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单元 11 空气调节系统. 【 知识点 】 空调系统分类、特点和适用范围 ; 空调送风状态及送风量的确定方法;常用集中式空气调节过程中直流式、一次回风式、二次回风式空调系统的空气调节过程;部分回风式空调系统新风量的确定方法;分散式空调系统的空气处理过程和特点;户式空调系统的原理及组成。 【 学习目标 】 掌握空调系统分类、特点和适用范围 ; 掌握空调送风状态及送风量的确定方法;掌握常用集中式空气调节过程中直流式、一次回风式、二次回风式空调系统的空气调节过程;掌握部分回风式空调系统新风量的确定方法;掌握分散式空调系统的空气处理过程和特点;了解户式空调系统的原理及组成。.

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单元 11 空气调节系统

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Presentation Transcript


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单元11 空气调节系统


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【知识点】空调系统分类、特点和适用范围 ; 空调送风状态及送风量的确定方法;常用集中式空气调节过程中直流式、一次回风式、二次回风式空调系统的空气调节过程;部分回风式空调系统新风量的确定方法;分散式空调系统的空气处理过程和特点;户式空调系统的原理及组成。

【学习目标】掌握空调系统分类、特点和适用范围; 掌握空调送风状态及送风量的确定方法;掌握常用集中式空气调节过程中直流式、一次回风式、二次回风式空调系统的空气调节过程;掌握部分回风式空调系统新风量的确定方法;掌握分散式空调系统的空气处理过程和特点;了解户式空调系统的原理及组成。


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目 录

空调系统的分类

11.1

空调系统送风状态与送风量

11.2

集中式空气调节系统

11.3

半集中式空气调节系统

11.4

分散式空气调节系统

11.5

户式中央空调系统

11.6


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11.1 空调系统的分类

空气调节是指为了满足人们的生活或生产的需要,采用人工方法控制室内环境的温度、相对湿度、洁净度和气流速度等参数的技术。为了使空气的温度、相对湿度、洁净度和气流速度等参数达到一定的要求,所使用的一系列的设备和控制装置的总体组成了空调系统。它主要包括:空气处理设备、处理空气所需要的冷热源、冷热源输送设备、空气的输送和分配设备及自动控制装置等。


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11.1 空调系统的分类

11.1.1 按照空气处理设备布置情况分类

1.集中式空调系统

所有空气处理设备包括:风机、加热、冷却设备、加湿、减湿设备、过滤器等都集中设置在一个空调机房内,称为集中式空调系统。空气经过集中处理后,再送往各个空调房间内,集中式空调系统的优点是:服务面积大,处理空气多,便于集中管理,它的主要缺点是:只能送出同一参数的空气,难以满足不同的要求,另外,由于冷源采用集中式供应,处理空气量大,机房占地面积较大,只适用于满负荷运行的大型场所。


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11.1 空调系统的分类

2.半集中式空调系统

这种系统的特点是除了设有集中的空调机房外,还设有分散在各个房间的二次处理设备(又称为末端装置)来承担一部分冷热负荷。如一些宾馆中采用的风机盘管系统就是半集中式空调系统,它是把经过空调机组集中处理好的新风送入房间,新风再与经过风机盘管处理的室内空气一起来承担空调房间的热湿负荷。

在半集中式系统中,空气处理所需的冷、热源也是由集中设置的冷冻站、交换站供给。因此,集中式和半集中式空调系统又统称为中央空调系统。

3.分散式空调系统

分散式空调系统又称为局部空调系统。它是把空气处理所需的冷热源、空气处理和输送设备、控制设备等集中设置在一个箱体内,组成一个紧凑的空调机组。可按照需要,灵活、方便地设置在需要空调的地方。全分散空调系统不需要集中的空气处理机房。常用的有单元式空调器系统,窗式空调器系统和分体式空调器系统。


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11.1 空调系统的分类

11.1.2 按负担室内负荷介质分类

按负担室内负荷所用的介质种类分类可分为如下四种系统:

1.全空气系统

全空气空调系统是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空气调节系统。见图11.1(a)所示,在室内热湿负荷为正值的场合,用低于室内空气焓值的空气送入房间,吸收余热余湿后排出房间。由于空气的比热小,用于吸收室内余热的空气量很大,因而这种系统的风管截面大,输送耗能大,占用建筑空间较多。


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11.1 空调系统的分类

2. 全水系统

在这种系统中,空调房间的热湿负荷全部由一定温度的水来负担,见图11.1(b) 。由于水的比容比空气大的多,在相同的负荷情况下只需要较少的水量,因而输送管道占用的空间较少。但是,由于这种系统是靠水来消除空调房间的余热、余湿,无通风换气的作用,因而室内空气品质较差,用的较少。

3.空气-水系统

由空气和水(作为冷热介质)来共同承担空调房间的热湿负荷,见图11.1(c) 。这种系统有效地解决了全空气空调系统占用建筑空间多和全水空调系统中空调房间通风换气的问题。在对空调精度要求不高和舒适性空调的场合广泛地使用该系统。诱导空调系统和带新风的风机盘管系统即属这种形式。它的优点是既可以减小全空气系统的风道断面积,又可以向空调房间提供一定的新风换气,能够改善房间的温度和空气品质。


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11.1 空调系统的分类

4.冷剂系统

将制冷系统的蒸发器直接置于空调房间内来吸收余热和余湿的空调系统称为冷剂系统,见图11.1(d) 。这种系统的优点在于冷热源利用率高,占用建筑空间少,布置灵活,可根据不同的空调要求自由选择制冷和供热。通常用于分散安装的局部空调机组。

11.1.3 按集中式空气调节系统处理的空气来源分类

1.封闭式系统

经过处理的空气全部来自空调房间,没有室外空气补充,因此,空调室和空调机之间形成了一个全封闭式环路。这种系统冷热消耗量最节省,但卫生条件差,工作人员不宜于长时间在这种环境中工作,此系统适用于战争状态下的隐蔽部位及防空战备工程或很少有人进入的仓库工程等,见图11.2(a) 。


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11.1 空调系统的分类

2. 直流式空调系统

经过处理的空气全部来自室外,与封闭式系统比较,其特点完全相反,见图11.2(b) 。室外空气经处理后送入室内,消除室内的余热、余湿后全部排至室外。这种系统适用于不允许采用回风的场合,如放射性实验室、核工厂和散发大量有害物的车间等。为了回收排出空气的热量和冷量来预处理室外新风,可在系统中设置热回收装置。

3.混合式系统

从上述两种系统可见,封闭式系统不能满足卫生要求,直流式系统在经济上不合理,所以两者只能在特殊条件下使用。对于大多数场合,往往需要综合这两者的利弊,经过处理的空气由室内空气和室外空气两部分组成,即室外新风和室内部分回风混合。该系统即可满足卫生要求,又经济合理,是应用最多的一种形式,见图11.2(c) 。


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11.1 空调系统的分类

11.1.4 按照空气流速分类

1.高速空调系统

高速空调系统主风道中的流速可达20~30m/s,由于风速大,风道断面可以减少许多,故可用于层高受限,布置风道困难的建筑物中。

2.低速空调系统

低速空调系统风道中的流速一般不超过8~12m/s,风道断面较大,需要占较大的建筑空间。


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11.2 空调系统送风状态与送风量

在空气调节过程中,需要将不同来源、不同状态的定量空气进行某些过程的处理,使其达到一定的送风状态,以满足空调房间的要求。

11.2.1 夏季空调房间的送风状态与送风量

下面以某一空调房间的夏季空气调节系统为例,说明送入房间的空气状态变化过程。

图11.3表示一个空调房间送风示意图。房间的室内状态点为 N(iN,dN),室内冷负荷(室内余热量)为Q(KW),湿负荷(余湿量)为W(Kg/s),送入房间的空气状态点为0(io,d。),送风量为G(Kg/s),当送入房间的空气吸收房间的余热和余湿后,由状态0 (io,do),变为状态N(iN,dN)而排除房间,从而满足了室内温湿度的要求。

根据热平衡得 (11.1)


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11.2 空调系统送风状态与送风量

根据湿平衡得 (11.2)

将以上两式整理后,有 (11.3)

1000 (11.4)

由于送入的空气同时吸收了房间的余热量Q和余湿量W,其状态则由0 (io,do)变为状态N(i N,dN),显然将(11.3)式和(11.4)式相除,即得送入空气由O点变为N点时的状态变化过程(或方向)的热湿比(或角系数) 。

= 1000

这样,在i-d图上可以通过N点,根据 值画出一条状态变化过程线,送风空气的状态点即位于该线上,

也就是说,只要送风状态点位于该热湿比线上,那么将一定质量,具有这种状态的空气送入房间,就能同时吸收余热和余湿,从而达到满足室内要达到的状态点N(i N,dN)。


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11.2 空调系统送风状态与送风量

空调系统送风状态和送风量的确定,可以在图上进行。具体计算步骤如下:

(1)在 图上找出室内空气状态点N;

(2)根据计算的室内冷负荷Q和湿负荷W计算热湿比 = ,再通过N点画出过程线 ;

(3)选取合理的送风温差(见表11.1),根据室温允许波动范围(即恒温精度)查取送风温差,并求出送风温度to ,画to与的交点O即为送风状态点;

(4)按下式计算送风量

kg/s (11.5)

如果知道室内只有显热冷负荷QX,则可用下式计算送风量

kg/s (11.6)


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11.2 空调系统送风状态与送风量

图11.4中可以看出送风状态点O距离N点越近,送风量越大,所需设备的初投资费用和运行费用越大;反之,送风状态点O距离N点越远,送风量越小,所需设备的初投资费用和运行费用越小。目前工程设计中经常采用“露点”送风,即取空气冷却器可能把空气冷却到的状态点,一般为相对湿度90~95的“机器露点”温度。但是如果送风温差太大,送风温度过低,送风量过小,可能使人感受冷气流的作用,且室内温度和湿度分布的均匀性和稳定性将会受到影响。

暖通空调规范规定了夏季送风温差的建议值,该值和恒温精度有关(见表11.1)。表11.1还推荐了换气次数,换气次数是空调工程中常用的衡量送风量的指标,它的定义是房间通风量 (m3/h)和通风房间容积 (m3)的比值。按送风温差确定的送风量折合的换气次数大于表中推荐的换气次数,才符合要求。


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11.2 空调系统送风状态与送风量

天然冷源:可能的最大值≥5对于有洁净度要求的净化车间,换气次数有的高达每小时数百次,这种情况不受此表限制。

【例题11.1】某空调房间冷负荷Q=3.314KW,湿负荷W=0.264g/s,室内空气状态参数为:tN =22±1℃,N=55±5,当地大气压为101325Pa, 房间体积150 m3,求送风状态和送风量。

(1)求热湿比 = =

(2)在 图上(图11.5)确定室内

空气状态点N,通过该点画出 =12600

的过程线。查表11.1取送风温差为 ℃,则送风温度22-8=14℃。从而得出: KJ/kg =46 KJ/kg

g/kg g/kg


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11.2 空调系统送风状态与送风量

(3)计算送风量

按消除余热: kg/s

按消除余湿: kg/s

则L=0.33/1.2×3600=990m3/h

换气次数n=990/150=6.6次/h,符合要求。


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11.2 空调系统送风状态与送风量

11.2.2 冬季空调房间的送风状态与送风量

在冬季,通过围护结构的温差传热往往是由内向外传递,只有室内热源向室内散热,因此冬季室内余热量往往比夏季小很多,有时甚至为负值而成为热负荷。而余湿量则冬夏一般相同。这样,冬季房间的热湿比值常小于夏季,也可能是负值。所以空调送风温度 往往接近或高于室温 .由于冬季送热风时送风温差值可比送冷风时的送风温差值大,所以冬季送风量可以比夏季小,故空调送风量一般是先确定夏季送风量,冬季可采取与夏季相同风量,也可少于夏季。


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11.2 空调系统送风状态与送风量

全年采取固定送风量是比较方便的,因只调送风参数即可。可以根据式(11.1)或式(11.2)确定冬季送风状态点;对于全年变送风量的系统,冬季用提高送风温度减少送风量,以便减少空调系统的能耗,提高空调系统的经济性。但是,减少送风量是有限的,最小送风量必须满足换气次数的要求。我国规范规定,热风采暖的送风温度宜采用30~50℃。

【例题11.2】仍按上题基本条件,如冬季余热量Q=-1.105KW,余湿量W=0.264g/s,试确定冬季送风状态及送风量。

(1)求冬季热湿比

(2)如果全年送风量不变,由于冬夏室内散湿量相同,则冬季送风含湿量应与夏季相同,即


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11.2 空调系统送风状态与送风量

在 图上过N点作 =-4190的过程线,该线与8.6g/kg等

含湿量的交点即为冬季送风状态点 。

KJ/Kg , ℃或计算

由 图查得, ℃

如希望冬季减少送风量,提高送风温度,例如 =36℃,则在 =-4190过程线上可得 点, ℃,

KJ /kg, g/kg ,

送风量则为:

KJ /kg

kg/s=450kg/h


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11.3 集中式空气调节系统

普通集中式空气调节系统是低速、单风道集中式空调系统,它是最典型、最早出现的至今仍广泛应用的全空气系统。这种空调的特点是服务面积大,处理空气多,便于集中管理,常用于工厂、大型公共建筑(体育场馆、商场、剧场)等有较大空间可设置风管的场合。

11.3.1 全新风空调系统

1.夏季处理方案

图11.7所示为全新风式空调系统,图11.7表示这种系统夏季处理方案的图。图中W表示夏季室外空气状态点,N表示室内要求的空气状态,O为夏季送风状态点。空气处理的任务是使室外空气由状态W处理到规定的送风点O,然后送入室内,保证室内温湿度的要求。


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11.3 集中式空气调节系统

新风量空调系统常采用下列处理方案。室外新风由状态W,经喷水室进行冷却减湿处理到机器露点L状态(L的位置是O点状态的等含湿量线与 =90%~95%的等相对湿度线的交点),然后经过加热器加热到O点。整个处理过程可写成:

W ----------L-----------O------N

此过程处理空气所需冷量为:

式中 ——空气量,kg/s;

——新风的焓值,KJ/kg;

——机器露点状态空气的焓值,KJ/kg。

这一过程所需加热量为:

式中 ——送风状态空气的焓值,KJ/kg。

E

冷热减湿

等湿加热


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11.3 集中式空气调节系统

其它各项符号意义同前。

在这种方案的处理过程中,为了保证必要的送风温差,不得不把经过喷水室冷却减湿以后的空气再加热,这样就造成了冷热抵消,增加了能耗。

对于送风温差无严格限制的空调系统,可以采用最大温差送风,即露点送风,如图11.8中虚线表示的处理方案。这时将室外空气从W直接喷水冷却减湿至L1点即可送入室内。这种方法所需的风量为:

式中 ——房间余热量,W;

——空调房间空气的焓值,KJ/kg;

——机器露点状态下的焓值,KJ/kg。

所需冷量 为:


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11.3 集中式空气调节系统

露点送风可以减小送风量,且能消除冷热量抵消造成的能量损失,但送风温差较大,可能使人感受冷气流的作用,且室内温度和湿度分布的均匀性和稳定性将会受到影响。

2.冬季处理方案

设冬季室外空气状态为W‘,送风状态点为O’,则冬季空气处理方案可用图11.9表示,即将室外空气由状态W‘经预热器加热到W1’然后经过喷水室喷循环水到L‘,最后通过二次加热器处理到O’点。整个处理过程可写成:

其中W'和L'点按下述方法确定:通过O'作等湿线与=90%~95%线交于L'点,然后由作等焓线与W'的等含湿量线交于W1'点。冬季两次加热所需加热量分别为

等湿加热

等焓加湿

等湿加热

E

W' --------------W'1--------------L‘---------------O‘----------N


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11.3 集中式空气调节系统

预热器加热量

二次加热量

式中 、 、 、 分别为W‘1、W’、O‘和L’状态空气的焓值。

将夏季和冬季空气处理方案进行比较可以看出,空气经喷水室后,不论冬季或夏季都要经过加热处理,只是加热量不同。因此在选择加热器时,应该按较大的用热量选择。

应该指出,为了达到夏季和冬季送风状态点,可以有很多途径,上面所讲的是最常用的处理方案,其优点是夏季和冬季可以合用一套空气处理设备。


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11.3 集中式空气调节系统

如果不使用喷水室,而是夏季使用表冷器,冬季使用喷蒸汽加湿,则夏季处理方案仍如图11.8所示,冬季处理方案按11.9中虚线部分(等温加湿)。喷蒸汽过程所需蒸汽量W为:

式中 ——L'状态空气的含湿量,g/kg;

——W'状态空气的含湿量,g/kg。

如果冬季采用与夏季相同的送风量,且冬、夏季室内参数相同,余湿量也相同,则L与L'重回,即冬、夏季为同一露点。


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11.3 集中式空气调节系统

11.3.2 一次回风系统

直流式空调卫生条件好,但是冷、热量消耗大,封闭式空调系统最经济,可是空气品质较差,因而只能在特殊场合采用。在实际工程中,应用最多的是混合式系统,即利用一部分回风与室外新风混合后再经过表冷器处理送入室内的空调系统(称为一次回风系统)。这种系统既能满足卫生要求,又经济合理,是普通集中式空调系统应用最多的一种形式。

1.夏季工况

根据前面所介绍的送风状态和送风量的确定方法,可在 图上标出室内状态点N(图11.10b),过N点作室内热湿比线。根据选定的送风温差 ,画出 线,该线与线的交点O即为送风状态点。为了获得O点状态的空气,常将室内外空气的混合点C状态的空 气经表面式冷却器冷却减湿到L点


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11.3 集中式空气调节系统

(L点称为机器露点,一般位于=90%~95%线上),再从L点加热到O点,然后进入房间,吸收房间的余热余湿后变为室内空气状态点N,一部分空气被排到室外,另一部分空气返回到空调箱与新风混合,整个处理过程可以写成:

按 图上空气混合的比例关系:

,而 即为新风百分比m,从而确定了状态点的C位置。C点也可以通过数学方法计算确定:

同理可求的:


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11.3 集中式空气调节系统

在 图上求的 (或 )线的交点即为C点。

根据 图上的分析,为了把Gkg/s的空气从C点冷却减湿到L点,所需要配置制冷设备的冷却能力,就是该设备夏季处理空气所需要的的冷量:

KW (11.7)

在采用喷水室或水冷式表面冷却器时,该冷量是由冷水机组的冷冻水或天然冷源提供的,而对于采用直接蒸发式冷却系统来讲,冷量是直接由制冷机的制冷剂提供的。

该部分热量(即室内冷负荷)的数值为从空气处理过程来看,该“冷量”是由以下几个方面组成:

(1)风量为G,参数为O的空气被送入室内后,吸收室内的余热余湿,变化到状态点N,该部分热量即为室内冷负荷,其数值为:

KW


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11.3 集中式空气调节系统

(2)新风冷负荷:新风进入系统时焓值为,排出时为,这部分冷量称为新风冷负荷,其值为:

KW

(3)除上述二者外,为了减少“送风温差”,有时需要把已在喷水室中处理过的空气再一次加热,这部分热量称为“再热量”,其值为:

KW

抵消这部分热量也是由冷源负担的,故Q3称为“再热负荷”。

上述三部分冷量之和就是系统所需要的冷量,即:

因此这一关系也可写成:

KW (11.8)


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11.3 集中式空气调节系统

由于在一次回风系统的混合过程中 ,即

= ,带入式(11.8)中可得:

KW

从上式可以看出,一次回风系统中的冷量用 图计算或用热平衡方法计算,两者是统一的。

一次回风系统与全新风空调系统比较,当送风量相同,露点L相同时, < ,所以一次回风系统的耗冷量比全新风系统少,而且新风量越小,节省的冷量就越多。但实际上不能无限制地减少新风量。下面介绍一下新风量的确定依据和室内空气平衡问题。

新风量的确定依据:

空调系统的新风量是指冬、夏季设计工况下应向空调房间提供的室外新鲜空气量,新鲜空气量的多少直接影响空调房间的空气品质和系统的能耗,使用的新鲜空气量越少,系统的能耗就越低,但是系统的新风量不能无限制地减少,


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11.3 集中式空气调节系统

至少要满足以下三点要求:

(1)满足室内卫生的要求

在人员长期停留的空调房间里,新鲜空气的多少直接影响人体呼吸空气的质量,因为在密闭的房间里,人们呼吸需要充足的氧气,另外,人们呼出的二氧化碳和室内的有害病菌也要及时地稀释和排除,这就需要一定量的室外新鲜空气来补充。

新风量的多少一般是以稀释室内产生的CO2为标准的,使室CO2内浓度不超过1000ppm(1L/m3)为基础,在实际工程中,空调系统的新风量可按规范规定查取,民用建筑最小新风量按表11.2确定。工业建筑应保证每人不小于30 m3/h的新风量。

(2)补充局部排风量

空调房间内有排风柜等局部排风装置时,为了不使车间和房间产生负压,在系统中必须要有相应的新风量来补充排风量。


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11.3 集中式空气调节系统

(3)保证空调房间的正压要求

为了防止外界环境空气(室外或相邻的空调要求较低的房间)渗入空调房间,干扰空调房间温湿度均匀性或破坏室内洁净度,需要在空调系统中用—定量的新风来保持房间的正压(即室内空气压力大于室外环境压力)。一般情况下,普通空调室内正压值达5~10Pa即可满足要求,过大的正压不但没有必要.而且还降低了系统运行的经济性。

规范中规定:空气调节系统的新风量,应不小于人员所需新风量,以及补偿排风和保持室内正压所需风量两项中的较大值。在大多数实际工程中,按照上述方法计算出的新风量过小,不足总风量的10%时,为了确保室内空气的卫生和安全,也应按照总送风量的10%的最小新风量计算。


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11.3 集中式空气调节系统

必须指出,上述新风量的计算是在冬夏室外设计计算参数下规定的最小新风量百分数,是出于经济和节能方面考虑的最小新风量。多数情况下,在春、秋过渡季节中,可以提高新风比例,从而利用新风所具有的冷量或热量以节约系统的运行费用。为了保持室内恒定的压力和调节新风量,必须进一步讨论空调系统中的空气平衡问题。

室内空气的平衡

图11.11表示空调系统的风量平衡关系,当把系统中的送回风口调节阀调节到使送风量L大于从房间的回风量(0.9L)时,房间即呈正压状态,而送、回风量差 (通过门窗的不严密处或从排风孔渗出),则:

对空调房间:

对整个系统:


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11.3 集中式空气调节系统

对于全年新风量可变的系统,在室内要求正压并借助于门窗缝隙渗透排风的情况下,空气平衡关系如图11.11所示,设房间总风量为L,门窗的渗透风量为 ,进空调箱的回风量为 ,新风量为 ,排风量为 ,则:

对房间来说,总风量L=

对空调箱来说,总送风量L=

当过渡季节采用较额定新风比大的新风量,且要求室内恒定正压时,必然有 >Lh,即LW>LS, , 即系统要求的机械排风量。通常在回风管路上装回风机和排风机进行排风(图11.12),根据新风量的多少来调节排风量,这就可以保持室内恒定的正压,这种系统称为双风机系统。

对于其他场合(例如室内有局部排风等),可用同样的原则去分析空气平衡问题。


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11.3 集中式空气调节系统

【例11.3】 已知某地大气压力B=101325Pa,室外设计计算参数: =35℃, 27℃,假定某车间拟装带水冷式表冷器的一次回风空调系统,新风百分比为15,室内冷负荷 =11.3KW湿负荷W=0.0011kg/s,工艺要求的室内空气参数: =23±1℃,N=55,试确定该空调系统夏季空气处理过程与设计工况下所需冷量。

(1)计算室内热湿比

(2)确定送风状态点:根据室内温度允许波动范围,确定送风温差 =6℃,得送风温度 =23-6=17℃。在大气压力B=101325Pa的 图上,通过N点作 =10300的直线与t=17℃的等温线相交,其交点即送风状态O(图11.13): =39.8KJ/Kg, =8.9g/kg。


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11.3 集中式空气调节系统

(4)确定混合状态点:由新回风混合过程 15,可得

=0.15 ,从而在 图上运用作图法,由确定的线段 即可方便地确定出混合点C的位置: =53.2 KJ/Kg, =11g/kg。

(5)确定空气处理过程:当W、N、O、L、C诸点位置在 图上一一确定之后,依次连接各状态点所得到的空气状态变化过程,即该一次回风空调系统夏季设计工况下的空气处理过程(图11.13)

(6)计算系统送风量:按下式计算出夏季送风量为

= =1.45kg/s

(7)计算系统所需冷量:按下式计算可得:


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11.3 集中式空气调节系统

=1.45×(53.2-37)

=1.45×16.2

=23.5KW

(8)计算系统所需再热量:按下式计算可得

=14.5×(39.8-37)

=14.5×2.8

=4.06KW

(9)冷量分析

KW

=1.45×0.15(85.1-47.6)=8.16KW

KW

KW


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11.3 集中式空气调节系统

2.冬季工况

图11.14所示为一次回风冬季处理过程在 图上的示意图。在全年送风量固定的空调系统里,假设冬季与夏季工况的室内状态点N相同,图中的室外空气状态点 是由当地冬季空调室外计算干球温度和相对湿度的交点确定,可见冬季室外状态点将移到 图的左下方。室内热湿比 因房间围护结构的散热而减小(也可能是负值)。假设冬季和夏季的余湿量也相同,同时,在一般工程中冬季往往采用与夏季相等的风量 ,则根据式: 判断出冬、夏季工况的送风状态点将位于同一条等含湿量 上(冬、夏季机器露点L相同),这时 线与室内的热湿比线 的交点 即为冬季的送风状态点。


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11.3 集中式空气调节系统

如果把线与 线的交点 作为冬季的混合点,则可以看出:从 到L的过程可以通过绝热加湿的方法达到,这时如果

≥新风百分比m%,那么这个方案完全可行。处理过程为:

上述处理方案中除用绝热加湿的方法增加含湿量外,还可以采用喷蒸汽的方法.即从 处理到E点(等温加湿),然后加热到 点,这两种方法的实际消耗的热能是相同的。

当采用绝热加湿的方案时,对于新风量较大的工程,或者按最小新风比,而室外设计参数很低的场合,都有可能使混合点的焓值 低于 ,这种情况下就需要对新风进行预热处理 (或室内外空气混合后预热) ,使预热后的新风和室内回风的混合点落在的等焓线上(图11.14)预热后空气状态点的确定:


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11.3 集中式空气调节系统

因为 = ,所以化简可得:

状态空气焓值就是预热后空气应该达到的焓值。由此可以计算出空气预热器的预热量:

KJ/Kg (11.9)


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11.3 集中式空气调节系统

11.3.3 二次回风系统

图11.14所示为二次回风式空调系统图。图中的设备与部件与一次回风系统相同。一次回风系统虽然比全新风系统节能,但是仍然需要再热器加热来解决送风温差受限的问题,再热能耗造成冷热能量抵消。

二次回风系统是在喷水室前后两次引入回风,以喷水室后的回风代替再热量对空气进行再加热,可节省热量和冷量。由于采用了两次回风,所以称为二次回风系统。

1.夏季处理方案

典型的二次回风系统的夏季过程如图11.15(a)所示。空气处理过程在的表示见图11.15(b)(图中画出了在相同新风比时与一次回风系统处理过程的区别),其处理过程为:


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11.3 集中式空气调节系统

由图11.15(b)可以看出,O点是由N与L状态的空气混合而得到的,故这三点必在一条直线上,因此,第二次混合的风量比例很容易确定,然而第一次混合点C必须先确定表冷器处理风量 后才能确定:

则一次回风量,这样C点的位置可由混合空气焓与NW线的交点所确定:

KJ/Kg (11.11)

kg/s (11.10)


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11.3 集中式空气调节系统

从C点到L点的连线便是空气经过表冷器的冷却减湿过程,它所消耗的冷量为:

KW (11.12)

如果分析二次回风式系统的冷量,可以证明它同样是由室内冷负荷和新风冷负荷构成的,在相同的条件下,二次回风式系统比一次回风式系统节省了“再热负荷”,但所需机器露点温度较低,制冷机效率有所下降。

2.冬季处理方案

(1)绝热加湿的处理过程

假定室内参数和风量及余湿量与夏季相同,第二次回风比的混合比冬、夏季也相同,机器露点的位置也与夏季相同。

由以上假定可知,冬季送风状态点与夏季送风状态点的含湿量相同,即冬、夏季送风状态点O点变为O',而O点就是夏季的二次混合点。为了将空气处理到L点,仍然采用预热、混合、绝热加湿等方法(见图11.16)。


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11.3 集中式空气调节系统

要判断室外新风是否需要预热,可以根据一次混合点焓值是否低于 来确定外,也可象一次回风系统那样推定出一个满足要求的室外空气焓值 ,然后与实际的冬季室外设计焓值相比较后确定。

从 图上的一次混合过程看:设所求的 值能满足最小新风比而混合点C正好在 线上时, (其中 ) (11.13)

又从第二次混合的过程可知:

= (11.14)

将式(11.14)代入式(11.13)得:


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11.3 集中式空气调节系统

KJ/Kg (11.15)

若 < ,则需要预热,预热量为:

KW (11.16)

(2)蒸汽加湿的处理过程

如果仅将绝热加湿改为喷蒸汽加湿,而其它过程不变时,其处理过程如图11.17所示,即:


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11.3 集中式空气调节系统

在室内产湿量不变和送风量不变的情况下,冬季的送风含湿量差 与夏季相同, 即送风点为 线与 的交点 ,二次混合点C2也应该在 线上。此外,当二次混合比不变时,经一次混合并加湿后的空气应在夏季的 上,由三角形△NML与△NC2O相似,据此,可以确定加湿后空气的状态点M:

①用与夏季相同的一次回风混合比确定冬季一次混合点C1;

②过混合点C1作等温线 与线线相交于M点,则M点就是冬季经喷蒸汽加湿后空气的状态点,同时可以看出:

二次混合比。

从以上分析可知,当室外参数较高时,一次混合点的 一 般也较大,在 < 的范围内,都需要进行不同程度的加湿。


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11.3 集中式空气调节系统

以上对一次回风系统和二次回风系统的冬夏季设计工况进行了分析,可以看出:前者处理流程简单,操作管理方便,故对可以直接用机器露点送风的场合均可采用。当送风温差有限制时,为了夏季节省再热量可采用二次回风系统。但因二次回风系统的处理流程复杂,给运行管理带来了不便。

【例11.4】某地一生产车间需要设空调装置,已知:

(1)室外计算条件为:夏季,t=35℃, =26.9℃, =54%,=84.8 KJ/Kg , 冬季:t=-12℃,ts=-13.5℃, =49%,=-10.5 KJ/Kg。大气压力为101325Pa(760mm汞柱);

(2)室内空气参数由工艺确定为, =22±1℃, =60%( KJ/Kg, =9.8g/kg);

(3)按建筑、人、工艺设备及照明等资料已算得夏季、冬季的室内热湿负荷为:

夏季: =11.63KW(KJ/s),W=0.00139kg/s(5kg/h)


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11.3 集中式空气调节系统

  • 冬季: =-2.326 KW,W=0.00139 kg/s;

  • (4) 车间内有局部排风设备,排风量为0.278m3/s(1000 m3/h)。

  • 要求采用二次回风系统,试确定空调方案并计算设备容量。

  • 解1. 夏季处理方案:

  • 由热湿负荷算出热湿比 值和定出送风状态:

在相应大气压力的 图(图11.17)上,过N点作 线,与 =95%线的交点得: =11.5℃, =31.8 KJ/Kg。考虑工艺要求取 ℃,可得送风点O, =15℃( =36.8 KJ/Kg, =8.55g/kg);


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11.3 集中式空气调节系统

(2)计算送风量:

按室内余热量计算: = kg/s(4026 kg/h)

(3)通过喷水室的风量 :

(4)二次回风量 :

kg/s(1307 kg/h)

(5)确定新风量 :

由于室内有局部排风,补充排风所需的新风量所占风量的百分数为:

(上式中1.146为空气35℃时之密度)

所算得的百分数己满足一般卫生要求。同时应注意:当新风量根据局部排风量确定时,车间内并未考虑保持正压。

=

kg/s(2720 kg/h)


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11.3 集中式空气调节系统

(6)一次回风量 :

kg/s=1570 kg/h

(7)确定一次回风混合点C:

与线 的交点C就是一次回风混合点。

(8)计算冷量:从 图上看,空气冷却减湿过程的冷量为:

KW(20310kcal/h)这个冷量包括了以下两部分,即:

室内冷负荷 ——已知为11.63KW;

新风冷负荷 KW

11.63+11.99=23.62 KW

KJ/Kg


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11.3 集中式空气调节系统

2.冬季处理方案

(1)冬季室内热湿比 和送风点O‘的确定:

当冬、夏季采用相同风量和室内散湿量相同时,冬、夏季的送风焓湿量 应相同,即:

则送风点为 =8.55线与 = 线的交点,可得

KJ/Kg, ℃。

(2)由于N、O、L等参数与夏季相同,即二次混合过程与夏季相同。因此可按夏季相同的一次回风混合比求出冬季一次回风混合点位置 。

g/kg


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11.3 集中式空气调节系统

按混合焓计算:

由于 KJ/Kg< =31.8 KJ/Kg,所以应设置预热器。

(3) 过 点作等 线与 线得交点M,则可确定冬季处理的全过程为:

(4)加热量:

KW

如先把新风预热后混合(图中虚线所示),所耗热量是相同的。

二次混合后的再加热量:

KW

KJ/Kg


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11.3 集中式空气调节系统

如果将本例改为一次回风系统(除室内外参数等相同外,包括 也相等),则可算得夏季它所增加冷量正好相当于一次回风系统需补充的再热器热量,而冬季则两种系统的加热量是相等的。


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11.4 半集中式空气调节系统

既有集中处理,又有局部处理的空调系统称为半集中式空调系统。一般的半集中式空调系统是首先对空气进行集中处理,然后再按空调房间的不同要求分别进行局部处理后,送至各房间。

11.4.1 风机盘管系统

集中式空调系统由于具有系统大、风道粗、占用建筑面积和空间较多、系统的灵活性差等缺点,在许多民用建筑,特别是高层民用建筑的应用中受到限制。风机盘管空调系统就是为了克服集中式空调系统这些不足而发展起来的一种半集中式空调系统。它的冷、热媒是集中供给,新风可单独处理后供给,采用水作输送冷热量的介质,具有占用建筑空间少,运行调节方便等优点,近年来在宾馆、办公楼和商业建筑中得到了广泛的应用。


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11.4 半集中式空气调节系统

1.风机盘管的构造、分类和特点

风机盘管是由风机和表面式冷热盘管组成.其构造如图11.19所示。由于机组要负担大部分室内负荷,盘管的容量较大(一般2~4排铜管串片式),通常是采用湿工况运行。

风机盘管采用的风机为前向多翼离心式风机或贯流式风机,电机多为单向电容调速电机,可通过调节输入电压,通过改变风机转速调节冷热量。风机盘管一般采用风量调节,也有采用水量调节的。水量调节可在盘管回水管上安装电动二通(或三通)阀,通过室温控制器调节阀门开度,用改变进入盘管的水量(或水温)调节空调房间的温湿度,如图11.20示。


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11.4 半集中式空气调节系统

风机盘管可以独立地负担全部室内负荷,成为全水系统的空调方式。但由于这样解决不了房间的通风换气问题,因此,通常都是和新风系统共同运行,组成空气-水系统的空调方式。因此,概括地说,风机盘管空调系统是由风机盘管机组、新风系统和水系统三部分组成。此外,为了收集排放夏季湿工况运行时产生的凝结水,还需要设置凝结水管路系统。

风机盘管机组通常根据需要组成为立式和卧室两种,同时根据装潢的需要做成明装或暗装设置在需要空调的房间内,对通过盘管的空气进行冷却、减湿冷却或加热处理后送入室内,消除空调房间的冷(热)湿负荷。

新风系统是为了保证人体健康的卫生要求,给空调房间补充新风量的设施。对于集中设置的新风系统,还可以负担一部分新风和房间的热、湿负荷。


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11.4 半集中式空气调节系统

水系统用于给风机盘管和新风机组提供处理空气所需要的冷热量,通常是采用集中制取的冷水和热水。

风机盘管空调系统的主要优点是布置灵活,节省建筑空间,各房间可独立地通过风量、水量(或水温)的调节,改变室内的温湿度。此外,当房间无人时可关闭风机盘管机组而不会影响其他房间,节省运行费用。

风机盘管空调系统的主要缺点是对机组制作有较高的质量要求,否则将带来大量的维修工作量。此外,在噪声要求严格的地方,由于风机转速不能过高,风机余压较小,使气流分布受到限制,一般只适用于进深小于6m的场合。在没有新风系统的加湿设备配合时,冬季室内相对湿度偏低,对空气的净化(过滤)能力较差。


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11.4 半集中式空气调节系统

2.风机盘管空调机组的新风供给方式

风机盘管空调机组的新风供给方式主要有如图11.21所示的三种:

(1)靠室内机械排风渗入新风(图a)

这种新风供给方式是靠设在室内卫生间、浴室等处的机械排风,在房间内形成负压,使室外新鲜空气渗入室内。这种方法比较经济,但室内卫生条件不易保证。受无组织渗风的影响,室内温度场分布不均匀。

(2)墙洞引入新风方式(图b)

这种新风供给方式是把风机盘管设置在外墙窗台下,立式明装,在盘管机组背后的墙上开洞,把室外新风吸入机组内。这种方式能保证室内要求的新风量,也可通过安装在新风管上的阀门调节新风,但运行管理麻烦,且新风口还会破坏建筑立面,增加污染和噪声,因此,适用于要求不高的场合。


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11.4 半集中式空气调节系统

(3)独立新风系统(图c、图d)

以上两种新风供给方式的共同特点是需要风机盘管负担对新风的处理,盘管机组必须具有较大的冷却和加热能力,使风机盘管机组的尺寸增大。

独立新风系统是把新风集中处理到一定参数,根据所处理空气最终参数的情况,新风系统可承担新风负荷和部分空调房间的冷、热负荷。这种方案既提高了该系统的调节和运转的灵活性,且进入风机盘管的水温度可适当提高,水管的结露现象可得到改善。在过渡季节,可增大新风量,必要时可关掉风机盘管机组,单独使用新风系统。具体的作法有两种:

1)新风处理到室内空气焓值,不承担室内负荷(新风直接送入空调房间)。

①确定新风处理状态;

根据室内空气 线、新风处理后的机器露点相对湿度和机器温升 即可定出新风处理后的机器露点L及温升后的K点;


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11.4 半集中式空气调节系统

②确定总风量与风机盘管风量:

过N点作 线按最大送风温差与 线相交,即得送风点O,因为风机盘管系统大多用于舒适型空调,一般不受送风温差限制,故可采用较低的送风温度。则房间风量 连接K、O两点并延长到M点,使

式中 ——新风量,kg/s;

——风机盘管风量,kg/s。

故房间总送风量 ,而M即风机盘管的出风状态点,为了使新风与风机盘管出风有较好的混合效果,应使新风送风口紧靠风机盘管的出口。


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11.4 半集中式空气调节系统

2)新风处理后的焓值低于室内空气焓值,承担部分室内负荷(新风送入风机盘管机组)

这种系统让新风承担围护结构传热的渐变负荷与室内的潜热负荷,而由风机盘管承担照明、日射、人体等瞬变显热负荷。风机盘管机组可按干工况运行,但新风处理的焓差较大(≥40 KJ/Kg),我国采用较少。该过程在 图上的过程确定如下:

①过N作 线,并由送风温差确定送风状态点O,则风量G可得。当 已定时, 便可确定。

②作 ,则得P点。

③由 线与机器露点相对湿度线得L点,考虑新风风机温升可确定实际的K点,连KO延长与 线相交得M点,M点即风机盘管要求的出口状态点。


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11.4 半集中式空气调节系统

3.风机盘管机组的选择

当确定新风终态方案而绘出新风+风机盘管在 图上的处理过程图后,风机盘管的夏季供冷量即为 KW。因此风机盘管的选择即实现N→M的处理过程,即检查所选定的风机盘管在要求风量、进风参数和水初温、水流量(或水温差)的条件下,能否满足出风参数,即对表冷器进行校核计算。国内外FCU产品样本资料完善者,都会提供出上述不同条件下表冷器的总冷量和显热冷量,实际上也可推知其出风参数。上述数据大多用表格形式列出,但也可用线解图来求解,如对某一型号FCU各种参数(风量、风温、水量、水温等)改变后对空气出口参数以及总冷量和显热冷量等的变化和影响,可进行比较直观的分析。


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11.4 半集中式空气调节系统

4.风机盘管的水系统

风机盘管的水系统按供回水管的根数可分为双管制系统、三管制系统和四管制系统三种。对于具有供、回水管各一根的风机盘管水系统,称双水管系统,它和机械循环的热水采暖系统相似。夏季供冷水,冬季供热水。对于要求全年空调且建筑物内负荷差别很大的场合,例如在过渡季节内有些房间要求供冷,有些房间要求供热,为了使用灵活,可采用三水管系统,即在盘管进口处设有程序控制的三通阀,由室内恒温器控制,根据需要使冷水或热水进入(不同时进入),但为了经济而采用同一根回水管道,这就带来了混合损失(热量和冷量均有损失)。更为完善的方式是用四水管系统,这种方式有两种做法,一种是在三水管基础上加一根回水管,另一种是除此之外,再把二次盘管分为冷却和加热两组,使水系统完全独立。采用四水管制,初投资较高,但运行很经济、因为大多可由建筑物内部热源的热泵提供热量,而对调节室温具有较好的效果。


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11.4 半集中式空气调节系统

四水管系统往往在舒适要求很高的建筑物内采用。图11.24表示了四水管系统的两种连接方式,图中(a)采用的是单一盘管;(b)是采用冷热盘管分开的做法。

图11.24 四水管系统及其连接方式风机盘管系统中的水管设计与采暖管路有许多相同之处,例如,管路同样要考虑必要的坡度以便排除空气;系统应设置膨胀水箱,对于有析湿可能的二次盘管,还应设有凝水排放的管路系统。在大型建筑物中,为了保持水力工况的稳定性和减少初次调整的工作水系统应设计成同程式,风机盘管机组系统中水管系统设计与采暖管路的设计方法相同,可参见《供热工程》等相关书目。


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11.4 半集中式空气调节系统

11.4.2 其它空调系统

1.诱导器系统

诱导器(IU)系统亦属于半集中式空调系统。图11.25所示为一诱导器系统示意图,经过集中空调机处理的新风(一次风)由风道送入各空调房间内的诱导器的静压箱中,再由诱导器的喷嘴高速(20~30m/s)喷出,在喷射气流的引射作用下,诱导器中形成负压,室内空气(二次风)被吸入诱导器,在诱导器的二次进风口处装有二次盘管(通有冷水或热水),经过加热或冷却的二次风在诱导器内与一次风混合达到送风状态,经送风口送入房间。


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11.4 半集中式空气调节系统

诱导器是一种用于空调系统送风的特殊设备。它由静压箱、喷嘴、盘管(有的不设盘管)等组成。静压箱的作用是均流和消声,为了使一次风经过时能够均匀地从各喷嘴喷出,而且降低噪声,静压箱截面比风道截面大得多,并且内部设置各种形式的挡板,内腔还贴有吸声材料。一般情况,静压箱越大,均流消声效果越好。喷嘴的作用是将一次风高速送出,同时诱导二次风,诱导器的喷嘴数量、排列方式、结构形式等都会影响诱导器的诱导比和阻力。

诱导比是评价诱导器性能的一个重要参数。如图11.26所示,它是指被诱导的室内回风量与一次风量的比值,即:


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11.4 半集中式空气调节系统

式中 ——诱导比,一般在2.5~5之间;

——被喷嘴诱入的二次风量。Kg/h;

——通过静压箱送入的一次风量,Kg/h。

因为G= + = +

所以

由此可见,在一次风量相同的条件下,诱导比大的诱导器送风量大,室内送风量大,室内换气次数高。

诱导器有两种类别,按诱导器内是否设置盘管分为:

(1)全空气诱导器系统:采用这种系统时,室内所需的冷负荷全部由空气(一次风)负担,所以称为全空气诱导系统。这种诱导器不带二次冷却盘管,故又称“简易诱导器”。它实际上是一个特殊的送风装置,它能诱导一定数量的室内空气,达到增加送风量和减少送风温差的作用。有时也可在简易诱导器内装置电加热器,以适应室内负荷变动的需要。


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11.4 半集中式空气调节系统

(2)“空气-水”诱导器系统:这种系统的一部分夏季室内冷负荷由空气(由集中空气处理箱处理得到的一次风)负担,另一部分由水(通过二次盘管加热或冷却二次风)负担。

诱导器分为立式和卧式两种。卧式诱导器一般装于棚顶,立式诱导器装于窗台下。

诱导器系统的主要优点:

(1)系统的空气处理箱及送、回风管道截面均可减小甚至可以取消回风管道。

(2)完全取消回风,杜绝了各空调房间因回风混合而造成的相互干扰和污染。

(3)由于诱导器中无转动部件,设备寿命长,不需要消耗电功率。


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11.4 半集中式空气调节系统

诱导式空调系统的缺点:

(1)无法有效地清除回风中的灰尘,会使诱导器积灰。

(2)由于系统只考虑通过一次风量,所以在过渡季节时,无法全部利用室外新风,从全年运行角度讲,将造成冷(热)量的浪费。

(3)一次风停止运行,诱导器就无法正常工作。

(4)采用高速喷嘴的诱导器,一次风阻力比风机盘管的新风系统阻力大,功率消耗多。

2.空气-水辐射板系统

利用辐射板供冷虽然可获得舒适的环境,但是它无除湿能力和解决新风供应的问题。因此必须与新风系统结合在一起应用,这就是所谓的空气-水辐射板系统,即辐射板加新风系统。


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11.4 半集中式空气调节系统

室内湿负荷由新风系统负担,因此新风处理后的露点必须低于室内空气露点。欧洲应用这种系统经验表明,对于人员密度不大的办公建筑,辐射板的供水温度不低于16℃,而新风的露点低于14℃。在新风系统设计时,应根据室内的湿负荷确定新风处理后的空气含湿量。

新风在室内的送风方式主要有两种:其一是混合送风方式,即要求送入的新风充分与室内空气混合,以稀释室内的污染物和使室内温度均匀。空气-水辐射板系统的新风量通常很小,用这种送风方式难于达到上述两个要求。其二是置换送风方式,将低于室内温度的新风靠近地面缓慢送出,并沿地面散开,当遇到热源(人体或发热设备)后,在热浮升力的作用下向上流动。人处于比较干净的新风中间,充分地利用了新风。这种送风方式并不是靠送风速度将风送到房间各处,而是靠新风密度大,下沉在底部缓慢地蔓延到全室,在热源作用下上升的,在送风量要求很小的场合,应首先考虑这种送风方式。


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11.4 半集中式空气调节系统

空气-水辐射板系统的室温控制依靠调节辐射板的冷量来实现。通常用控制冷冻水流量来调节辐射板冷量,最简单的办法是采用由恒温控制器控制的开/关型电动阀实现。另外,冷冻水系统应设置水温不得低于室内空气露点的保护控制,如关闭水路或调高水温。新风系统只做季节性的调节,并应控制新风的露点低于室内露点。

这种系统在欧洲应用的比较多,它的主要优点是室内环境的舒适度较高;可以应用自然冷源,如采用冷却水、地下水;如果辐射板的冷冻水采用独立的人工制冷装置制备时,则它的COP值高,比常规系统高25左右,比较节能。这种系统除湿能力和供冷能力都比较弱,只能用于单位面积冷负荷和湿负荷比较小的场所。


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11.5 分散式空气调节系统

在某些建筑中空调的使用时间和冷热需求各不相同,而且空调房间少、分布又比较分散,在这种场合下使用集中式或半集中式中央空调是不经济的,这种情况适宜选择分散式空调系统,又称为局部空调系统 。

分散式空调系统是一个小型的空调系统,空调负荷直接由制冷剂系统负担,制冷系统中的蒸发器或冷凝器直接从空调房间吸收(或放出)热量来完成制冷(或制热)的功能。它的体积小,结构紧凑,不需要占用大面积的机房,小容量的空调机组可直接布置在空调房间内,施工安装方便,不需要专人操作等特点。在许多需要空调的场所,特别是舒适性空调,得到了广泛的应用。小容量的装置已成为家电产品,大批量生产。


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11.5 分散式空气调节系统

11.5.1 构造和类型

1.按容量大小分

(1)窗式:容量小,冷量在7kw以下,风量在0.33m3/s(1200 m3/h)以下,属于小型空调机。一般安装在窗台上,蒸发器朝向室内,冷凝器朝向室外。如图11.27所示。

(2)挂壁机和吊装机:容量小,冷量在13kw以下,风量在0.33 m3/s(1200 m3/h)以下。如图11.28所示。

(3)立柜式:容量较大,冷量在70kw以下,风量在5.55 m3/s(20000 m3/h)以下。立式空调机组通常落地安装,机组可以放在室外。如图11.29所示。


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11.5 分散式空气调节系统

2.按制冷设备冷凝器的冷却方式划分

(1)水冷式空调器:水冷式空调器一般用于容量较大的机组。采用这种空调机组时,用户要具备水源和冷却塔。

(2)风冷式空调器:对于容量较小的风冷式空调机组(如窗式),其冷凝器设置在机组的室外部分,用室外空气冷却;对于容量较大的风冷式空调机组,需要在室外设置独立的风冷冷凝器(分体式)。风冷式空调机不需要冷却塔和冷却水泵,不受水源条件的限制,在任何地区都可以使用。

3.按供热方式分

(1)普通式:冬季用电加热器加热空气供暖。

(2)热泵式:冬季仍用制冷机工作,借助四通阀的转换,使制冷剂逆向循环,把原蒸发器当作冷凝器、原冷凝器作为蒸发器,空气流过冷凝器被加热作为采暖用。如图11.27所示。


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11.5 分散式空气调节系统

4.按机组的整体性来分

(1)整体机:将空气处理部分、制冷部分和电控系统的控制部分等安装在一个箱体中形成一个整体。结构紧凑,操作灵活,但噪声振动较大。

(2)分体式:将制冷系统的压缩机、冷凝器及冷却冷凝器的风机放在室外,其它处理设备和循环风机放在室内,两部分用铜管连接起来,铜管外包塑料管。这种机组可以减少室内噪声,减小室内机组的尺寸,使安装地点灵活。室内机组可以采用壁挂式、吊顶式、落地式等。


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11.5 分散式空气调节系统

11.5.2 机组的性能和应用

1.空调机组的能效比(EER)

空调机组的能耗指标可用能效比来评价:

能效比=

机组的名义工况(又称额定工况)制冷量是指国家标准规定的进风湿球温度、风冷冷凝器进口空气的干球温度等检验工况下测得的制冷量。随着产品质量和性能的提高,目前EER值一般在2.5~3.2之间。

2.空调机组的选择及应用

(1)空调机组的选择

机组名义工况下制冷量(W)

整机的功率消耗(W)


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11.5 分散式空气调节系统

①根据使用条件和房间要求选择空调机组的形式。北方地区的建筑都有采暖设施,一般可选用单冷式,只做夏季空调用,当然也可考虑选用热泵型的,以便在室外气温较低而又没到供暖期的过渡季节使用。在冬季室外气温低于空调供暖温度的南方地区,而又无采暖设备的情况下,应选择热泵型机组。当房间负荷变化较大,而且空调季节较长时,易选用变频空调器。当空调季短或每天使用时间少时,不宜选用变频空调器,否则增加的费用未必能得到回报。

② 根据实际负荷确定空调机组的型号。空调机组容量和设计参数是根据较典型的空气处理过程和比较有代表性的设计参数来设计的。由于实际应用条件可能会与空调机组的设计条件不同,空调机组的实际产冷量是随外界条件的改变而变化的。空调机组的产品样本通常应给出不同的进风空气湿球温度、制冷机的蒸发温度、冷凝温度等条件下的实际供冷量,可根据空调房间的设计要求和需要消除的热、湿负荷选择合适的空调机组。


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11.5 分散式空气调节系统

(2)空调机组的应用

①不接风管、风口的使用方式

不接风管、风口的使用方式通常用于机组容量较小的场合。这是根据空调房间的大小,选择一台或多台空调机组布置在空调房间的不同部位。

②接风管、风口的使用方式

接风管、风口的使用方式通常用于机组容量较大的场合。这时,根据空调房间的大小,选择一台空调机组布置在专用的空调机房内,用风管和风口把经过处理的空气送到空调房间的指定地点。与不接风管、风口的使用方式相比,接风管、风口的使用方式可使用一部分室外新鲜空气,有利于改善空调房间的空气品质。但由于空调系统的阻力增加,机组需要有足够的机外余压,一般宜布置在靠近空调房间的地方。


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11.6 户式中央空调系统

户式中央空调又称为家用中央空调。它是介于传统集中式空调和家用房间空调器之间的一种新形式,是随着住房条件的改善和生活质量的提高而逐渐发展起来的一种空调新潮流。家用中央空调的制冷量和制热量比房间空调器大,因此它适用于建筑面积比较大的用户,除了高级公寓、单元住宅楼、庭院别墅外 , 还适用于如单元式写字楼、小型餐厅、小型会所等的小型商业用房。

11.6.1 户式中央空调系统形式

户式中央空调冷热负荷的输送介质主要有三种:空气、水及制冷剂,因此,户式中央空调系统可以划分为风管式系统、冷热水系统、制冷剂直接蒸发系统。


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11.6 户式中央空调系统

1.风管式系统

风管式系统是以空气作为输送介质,它利用冷水机组集中制取冷热量,将新风冷却、加热,与回风混合后送入室内。风管式系统的室外可有多台压缩机和一台风冷冷凝器组成,室内机是由蒸发器和循环风机组成,其台数与压缩机台数相同,形式有多种,如天花式、暗藏天花式等。该系统的特点是室外机的冷凝器采用空气冷却,每台压缩机与室内机一对一配置形成独立系统,室外机的冷凝器与室内机蒸发器之间的连接铜管最长可达25m,暗藏式室内机可接风管,并根据室内空间情况将送风口均匀布置在室内,还可接入新风管引进新风,系统完全依靠冷媒循环完成空调要求,该系统既有分体式空调的使用功能,又有中央空调的送风效果。

特点:相对于其他的户式中央空调,风管式系统机组制冷系统简单,初投资较小.由于空气处理设备置于整体式机组内, 新风引入非常方便.新风系统使得空气质量提高,人体舒适度提高。


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11.6 户式中央空调系统

2.冷、热水机组

冷、热水机组的输送介质通常为水或者乙二醇溶液。它通过室外主机产生出空调冷、热水,由管路系统输送至室内的各末端装置,在末端装置处冷、热水与室内空气进行热量交换,产生冷、热风,从而消除房间空调负荷。它是一种集中产生冷、热量,分散处理各房间负荷的空调系统形式。冷、热水机组的末端装置通常为风机盘管。冷媒系统一般配备一台压缩机,冷凝器由空气冷却,末端设备采用风机盘管。

特点:由于风机盘管可以调节风机转速,所以可以对每一个空调房间进行单独调节,较为节能。对于冬季间歇运行,并且室外气温较低而致使系统容易结冰的地区,可以将蒸发器及循环水泵与室外主机分开而组成室内辅机。室内辅机与室外主机用制冷剂管连接。在寒冷地区,冬季室外温度较低,根据夏季冷负荷选用的冷热水机组,冬季供热量常常不能满足冬季热负荷的要求,此时应考虑选用辅助电加热来增加供热量。


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11.6 户式中央空调系统

3.多联机型系统

多联机型系统即制冷剂变流量系统,它以压缩制冷剂为输送介质,采用一台压缩机带动多台室内机。室外主机由外侧换热器、压缩机和其它附件组成。室内机由直接蒸发式换热器和风机组成。制冷剂通过管路由室外机送至室内机,通过控制管路中制冷剂的流量以及进入室内各散热器的制冷流量,来满足不同房间的空调要求。 与其它冷媒型空调系统最主要的区别为:该系统压缩机采用变频调速进行控制,当系统处于低负荷时,通过变频控制器控制压缩机转速,使系统内冷媒的循环流量得以改变,从而对制冷量进行自动控制以满足使用要求,对一般住宅用户式空调系统只需设一台变频压缩机。

特点:可以满足不同房间的空调需求,节能。但对各方面的技术要求高,难度较大,且初投资费用高。


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11.6 户式中央空调系统

11.6.2 系统负荷确定方法

空调负荷计算为合理选择空调末端处理设备和确定冷、热源设备容量提供依据。空调负荷计算包括夏季冷负荷计算和冬季热负荷计算。在方案设计阶段,可采用负荷估算指标进行负荷计算。在施工图设计阶段,根据规范要求,应对各空调房间进行逐项逐时的负荷计算。

确定空调负荷时,对于住宅等以围护结构负荷为主的房间,应考虑间歇负荷附加系数1.10~1.20。同时,还应考虑邻室无空调时温差传热所引起的负荷。


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11.6 户式中央空调系统

确定空调系统总负荷时,应充分考虑住宅使用的特殊性。住宅主要由卧室、客厅、餐厅、厨房和卫生间组成,厨房和卫生间一般不设空调,而卧室、客厅、餐厅同时使用空调的概率很小。因此同时使用系数较低,一般可按0.5 ~0.7选取。


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思 考 题 与 习 题

1.什么是空气调节?空调系统通常由哪几部分组成?

2.说明集中式、半集中式空调系统的主要特点和适用场合?

3.试绘出一次回风空调系统的简图及夏季和冬季定露点处理过程的 图?

4.同样条件下,二次回风空调系统与一次回风系统比较,可节省哪些能量?

5.怎样确定空调系统的新风量?

6.风机盘管空调系统由哪几部分组成,它们的作用各是什么?

7.如何选择风机盘管机组?

8.什么是空调机组的能效比?

9.上海市某空调房间室内要求空气参数 =26±0.5℃,=55±0.5,新风比为15,已知夏季冷负荷 =15000W,余湿量W=8.0kg/h,如采用一次回风系统,试确定空气处理所需的风量和冷量。


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