空气调节04 第四讲空调负荷

1第四讲空调负荷计算和送风参数华中科技大学制冷与低温工程系2008年9月2一、设计计算参数1）室内空气计算参数2）室外空气计算参数3）室外空气综合温度3一、设计计算参数室内空气设计标准–舒适性空调：夏T＝24~28℃,=40~65%v≤0.3m/s冬T＝18~22℃,=40~60%v≤0.2m/s温湿度、新风量、风速、空气含尘量、噪声等要求见设计手册。–工艺性空调：降温空调、恒温恒湿、净化空调。设计标准取决于生产工艺过程的要求。可查设计手册。4一、设计计算参数室内空气设计标准大量新类型建筑的出现使得设计标准的制定与应用脱节–对于舒适性空调，需要根据人体热舒适性理论进行论证确定–工艺性空调由工艺专业人员研究提供5《采暖通风与空气调节设计规范》规定舒适性空调室内设计计算参数季节温度(℃)相对湿度(%)风速（m/s)夏季冬季22~2818~2440~6530~60≤0.3≤0.261、室内气象条件空气调节（AirConditioning）的意义在于向人们提供适宜的内部空间环境。环境指标：主要指标温度、湿度、空气流速、清洁度其他指标压力、噪声、气味等空调房间室内气象参数的确定原则舒适性空调－－主要取决于人体热舒适要求工艺性空调－－主要取决于生产工艺要求71.1人体热舒适感人体的热平衡人体的热舒适热舒适的评价8热平衡方程MWCRES=09人体热平衡S=M-W-E-R-CS—人体蓄热率M—人体能量代谢率W—人体所做机械功R—人体与周围表面之间的辐射换热量E—人体汗液蒸发和呼吸所带走的热量C—人体与周围环境之间的对流换热量10M－－人体通过新陈代谢产生能量。主要取决于人体活动量的大小此外还与年龄性别不同有明显差别男性基础代谢量明显高于女性少儿、幼儿明显高于成年、老年。11W—人体所作的机械功在某些活动中，人可能作外部功，如爬山而获得势能，，做这些工作所消耗的能量则取自代谢自由代能。人体所放出的热量被称为新陈代谢产热量H，这个热量小于新陈代谢自由能产热量。H=M－W12人体是高效的能量转化系统吗？机械效率＝W/M大部分室内劳动机械效率近似013人体与外界的热交换MWCRES=0显热交换对流散热C辐射散热R潜热交换E皮肤散湿–出汗蒸发–皮肤湿扩散呼吸散湿14人体与外界的对流、辐射和蒸发都受到人体衣着情况的影响。人体对流换热与周围空气温度、空气流速有关。汗液蒸发与空气温度、湿度、空气流速有关。人体周围环境物体的表面温度影响人体的辐射散热强度。15影响热平衡的因素MWCRES=0人的因素：活动量衣着环境因素：空气干球温度空气相对湿度人体附近的空气流速平均辐射温度1617服装热阻值（clo）短袖薄衫，绵织内衣裤0.2薄裤子，短袖衬衫0.5保暖的长袖衫，全身套裙0.7薄裤子，背心，长袖衬衫0.7薄裤子，背心，长袖衬衫，夹克0.9厚三件套西服，长内衣裤1.518单件服装热阻背心0.06短袖或轻薄的衬衫，0.19保暖衬衫0.29短袖套头绒线衫，毛背心0.2厚毛衣0.37薄毛衣0.25羊毛上衣0.35夹克0.4厚裤子0.32薄裤子0.26厚长裙0.3薄长裙，薄短裙0.2厚长外衣0.63薄长外衣0.25厚短外衣0.5薄短外衣0.2长统袜，紧身衣0.01鞋0.04短内裤0.05短袜0.0319MWCRES=0人体会通过体温的变化会对人体的散热产生影响，从而调节人的热平衡。散热调节方式血管扩张，增加血流，提高表皮温度，出汗御寒调节方式血管收缩，减少血流，降低表皮温度，通过冷颤增加代谢率20什么是热舒适？“对热环境感到满意的心理状态”Fanger教授提出热舒适的三个条件：1）人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等于人体的体内产热量，并且蓄热量为零，即：M-W-C-R-E=0（S=0）充分条件？必要条件？2）皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平3）人体应具有最佳排汗率21影响热体热舒适的主要因素室内空气温度、相对湿度、人体附近空气流速、围护结构内表面及其他物体表面温度、人体活动量、年龄、衣着等有关22热舒适方程P.O.Fanger令人体热平衡方程中蓄热率S＝0，得出：(M-W)=fclhc(tcl-ta)+3.9610-8fcl[(tcl+273)4(+273)4]+3.05[5.7330.007(MW)Pa]+0.42(MW58.2)+1.7310-2M(5.867Pa)+0.0014M(34ta)rt23预测的平均热感觉指标PMV(PredictedMeanVote)PMV=(0.303e–0.036M+0.0275)TL=(0.303e–0.036M+0.0275){M–W–3.05[5.733–0.007(M–W)–Pa]–0.42(MW58.15)–1.7310-2M(5.867Pa)–fclhc(tclta)–0.0014M(34ta)–3.9610-8fcl[(tcl+273)4(+273)4]}PMV是由舒适方程得到的一个热感觉值数，体现了四种热环境变量的一定组合、活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测24热舒适指标PMV：人体对热环境的冷热感觉PPD：对热环境不满意的百分数ISO7730对PMV-PPD指标的推荐值为PMV=-0.5~+0.5PPD≤10%热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV3210-1-2-325人体热感觉的标度热感觉的七点标度热+3见汗滴暖+2局部见汗（手、额、颈等）稍暖+1感热，皮肤发粘湿润正常0感觉适宜，皮肤干燥稍凉-1感凉（局部关节，可忍受）凉-2局部感冷不适，需加衣冷-3很冷，可见鸡皮或寒颤26是在同样的热环境条件下，人与人的热感觉也会有所不同，因此，应该采平均热感觉指标的概念，而预测的平均热感觉指标常常简称为PMV（PredictedMeanVote）。可以合理的设想，人不舒适的程度愈大，由舒适状态偏离调节机制的热负荷越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数，表明一个人的体内热平衡和对所处环境的热损失之间的差异，Fanger收集了1396名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料，得出PMV的计算式27预测平均不满意百分数PPD（PredictedPercentDissatisfied）在同样热环境条件下，人与人之间的热感觉会存在差异，而人与人对热环境的反应的差异除了热感觉的不同之外，还表现在对环境满意与否的差异。因此，Fanger又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况，预测平均不满意百分数常常简写为PPD（PredictedPercentDissatisfied）。28PMV与PPD的关系PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数PPD＝100–95exp[–(0.03353PMV4+0.2179PMV2)]即便达到PMV＝0，仍然有5％的人不满意。29有效温度ET与ASHRAE舒适区由于人的舒适感共四个环境影响因素和两个人为因素，因此不能用一个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。有效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感觉的，30在同一条有效温度线上具有相同的热感觉有效温度线与50％相对湿度线的交点上标注着等效温度的数值，在该点等效温度与干球温度相等例如，通过t＝25℃，＝50％的两线的交点的虚线即为25℃等效温度线31一、设计计算参数室外空气设计参数–(1)夏季空调室外计算干球温度twg、湿球温度：历年平均不保证50小时(不保证系针对室外气象)–(2)夏季空调室外计算日平均温度twp：历年平均不保证5天的日平均温度–(3)夏季设计日的逐时干球温度展开方法1：余弦函数法：twt=twp+(twg-twp)cos(15-225)特点：15时为峰值。资料缺乏时作近似估算用。32时间123456789101112I-0.35-0.38-0.42-0.45-0.47-0.41-0.28-0.120.030.160.290.4时间131415161718192021222324I0.480.520.510.430.390.280.140-0.1-0.17-0.28-0.29(3)设计日的逐时干球温度展开方法2：日较差法：夏季室外逐时温度twt=twp+tr=twp+(twg-twp)/0.52特点：高温短而峰值高，低温长而峰值小。14时为峰值，9与20时为0。tr为夏季室外计算平均日较差(℃)一、设计计算参数33-1-0.500.51024681012141618202224余弦函数日较差法(tw-twp)/(twg-twp)时间北京夏季设计日室外干球温度变化日较差法与余弦函数法计算结果比较34一、设计计算参数室外空气设计参数–(4)冬季空调室外计算温度：历年平均不保证1天的日平均温度比较：供暖室外计算温度历年平均不保证5天的日平均温度。为什么不同？–(5)冬季室外计算相对湿度值：累年最冷月平均相对湿度–(6)冬、夏季室外平均风速：累年最冷、最热三个月月平均风速的平均值35一、设计计算参数(7)冬、夏季大气压力累年最冷、最热三个月月平均大气压力的平均值(8)太阳总辐射强度I=直射辐射强度＋散射辐射强度与表面的朝向有关，与纬度及大气透明度有关。(9)室外综合温度tz=tw+I/wtz非客观值，与对象的表面状态有关，且随表面的朝向不同而不同。Q=wF(tz–twall)36二、空调负荷得热量与负荷(HeatGain&heating/coolingLoad)得(失)热量：建筑获得(失去)的热量冷(热)负荷：维持环境需取走(加入)热量–显热负荷（余热）–潜热负荷（余湿）–这里的负荷为室内负荷，而后面整个系统的负荷为系统负荷37时间得热冷负荷设计冷负荷负荷一般不是恒定不变的。空调设计负荷一般指的是负荷的最大值。二、空调负荷38二、空调负荷：分区计算外区：通过外围护结构的得热可以影响到的区域，一般在距外墙3～5米范围内–全年负荷随外界气象变化而变化–可能夏季需供冷，冬天需供热内区：通过外围护结构侵入的冷热量影响不到的区域，如大型开放式办公室的中央区或无外墙的房间–全年负荷较稳定–一般全年为冷负荷39夏季冷负荷估算法：调查值冷源设备容量的国内估算值(空调负荷估算指标)：旅馆为70~80W/m2，其他建筑乘以修正系数冷冻机容量估算指标修正系数建筑类别值备注建筑类别值备注办公楼1.2体育馆1.5按总建筑面积计算图书馆0.5大会堂2~2.5商店0.8只营业厅空调影剧院1.2电影厅空调商店1.5全部空调影剧院1.5~1.6大剧院体育馆3.0按比赛馆面积计算医院0.8~1.0三、空调负荷计算方法40夏季冷负荷估算法：调查值每m2建筑面积冷负荷估算指标建建建筑筑筑类类类别别别指指指标标标((()))建建建筑筑筑类类类别别别指指指标标标((()))备备备注注注旅旅旅馆馆馆777000~~~888111商商商店店店555666~~~666555只只只营营营业业业厅厅厅空空空调调调中中中外外外合合合资资资旅旅旅游游游旅旅旅馆馆馆111000555~~~111111666商商商店店店111000555~~~111222222全全全部部部空空空调调调办办办公公公楼楼楼888444~~~999888体体体育育育馆馆馆222000999~~~222444444按按按比比比赛赛赛馆馆馆面面面积积积计计计算算算图图图书书书馆馆馆333555~~~444111体体体育育育馆馆馆111000555~~~111111999按按按总总总建建建筑筑筑面面面积积积计计计算算算大大大剧剧剧院院院111000555---111111222~~~111111999---111333000影影影剧剧剧院院院888444~~~999888电电电影影影厅厅厅空空空调调调医医医院院院555666---777000~~