空调房间冷热湿负荷

第一节室内外空气计算参数第二节太阳辐射热对建筑物的作用第三节通过维护结构的得热量及其形成的冷负荷第四节室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷第五节空调房间送风量的确定第二章空调负荷计算与送风量【知识点】空调房间室内、外空气计算参数的确定原则和方法；太阳热辐射对建筑物的热作用及处理方法；冷负荷计算方法与步骤；热负荷与湿负荷计算方法；【学习目标】了解空调房间室内、外空气计算参数的确定原则，掌握空调房间室内、外空气计算参数的选用方法；了解太阳热辐射对建筑物的热作用及处理方法；了解冷负荷计算方法，掌握冷负荷系数法的计算步骤与方法；掌握热负荷与湿负荷计算方法；空调负荷计算的目的1、空调工程中的重要基础数据；2、影响到空调方案的选择、空调设备和冷热源设备的量的大小；3、影响到工程投资、设备能耗、系统运行费用、空调使用效果。空调负荷计算的主要内容1、确定空调室内外计算参数；2、空调负荷的计算空调系统的作用就是平衡室内、外干扰因素的影响，使室内温度、湿度维持在设定的数值上。在空调技术中将这些干扰因素对室内的影响称为负荷。空调负荷包括冷负荷、热负荷和湿负荷。冷负荷：指为了维持室内设定的温度，在某一时刻必须由空调系统从房间带走的热量，或者某一时刻需要向房间供应的冷量；热负荷：指为补偿房间失热在单位时间内需要向房间供应的热量；湿负荷：即为维持室内的相对湿度需要从房间除去或增加的湿量。一、室内外空气计算参数空调房间室内温湿度标准的描述方法：温湿度基数空调精度。温湿度基数是指室内空气所要求的基准温度和基准相对湿度；空调精度是指在空调区域内温度和相对湿度允许的波动范围。如：tN=26±1℃和N=60±5中，26℃和60是空调基数，±1℃和±5是空调精度。空调系统根据所服务对象的不同，可分为舒适性空调和工艺性空调。舒适性空调是从人体舒适感的角度来确定室内温、湿度设计标准，一般对空调精度无严格要求，工艺性空调主要满足工艺过程对温、湿度基数和精度的特殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。第一节室内外空气计算参数1.人体热平衡和舒适感一般来说，人体是一个发热体，它不断释放热量，同时对周围环境的温湿度有一定的要求。人体是靠摄取食物获得能量的，在人体的新陈代谢过程中食物被分解氧化，同时释放出能量以维持生命，其中一部分能量转化为热能散发到体外，并与周围环境发生热量交换。人体为了维持正常的体温，必须使产热量和散热量保持平衡，根据能量转换和守恒定律可得人体热平衡方程式：S=M﹣R﹣C﹣E﹣W式中S——人体蓄热率，W/m2；M——人体新陈代谢率，取决于人体的活动量的大小，W/m2；R——穿衣人体与环境的辐射热交换，W/m2；C——穿衣人体与环境的对流热交换，W/m2；E——穿衣人体与环境的蒸发热交换，W/m2；W——人体所作的机械功，W/m2。在稳定的环境条件下，S应该为零，这时，人体保持了能量平衡。人体温度应维持在36.5-37℃，人体才感觉舒适。人体散热方式有：1、对流：体表2、辐射：体表3、热传导：体表-散热量很小4、蒸发：皮肤、呼吸，主要是汗液什么是热舒适？热舒适环境是指人在心理状态上感到满意的热环境。所谓心理上感到满意，就是既不感到冷，又不感到热，称热舒适。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）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影响人体舒适感的因素1、室内空气温度：主要因素；2、室内空气相对湿度：影响汗液蒸发，加强传热；3、人体附近气流速度：带走体表周围的空气；4、维护结构内表面及室内其他物体表面的温度：辐射传热，对人体的舒适感影响很大；5、衣着情况及衣服的保温性和透气性；6、人的活动情况；7、人的年龄和身体状况；8、种族和个体的习惯。衣着对热舒适的影响衣着对热舒适具有重要影响。衣服的绝热性能是影响热交换的一个主要因素。天冷时，衣服的绝热效果可以减少热量的损失；天热时，衣服阻碍散热，不利于保持身体的正常温度。大部分材料的热阻值是其厚度的直接线性函数。衣服绝热性能的测量单位是克劳(clo)。在一间通风正常、气温为21℃、湿度为50％的房子里，使一个坐着休息的被试者保持舒适状态的衣服的绝热能力，称为一单位克劳。因为有代表性的裸体被试者在大约30℃时是感到舒适的，低于此温度时就需要穿上衣服。一个单位克劳大约有补偿温度下降9℃所要求的绝热量。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1.5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0.03图2.1是美国暖通、空调、制冷工程师学会（ASHRAE）根据以上几种影响因素的综合作用，用等效温度的概念提出的舒适图。图中斜画的一组虚线称为等效温度线，它们的数值标注在=50的相对湿度线上。如通过t=25℃、=50两等值线交点的虚线就称为25℃等效温度，虽然在这条等效温度线上各点所表示的空气状态的干球温度和相对湿度都不相同，但是各个点的空气状态给人体的冷热感觉是相同的，都相当于t=25℃、=50条件下给人体的冷热感。在图2.1中还画出了两块舒适区，一块是菱形面积，它是美国堪萨斯州大学通过实验所得出的；另一块有阴影的平行四边形面积是ASHRAE标准55-74所推荐的舒适区。两者的实验条件不同，前者适用于穿着0.6～0.8clo(clo是衣服的热阻，1clo=0.155m2·K/W)服装坐着的人，后者适用于穿着0.8～1.0clo服装但活动量稍大的人。两块舒适区重叠处则是推荐的室内空气设计条件。25℃的等效温度线正好通过重叠区的中心。需注意的是，由于不同地区的居民在生活习惯等方面的差异，以上研究推荐的舒适区及设计条件只作为参考，不宜直接套用。2.热舒适环境评价指标PMV-预期平均评价PPD-预计不满意者的百分数人对热环境的满意程度PMV用数值进行量化的七个标度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PMV指标综合考虑了六个因素：1、人体活动强度2、衣着情况3、空气温度4、空气湿度5、空气流速6、环境平均辐射温度PMV能代表大多数人对同一热环境的热舒适感觉，由于个体差异，总有少数人对该环境并不满意，所以引入了PPD指标。图2.2PPD与PMV的关系空。PMV和PPD之间的关系可用图2.2表示，在PMV=0处，PPD为5％，这意味着：即使室内环境为最佳热舒适状态，由于人们的生理差别，还有5％的人感到不满意。IS07730对PMV—PPD指标的推荐值为：PPD＜10％，相当于在人群中允许有10％的人感觉不满意。ISO7730标准中采用了PMV-PPD指标描述和评价热环境，提出的推荐值为：PMV在-0.5-+0.5之间，PPD≤10%,即相当于人群中允许有10%的人感觉到不满意；国家标准：PMV在-1-+1之间，PPD≤27%,即相当于人群中允许有27%的人感到不满意舒适性空调室内空气计算参数的确定确定室内空气计算参数，需考虑以下几点：舒适性条件室外气象条件经济条件节能要求确定出来的参数为一个范围，具体参见《采暖通风与空气调节设计规范》，其推荐的舒适性空调室内设计参数见表2.1。选用室内设计参数关系到空调耗能量，按日本统计结果，改变室内设计参数的节能效果如表2.2所示。常见居住建筑与公共建筑内空调室内设计参数见P26考虑节能需要，温度值冬季取低值，夏季取高值。二、空调房间室外空气计算参数室外空气计算参数：大气压、温度、相对湿度、流速、风向、日照等室外空气参数对空调设计而言，主要会从两个方面影响系统的设计容量：一是由于室内外存在温差通过建筑围护结构的传热量；二是空调系统采用的新鲜空气量在其状态不同于室内空气状态时，需要花费一定的能量将其处理到室内空气状态。1.室外空气温、湿度的变化规律(1)室外空气温度的日变化室外空气温度在一昼夜内的波动称为气温的日变化(或日较差)。在一段时间内，可以认为气温的日变化是以24h为周期的周期波动。室外气温的日变化是由于太阳对地球的辐射引起的，在白天，地球吸收了太阳的辐射热量而使靠近地面的气温升高，在下午二、三点达到全天最高值；到夜晚，地面不仅得不到太阳辐射热而且还要向大气层和太空放散热量，一般在凌晨四、五点气温最低。工程计算时，把气温日变化近似看作按正弦或余弦规律变化。图2.3是北京地区1975年夏季最热一天的气温日变化曲线。2.1空调房间室内、外空气计算参数的确定(2)室外气温的季节性变化室外气温的季节性变化也呈周期性的，。全国各地的最热月份一般在7、8月份，最冷月份在1月份。图2.4是北京、西安、上海三地区10年(1961～1970年)平均的月平均气温变化曲线。(3)室外空气湿度的变化空气的相对湿度与空气的干球温度和含湿量有关，而通常认为室外大气中全天的含湿量保持不变。因此，室外空气相对湿度的变化规律正好与干球温度的变化规律相反，即干球温度升高时，相对湿度变小；干球温度降低时，相对湿度则变大。如图2.3所示。从图中还可以看出湿球温度的变化规律与干球温度相似，只是峰值出现的时间不同。2.1空调房间室内、外空气计算参数的确定2.室外空气计算参数的确定室外计算参数的确定关系到室内空气状态的保证程度和设备投资。为了保证室内空气温度、湿度的设计值，可以采用当地室外最高干、湿球温度作为计算依据，但是这种做法并不合理，因为最高温度出现的时间是极少的，而且持续时间很短，用这样的气温资料所确定的空调设备容量必然很大，造成不必要的浪费。因此，必须合理确定室外空气计算参数。空调系统的设计计算中所用的室外空气计算参数，并非是某一地区某一天的实际气象参数，而是应用科学方法从很长一段时间内的实际气象参数中整理出来的统计值，因此，用于计算的这一天实际上是抽象的一天，在空气调节中称之为设计日或标准天。下面介绍我国《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50012-2003）中规定的室外计算参数。夏季室外空气计算参数的确定设计规范中规定的设计参数是按全年少数时间不保证室内温湿度标准而制定的。夏季空气调节室外计算干球温度，应采用历年平均不保证50h的干球温度；夏季空气调节室外计算湿球温度，应采用历年平均不保证50h的湿球温度；夏季空气调节室外计算日平均温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度；夏季空气调节室外计算逐时温度，按下式计算确定：tw.t=twp+(tw.max-tw.p)cos(15t-225)式中twp——夏季空气调节室外计算日平均温度，℃；主要城市的twp见附录2.1；tw.max-tw.p-设计日室外气温波动幅度例1试求夏季北京市13时的室外计算温度。由附录2-1查的北京市的twmax=33.2℃,twp=28.6℃,代入公式，得出13时设计室外气温为：tw13=28.6+(33.2-28.6)cos(15×13-225）=32.6℃3.冬季空调室外计算温度、湿度的确定由于空调系统冬季的加热、加湿量所需费用远小于夏季冷却除湿所耗的费用，而且室外气温的波动也比较小，因此冬季通过围护结构的传热量的计算按稳定传热方法，不考虑室外气温的波动，所以冬季采用空调设备送热风时，计算其围护结构传热和冬季新风负荷时采用冬季空调室外计算温度。此外，冬季室外空气含湿量远小于夏季，且变化也很小，故其湿度参数只给出相对湿度值。我国主要城市的室外空气气象参数参见《采暖通风与空气调节设计规