空調負荷與送風量2

第3章

空調負荷與送風量

主要內容

3.1室內外空氣計算參數(shù)

3.1.1室內空氣計算參數(shù)

3.1.2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空調負荷

3.3.1空調房間夏季得熱量與冷負荷

3.3.2空調房間冬季耗熱量與熱負荷

3.3.3散濕量與濕負荷

3.3.4空調系統(tǒng)負荷與概算方法主要內容

3.4空調房間送風量和送風狀態(tài)點的確定

3.4.1空調房間送風量的確定

3.4.2空調房間送風狀態(tài)點的確定

3.4.3冬季空調房間送風量和送風狀態(tài)點的確定

空調負荷是空調工程設計中最基本的、也是最重要的數(shù)據(jù)之一，它的數(shù)值直接影響到空調方案的選擇，空調和冷熱源等設備容量的大小，進而影響到工程投資費用、設備能耗、系統(tǒng)運行費用以及空調的使用效果。

定量計算空調負荷需要用到室內外空氣計算參數(shù)。由于室內空氣環(huán)境的控制是通過送排一定量的不同狀態(tài)參數(shù)空氣來實現(xiàn)的，因此送排多少空氣量及其參數(shù)如何至關重要。3.1室內外空氣計算參數(shù)在設計一個中央空調系統(tǒng)時，首先要明確設計目標和設計的條件，即空調系統(tǒng)要將室內空氣控制在什么狀態(tài)之下(表示這個狀態(tài)的空氣參數(shù)稱為空調設計室內空氣計算參數(shù))；空調系統(tǒng)需要在什么氣象條件下運行(表示這個氣象條件的空氣參數(shù)稱為空調設計室外空氣計算參數(shù))。要消除空調房間內部和外部干擾源所造成的影響也與室內外空氣參數(shù)有關，因此在討論空調負荷的計算問題之前，首先要了解空調設計計算用的室內外空氣參數(shù)及確定方法。室內空氣計算參數(shù)主要是指作為空調工程設計與運行控制標準而采用的空氣溫度、相對濕度和空氣流速等室內空氣的控制參數(shù)。這些參數(shù)可分為兩類在民用建筑和工業(yè)企業(yè)輔助建筑中以保證人體舒適、健康和提高工作效率為目的的“舒適性環(huán)境空氣參數(shù)”；在生產廠房以及一些研究、試驗環(huán)境或設施中以著重滿足生產工藝過程和試驗過程的空氣環(huán)境需求為目的的“工藝性環(huán)境空氣參數(shù)”。3.1室內外空氣計算參數(shù)

1.熱舒適性與室內空氣計算參數(shù)研究表明，人在室內的熱舒適狀態(tài)(冷熱感)由許多因素決定的，其中主要有1)室內空氣的溫度2)室內空氣的相對濕度3)人體附近的氣流速度4)圍護結構內表面及室內其他物體表面的溫度(即輻射溫度)5)衣著情況及衣服的保溫性能和透氣性6)人的活動情況7)人的性別、年齡和身體狀況8)種族或個體的習慣與空氣有關的因素影響人的熱舒適性原因1)溫度——人體對于溫度較為敏感，而室內溫度對人的熱舒適性的影響是通過與人體表面皮膚的對流換熱和導熱來實現(xiàn)的。2)相對濕度——出汗是人體在任何氣溫下都存在的生理機能，只是在氣溫較低時出汗量較少，往往感覺不到出汗。而相對濕度主要影響人體表面汗液的蒸發(fā)，即影響蒸發(fā)散熱量的多少。相對濕度過高不僅會使人感到氣悶，而且汗液不易蒸發(fā)；相對濕度過低又會使人感覺干燥，引起皮膚干裂，而且易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。3)氣流速度——氣流速度對人的熱舒適性最明顯的影響是在夏季送冷風時，如果冷空氣的流速過大，造成吹冷風的感覺時，會極不舒適，嚴重時還會致人生病。

1.熱舒適性與室內空氣計算參數(shù)由于室內人的熱舒適性是涉及人的生理和心理感應的十分復雜的問題，而良好的熱舒適環(huán)境又是提高工作效率的保證，因此對于建筑熱環(huán)境舒適條件的研究，不少環(huán)境學家和衛(wèi)生學家在大半個世紀以前就著手開始了，并先后產生了熱強度指標、等感溫度、有效溫度圖和人體舒適區(qū)等成果。近幾十年來，一些歐美學者獲得的諸多成就則將該領域的研究推進到了一個新的里程，這些研究成果為確定舒適性空調的室內空氣計算參數(shù)范圍奠定了基礎。3.1.1室內空氣計算參數(shù)

(1)人體散平衡與熱舒適感當人體散熱和體內新陳代謝產熱相平衡時，人的冷熱感覺良好，體溫會保持在36.5℃～37℃。

S=M-W-E-R-CS—人體蓄熱率M—人體能量代謝率W—人體所做機械功R—人體與周圍表面之間的輻射換熱量

E—人體汗液蒸發(fā)和呼吸所帶走的熱量

C—人體與周圍環(huán)境之間的對流換熱量3.1.1室內空氣計算參數(shù)

一般情況下，凡是有利于人體維持這種熱平衡的環(huán)境，人就感到舒適；反之，就感到不舒適。3.1.1室內空氣計算參數(shù)(2)等效溫度圖和舒適區(qū)在圖3-1等效溫度圖中，等效溫度線的數(shù)值標注在φ=50%的相對濕度線上。等效溫度線的作用例如雖然在25℃這條等效溫度線上各點所對應的干球溫度和相對濕度都不相同，但各個點的空氣狀態(tài)給人的冷熱感覺是相同的，都相當于t=25℃和φ=50%條件下人的的冷熱感。圖3－1等效溫度圖等效溫度圖中的各個等效溫度是在室內空氣流速為0.15m/s時，對身著0.6clo熱阻服裝、靜坐的被試驗人員實測得出的。clo是服裝的熱阻單位，1clo=0.155㎡·℃/W，相當于男性穿著西裝時的熱阻。某些服裝的熱阻值參見表3-1。表3-1某些服裝的熱阻值等效溫度圖中畫出了舒適區(qū)，其中的菱形部分是由美國Kansas州立大學的實驗結果給出；另一塊平行四邊形部分是ASHARE推薦的舒適標準55-74。兩塊舒適區(qū)的實驗條件不同。兩塊舒適區(qū)重疊部分的中心正好是25℃等效溫度線穿過的位置，是推薦的室內空氣設計條件。圖3－1等效溫度圖

(3)人體熱平衡方程和PMV-PPD指標等效溫度雖然簡單明了，但沒有對室內熱環(huán)境的舒適度作全面考慮。例如某房間內的空氣等效溫度是25℃，但房間內的物體溫度很高，對人體存在較大的熱輻射，這時人會感到不舒適而不是舒適。丹麥工業(yè)大學的P.O.Franger提出了PMV-PPD評價方法(PMV表示預計平均熱感覺指數(shù)或評價；PPD表示預計不滿意者的百分數(shù))，該方法是在穩(wěn)定熱環(huán)境下，以下列熱平衡式為基礎提出的

人體產熱－對外做功消耗－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

=在熱環(huán)境內通過對流和輻射的換熱

人對熱環(huán)境的滿意程度也就是舒適度用數(shù)值進行量化的評價值見表3-2。表3-2人的熱感覺與PMV值PMV指標代表了絕大多數(shù)人對同一熱環(huán)境的冷熱感覺，但由于人與人個體間有生理差異，PMV指標并不一定能夠代表所有人的感覺。實測數(shù)值表明，即使PMV=0也有近5%的人感到不滿意，因此還需要PPD指標來表示人群對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)。

PMV與PPD之間的關系參見圖3-2。從圖中可看出，在PMV=0處，PPD=5%，這意味著即使室內環(huán)境為最佳熱舒適狀態(tài)，由于人體間的生理差異，仍有5%的人感到不滿意。

圖3－2PMV-PPD關系曲線

國際標準化組織在1984年提出了評價和測量室內熱環(huán)境的新標準化方法ISO7730，在ISO7730標準中，就采用PMV－PPD指標來描述和評價熱環(huán)境。這兩個指標綜合考慮了人的活動程度，衣著情況，以及空氣溫度、濕度、流速和平均輻射等六項因素。國家標準《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736—2012)規(guī)定，空調室內的熱舒適性應采用PMV和PPD指標評價，其值為－1≤PMV≤＋1PPD≤27%PMV-PPD指標雖然較等效溫度復雜，但更能代表人的熱舒適性。

(4)舒適性空調室內空氣計算參數(shù)的確定

舒適性空調室內空氣設計計算參數(shù)的確定，除了要參考室內參數(shù)綜合作用下的舒適條件外，還應根據(jù)室外氣象條件、經濟條件和節(jié)能要求等綜合考慮。這就決定了舒適性空調室內計算參數(shù)應有一個范圍，以適應不同的需要。國家標準《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736—2012)規(guī)定，舒適性空調室內空氣計算參數(shù)應符合表3－3的規(guī)定。表3－3舒適性空調室內空氣計算參數(shù)參數(shù)冬季夏季溫度/℃18－2422－28風速/(m/s)≤0.2≤0.3相對濕度(%)30－6040－65國家標準《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189-2005)規(guī)定，公共建筑空調系統(tǒng)室內空氣計算參數(shù)可按下表規(guī)定的數(shù)值選用。公共建筑空調系統(tǒng)室內空氣計算參數(shù)參數(shù)冬季夏季溫度/℃一般房間2025大堂、過廳18室內外溫差≤10風速v/(m/s)0.10≤v≤0.200.15≤v≤0.30相對濕度(%)30～6040～65表3－4常見居住建筑與公共建筑內空調房間的室內空氣參數(shù)表3－4常見居住建筑與公共建筑內空調房間的室內空氣參數(shù)

2.工藝性空調室內空氣計算參數(shù)由于工藝過程的千差萬別，工藝性空調還可細分為一般降溫性空調恒溫恒濕空調凈化空調人工氣候3.1.1室內空氣計算參數(shù)各種工藝性空調的特點

1)降溫性空調對室內空氣溫濕度的要求是保證夏季工人操作時手不出汗，因此一般只規(guī)定溫度或濕度的上限，對空調精度沒有要求。如電子工業(yè)的某些車間，規(guī)定夏季室溫不大于28℃，相對濕度不大于60%。

2)恒溫恒濕空調對室內空氣的溫濕度基數(shù)和精度都有嚴格要求。如某些計量室，室溫要求全年保持(20±0.1)℃，相對濕度保持(50±5)％。也有的工藝過程僅對溫度或相對濕度一項有嚴格要求，如紡織工業(yè)某些工藝對相對濕度要求嚴格，而空氣溫度則以勞動保護為主。

3)凈化空調不僅對空氣溫、濕度有一定要求，而且對空氣中所含塵粒的大小、數(shù)量，甚至微生物種類也有嚴格要求。如醫(yī)院的潔凈手術室分為四個等級，每個等級對細菌濃度都有明確的指標要求。

4)人工氣候模擬高溫高濕或低溫低濕，甚至高空氣候環(huán)境。不論何種工藝性空調，由于其服務對象為工業(yè)生產或科學實驗，因此必須按工藝過程的特殊要求來確定室內空氣計算參數(shù)。當有人操作時，在可能的情況下應盡量兼顧考慮人體熱舒適的需要。對于夏季溫度和相對濕度低于舒適性空調的場所，應盡量減小室內空氣的流速，在工藝條件允許的前提下，應盡量提高空氣溫度，這樣不僅可以節(jié)省設備投資和運行費用，而且還有利于操作人員的健康。工藝性空調的室內空氣計算參數(shù)除了溫濕度基數(shù)及其允許波動范圍應根據(jù)工藝需要并考慮必要的衛(wèi)生條件確定外，活動區(qū)的風速應按《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736—2012)的規(guī)定取值，即冬季不宜大于0.3m/s，夏季宜采用0.2～0.5m/s，當室內溫度高于30℃時，可大于0.5m/s。隨著科學的發(fā)展，技術的進步，生產的工藝過程會不斷改進，產品的質量要求會日益提高，品種也會逐漸增多，相應地在空氣環(huán)境參數(shù)的控制要求方面也會有所變化，因此空調的室內空氣計算參數(shù)需要與工藝人員慎重研究后確定。

表3－5某些生產工藝過程所需的室內空氣參數(shù)(摘錄)通常建筑物為自然環(huán)境所包圍，其內部必然處于外界大氣壓力、溫度、濕度、風速、風向以及日照等氣象參數(shù)的影響之中?？照{系統(tǒng)設計與運行中所要用到的一些室外氣象參數(shù)就稱之為“室外空氣計算參數(shù)”。關系最密切的主要是一些溫濕度參數(shù)，如計算通過圍護結構傳入室內或由室內傳至室外的熱量時，涉及到的室外空氣(干球)溫度；計算加熱或冷卻室外空氣所需熱、冷量以及確定室外新風狀態(tài)時，要涉及到的室外空氣濕球溫度等參數(shù)。3.1.2室外空氣計算參數(shù)

1.室外空氣溫濕度的變化規(guī)律由于室外空氣的干濕球溫度等參數(shù)都是隨季節(jié)、晝夜和時刻不斷變化的量，在確定應當采取什么樣的空氣參數(shù)作為設計計算參數(shù)之前，需要對室外空氣溫濕度的變化規(guī)律有所了解。室外空氣溫度的日變化室外空氣溫度的季節(jié)性變化室外空氣濕度的變化3.1.2室外空氣計算參數(shù)

(1)室外空氣溫度的日變化室外空氣溫度在一晝夜內的日變化是以24小時為周期的周期性波動。這種日變化是由于地球每天接受太陽輻射熱和放出熱量而形成的。

圖3－3室外空氣干濕球溫度、相對濕度24h變化曲線

相對濕度(%)室外濕球溫度

(2)室外空氣溫度的季節(jié)性變化室外空氣溫度的季節(jié)性變化也呈周期性。全國各地的最熱月份一般在七、八月，最冷月份在一月。圖3－4北京、西安、上海地區(qū)各月平均氣溫的變化曲線

(3)室外空氣濕度的變化空氣的相對濕度取決于空氣干球溫度和含濕量，如果空氣的含濕量保持不變，干球溫度增高，則相對濕度變??；干球溫度降低，則相對濕度加大。就一晝夜內的大氣而論，一般含濕量變化不大(可看作定值)，則大氣的相對濕度變化規(guī)律正好與干球溫度的變化規(guī)律相反，即中午的相對濕度低，早晚的相對濕度高。室外濕球溫度的變化規(guī)律與干球溫度的變化規(guī)律相似，只是峰值出現(xiàn)的時間不同。

2.室外空氣計算參數(shù)的確定室外空氣計算參數(shù)取什么值，會直接影響到室內空氣狀態(tài)的保證程度和設備投資。例如，當夏季取用很多年才出現(xiàn)一次，而且持續(xù)時間較短(幾小時或幾晝夜)的當?shù)厥彝饪諝庾罡吒蓾袂驕囟茸鳛槭彝饪諝庥嬎銋?shù)時，就會因配置的設備和相關裝置容量過大，長期不能全部投入使用而形成投資浪費。設計規(guī)范中規(guī)定的室外空氣計算參數(shù)值，通常不是取最不利條件時的數(shù)值，而是根據(jù)全年少數(shù)時間不保證室內溫濕度在控制標準范圍內的原則確定的數(shù)值。

3.1.2室外空氣計算參數(shù)《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736—2012)規(guī)定選擇下列統(tǒng)計值作為空調室外空氣計算參數(shù)1)夏季空調室外計算日平均溫度規(guī)范規(guī)定：夏季空調室外計算日平均溫度，應采用歷年平均每年不保證5天的日平均溫度。3.1.2室外空氣計算參數(shù)2)夏季空調室外計算逐時溫度任一時刻的圍護結構夏季空調室外計算逐時溫度可用下式計算：

式中——室外計算逐時溫度（℃）；

——室外計算日平均溫度（℃）；

——室外溫度逐時變化系數(shù)，按表3-5采用；

——夏季空調室外計算平均日較差，應按式(3-2)計算3.1.2室外空氣計算參數(shù)式中

——夏季空調室外計算干球溫度，（℃）。【例3-1】試求夏季北京市13時的室外計算溫度。3.1.2室外空氣計算參數(shù)由附錄查得北京市的=29.1℃，=33.6℃則=[(33.6－29.1)/0.52]℃=8.7℃由表3-5查得=0.48則=(29.1＋0.48×8.7)℃=33.3℃3.1.2室外空氣計算參數(shù)3)冬季空調室外計算干球溫度的確定考慮到圍護結構的熱惰性，冬季室外溫度經圍護結構衰減后，其波動值遠遠小于室內外溫差，為了便于計算，圍護結構的傳熱可采用穩(wěn)定傳熱方法計算。這樣，可以只給出一個冬季空調室外計算干球溫度來計算新風負荷和圍護結構傳熱。規(guī)范規(guī)定：冬季空調室外計算溫度是采用歷年平均每年不保證一天的日平均溫度。3.1.2室外空氣計算參數(shù)4)冬季空調室外計算相對濕度的確定冬季由于室外空氣的含濕量遠較夏天小，而且變化很小。因而，不是采用濕球溫度確定室外新風計算狀態(tài)，而是采用室外計算相對濕度。規(guī)范規(guī)定：冬季空調室外計算相對濕度，應采用累年最冷月平均相對濕度。3.1.2室外空氣計算參數(shù)3.1.2室外空氣計算參數(shù)5)室外空氣綜合溫度

反映了太陽輻射與室外空氣對建筑物外表面的綜合作用5)室外空氣綜合溫度

3.1.2室外空氣計算參數(shù)5)室外空氣綜合溫度

從綜合溫度的表達式可以看到：所謂綜合溫度，是在室外空氣溫度的基礎上增加一個由太陽輻射熱所轉化的附加溫度值后合成的溫度。其中這一項稱為太陽輻射當量溫度。對于上式需要注意的是：（1）由于太陽輻射強度I與圍護結構的朝向有關，吸收系數(shù)與圍護結構材料及表面情況有關，所以不同朝向和不同材料的外表面，在同一時刻的綜合溫度是不同的；（2）上式中，由于沒有考慮圍護結構外表面與天空和周圍物體之間存在的長波輻射，計算值偏大。因而，需要作修正：

表3－6國內部分主要城市的部分室外空氣氣象參數(shù)3.2太陽輻射對建筑物的熱作用經圍護結構傳入空調房間的太陽輻射熱，在空調冷負荷的構成中占有相當大的比重。了解和掌握太陽輻射的基本性質及對建筑物的熱作用，對合理地進行空調房間冷負荷的計算有著重要的意義。到達地面的太陽輻射強度的大小，主要取決于地球對太陽的相對運動，也就是取決于被照射地點與太陽射線形成的高度角β(圖3－5)和太陽光線通過大氣層的厚度。圖3－5太陽高度角示意圖地理緯度不同、季節(jié)不同、晝夜不同，太陽輻射強度也都不同。緯度高的南極和北極，太陽高度角小，太陽通過大氣層的