空调房间送风状态的确定及送风量的计算

333.7空调房间送风状态的确定及送风量的计算在已知空调区冷(热)、湿负荷的基础上，确定消除室内余热、余湿，维持室内所要求的空气参数所需的送风状态及送风量，是选择空气处理设备的重要依据。3.7.1空调房间送风状态的变化过程在空调设计中，经常采用空气质量平衡和能量守恒定律来进行空调系统的一些能量问题分析图3-10表示一个空调房间的热湿平衡示意图，房间余热量(即房间冷负荷)为Q(kW)，房间余湿量(即房间湿负荷)为W(kg／s)，送入mq(kg/s)的空气，吸收室内余热余湿后，其状态由O(hO，dO)变为室内空气状态N(hN，dN)，然后排出室外。图3-10空调房间的热湿平衡当系统达到平衡后，总热量、湿量均达到了平衡，即总热量平衡ONmNmOmhhQqhqQhq(3-43)湿量平衡ONmNmOmddWqdqWdq(3-44)式中mq——送入房间的风量（kg/s）；Q——余热量（kW）；W——余湿量（kg/s）；OOdh,——送风状态空气的比焓值（kJ/kg）和含湿量（kg/kg）；NNdh,——室内空气比焓值（kJ/kg）和含湿量（kg/kg）。同理，可利用空调区的显热冷负荷和送风温差来确定送风量。)(ONpmttCQq(3-45)式中Q——显热冷负荷（kW）；Cp——空气的定压比热容[1.01kJ/(kgK)]。上述公式均可用于确定消除室内负荷应送入室内的风量，即送风量的计算公式。图3-11为送入室内的空气(送风)吸收热、湿负荷的状态变化过程在h-d图上的表示。图中N为室内状态点，O为送风状态点。热湿比或变化过程的角系数为sRONddhhWQ)((3-46)由上可得，送风状态O在余热Q，余湿W作用下，在h-d图上沿着过室内状态点N点且/QW的过程线变化到N点。34图3-11送风状态的变化过程3.7.2夏季送风状态的确定及送风量的计算在系统设计时，室内状态点是已知的，冷负荷与湿负荷及室内过程的角系数也是已知的，待确定量是mq和Ox的状态参数。从图3-10上可以看到，送风状态点在通过室内点Nx、角系数为x的线段上。如果预先选定送风温度，则送风状态点的其他参数就可以确定，继而可根据公式（3-43）或公式（3-44）确定送风量。工程上常根据送风温差OxxNOttt来确定Ox点。送风温差对室内温、湿度效果有一定影响，是决定空调系统经济性的主要因素之一。在保证既定的技术要求的前提下，加大送风温差有突出的经济意义。送风温差加大一倍，系统送风量可减少一半，系统的材料消耗和投资（不包括制冷系统）约减少40％，而动力消耗则可减少50％；送风温差在4℃～8℃之间，每增加1℃，风量可减少10％～15％。所以在空调设计中，正确的决定送风温差是一个相当重要的问题。但送风温度过低，送风量过小则会使室内空气温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响。因此，对于室内温、湿度控制严格的场合，送风温差应小些。对于舒适性空调和室内温、湿度控制要求不严格工艺性空调，可以选用较大的送风温差。根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）和《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中的规定，当送风口高度≤5m时，5℃≤Ot≤10℃；当送风口高度＞5m时，10℃≤Ot≤15℃。送风温差的大小与送风方式关系很大，对于不同送风方式的送风温差不能规定一个数字。所以确定空调系统的送风温差时，必须和送风方式联系起来考虑。对混合式通风可加大送风温差，但对置换通风方式，送风温差不受限制。目前，对于舒适性空调或夏季以降温为主的工艺性空调，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”Lx(见图3-10)。工艺性空调的送风温差宜按表3-30确定。表3-30工艺性空调的送风温差和换气次数室温允许波动范围／℃送风温差／℃每小时换气次数n／（次/h）1.0151.0695（高大空间除外）0.53680.10.22312（工作时间不送风的除外）空调区的换气次数是通风和空调工程中常用来衡量送风量的指标。其定义是：该空调区的总风量（m3/h）与空气调节区体积（m3）的比值。用符号n（次/h）表示。换气次数和送风温差之间有一定的关系。对于空调区来说，送风温差加大，换气次数即随之减小。采用推荐的送风温差所算得的送风量折合成换气次数应大于表3-30推荐的n值。表中所规定的换气次数是和所规定的送风温差相适应的。另外《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）上还规定，对于舒适性空调系统每小时的换气次数不应小于5次；但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定。实践证明，在一般舒适性空调和室温允许波动范围1.0℃工艺性空调区中，换气次数的多少，不是一个需要严格控制的指标，只要按照所取的送风温差计算风量，一般都能满足室内要求，当室温允许波动范围≤1.0℃时，换气次数的多少对室温的均匀程度和自控系统的调节品质的影响就需考虑了。对于通常所遇到的室内散热量较小的空调区来说，换气次数采用规范中规定的数值就已经够了，不必把换气次数再增多，不过对于室内散热量较大的空调区来说，换气次数的多少应根据室内负荷和送风温差大小通过计算确定，其数值一般都大于规范中规定的数值。选定送风温差之后，即可按以下步骤确定送风状态和送风量（见图3-12）：351）在h-d图上找出室内空气状态点Nx。2）根据算出的余热Q和余湿W求出热湿比QW，并过Nx点画出过程线。3）根据所选定的送风温差Ot，求出送风温度Otx，过Otx的等温线和过程线x的交点Ox即为送风状态点。4）按式(3-43)或(3-44)计算送风量。图3-12确定夏季送风状态的h-d图【例3-3】某空调区夏季总余热量Q＝3906W，总余湿量W＝0.310103kg/s，要求室内全年保持空气状态为：tNx＝（221）℃，Nx＝（555）％，当地大气压力为101325Pa，求送风状态和送风量。【解】(1)求热湿比12600310.03906WQx(2)在h-d图上(图3-13)确定室内状态点N，通过该点画出x＝12600的过程线。取送风温差Ot＝8℃，则送风温度Oxt＝22℃8℃=14℃，得送风状态点Ox。在h-d图上查得：hOx=35.6kJ/kg；dOx=8.5g/kg；hNx=45.7kJ/kg；dNx=9.3g/kg(3)计算送风量按消除余热即式（3-43）计算：kg/s387.0kg/s6.357.45906.3xONxmhhQq按消除余湿即式（3-44）计算：图3-13例3-3dh图kg/s387.0kg/s5.83.9310.0OxNxmddWq按消除余热和余湿所求送风量相同，说明计算无误。送风温度确定后，不用查h-d图的办法，通过联解以下三个方程式也可以求出mq、hOx、dOx三个未知数，而且用计算法确定送风状态的参数和送风量更准确。联立方程式如下：36100084.1250001.11000xOOxOxOxOxNxmOxNxmdtthddWqhhQq（3-47）上式的已知参数为：Q、W、hOx、dOx、tOx，未知参数为mq、hOx、dOx。读者可利用该方程式重新计算例题3-3。3.7.3冬季送风状态的确定及送风量的计算在冬季，通过围护结构的温差传热往往是由室内向室外传递，只有室内热源向室内散热。因此冬季室内余热量往往比夏季少得多，常常为负值，而余湿量则冬夏一般相同。这样冬季房间的热湿比值一般小于夏季，甚至出现负值，所以冬季空调送风温度tOd大都高于室温tNd。由于送热风时送风温差值可比送冷风时的送风温差值大，所以冬季送风量可以比夏季小，故空调送风量一般是先确定夏季送风量，冬季既可采取与夏季相同风量，也可少于夏季风量。这时只需要确定冬季的送风状态点。全年采取固定送风量的空调系统称为定风量系统。定风量系统调节比较方便，但不够节能。若冬季采用提高送风温度、加大送风温差的方法，可以减少送风量，节约电能，尤其对较大的空调系统减少风量的经济意义更突出。但送风温度不宜过高，一般以不超过45℃为宜，送风量也不宜过小，必须满足最少换气次数的要求。【例3-4】仍按上题基本条件，如冬季余热量Q=1298.9W，余湿量W=0.310kg/s，试确定冬季送风状态及送风量。【解】(1)求冬季热湿比dkJ/kg4190310.09.1298WQd(2)全年送风量不变，计算送风参数由于冬夏室内散湿量基本上相同，所以冬季送风含湿量取与夏季相同。即dOd=8.5g/kg。在h-d图上过N点作d=4190kJ/kg的过程线(图3-14)，该线与dOd=8.5g/kg的等含湿量线的交点Od即为冬季送风状态点。由h-d图查得：hOd=49kJ/kg；tOd=27.1℃。图3-14例3-4dh图另一种解法是，全年送风量不变，则送风量为已知，送风状态参数可由计算求得，即：kJ/kg49kJ/kg387.02989.17.45WQhhNdOd37此时，在h-d图上作kJ/kg49Odh的等焓线与dOd=8.5g/kg的等含湿量线，两线的交点即为冬季送风状态点Od。或者将kJ/kg49Odh和dOd=8.5g/kg代入比焓的定义式OdOdOdOddtth84.125001.01，即可求出tOd=27.1℃。383.8新风量的确定和风量平衡新风量的多少，是影响空调负荷的重要因素之一。新风量少了，会使室内卫生条件恶化，甚至成为“病态建筑”；新风量多了，会使空调负荷加大，造成能量浪费。长期以来，普遍认为“人”是室内仅有的污染源。因此，新风量的确定一直沿用每人每小时所需最小新风量这个概念。近年来人们发现建筑内还有其他污染源。因为，随着化学工业的飞速发展，越来越多的新型化学建材、装璜材料、家具……进入了建筑物内，并在室内散发大量的污染物。因此，确定新风量的观念应该有所改变，即再也不能单一地只考虑人造成的污染，而必须同时考虑室内其他污染源带来的污染。也就是说，室内所需新风量，应该是稀释人员污染和建筑物污染的两部分之和。美国采暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE在1996年8月提出了将人员污染和稀释建筑物污染两个因素同时考虑的新的新风量计算公式，也就是说，最小新风量min,WL（m3/h）可由下式计算确定ALPLLbpWmin,（3-48）式中pL—每人每小时所需最小新风量，[m3/（人·h）]；P—室内人员数；bL—单位建筑面积每小时所需的最小新风量，见表3－31[m3/(㎡·h)]；A－通风房间建筑面积，㎡。表3－31单位建筑面积每小时所需的新风量场所新风量场所新风量车库，修理维护中心27m3/(m2·h)地下商场（0.3人/㎡）5.4m3/(m2·h)卧式、起居室54m3/(room·h)二楼商店（0.2人/㎡）3.6m3/(m2·h)浴室65m3/(room·h)溜冰，游泳池9m3/(m2·h)走廊等公共场所0．9m3/(m2·h)学校衣帽间9m3/(m2·h)更衣室9m3/(m2·h)学校走廊1.8m3/(m2·h)电梯18m3/(m2·h)验尸房9m3/(m2·h)《公共建筑节能设计标准》（50189-2005）条文说明中指出：空调系统所需的新风主要有两个用途：一是稀释室内有害物质的浓度，满足人员的卫生要求；二是补充室内排风和保持室内正压。前者的指示物质是CO2，使其日平均值保持在0.1％以内；后者通常根据风平衡计算确定。参考美国采暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE62-2001《Ventilationforacceptableindoorairquality》第6.1.3.4条：对于出现最多人数的持续时间少于3h的房间，所需新风量可按室内的平均人数确定，该平均人数不应少于最多人数的1/2。例如，一个设计最多容纳人数为100人的会议室，开会时间不超过3h，假设平均