空调工程第3版黄翔第五章课后习题答案.doc
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《空调工程》第3版参考答案
西安工程大学
第5章空调系统
（1）
1.试述空调系统的分类及其分类原则,并说明其系统特征及适用性。
答：
常用空调系统多按下列原则进行分类,如图5-1所示。
定风量系统
集中式系统全空气系统（一般为单风道式）常温送风系统
变风量系统
水空气系统低温送风系统
空调系统半集中式系统
多联机空调系统
分散式系统窗式、分体式、框式空调器
图5-1习题1附图
（1）集中式空调
特征：
能实现对空气的各种处理过程，可满足各种调节范围和空调精度及洁净度的要求，便于集中管理和维护。
适用性：
适用于工业建筑中工艺性空调与民用建筑中舒适性空调。
（2）半集中式系统
特征：
这类系统与全空气系统相比较,省去了回风管道,送风管道断面积也大为减小,节省建筑空间。
适用性：
多层和高层民用建筑。
（3）分散式系统
特征：
不需要单独的机房，使用灵活，移动方便，可满足不同空气调节区不同送风要求。
适用性：
家用空调及车辆用空调。
2.试述封闭式系统、直流式系统和混合式系统的优缺点,以及克服缺点的方法。
答﹕①封闭系统﹕全部利用空气调节区回风循环使用,不补充新风。
优点﹕节能。
缺点﹕不符合卫生要求。
克服方法﹕用于工艺设备内部的空调和很少有人员出入但相对温度、湿度有要求的物资仓库等。
②直流式系统：
全部使用新风,不使用回风系统。
优点：
卫生、空气品质好。
缺点：
能耗大。
克服方法：
用于有特殊要求的放射性实验室、散发大量有害（毒）物的车间及无菌手术室等场合。
增加排风热回收装置。
③混合式系统：
部分利用回风,部分利用新风。
优点：
综合了封闭系统和直流式系统的优点。
缺点：
初次投资大，增加了管道复杂程度。
3.什么叫机器露点?
在空调工程中有何意义?
答：
机器露点有两种定义:
（1）空气相应于冷盘管表面平均温度的饱和状态点;
（2）空气经喷水室处理后接近饱和状态时的终状态点。
经验表明:
对于空气冷却器,空气终状态的相对湿度一般取=90%;对于喷水室,空气终状态的相对湿度一般取=90%~95%。
而对于双级喷水室,相对湿度可接近=100%。
4.试证明在具有再热器的一次回风系统中,空气处理室内消耗的冷量等于室内冷负荷、新风负荷和再热负荷之和（不考虑风机和风管温升）。
由空气处理机的热平衡关系（图5-2）可知:
图5-2习题4附图
进入空气处理机的热量有:
1）新风带入热量qm,WhWx。
2）回风带入热量qm,NhNx=（qm-qm,W）hNx。
3）热媒带入热量（再加热）Q2=qm（hOx-hLx）。
由空气处理机带出热量有:
1）送风带走热量qmhOx。
2）冷媒带走热量Q0（亦即空气冷却器或喷水室所需冷量）。
根据质量守恒定律,则有
qm=qm,W+qm,N
根据能量守恒定律,则有
qm,WhWx+（qm-qm,W）hNx+Q2=qmhOx+Q0
Q0=qm（hNx-hOx）+qm,W（hWx-hNx）+qm（hOx-hLx）
5.试用热平衡概念来说明:
在冬季,当限定送风温差时二次回风系统比一次回风系统节省热量。
答：
根据教材180页，可知在冬季设计条件下，二次回风式系统所需要的在热量虽然低于一次回风系统的再热量，但可以证明二次回风式系统的总加热量和一次回风系统相等。
6.在具有一、二次回风的空调系统中,冬季时采用新风先加热再混合的一次回风方案好,还是采用新风和一次回风先混合再加热混合空气的方案好?
试说明理由。
答：
在严寒地区,对于设有预热器的一、二次回风式系统如果将新风与回风直接混合,其混合点有可能处于过饱和区（雾状区）内产生结露现象,对空气过滤器的工作极其不利。
另外,由于在纺织厂的回风中含有灰尘和短纤维,空气经加热器加热时,短纤维容易烧焦。
因此,应将新风先预热后再与回风混合。
7.如果允许采用最大送风温差送风,这时用二次回风有无意义?
答：
二次回风式系统代替和取消了再热器以节约热量和冷量。
当允许采用最大送风温差送风,这时用二次回风无意义。
8.为什么说个别房间有可能突然产生大量水气（即湿量）的空调系统就不宜采用二次回风系统?
除此之外,试述在哪些情况下,用二次回风系统并不有利?
答：
当室内散湿量大时,热湿比就小,二次回风式的机器露点会更低。
机器露点低,说明要求喷水室（或空气冷却器）的冷水温度要低,这样可能影响到天然冷源的使用。
若用人工冷源,则制冷机的蒸发温度降低,影响它的制冷能力。
因此,仍应采用一次回风式系统（此时夏季采用再热就不可避免了,这是不得已而为之）。
对散湿量很小的房间（热湿比接近于∞）采用二次回风式,其优点发挥得更加充分。
此外，冬季二次回风系统的总加热量和一次回风式系统相等，并不节能，且控制不易，维管量大，管路复杂，成本高。
9.试在h-d图上画出有送、回风机的一次回风空调系统的空气状态变化过程（应考虑风机和风管的温升,挡水板过水量的影响）。
答：
既考虑风机、风管温升,又考虑挡水板过水,并使室内空气状态仍能满足设计要求的一次回风系统空调过程在h-d图上的表示见图5-3。
图中虚线表示的是不考虑风机、风管温升及挡水板过水的过程。
实线是考虑了风机、风管温升及挡水板过水的过程。
由于温升值及过水量估计得不一定准确,所以实际过程是接近此过程的。
图中Δtz表示再热温升,Δts表示送风温升,Δth表示回风温升，Δd表示挡水板过水量。
图5-3习题9附图
10.试在h-d图上表示用集中处理新风系统的风机盘管系统的冬、夏季处理过程。
答：
在风机盘管加新风空调系统中,新风在夏季要经过冷却减湿处理,在冬季要经过加热或加热加湿处理。
根据风机盘管和新风机组夏季承担负荷的情况可有以下几种方案：
（1）新风处理到室内状态的等焓线
1）夏季空气处理过程（图5-4a）
2）冬季空气处理过程（图5-4b）
（2）新风处理到室内状态的等含湿量线（图5-4c）
（3）新风处理到低于室内空气的含湿量线（图5-4d）
（a）（b）
（b）（d）
图5-4习题10附图
11.对于大、中型宾馆的客房采用什么系统比较合适?
为什么?
答：
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736—2012）推荐在宾馆客房、办公室等建筑中风机盘管加新风空调系统。
该系统具有各空气调节区可单独调节,比全空气系统节省空间,比带冷源的分散设置的空气调节器和变风量系统造价低廉等优点。
12.对于医院手术室、生物洁净室采用什么系统比较合适?
为什么?
答：
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736—2012）规定室内散发有毒有害物质以及有卫生式工艺要求的情况应采用直流式（全空气）空调系统。
从设计角度来看,目前,对于放射性实验室、产生有毒有爆炸危险气体的车间,医院里的烧伤病房和传染病房,是不允许采用回风的,应采用直流式系统。
13.对于大型体育馆比赛场地采用何种系统比较合适?
为什么?
答：
《公共建筑节能设计规范》（GB50189—2015）规定:
房间面积或空间较大,人员较多或有必要集中进行温、湿度控制的空气调节区,其空气调节风系统宜采用全空气调节系统,不宜采用风机盘管系统。
集中式全空气系统存在风管占用空间较大的缺点,但人员较多的空气调节区新风比例较大,与风机盘管加新风等半集中式空气—水式系统相比,多占用空间不明显,人员较多的大空间空调负荷和风量较大,便于独立设置空调风系统,因而不存在多空气调节区共用集中式全空气定风量系统难以分别控制的问题;集中式全空气定风量系统易于改变新回风比例,必要时可实现全新风送风,能够获得较大的节能效果;且设备集中,便于维修管理。
因此,推荐在影剧院、体育馆等人员较多的大空间建筑中采用。
14.为节约热量,是否可以把全部的一次回风系统改为二次回风系统?
为什么?
答：
采用一次回风式系统,用再热器来解决送风温差受限，就存在“一冷一热冶、冷热抵消的问题。
二次回风式系统与一次回风式系统相比,省去了再热负荷。
然而，二次回风式的机器露点要比一次回风式的机器露点低一些。
在室内散湿量大时，二次回风系统机器露点更低，这样可能影响到天然冷源的使用。
若用人工冷源,则制冷机的蒸发温度降低,影响它的制冷能力。
因此，不能把全部的一次回风系统改为二次回风系统。
15.有一空调系统,其空气处理方案如图5-67所示,试在h-d图上描述其空气调节过程。
答：
夏季处理过程见图5-5（a）,冬季处理过程见图5-5（b）。
100%
95%
W
N
C
C’
O
L
C”
ε
O’
100%
95%
N
W
L
C
C’
O
C”
O’
ε
（a）（b）
图5-5习题15附图
16.某空气调节系统的空气调节过程在h-d图上表示如图5-68所示,试画出其系统示意图,并指出这样做与一般二次回风系统相比有何利弊?
答：
WX
LX1
NX
CX1
NX
LX2
CX2
OX
图5-6习题16附图
该系统利用天然冷源降低了新风负荷，从而降低空调系统制冷量。
使用再热器提高机器露点，有利于提高制冷效率。
系统复杂，有再热损失。
17.直流式空调系统对室内空气品质的改善有何意义?
在应用过程中应注意哪些问题?
答：
直流式系统使用的空气全部来自室外,吸收余热、余湿后又全部排掉,因而室内空气得到100%的置换。
新风机组承担了室内全部的潜热负荷,室内无冷凝水,因此大大减少了致病的可能性,室内空气品质也大大改善,室内卫生、安全。
新风机组除了承担新风负荷外,还承担室内全部潜热负荷,部分或全部显热负荷，负荷大，出风温度低，机器露点低。
系统能耗大，因此新风和排风之间采用热回收装置,进一步节约能耗。
18.空调系统中什么场合采用双风机?
采用单风机要注意什么?
答：
双风机系统适用条件：
1）不同季节的新风量变化较大,其他排风出路不能适应风量变化的要求时会导致室内正压过高
2）房间须维持一定的正压,而门窗严密,空气不易渗透,室内又无排气装置
3）要求保证空调系统有恒定的回风量或恒定的排风量
4）仅有少量回风的系统
5）通过技术经济比较,装设回风机合理时
采用单风机要注意：
1）全年新风量调节困难
2）当过渡季使用大量新风,室内有无足够的排风面积,会使室内正压过大,人耳膜会有痛感,门也不易开启
3）风机风压高,噪声大
4）由于空调器内有较大负压,缝隙处易渗入空气,使冬、夏季回风比达不到设计要求,冷、热耗量增大
5）室内局部排风量大时,用单风机克服回风管的压力损失,不经济
6）排风口位置必须靠近空调器时,会使室内正压过高
7）空调系统供给多房间时,调节比较困难
19.是否当空调机组的额定风量和额定冷量符合所需风量和冷量时,该机组即能满足要求?
为什么?
答：
空调系统需要满足温度、湿度、气流速度以及洁净度要求。
因此，选择空气处理机组时不仅要确定总送风量,喷水室或空气冷却器所需冷量,还需要根据预热器或再热器的加热量,喷蒸汽加湿或离心喷水加湿器的加湿量,以及对空气净化的要求等,选取与空气处理流程相适应的机组。
20.组合式空调机组由哪些主要功能段组成,应如何选择?
答：
组合式空调机组主要功能段包括：
回风段、新风段或回风混合段、粗效过滤段、加热段、冷却段或冷却挡水段，冷却加热段、加湿段、送风机段、中效过滤段或亚高效过滤段等。
组合式空气处理机组各功能段的选择主要根据空调工程夏、冬季空气处理流程及各段制冷量、加热量和空气净化要求来确定。
21.一个空调系统有多个空调房间,它们的新风比均不同,试问应该采取什么空调系统?
答：
由于新风比不同，可采用风机盘管加独立新风系统、分散式空调系统或者集中式全空气多分区系统。
22.有散发有害气体的房间能否和普通房间合用一个空调系统,为什么?
答：
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736—2012）7.3.18规定室内散发有毒有害物质,以及防火防爆等要求不允许空气循环使用，应采用直流式（全空气）空调系统。
7.3.3规定:
空气中含有易燃易爆物质的空调区,应独立设置空调风系统。
普通房间宜采用有回风的混合式系统，故两者不能合用一个系统。
23.各空调房间的ε均不同,能否置于一个空调系统中?
答：
工程上采用空调系统分区处理的方法可以将热湿比ε不同的空调房间置于一个空调系统中。
24.假如有共用一个空调系统的三个房间,室内状态都是t=221℃,=55%5%,各房间的负荷情况如下:
房间号
1
2
3
余热量Q/（W）
2600
3500
3400
余湿量W/（kg/h）
2
2
3
根据送风温差不得大于7℃的原则,求各房间送风状态点及送风量（考虑送风状态点相同及不同两种方案）。
答：
根据各房间负荷情况计算热湿比，见表5-1（a）：
表5-1（a）习题24附表
房间号
1
2
3
余热量Q/（W）
2600
3500
3400
余湿量W/（kg/h）
2
2
3
热湿比ε/（kJ/kg）
4680
6300
4080
送风量qm/（kg/h）
836
1465
900
送风量qm’/（kg/h）
1063
1050
1590
（1）送风状态点相同（图5-7a）
在焓湿图上确定室内状态点N1，和室内温湿度允许范围（用虚线表示）。
过N1点画ε1（4680（kJ/kg））线。
经试算，选ΔtO=5℃,送风状态点为O。
过O点画ε2和ε3线与过N1的等温线交于N2和N3点，N1，N2和N3即为1、2、3房间状态点，基本满足室内参数要求。
各状态点参数见表5-1（b）;
表5-1（b）习题24附表
状态点
温度（℃）
含湿量（g/kg）
焓（kJ/kg）
相对湿度（%）
O
17
6.7
34.1
56
N1
22
9.1
45.3
55
N2
22
8.1
42.7
49
N3
22
10.0
47.7
61
由计算各房间送风量，见表5-1（a）。
（2）送风状态点不同（图5-7b）
根据送风温差不得大于7℃的原则,过室内状态点N画ε2（6300（kJ/kg））线。
与t=15℃,等温线相交于点O2，该点即为房间2的送风状态点。
过O2点做等含湿量线与过N点的ε1和ε3线交于O1和O3点，O1和O3点即为1、3房间送风状态点。
N3
N1
ε1
100%
O
ε3
ε2
N2
ε2
N
ε1
100%
ε3
O1
O3
O2
（a）（b）
图5-7习题24附图
各状态点参数见表5-1（c）：
状态点
温度（℃）
含湿量（g/kg干）
焓（kJ/kg干）
相对湿度（%）
N
22
9.1
45.3
55
O1
18.1
7.2
36.5
56
O2
15
7.2
33.3
68
O3
19.2
7.2
37.6
52.1
各房间送风量qm’/（kg/h），见表5-1（a）。
25.如果每个空调房间的湿负荷波动都很大,而且室内相对湿度要求又都很高,那么这些房间能否合为一个系统?
如果合为一个系统要采取什么措施,才能保证每个房间都能满足设计要求?
答：
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB/T50736—2012）7.3.2规定:
温湿度参数和允许波动范围不同的空气调节区宜分别或独立设置空气调节风系统。
如果合为一个系统，采用系统简单易于控制的一次回风系统，通过分室加热或分区处理的方法保证每个房间都能满足设计要求。
26.你能举出一些风机盘管机组系统使用的实例吗?
答：
略
27.为什么《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736—2012）推荐在风机盘管加新风系统中将新风直接送入室内?
答：
如果新风风管与风机盘管吸入口相接或只送到风机盘管的回风吊顶处,将减少室内的通风量,当风机盘管风机停止运行时,新风有可能从带有过滤器的回风口吹出,不利于室内卫生;新风和风机盘管的送风混合后再送入室内的情况,送风和新风的压力难以平衡,有可能影响新风量的送入。
因此,推荐新风直接送入室内。
28.空调机组中制冷机的制冷能力与哪些运行参数有关?
蒸发器的换热量与哪些运行参数有关?
空调机组的工作点是什么?
答：
空调机组中制冷机的制冷能力与空调房间的温度和相对湿度；表冷器或加热器的进出水温度和进出水压力；冷冻水泵和冷却水泵的进出口压力；冷水机组蒸发器和冷凝器进出水的温度和压力有关。
蒸发器的换热量与蒸发压力、蒸发温度、流量、冷媒种类、过热度等有关。
某一形式、规格、容量已定的空调机组的蒸发器特性曲线与压缩冷凝机组特性曲线的交点称为空调机组的工作点。
29.已知上海某恒温恒湿空调系统,室内要求:
tN=20℃1℃,N=60%5%,夏季室内冷负荷Qx=17472W,湿负荷为Wx=5kg/h;冬季室内热负荷Qd=3494W,湿负荷为Wx=5kg/h,局部排风系统排风量为1500m3/h,要求采用二次回风方案,试设计空调系统的空气处理过程并计算设备容量。
若采用一次回风方案又怎么样呢?
再比较两者的冷量和热量。
答：
夏季
1、采用二次回风式系统
1）夏季处理方案（h-d图如图5-8（a）所示）
图5-8习题29附图（a）
在h-d图上分别标出Nx（hNx=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg（干空气））和Wx（hWx=91kJ/kg,dWx=21.9g/kg（干空气））。
夏季室内热湿比
通过Nx点画x线,取送风温差ΔtO=7℃,则送风温度tOx=tN-ΔtO=13℃。
x线与tOx线交于Ox点,该点即为送风状态（hOx=33.5kJ/kg,dOx=8.1g/kg（干空气））。
也是第二次混合点Cx2。
x线与=90%的曲线相交于Lx点,该点即机器露点Lx（hLx=32.5kJ/kg,dL=8g/kg（干空气）,tL=10.5℃]。
2）计算总送风量、通过空气冷却器的风量和二次回风量
qm,N2=qm-qm,L=（1.96–1.74）kg/s=0.22kg/s
3）确定新风和一次回风的混合状态
新风量
一次回风量qm,N1=qm,L-qm,W=（1.74-0.5）kg/s=1.24kg/s
混合空气的比焓
在NWx线上定出第一次混合点Cx1,连接Cx1与L成直线。
4）空调系统冷却器所需冷量
Q0=qm,L（hCx1-hL）=1.74x（56.4–32.5）kW=41.6kW
2、采用一次回风式系统
1）确定空气处理过程各状态参数（图5-8a）
在h-d图上分别标出Nx（hNx=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg（干空气））和Wx（hWx=91kJ/kg,dWx=21.9g/kg（干空气））。
通过Nx点画x线,取送风温差ΔtO=7℃,则送风温度tOx=tN-ΔtO=13℃。
x线与tOx线交于Ox点,该点即为送风状态（hOx=33.5kJ/kg,dOx=8.1g/kg（干空气））。
从Ox点作等d线,与=90%相交于L’x点,即机器露点（tL’x=12.3℃,dL’x=8.1g/kg,hL’x=32.9kJ/kg）。
不考虑风机、风管温升。
2）计算送风量
3）确定新风和一次回风的混合状态
新风量
一次回风量qm,N=qm-qm,W=（1.96-0.5）kg/s=1.46kg/s
混合空气的比焓
在线段NWx上,找到与hCx1的交点Cx1,即为混合状态点。
将Cx1与L’x连成直线。
4）空气冷却器所需冷量
Q0=qm（hCx1–h’Lx）=1.96x（54.7–32.9）kW=42.7kW
5）再热器的加热量
Q2=qm（hOx–h’Lx）=1.96x（33.5-32.9）kW=1.2kW
冬季
（1）采用一次回风式系统
1）计算冬季室内热湿比并确定送风状态（图5-8b）
图5-8习题29附图（b）
标出室内状态点Nd[hNd=42.4kJ/kg,dNx=8.8g/kg（干空气））和室外状态点Wd[hWd=5.1kJ/kg,dWd=2.5g/kg（干空气）]。
冬季室内热湿比
取冬、夏两季的送风量相等。
因冬季的余湿量与夏季相同,故冬季的送风含湿量与夏季相同,即dOd=dOx=8.1g/kg（干空气）。
通过N点画d过程线与dOd线相交于Od点,即为冬季送风状态点（tOd=23.5℃,hOd=44.3kJ/kg）。
冬季的机器露点与夏季相同。
2）确定冬季新风、一次回风的混合状态
根据，其中新风量，系统送风量，标出混合点Cd（dcd=7.2g/kg）。
自Od点向左作等温线,并从Cd（tcd=14.6℃,hcd=33kJ/kg）点向上作等含湿量线,这两条线相交于M（tM=23.5℃,hM=42.1kJ/kg）点,该点即为混合空气加热后的终状态点。
3）冬季再热器的加热量
Q2=qm（hM-hcd）=1.96x（42.1-33）kW=17.8kW
4）蒸汽加湿器的加湿
W=qm（dOd-dM）=1.96x（8.1–7.2）g/s=1.76g/s
（2）采用二次回风式系统
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