空调系统

第五章楼宇设备自动化系统•第一节照明系统的监控•第二节空调系统的监控•第三节给排水系统的监控•第四节供配电系统的监控•第五节电梯系统的监控空调系统的监控•空调控制系统是BA系统最重要的组成部分之一，它管理的机电设备所耗能源几乎占楼宇能量消耗的50%，空调系统的能量主要用在冷热源及输送系统上，根据智能楼宇能量使用分析，空调部分占整个楼宇能量消耗的50%，其中冷热源使用能量占40%，输送系统占60%。•在智能楼宇中采用微机控制可以实现对空调系统进行监督、控制和调节。利用其功能强、存储量大、计算速度快的特点，实现复杂的调节，改善系统的调节品质，提高可靠性，降低能耗。50%17%33%建造物能耗其他照明空调空调系统能耗输送系统冷热源40%60%智能楼宇能量消耗分布图空调系统的监控一、空气调节原理二、空调系统的工作原理三、空调系统的监控方案四、实验项目一、空气调节原理•为什么首先要全面了解空气的性质空气调节的主要任务，就是在所处自然环境下，使被调节空间的空气保持一定的温度、湿度、流动速度以及洁净度、新鲜度。1.湿空气的概念•大气由一定量的干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。注意空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际是干空气加水蒸气，即湿空气。2.湿空气的基本状态参数压力温度密度含湿量绝对湿度相对湿度焓露点温度空气的物理性质不仅取决于它的组成成分，也与它所处的状态有关。空气调节工程中常用的空气状态参数包括：压力由道尔顿定律分压定律（在组分之间不发生化学反应的前提下，理想气体混合物的总压力等于各组分的分压力之和。）1niipp湿空气的总压力为pqgPPP或qgPPB水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少从气体分子运动论的观点来看•t与T•干球温度（DB）与湿球温度(WB)温度密度湿空气的密度＝干空气密度+水蒸气密度0.003480.00132gqqgqgqPPPBRTRTTT单位容积的湿空气所具有的质量，称为密度R--------气体常数T---------空气的热力学温度含湿量在湿空气中与lkg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量gqmmd由Vg=Vq=VTg=Tq=T，以及Rg=287J／(kg·K)Rq＝46lJ／(kg·K)gqgqgqqgpppppRpRd622.0461287绝对湿度与相对湿度湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比%100.bqqPP湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出bqbqbPBPd..622.0qqpBpd622.0bqbqPBP..622.0%100)()(.bqqbPBPBdd焓•热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。干空气的焓tCigpg.+水蒸汽的焓tCtCigpgpq..2500（1+d）千克湿空气的焓为)84.12500(01.1)2500(..tdtdtCtCigpgp或dtdi2500)84.101.1(露点温度温度下降到使得空气的d值等于表中某一饱和含湿量值时，这个所对应的温度称为该未饱和空气的露点温度。bdbd换言之，露点温度就是当湿空气下降到一定温度，有凝结水出现时的温度lt表lt表出现结露现象无结露现象lt3.湿空气的焓湿图湿空气的焓湿图是在不同的大气压力B下，纵坐标是其温度值，横坐标是含湿量值。焓湿图是暖通空调工程中最为常用的图表之一，湿空气的含湿量d，焓I,干球温度t,相对湿度等诸多状态参数都集中显示在该图之中。利用该图，不仅可以查得某状态点的参数，还可以用过程线将多种空气处理过程直观的表示出来，具有极其重要的作用和地位。焓湿图组成等焓线等湿线1.d2.等温线等相对湿度线3.5.4.水蒸汽分压力线热湿比线0102030qP（10Pa）500030002000100006000-2000变化过程的特征表湿空气的加热过程湿空气的冷却过程等焓减湿过程等焓加湿过程ABABACCEAEADD等温加湿过程AF冷却干燥过程AG多变过程FGⅠⅡⅢⅣ空调系统负荷的确定•室内外空气计算参数•负荷计算1.室内外空气计算参数1）室外空气计算参数2）室外空气综合温度3）室内空气计算参数室外空气计算参数①夏季空调室外计算干、湿球温度②夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度mnnnnwAAt10,)cos()22515cos()(.max...pwwpwwtttt室外空气综合温度外表面单位面积上得到的热量Itq)(])[()(wzwt综合温度wwzItt为完善，作以下修改室内空气计算参数①舒适性空调室内温、湿度标准②工艺性空调室内温、湿度标准夏季冬季温度应采用24—28℃相对湿度应采用40—65%风速不应大于0.3m／s温度应采用18—22℃相对湿度应采用40—60%风速不应大于0.2m／s工艺性空调可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等。2.负荷计算1）室外扰量形成的负荷2）室内扰量形成的负荷3）室内湿源散湿形成的湿负荷4）再热负荷5）室内负荷与制冷系统负荷6）空调负荷的概算指标室外扰量形成的负荷①太阳辐射热②室内外温差的传导热③补充新鲜空气带来的负荷maxBZjLQQFCDC])[(ndfctttAKQ1000()xxwNQmii室内扰量形成的负荷①人体的散热②照明灯具散热③用电设备散热QD＝n·NQs＝n·N④其他设备散热⑤设备、照明和人体在室内散热形成的室内冷负荷Q‘'TQQJXRSNSPRPQQQqnnqnn室内湿源散湿形成的湿负荷①敞开水槽表面散湿量②地面积水蒸发量')(,BBFppWqbq510)00363.0(计算方法与水槽蒸发量计算方法相同再热负荷1000()zsLQmii室内负荷与制冷系统负荷以上介绍的热负荷的总和称室内负荷QN'''NRDSqBCQQQQQQQ制冷系统热负荷ONXZQQQQ空调负荷的概算指标①夏季空调制冷系统负荷概算指标②冬季采暖负荷的概算指标办公楼95—115(W／m2)超高层办公楼105—145(W／m2)旅馆70—95(W／m2)餐厅290—350(W／m2)百货商店210—240(W／m2)医院105—130(W／m2)剧场230—350(W／m2)办公楼、学校60—80(W／m2)医院65—80(W／m2)旅馆60—70(W／m2)餐厅115—140(W／m2)剧场95—115(W／m2)空调系统新风量与总风量的确定•总风量•新风量1.总风量•计算要求在已知空调房间冷(热)湿负荷的基础上，需要确定消除室内余热、余湿以维持空调房间所要求的空气参数所需的送风状态及送风量。•计算方法空调房间送风状态的变化过程夏季送风量和送风状态的确定冬季送风量与送风状态的确定空调房间送风状态的变化过程总热平衡湿平衡NGiQGi0QGiiN0或NGdWGd0GWddN0或由两个平衡00)(ddWiiQGNN00ddiiWQNNiodo()ntCQW排风送风iNdN(100%)n2.新风量•确定新风量的依据有下列三个因素①卫生要求③保持空调房间的“正压”要求②补充局部排风量空气处理及其设备•为满足空调房间送风参数的要求，在空调系统中必须有相应的热质处理设备，以便能对空气进行各种热质处理，使之达到所要求的送风状态，本节将介绍对空气进行各种处理的方法和过程及其有关的设备知识1．空气处理过程季节空气处理途径处理方案说明夏季(1)W→L→O(2)W→1→O(3)W→O喷淋室喷冷水(或用表面冷却器)冷却减湿→加热器再热固体吸湿剂减湿→表面冷却器等湿冷却液体吸湿剂减湿冷却冬季(1)W'→2→L→O(2)W'→3→L→O(3)W'→4→O(4)W'→L→O(5)W'→5→L'→O→5加热器预热→喷蒸汽加湿→加热器再热加热器预热→喷淋室绝热加湿→加热器再热加热器预热→喷蒸汽加湿喷淋室喷热水加热加湿→加热器再热加热器预热→一部分喷淋室绝热加湿→与另一部分未加湿的空气混合表4-13空气处理各种途径的方案说明100%W1L夏季空气处理途径O冬季空气处理途径W`2345OLt02．空气处理设备•为了实现不同的空气处理过程就要采用不同的空气处理设备加热设备、冷却设备、加湿设备及减湿设备等包括•作为热湿交换的介质水、水蒸汽、液体吸湿剂和制冷剂两类热湿交换设备•根据工作特点的不同可分为两大类：直接接触式热湿交换设备表面式热湿交换设备特点与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，做法是让空气流经热湿交换介质的表面或将热湿交换介质喷淋到空气中间去。特点与空气进行热湿交换的介质不与空气直接接触。空气与介质间的热湿交换是通过设备的金属表面来进行的。空气调节系统•空调系统的分类•普通集中式空调系统1.空调系统的分类•空调系统的分类方法有很多，下面首先介绍空调系统的分类情况。空气处理设备的集中程度①集中式空调系统②半集中式空调系统③分散式空调系统负担室内热湿负荷的所用介质不同①全空气系统②全水系统③空气—水系统④冷剂系统（d）冷剂系统（b）全水系统（a）全空气系统（c）空气-水系统中央空调系统简介•中央空调系统是一种几种处理和分配冷量的空调系统，通常有三种方式对室内空气进行降温和升温处理：•1.水管路送至各个房间的末端（风机盘管）•2.风管道送至各个房间的风口•3.制冷剂直接进入每个房间的末端水管路送至各个房间的末端（风机盘管）半集中式系统风管道送至各个房间的风口户式中央空调大楼中央空调室内走冷媒管制冷剂直接进入每个房间的末端户式中央空调或商用空调大楼中央空调常见形式•其中室内回风和室外新风混合后经过处理再通过送风管道送到每个空调房间是一种常见的方式。•回风和新风再送入每个房间之前必须通过集中的空气处理装置（组合式空调箱）进行降温/升温、加湿/去湿处理，再通过主风道和各个支管风道送入每个空调房间，以保证房间所要求的温度和湿度要求空调箱AHU回风管新风管送风管新风回风集中空气处理装置功能示意图空调系统使用的空气来源①封闭式系统②直流式系统③回风式系统2.普通集中式空调系统•一次回风回风与室外新风在喷水室(或表面式空气冷却器，简称表冷器)前混合。•二次回风回风与新风在喷水室（或表冷器）前混合并经热湿处理后，再次与回风混合。根据新风、回风混合过程的不同，工程上常见的有两种形式：空调房间气流组织•按照送、回风口布置位置和型式的不同，可以有各种各样的气流组织形式。大致可以归纳为以下五种：侧送侧回上送下回中送上下回下送上回上送上回1.侧送侧回•侧送风口布置在房间的侧墙上部，空气横向送出，气流基本吹到对面墙上后转折下落，以较低速度流过工作区，再由布置在侧墙下部的回风口排出。根据房间跨度大小，可以布置成单侧送、单侧回，和双侧送、双侧回。特点①速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。②工作区处于回流区，故而排风温度等于室内工作区温度。③由于侧送侧回的射流射程比较长，射流来得及充分衰减，故可加大送风温差。2.上送下回•孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式。孔板送风和密布散流器送风，可以形成平行流流型，涡流少，断面速度场均匀的气流。对于温湿度要求精度高的房间，特别是洁净度要求很高的房间，是理想的气流组织型式。特点这种形式的排风温度也接近室内工作区平均温度。Ps3.中送下、上回•对了高大房间来说，送风量往往很大，房间上部和下部的温差也比较大，采用中部送风，下部和上部同时排风，形成两个气流区，保证下部工作区达到空调设计要求，而上部气流区负担排走非空调区的余热量。显然下部气流区的气流组织就是侧送侧回。4.下送上回•适用场合对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶