等于圍護結(jié)構的耗熱量。3.3.2空調(diào)房間冬季耗熱量與熱負荷需要引起注意的是，空調(diào)房間冬季熱負荷與供曖房間熱負荷的計算方法是一樣的，只是由于空調(diào)房間室內(nèi)熱環(huán)境條件的要求高于供曖房間，因此二者室內(nèi)外空氣計算參數(shù)的規(guī)定值有所不同。有一些房間或區(qū)域(如商場或建筑物的內(nèi)區(qū)等)，由于人流多、照明強，使其在冬季室外氣溫低于室內(nèi)氣溫的情況下，得熱量還是大于耗熱量，此時即使在冬天也需要供冷。對于冬季空調(diào)，房間不一定就是熱負荷，到底是熱負荷還是冷負荷，要根據(jù)房間的得熱量和耗熱量的對比來確定。3.3.2空調(diào)房間冬季耗熱量與熱負荷3.3.3空調(diào)系統(tǒng)負荷《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50019-2003)規(guī)定除方案設計或初步設計階段可使用冷負荷指標進行必要的估算之外，應對空調(diào)區(qū)進行逐項逐時的冷負荷計算。

1.空調(diào)系統(tǒng)負荷系統(tǒng)負荷的確定以房間負荷為主，另外再考慮新風負荷風系統(tǒng)由于風機和風管道產(chǎn)生溫升以及系統(tǒng)漏風等引起的附加負荷水系統(tǒng)由于水泵和水管產(chǎn)生溫升以及系統(tǒng)補水引起的附加負荷其他附加負荷

(1)夏季空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷根據(jù)系統(tǒng)作用范圍內(nèi)所有空調(diào)房間的同時使用情況、空調(diào)系統(tǒng)的類型及調(diào)節(jié)方式的不同，有兩種不同的算法①取同時使用的各空調(diào)房間逐時冷負荷的綜合最大值，即從各房間逐時冷負荷相加之后得出的數(shù)列中找出的最大值。②取同時使用的各空調(diào)房間夏季冷負荷的累計值，即找出各房間逐時冷負荷的最大值并將它們加在一起，而不考慮它們是否同時發(fā)生。后一種算法的結(jié)果顯然要比前一種算法的結(jié)果大。3.3.3空調(diào)系統(tǒng)負荷當采用定風量空調(diào)系統(tǒng)時，由于系統(tǒng)本身不能適應各空調(diào)房間冷負荷的變化，為了保證最不利情況下達到空調(diào)房間的溫濕度要求，應采用各空調(diào)房間夏季冷負荷的累計值