空气调节技术

高等职业教育“十三五”规划教材空气调节技术空气调节技术书名：空气调节技术书号：978-7-111-53786-1作者：殷浩出版社：机械工业出版社空气调节系统一般均由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置所组成，根据需要可组成许多不同形式的系统。在工程上应考虑建筑物的用途和性质、热湿负荷特点、温湿度调节和控制的要求、空调机房的面积和位置、初投资和运行维修费用等许多方面的因素，选定合理的空调系统。本章首先要介绍一下空调系统的分类。第一节空气调节系统的分类一、按空气处理设备的设置情况分类（一）集中式系统集中式系统的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加湿器、过滤器等）都设在一个集中的空调机房内。（二）半集中式系统除了集中空调机房外，半集中系统还设有分散在被调房间内的二次设备（又称末端装置），其中多半设有冷热交换装置（亦称二次盘管），它的功能主要是在空气进入被调房间之前，对来自集中处理设备的空气作进一步补充处理，例如风机盘管系统、诱导空调系统就属于半集中式系统。（三）全分散式系统（局部机组）这种机组把冷、热源和空气处理、输送设备（风机）集中设置在一个箱体内，形成一个紧凑的空调系统。机组可以按照需要，灵活而分散地设置在空调房间内，因此这种系统不需要集中的机房。二、按负担室内负荷所用的介质种类分类（一）全空气系统是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统，如图3―1a所示。（二）全水系统空调房间的热湿负荷全靠水作为冷热介质来负担（图3―1b）。（三）空气—水系统由于完全依靠空气来负担建筑物的热湿负荷，将导致空调系统占用较多的建筑空间，因此可以同时使用空气和水来负担室内的热湿负荷（图3―1c）。（四）制冷剂系统这种系统是将制冷系统的蒸发器直接放在室内来吸收余热、余湿，通常用于分散安装的局部空调机组（图3―1d）。图3―1按负担室内负荷所用的介质种类对空调系统分类示意图（a）全空气系统；（b）全水系统；（c）空气—水系统；（d）制冷剂系统三、根据集中式空调系统处理的空气来源分类（一）封闭式空调系统封闭式空调系统处理的空气全部来自空调房间本身，全部为再循环空气，没有室外空气补充，因此房间和空气处理设备之间形成了一个封闭环路（图3―2a）。（二）直流式空调系统直流式空调系统所处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，吸收室内的余热、余湿后全部排出室外（图3―2b）。（三）新、回风混合式空调系统由于封闭式系统不能满足卫生要求，而直流式系统经济上不合理，所以两者都只在特定情况下使用，对于绝大多数场合，往往要综合这两者的利弊，采用混合一部分回风的系统，即新、回风混合式系统（图3―2c）。图3―2按处理的空气来源不同对空调系统分类示意图（a）封闭式系统；（b）直流式系统；（c）混合式系统四、空调系统的其它分类方法上面列举了三种空调系统主要的分类方法。实际上空调系统还可以根据另外一些原则进行分类，例如：按空调系统的风量固定与否，可分为定风量空调系统和变风量空调系统；按风道中空气流速的高低可分为高速空调系统（v=20～30m/s）和低速空调系统（v=8～12m/s）；按空调系统的用途不同可以分为工艺性空调系统和舒适性空调系统；按空调系统的控制精度不同，可以分为一般空调系统和高精度空调系统；按空调系统的运行时间不同，可以分为全年性空调系统和季节性空调系统。第二节普通集中式空调系统在集中式空调系统中，最常用的是混合式系统，即处理的空气来源一部分是新鲜空气，一部分是室内的回风。夏季送冷风和冬季送热风都用一条风道，此外管道内风速一般都较低（不大于8m/s），因此风管断面较大，它常用于工厂、公共建筑等有较大空间可供设置风管的场合。根据新风、回风混合过程的不同，工程上常见的有两种形式：一种是回风与室外新风在喷水室（或空气冷却器）前混合，称一次回风系统；另一种是回风与新风在喷水室前混合并经喷雾处理后，再次与回风混合，称二次回风系统一、直流式空调系统直流式空调系统是100%地使用新风的系统，也称为全新风系统。（一）夏季工况图3―3直流式空调系统及其夏季空气处理过程的i—d图直流式空调系统常采用以下处理方案：室外新风由状态W经喷水室（也可以是表面式冷却器）进行冷却减湿处理达到机器露点L（L点是过O点的等含湿量线与=90%～95%的等相对湿度线的交点），然后经过加热器加热到O点，送入室内，这样既能保证送风温差（目的是保证空调精度），又能消除室内的余热、余湿，使室内空气维持状态点N的参数。整个空气处理过程可表示为：直流式系统夏季需要的冷量为：系统夏季需要的再热量为：按照这种方案，如果要保证房间的温度精度，需要限制送风温差，因此必须把经过喷水室冷却减湿后的空气再进行等湿加热处理，这样就造成了冷热抵消，增加了能耗。0WL()QGii（3―1）OL()QGii（3―2）对于送风温差无严格限制的空调系统，可以采用最大温差送风，即露点送风，如图3―3b中虚线表示的处理方案。这时可将室外空气从W经喷水室（或表面冷却器）冷却减湿到L1点直接送入室内。最大温差送风所需的风量为：露点送风所需的冷量为：'NL1()QGii''0WL1()QGii（3―3）（3―4）（二）冬季工况图3―4直流式空调系统冬季空气处理过程的i—d图和系统装置图式根据采用的加湿方法不同，冬季的空气处理方案常用的有如下两种：''''1WWLON::预热绝热加湿再热和'''11WWOON::预热喷蒸汽加湿再热如果冬季室内设计状态点仍为N，余湿量W与夏季相同，余热量变成了Q’。冬季仍采用与夏季相等的送风量，则dO=dO’，冬季的送风焓值可以按下式计算：如果冬季与夏季的余湿量相同，则L点与L’点也相同。''NOQiiG（3―5）空气的绝热加湿可以由喷水室喷循环水实现，空气的预热可以由空气加热器来实现。如果采用这种空气处理方案，就可以采用图3―4b所示的空调系统。在该系统的空气处理室中增加空气预热器，则在冬季就可实现对室外空气的预热，完成与夏季不同的处理过程。如果夏季不使用喷水室而是使用表面冷却器，则冬季可使用喷蒸汽加湿的方法，其加湿过程（等温加湿）为图3―4a中虚线所示的过程。11WO系统冬季需要的预热量为如采用喷水室绝热加湿的方案，则系统冬季需要的再热量为系统冬季喷蒸汽过程所需蒸汽量为'1W1W()QGii（3―6）''2OL()QGii（3―7）''LW()/1000ZGGdd（3―8）二、一次回风系统（一）一次回风系统夏季工况图3―5一次回风系统系统示意图与夏季空气处理过程i—d图一次回风系统夏季工况处理过程可写成：C点焓值计算式为：CNWN()iiiim（3―9）为新风百分比W=100%GNCmGNW根据i—d图上的分析，为了把Gkg/s的空气从C点降温减湿（减焓）到L点，所需配置的制冷设备的冷却能力，就是这个设备夏季处理空气所需要的冷量，即制冷量Q0包含了以下三部分：（1）室内冷负荷（2）新风冷负荷（3）再热负荷0CL()QGii（3―10）01NO()QGii02WWN()QGii03OL()QGii（3―11）（3―12）（3―13）上述三部分冷量之和就是系统所需要的冷量，就是制冷剂组提供的冷量，即Q0＝Q01+Q02+Q03。因此这一关系也可写成：0NOWNOL()()()QGiiGiiGii（3―14）对于送风温差无严格限制的空调系统，若用最大送风温差送风，即用机器露点送风（如图3―5b中的L1点），则不需消耗再热量，因而制冷负荷可以降低，这是应该在设计时考虑的。图3―6一次回风系统冷量分析（二）一次回风系统的冬季工况设冬季室内状态点与夏季相同。在冬季，室外空气状态变为W’点（图3―7），室内热湿比ε’因房间有建筑耗热而减小（也可能变为负值）。假设室内余湿度仍为W（kg/s），同时，冬季采用与夏季相等的送风量，则送风状态点含湿量dO可确定如下：'NO1000WddG（3―16）图3―7一次回风系统冬季处理过程一次回风系统的冬季工况空气处理过程的流程是：上述处理方案中除了用绝热加湿方法达到增加含湿量外，也可以采用喷蒸汽等温加湿的方法，即从C’等温加湿到E点，然后再加热到O’点（图3―7），这两种方法实际消耗的热量是相同的。当采用绝热加湿的方案时，对于要求新风比较大的工程，或是按最小新风比而室外设计参数很低的场合，都有可能使一次混合点的焓值iC’低于iL，这种情况下应将新风预热（或室内外空气混合后预热），使预热后的新风和室内空气混合后混合点C’落在iL线上，这样就可采用绝热加湿的方法（图3―9）。至于应该预热到什么状态，则可通过混合过程的关系确定。iW1是经预热后既满足规定新风比且仍能采用绝热加湿方法的焓值。NLNLW1NNW()GiiiiiiiGm（3―17）根据设计所在地的冬季室外参数可确定是否采用预热器以及所需的预热量。当iW1iW’时说明需要对新风预热，当iW1≤iW’时则不需预热。一次回风系统冬季所需的预热量为：冬季所需的再热量为：'1WW1W()QGii（3―18）'2WLO()QGii（3―19）（三）夏、冬季室内参数不同的一次回风式系统图3―10冬夏季室内参数要求不同的空调方式三、二次回风系统二次回风系统则采用在喷水室后与回风再混合一次的办法来代替再热器以节约热量与冷量。（一）二次回风系统夏季工况典型的二次回风系统的流程如图3―11a所示，其空气处理过程在图上的表示见图3―11b（图中画出了在相同新风比时与一次回风系统处理过程的区别），其处理过程为：在这个过程中，状态为N的回风混合了两次，所以称为“二次回风”。图3―11二次回风系统装置图式和夏季空气处理过程从二次回风的混合过程可求得：求得了GL，则一次回风量G1=GL—GW，二次回风量G2=G—GL。混合空气的焓iC可由下式确定：NOLNLNLiiONQGGGiiiiNL（3―20）1NWWC1WGiGiiGG（3―21）从C点到L点的连线便是混合空气的降温去湿过程，这个处理过程消耗的冷量为：分析二次回风系统的冷量，同样是由室内冷负荷和新风冷负荷构成的，如果与相同条件下的一次回风系统比较节省的是再热器冷负荷。0LCL()QGii（3―22）（二）冬夏具有同一机器露点的二次回风系统冬季工况图3―12二次回风系统的冬季工况假定室内参数和风量冬、夏一样，同时考虑二次回风的混合比也不变，则机器露点的位置也与夏季相同。对冬、夏室内余湿相同的房间，虽然因有冬季建筑耗热而使ε’＜ε，但其送风点O’仍在dO线上，可通过加热使O→O’点，而O点就是原有的二次混合点（图3―12）。为了把空气处理成L点，仍采用预热（或不预热）、混合、绝热加湿等方法。其流程为：和一次回风系统一样，二次回风系统同样有是否需设预热器的问题。除了可根据一次混合后的焓值iC’是否低于iL来确定外，也可同一次回风系统那样推定出一个满足要求的室外空气焓值iW1（图3―13），然后与实际的冬季室外设计焓值相比较后确定。NONOW1NNW()()GiiiiiiiGm（3―26）图3―13二次回风系统冬季一次加热的两种方案对于某一既定负荷的具体工程对象来说，iW1值与送风温差大小和新风百分数有关，对于ΔtO’用得较小和新风比大的系统，算出的iW1往往高于当地的室外空气焓值iW’，因而应进行预热，其预热量为：果先将室内外空气一次混合后再预热，也能实现这一处理方案，而所耗的预热热量必然与式（3―27）的热量相等。'1WW1W()QGii（3―27）第三节半集中式空调系统一、风机盘管空调系统（一）风机盘管机组的构造、分类和特点风机盘管机组主要由盘管和风机组成，盘管是换热设备，其内有冷水（