空气调节暖通专业常用知识汇总.docx

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空气调节暖通专业常用知识汇总

全空气系统与空气-水系统

一、全空气系统与空气-水系统的分类

（一）全空气系统

全空气系统：

是指空调房间内的负荷全部由经处理过的空气来负担的空调系统。

在全空气空调系统中，空气的冷却、去湿处理完全集中于空调机房内的空气处理机组来完成；空气的加热可在空调机房内完成，也可在各房间内完成。

1．特点

风道与机房占空间大，设备集中易于管理。

2．类型

⑵按风道设置划分

①单风道系统

提供一种送风参数（温、湿度）的空气，供一个房间或多个区域应用。

夏季供冷，冬季供热。

特点：

对要求不同负荷变化功率不同的多区系统，不易精确调节；设备简单，初投资少。

②双风道系统

提供两种不同参数（温、湿度）的空气，供多个区或房间应用。

双风管系统：

分别送出两种不同参数的空气，在各个房间按一定比例混合后送入室内。

③多区系统：

在机房内根据各区的要求按一定比例将两种不同参数的空气混合后，再由风管送到各个区域或房间。

特点：

调节容易，冷热混合损失大，系统复杂，占建筑空间大，初投资大，运行费用高。

欧美使用，我国基本没有发展此种系统。

⑵按送风量是否恒定

①定风量系统CAV（ConstantAirVolumn）

送风量岸最大负荷确定，送风状态按负荷最大房间确定，靠调节再热量控制房间送风参数。

特点：

部分负荷时风机与再热能耗大；风量分布控制简单。

②变风量系统VAV（VariablAirVolumn）

送风量根据室内负荷的变化的而变化。

特点：

节能，经济合理。

气流组织、新风量的保证、系统静压控制等方面还存在问题。

⑶按所使用空气的来源

①全新风系统（又称直流系统）

全部采用室外新鲜空气（新风）的系统。

新风经处理后送入室内，消除室内的冷、热负荷后，再排到室外。

特点：

经济性差。

可设置热回收设备。

适用于不允许采用回风的场合，如放射性试验室、散发大量有害物的车间等。

②再循环式系统（又称封闭式系统）

全部采用再循环空气的系统。

室内空气经处理后，再送回室内消除室内的冷、热负荷。

特点：

节能，空气品质差。

用于仓库及战备工程。

③回风式系统（又称混合式系统）

采用一部分新鲜空气和室内空气（回风）混合的全空气系统。

新风与回风混合并经处理后，送入室内消除室内的冷、热负荷。

特点：

满足卫生要求，经济合理，应用最广。

（二）空气-水系统

空气-水系统是由空气和水共同来承担室内冷、热负荷的系统，除了向室内送入经处理的空气外，还在室内设有以水做介质的末端设备对室内空气进行冷却或加热。

1．特点

风道、机房占建筑空间小，不需设回风管道；

如采用四管制，可同时供冷、供热；

过度季节不能采用全新风；

检修较麻烦，湿工况要除霉菌；

部分负荷时除湿能力下降。

2．类型

根据房间内末端设备的形式可分为：

（1）空气-水风机盘管系统

在房间内设置风机盘管。

特点：

可用于建筑周边处理周边负荷，系统分区调节容易；

可独立调节或开停而不影响其它房间，运行费用低；

风量、水量均可调；

风机余压小，不能用高性能空气过滤器。

适用于：

客房、办公楼、商用建筑。

（2）空气-水诱导器系统

在房间内设置诱导器（带有盘管）。

特点：

末端噪声大

旁通风门个别控制不灵

新风量取决于带动二次风的动力要求，空气输送动力消耗大

管道系统复杂

二次风过滤难

房间同时使用率低的场合不适用

因此逐渐被风机盘管所取代。

（3）空气-水辐射板系统

在房间内设置辐射板（供冷或采暖）。

特点：

可用于抵消窗际辐射和处理周边负荷

无吹风感，舒适性较好，室温可以提高

承担瞬时负荷能力强

吊顶辐射板不能除湿

单位面积承担负荷能力受限

（三）目前国内最普遍使用的空调系统

1．普通集中式空调系统（定风量、单风道、全空气系统）：

商场、影剧院、宾馆大堂、体育馆等。

2．风机盘管加新风系统（半集中式系统）：

办公室建筑、宾馆客房等。

3．家用空调（局部空调系统）：

住宅、办公室。

二、全空气系统的送风量和送风参数的确定

（一）湿空气的物理性质及焓湿图

1．湿空气的物理性质

⑴什么是湿空气？

人们日常接触的室内或室外空气均是湿空气，即包含有水蒸气的空气。

湿空气=干空气+水蒸气。

⑵常温下湿空气可看作是理想气体

水蒸气处于过热状态，分子无体积，分子之间无内聚力，可用理想气体状态方程表示：

或

⑶大气压力

地球表面单位面积上所受空气层的压力称为大气压，常用B表示，单位以帕（Pa）或兆帕（MPa）表示。

B=101325Pa=1.01325Bar

⑷湿空气的主要参数

①湿空气的密度ρ

湿空气密度ρ等于干空气密度ρd与水蒸汽密度ρw之和，即

②湿空气的含湿量d

湿空气中水蒸汽密度与干空气密度之比作为湿空气的含湿量，换言之，取对应于1kg干空气的湿空气所含有的水蒸汽量，即

③相对湿度φ

空气中水蒸汽的分压力与同温度下饱和水蒸汽分压力之比称为相对湿度，即

④湿空气的焓h

在空调工程中，空气压力的变化很小，可近似于定压过程，故可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。

式中cp.d--干空气的定压比热，1.005kJ/kg.℃

cp.w--水蒸汽的定压比热，1.84kJ/kg.℃

2500--为t=0℃是水蒸汽的汽化潜热。

2．空气焓--湿图

温度t、含湿量d、相对湿度φ和焓h是空气的主要参数，在一定的大气压力下，只要已知其中任意两个参数，就可以求出其他参数。

在空调工程中，为简化计算，在一定大气压B下，将t、d、φ和h及Pw绘制成线算图，其中以焓h为纵坐标，以焓湿量d为横坐标的线算图称为含湿图，也常称h-d图。

如下图所示。

图焓--湿图的组成

⑴焓--湿图的组成

为了使图面开阔，线条清晰，焓--湿图建立在斜角坐标上，纵坐标表示比焓值，斜坐标表示含湿量，两坐标间夹角为135°。

在实际应用中，为避免图面过长，常取一条水平线代替d轴。

①等比焓线

等比焓线是一组与斜坐标平行的直线。

②等含湿量线

等含湿量线是一组于纵坐标平行的直线。

③等温线

等温线是根据

绘制的一组由左向右升高，近似平行的斜线。

温度越高，斜率越大，但在空调范围内，温度对斜率的影响不明显，所以等温线又近似平行。

④等相对湿度线

等相对湿度线是根据

绘制的，一组向上延伸的发散形曲线，其中φ＝0的曲线即为图像的纵坐标；φ＝100％的曲线是最低的一条相对湿度线，称为饱和湿度线。

φ＝100％的饱和湿度线把焓--湿图分成两个部分：

饱和线左上方为空气的未饱和状态部分，即水蒸气的过热状态区；饱和线右下方为空气的过饱和状态部分，过饱和状态的空气是不稳定的，往往出现凝露现象，形成水雾，故这部分区域也称为雾状区域。

⑤水蒸气分压力线

将

变为

，在一定的大气压下，

，因此，可在d轴的上方画一条水平线，标上d值所对应的

值即可。

这条水平线就是水蒸气分压力线。

⑥热湿比线

假设在空调过程中，空气由状态A变化到状态B，如果认为空气的热、湿变化是同时、均匀发生的，那么，在h-d图中由A到B的直线AB就代表空气状态从A到B的变化过程，如图下图所示。

湿空气状态变化前后的焓差与含湿量差之比称为热湿比，即

或

图空气状态的变化过程

⑵焓-湿图的应用

焓--湿图不仅可用来确定空气的状态参数、露点温度、湿球温度，还可用来表明空气的状态在热湿交换作用下的变换过程等。

①确定空气状态参数

焓--湿图上的每个点都代表了空气的一个状态，只要已知h、d（或Pw）、t、φ中的任意两个参数，即可利用焓--湿图确定其他参数。

例：

如图所示，在101.325kPa（即760mmHg）的大气压下，已知空气的温度t＝30℃，φ＝40％，求空气的h、d、Pw?

图空气状态参数的确定

解：

首先在101.325kPa的

图上根据t＝30℃，φ＝40％的交点，确定出空气的状态点A，过A点分别沿等焓线、等含湿量查出：

h=57kJ/kg，d=10.5g/kg干空气，再由d值根据水蒸气分压力线查出Pw＝1670Pa。

②确定空气的露点温度

空气的露点温度也是使空气的一个状态参数，它与Pw和d有关，因而不是独立参数。

在含湿量不变的情况下，湿空气达到饱和时的温度，称为空气的露点温度。

例：

如图所示，在101.325kPa的大气压下，已知空气的温度t＝30℃，φ＝60％，求空气的tL?

图空气露点温度tL和湿球温度tsh的确定

解：

首先在101.325kPa的h-d图上根据t＝30℃，φ＝60％的交点，确定出空气的状态点A，过A点沿等含湿量线向下与φ＝100％相交于L点，L点所对应的温度即为A点空气的露点温度，查图得tL＝21.5℃。

③确定空气温球温度

空气的干湿程度，用相对湿度φ表示，并且可以通过干湿球温度计测量出来。

干湿球温度计是由两个相同的温度计组成的，一个温度计放在空气中直接测量，测得的温度称为干球温度，用符号tg表示；另一个温度计的感温部分用湿纱布包裹起来，纱布下端放在水槽里，水槽里盛满水，

测得的温度称为湿球温度，用符号tsh表示，构造如图所示。

图干湿球温度计的结构示意图图湿球温度

例如：

干湿球温度计上干球的温度为36℃，湿球的温度为30℃，干湿球温度的差值为6℃。

旋转中间的圆柱体，当在湿度表缝中的顶端露出数值6时，停止转动。

再看湿球温度值30℃时所对应的湿度表上的数字，其值为64，即当时当地空气的相对湿度φ＝64％。

利用焓-湿图查空气的湿球温度的方法是：

从空气的状态点沿等焓线下行，与φ=100％的相对湿度线的交点所对应的温度即为湿球温度。

例：

求上例中空气的湿球温度。

解：

过空气的状态点A沿等焓线下行与φ＝100％相交于Sh点，Sh点所对应的温度即为A点空气的湿球温度，查图得tsh＝23.8℃。

④确定两种不同状态空气的混合状态

在空调系统中，有时利用空调房间的一部分空气作为回风，与室外新风或集中处理后的空气进行混合，达到节能的目的。

利用空气的焓-湿图可以方便地确定两种不同状态空气的混合以后的状态参数，如图所示。

设室内回风的质量为m1，状态为1（hl、d1），室外新风的质量为m2，状态为2（h2,d2），混合后的空气质量为m，状态为M（hM、dM）。

图两种不同状态空气的混合过程

根据物质的能量守恒定律：

混合后的空气总质量m应等于混合前两种空气的质量之和：

混合后的空气总热量应等于混合前两种空气的热量之和：

混合后的空气总含湿量应等于混合前两种空气的含湿量之和：

整理上式可得：

由此可知：

混合点M必定在点1和点2的连线上；混合点M将线段12分为两段，两段的长度1M与M2同参与混合的两种空气的质量ml和m2成反比。

例：

某空调系统将室外新风和室内回风混合处理后送入室内，已知大气压为101.325kPa，室内回风量为1800kg/h，t＝20℃，φ＝60％；室外新风量为200kg/h，t＝35℃，φ＝80％，求混合后的状态参数?

解：

首先在101.325kPa的h-d图上找出回风状态点1和新风状态点2并连线，如图所示。

因为m1:

m2＝1800:

200＝9:

1，将线段12分成10等份，因为新风量m2小于回风量m1，所以混合点M应靠近回风点1。

按反比关系确定出混合点M，查出混合后状态点M的各状态参数为：

hM＝51kJ/kg，dM＝

11.4g/kg干空气，φM＝70％，tM＝21.8℃。

图混合点M的确定

3．空气处理过程在h-d图上的表示

空气的处理主要分为加热、冷却、加湿、去湿等。

⑴等湿（干式）加热处理

用表面式空气换热器或电加热器来处理空气，使其温度升高，含湿量不变。

空气的状态变化是等湿增焓升温过程，在h-d图上可表示为A→B的变化过程，其

。

图几种典型的湿空气状态变化过程

⑵等湿（干式）冷却处理

用表面冷却器或蒸发器处理空气，当表面冷却器或蒸发器的温度等于或大于空气的露点温度时，空气中的水蒸汽不会凝结，其含湿量不变，温度降低。

空气的状态变化是等湿减焓降温过程，在h-d图上可表示为A→C的变化过程，其

。

⑶减湿冷却处理

用表面冷却器或蒸发器处理空气，当表面冷却器或蒸发器的温度低于空气的露点温度时，空气温度降低，水蒸汽气凝结成水析出，使其含湿量减少。

空气的状态变化是减湿减焓降温过程，在h-d图上可表示为A→D的变化过程，其

。

⑷等温加湿处理

等温加湿可通过向空气喷水蒸汽而实现。

空气中增加水蒸汽后，焓和含湿量都增加，温度近似不变。

空气的状态变化是等温加湿增焓过程，在h-d图上可表示为A→F的变化过程，其

ts是水蒸汽（steam）温度。

⑸等焓加湿处理

用喷水室喷循环水对空气进行加湿处理，水吸收空气的热量蒸发为水蒸汽，空气失去显热，温度降低，含湿量增加，潜热增加，焓值不变。

空气的状态变化是等焓加湿降温过程，在h-d图上可表示为A→E的变化过程，其

。

⑹等焓减湿处理

用固体吸湿剂（如硅胶或氯化钙）处理空气，空气中的水蒸气被吸附，含湿量降低，空气失去潜热，而水蒸气凝结所放出的汽化热又使得空气温度升高，只是减少了水带走的液体热，因此近似认为其焓值基本不变。

空气的状态变化是等焓减湿升温过程，在h-d图上可表示为A→G的变化过程，其

。

6.2.2全空气系统的送风量和送风参数的确定

1.空调房间送风状态的变化过程

图6-1表示一空调房间送风示意图。

室内余热量（即冷负荷）为

，余湿量为

。

为消除室内余热余湿，保持室内空气状态为N，送入的空气量为

，其状态为S。

送入室内的空气吸收热

和余湿

后，由状态

变化到室内状态

而排出。

图6-1空调房间的热湿平衡

当系统达到平衡后，全热量、显热量和湿量都达到平衡，即

全热平衡

（6-1）

（6-2）

显热平衡

（6-3）

（6-4）

湿平衡

（6-5）

（6-6）

由于同时吸收余热余湿，则根据式（6-2）、（6-6），得变化过程的角系数为

（6-7）

2.夏季送风状态及送风量

已知余热

，余湿

，室内状态点为

⑴求

⑵在h-d图上（图6-2），找出室内状态点

过R点作

的角系数线。

⑶选送风温差Δts

只要再知道

之一就可在ε线上确定送风状态点S。

工程上常根据送风温差

来确定S点。

显然Δts愈大，风量愈小，相应的空气处理设备和管路也愈小，系统比较经济；但是，风量小会使室内温湿度分布均匀性和稳定性受影响。

对舒适性空调，送风口高度≤5m时，Δts不宜大于10℃，送风口高度＞5m，Δts不宜大于15℃。

对工艺性空调，按下表确定。

送风温差与换气次数

室温允许波动范围（℃）

送风温差Δts（℃）

换气次数n（次/h）

>±1.0

±1.0

±0.5

±0.1~0.2

≤15

6~10

3~6

2~3

5（高大房间除外）

8

12（工作时间不送风的除外）

目前工程设计中经常采用“露点”送风，即取空气冷却设备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”D（见图6-2）。

图6-2送风状态的变化过程

⑷求送风温度ts，过ts作等温线与ε线交于S，点S即为送风状态点。

⑸送风状态点确定之后，送风量可按下式计算：

3．冬季送风量与送风状态的确定

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，因此冬季室内余热往往比夏季少得多，有时甚至是负值。

而余湿则冬夏季一般相同。

送热风时送风温差可比送冷风时大，所以冬季送风量可比夏季小。

当然，冬季送风量也必须满足最小换气次数的要求，同时送风温度不应超过45℃。

图6-3冬季送风状态变化过程

系统设计时，先确定夏季送风量，可取冬季送风量≤夏季送风量。

全年采用固定送风量运行方便；冬季减少送风量可节省电能。

若取夏季确定的送风量，则送风温度为

（6-9）

式中

--室内显热热负荷（取正值），kW。

6.3空调系统的新风量

6.3.1最小新风量的确定原则

空调系统的功能：

对环境的温、湿度进行控制，并提供足够的室外新鲜空气（简称新风）。

从改善室内空气品质角度考虑，新风量多些好；从节能角度考虑，由于送入室内的新风经过热、湿处理，需消耗能量，因此新风量宜少些为好。

在系统设计时，一般必须确定最小新风量，此新风量通常应满足以下三个要求：

（1）稀释人群本身和活动所产生的污染物，保证人群对空气品质的要求；

（2）补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量；

（3）保证房间的正压。

在全空气系统中，通常取上述要求计算出新风量中的最大值作为系统的最小新风量。

如果计算所得的新风量不足系统送风量的10％，则取系统送风量的10％，

送风量特大的系统不在此列。

关于稀释人群及其活动所产生污染物的新风量参见第8章第2节。

6.3.2补充排风量或燃烧需要的空气量

1.补充排风量

排风量的大小参见第8章。

2．燃烧需要的空气量

燃烧所需的空气量可从燃烧设备的样本或说明书查取，如无确切资料时，可根据燃料的种类和消耗量来估算：

液体燃烧

（6-10）

气体燃料

（6-11）

式中Vl--每kg液体燃料需要的空气量，m3/kg；

Vg--每m3气体燃料需要的空气量，m3/m3；

ql--液体燃料的热值，kJ/kg；

qg--气体燃料的热值，kJ/m3。

6.3.3保持正压新风量

保持房间正压的新风量，等于在室内外一定压差下通过门缝、窗缝等缝隙渗出的风量，可按下式计算：

（6-12）

式中

--从房间缝隙渗出的风量，也就是正压风量，m3/s；

Ac--缝隙（门、窗等）面积，m2；

ΔP--房间内正压，缝隙两侧的压差，一般取5-10Pa；

μ--流量系数，0.39-0.64；

n--流动指数，0.5-l，一般取0.65。

工程上常按换气次数估算。

有外窗的房间，正压新风量可取1-2次/h换气次数（根据窗的多寡取值）；无窗和无外门房间取0.5-0.75次/h换气次数。

所谓换气次数，是送入房间风量与房间容积之比。

四、定风量单风道空调系统

4.1露点送风系统

1．系统图

图4-1为一最简单的定风量露点送风单风道空调系统。

单风道系统：

送出一种参数的空气；

露点送风：

空气经冷却处理到接近饱和的状态点（称机器露点），不经再加热送入室内。

图4-1定风量露点送风单风道空调系统

SF-送风机CC-冷却盘管（表冷器）HC-加热盘管

F-空气过滤器H-加湿器RF-回风机

1-送风口2-回风口3-调节风阀

⑴夏季工况

送风在机房内经过滤、冷却去湿处理后，送到室内，消除室内的冷负荷和湿负荷；回风机从室内吸出空气（称回风），一部分空气用于再循环（称再循环回风），并与新风混合，经处理后再送入房间，另一部分直接排到室外，称为排风。

⑵冬季工况

送风在机房内经过滤、加热、加湿后，送到房间，消除室内热负荷和湿负荷；回风机从室内吸出空气，一部分空气用于再循环，并与新风混合，经处理后再送入房间，另一部分直接排到室外。

①设有回风机的称为双风机系统；

②不设回风机的称单风机系统，此时系统无排风（图中虚线）；

③不设加热管时，只能在夏季运行。

2．工况分析

⑴夏季的设计工况

图4-5为系统夏季的设计工况在h-d图上的表示。

图4-5露点送风系统夏季工况在h-d图上的表示

⑵冬季设计工况

图4-6冬季工况在h-d图上的表示

3．全新风系统和再循环系统

⑴全新风系统

送风全部采用新风的系统称为全新风系统，或称直流系统。

全新风系统的夏季工况如图6-7所示。

室外新风O，直接处理到送风状态点S（机器露点），再送入空调房间消除室内的冷负荷和湿负荷。

空气处理过程：

图4-7全新风系统夏季工况在h-d图上的表示

特点：

①系统要求

，大部分地区h0>hR，系统的能耗高。

②全部采用新风，室内的空气品质好；如有多个房间，避免了房间污染物互相传播。

适用于：

要求室内空气品质高，防止污染物互相传播的场合。

4.2再热式系统

1．系统图

图4-9为单风道定风量再热式空调系统。

这种系统是图6-4系统的改进。

它与图6-4系统相比的不同点：

①在送入每个房间或区域前，加再加热盘管；

②每个房间或区域可以根据各自设定的温度或根据自己负荷的变化调节送风温度。

适用于：

各房间或区域有不同温度要求或负荷变化不同的场合。

再加热盘管的热媒：

水或蒸汽，也可用电加热。

如果只用于一个区域或房间，再加热盘管放于机房内即可。

图6-9定风量再热式单风道空调系统

RH-再加热盘管；其余同图6-4

2．工况分析

图4-10再热式系统夏季工况在h-d图上的表示

⑴再热式空调系统夏季工况

如图4-10所示。

①确定室内、外状态点为R、O。

②过R点按ε画出送风在室内状态变化的过程。

③根据送风温差Δts和空气冷却设备可能处理到的露点，确定送风状态点S。

夏季工况过程：

⑵再热式空调系统的冬季工况

图4-11再热式系统冬季工况在h-d图上的表示

如图4-11所示。

图中MH为空气混合后的加热过程；HS′为喷蒸汽的等温加湿过程；S′S为再加热过程。

3．再热式空调系统与露点送风空调系统的比较

再热式空调系统的优点：

（1）调节性能好，能实现对温、湿度较严格控制，也能对各房间分别控制；

（2）送风温差较小，送风量大，房间温度的均匀性和稳定性较好；

（3）空气冷却处理所达到的露点较高，制冷系统的性能系数较高。

主要缺点：

冷、热量抵消，能耗较高。

五、定风量单风道空调系统的运行调节

1．为什么要进行调节

全年运行的空调系统是按夏季和冬季最不利条件设计，而实际运行时，室外空气参数也随季节变化，室内负荷经常发生变化，如果不进行调节，不仅浪费冷量和热量，而且会使室内参数发生变化和波动，一直不能满足设计要求。

2．对空调系统的要求

⑴调节室内参数处于要求的状态；

⑵系统运行经济、节能；

⑶控制调节环节少，调节方法简单。

3．空调系统运行调节的研究内容

⑴如何根据室内负荷的变化对系统进行调节，使室内温、湿度在允许的范围内；

⑵如何根据季节的变换，充分利用室外空气的自然冷量，以及变换空气的处理过程模式。

六、定风量双风道空调系统

6.1定风量露点送风双风道空调系统

图6-20是一最简单的定风量双风道（双参数）空调系统。

图6-20双风道定风量集中空调系统

M-混合箱其余符号同图6-4

系统特点：

有两条送风管道，分别送冷风和热风。

冷风和热风在每个房间或区域的混合箱内按一定比例混合，然后送入室内。

混合箱的功能：

根据房间设定的温度和负荷调节冷、热风比例；保持送风量恒定。

混合箱的形式：

形式很多，图6-21是其中一种混合箱示意图。

图6-21双风道定风量混合箱

TC-温度控制器MV-混合阀VC-风量控制风门

调节方法：

混合阀由温度控制器根据室内温度调节冷、热风混合比；而风量由弹簧式的风量控制风门保持恒定。

弹簧式的风量控制风门的工作原理：

风门在弹簧与风门上下静压作用下平衡。

当冷、热风混合阀改变时，导致箱内下空间静压变化。

若静压变大，必然会引起风门的流量增大