空調基礎與系統(tǒng)設計.ppt

,空調基礎&系統(tǒng)設計,制冷與空調,制冷 指的是降低和維持某一空間或一種物質的溫度，使其低于周圍環(huán)境溫度的過程。 空調 指的是對空氣進行處理，以便對其溫度、濕度、潔凈程度以及氣流分布同時進行控制，使其滿足調節(jié)空間要求的過程。,空氣調節(jié),空氣調節(jié)(air-condition)是一種根據(jù)舒適或工藝的需要,對自然狀態(tài)下的空氣在局部范圍內對其狀態(tài)參數(shù)進行調控的工程技術 空氣調節(jié)的研究對象濕空氣 空氣狀態(tài)參數(shù):溫度,壓力,比重,濕度,比焓等描述空氣狀況的物理量,空調的四要素,溫度，濕度，清潔度與氣流分布是所謂空調的四大要素，對四個要素加以調節(jié)，能夠控制室內環(huán)境以達到舒適的要求。,空調的四要素,舒適的環(huán)境,左圖為一認可的人體舒適的條件范圍，不過隨不同人群的需求，在設定的時候有不同的標準。,冷沖擊： 夏日制冷時，室內外溫度差達到10度，從室外進出時會強烈感受到冷氣與熱氣， 使身體感到不適，這種不適稱為“冷沖擊”。 制冷時室內外溫度為37度（標準為5度） 無論在何種場合溫度差絕對不要超過10度。,溫度:反映物體冷熱程度的物理量,制冷術語(溫度和濕度),制冷術語(溫度和濕度),壓力是單位面積所受的力，以p表示。它的單位為公斤/平方厘米。,一標準大氣壓： 1.03公斤/平方厘米絕 760毫米汞柱 10.3米水柱,制冷術語（壓力）,制冷術語（壓力）,表壓,壓力是單位面積所受的力，以p表示。它的單位為公斤/平方厘米。,絕對壓力（公斤/平方厘米絕對或公斤/厘米絕對）以絕對真空條件下的壓力為 零所測得的,表壓（公斤/平方厘米g或公斤/平方厘米表壓）壓力表測得的壓力為表壓，標 準大氣壓的表壓為零。,制冷術語（壓力）,真空狀態(tài):表壓低于大氣壓的狀態(tài),0mpa.g,-0.1mpa.g,絕對真空: 絕對壓力=0,相對真空: 大氣壓絕對壓力0,制冷術語(熱與功),si制單位: w(瓦) kw(千瓦) 英制單位: hp(馬力) btu/h (冷噸/小時) 其他單位: kcal/h(千卡/小時),制冷術語（制冷量）,制冷量又稱冷量，是單位時間里由制冷機（空調器）從低溫物體向高溫物體所轉移的熱量。 單位時間內由空調器產(chǎn)生的熱量（電熱型）或空調器從外界吸熱后向室內輸送的熱量（熱泵型）稱為制熱量，單位與制冷量相同。,單位： 標準單位:瓦（w）或千瓦（kw） 1w=0.86kcal/h或1kw=860kcal/h 冷噸:1噸0度的水在1晝夜(24小時)內變?yōu)?度的冰所對應的制冷能力。 冷噸分為美國冷噸和日本冷噸。 1美國冷噸=3024kcal/h=3.526kw 1日本冷噸=3320kcal/h=3.860kw,制冷量的國際標準單位為w、kw,米制單位為千卡/小時（kcal/h）， 英制單位為英熱/小時（btu/h） 1w=0.86kcal/h=3.412btu/h 1kw=860kcal/h 1btu/h=0.252kcal/h,制冷術語（顯熱與潛熱）,熱量本是為改變溫度的東西,這種起改變物體溫度的作用， 由普通溫度計測得的熱稱之為顯熱。 熔化熱蒸發(fā)熱(汽化)熱，升華熱統(tǒng)稱為狀態(tài)變化的潛熱。,制冷術語（顯熱與潛熱）,制冷原理,12: 氣態(tài)制冷劑在壓縮機中進行壓縮，使制冷劑變成高溫、高壓的壓縮氣體。 23： 制冷劑放出冷凝熱，制冷劑由氣體轉化成液體。 34： 制冷劑在膨脹閥中急劇地節(jié)流減壓。 41：中低溫、低壓的吸取熱量制冷劑從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。,壓縮機,壓力升高,溫度升高,冷凝行程,放出熱量,節(jié)流機構,壓力降低,蒸發(fā)行程,吸出熱量,制冷原理 基本循環(huán),制冷循環(huán),作為熱泵的制冷機,通常將熱的物體同冷的物體放再一起， 熱的物體變冷，冷的物體變熱。 正好象水從高初向低處流那樣，熱從熱的物體往冷的物體傳遞。 可是，使用制冷機就會把熱從冷的物體轉移至熱的物體。 制冷機恰似水泵。,制冷機是一種不吸水而吸熱的泵。 從這個意義上講，制冷機可以認為是熱泵。,水泵與制冷機的對比,壓縮機,室內熱交換器,室外熱交換器,熱泵循環(huán),壓縮機,室內熱交換器,室外熱交換器,制冷時四通閥的狀態(tài),制暖時四通閥的狀態(tài),熱泵循環(huán),空調主要部件,tc-2315a p18,系統(tǒng)部件 - 壓縮機,各種壓縮機結構,系統(tǒng)部件 渦旋式壓縮機,渦旋式壓縮機,全封閉活塞式壓縮機,半封閉活塞式壓縮機,旋轉式壓縮機,四通閥解剖照片,系統(tǒng)部件 四通換向閥,系統(tǒng)部件 熱交換器,節(jié)流裝置,節(jié)流裝置的功能是調整液體管路 進入蒸發(fā)器的高壓液態(tài)制冷劑的 流量，并保持系統(tǒng)高壓側和低壓 側的壓力差，以保證制冷劑能在 蒸發(fā)器內，處在期望的低壓下蒸 發(fā)，與此同時也能在高壓狀況下 在冷凝器內凝結。 節(jié)流裝置種類： 電子膨脹閥 熱力膨脹閥 毛細管,節(jié)流機構 電子膨脹閥,壓力開關,系統(tǒng)部件 高壓開關,系統(tǒng)部件 低壓開關,系統(tǒng)部件 消音器,分配器(散流器),系統(tǒng)部件 分配器,系統(tǒng)部件 氣液分離器,氣液分離器安裝在蒸發(fā)器和壓縮機之間，起到防止液態(tài)制冷劑進入壓縮機的作用。 氣液分離器可容納液態(tài)制冷劑，而只把氣態(tài)的制冷劑送回壓縮機。混合在制冷劑的 里的油在氣液分離器的底部被分離出來，并同吸入的氣體一起通過吸氣管道內的小 孔返回到壓縮機內。,截止閥,安全閥及單向閥,在高壓開關沒有正常動作而導致 異常高溫時，易熔塞或安全閥會 防止機組發(fā)生意外事故。易熔塞 用于小型機組，安裝在冷凝器內 或冷凝器和調節(jié)裝置之間的液體 管路上。,貯液器,貯液器器被安裝在冷凝器和節(jié)流器裝置之間，并暫時保存著被冷凝器液化之后、 被送到膨脹閥之前的制冷劑才會被提供給節(jié)流裝置。 貯液器也被用作過剩制冷劑儲存的容器，因為在以下的幾種情況里循環(huán)的制冷劑 量是各不相同的。 冷凝（室外）機組和風機盤管（室內）機組之間的連接管道長度。 各種運行條件的改變。,系統(tǒng)部件-風扇,系統(tǒng)部件-電腦板,大金家用vrv制冷循環(huán)圖,空調分類,按目的分類: 舒適型 工藝型 按形式分類: 房間空調器(分體式空調器) 單元式空調機(小型中央空調系統(tǒng)) 中央空調(集中式空調系統(tǒng)) 按傳熱媒質分類: 全空氣方式 全水方式 水-空氣混合方式 冷媒(制冷劑氟利昂)方式,空調的分類（按傳熱介質分）,空冷式vs水冷式,空調箱,制冷機的分類及允許范圍,離心式冷水機,吸收式冷水機,吸收式冷水機工作原理,相信專業(yè) 相信大金,4、空調系統(tǒng)設計方法,4-1 工況設計與過程設計,得熱量與冷負荷的關系 得熱：某時刻在內外擾作用下進入房間的總熱量叫做該時刻的得熱。如果得熱0，意味著房間失去熱量。,4-1 工況設計與過程設計,冷負荷：維持室內空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時，在單位時間內從室內除去的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷兩部分。 如果把潛熱負荷表示為單位時間內排除的水分，則又可稱作濕負荷。 得熱量和冷負荷相等嗎？,負荷的大小與去除熱量的方式有關,常規(guī)的送風方式空調需要去除的是進入到空氣中的得熱量。,冷輻射板空調需要去除的熱量除了進入到空氣中的得熱量外，還包括部分貯存在熱表面上的得熱量。,各種得熱進入空氣的途徑,潛熱得熱、滲透空氣得熱 得熱立刻成為瞬時冷負荷 通過圍護結構導熱、通過玻璃窗日射得熱、室內顯熱源散熱 對流得熱部分立刻成為瞬時冷負荷 輻射得熱部分先傳到各內表面，再以對流形式進入空氣成為瞬時冷負荷，因此負荷與得熱在時間上存在延遲。,4-1 工況設計與過程設計,以普通玻璃的玻璃窗進入的太陽輻射熱為例 。,4-1 工況設計與過程設計,由于各圍護結構內表面和家具的蓄熱作用，冷負荷與得熱量之間就存在著相位差和幅度差，冷負荷對得熱的響應一般都有延遲，幅度也有所衰減。,4-1 工況設計與過程設計,照明得熱與實際冷負荷之間的關系,由于燈光照明散熱比較穩(wěn)定，燈具開啟后，大部分的熱量被蓄存起來，隨著時間的延續(xù)，蓄存的熱量就逐漸減小。,得熱與冷負荷的關系,得熱與冷負荷的關系,冷負荷與得熱有關，但不一定相等 決定因素 空調形式 送風：負荷對流部分 輻射：負荷對流部分輻射部分 熱源特性：對流與輻射的比例是多少？ 圍護結構熱工性能： 蓄熱能力如何？如果熱容為0呢？ 如果內表面完全絕熱呢？ 房間的構造（角系數(shù)） 注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！,4-1 工況設計與過程設計,一、空調負荷的特點 空調冷負荷一般包括有建筑圍護結構的傳熱量、室內照明散熱量、人體散熱量、動力設備散熱量、新風帶入的熱量及各類散濕量。 建筑傳熱量和新風帶入的熱量，隨著室外氣象條件的變化而變化。人體散濕量與建筑的使用性質、使用條件等許多因素有關，無時不在變化。 對空調系統(tǒng)而言空調房間也不一定同時都使用。 可以看出空調負荷變化的復雜性。,某地區(qū)旅館建筑夏季從5-9月2880h的運行中，空調部分負荷時的時間頻率，說明了該地區(qū)旅館建筑夏季有80以上的時間的空調負荷，只占總設計負荷的50，只需要冷源系統(tǒng)設備的50投入運行，空調負荷在90以上的時間還不到1。,某地區(qū)空調部分負荷時間頻率,絕大部分時間段，空調系統(tǒng)在部分負荷下運行。,二、過程設計 暖通空調設計方法一般是以夏季或冬季室外空氣設計參數(shù)為依據(jù)的典型工況進行設計的?？照{冷、熱負荷是按最不利工況進行計算的。因此，空調設備的選型、管道輸水系統(tǒng)的能力可以滿足最不利工況空調系統(tǒng)的使用要求。這種設計方法，我們稱之為“工況設計”，也就是“靜態(tài)設計”。 按此設計方法進行工程設計，往往會出現(xiàn)如：空調負荷變化時，空調系統(tǒng)和設備不能進行相應的調節(jié)或調節(jié)性能比較差，出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象。,某空調系統(tǒng)選擇兩臺同型號的冷水機組，單臺機組供冷量為q，相應選擇兩臺同型號冷水泵并聯(lián)運行，單臺水泵流量為g，揚程為h，如圖所示。,“工況設計”條件下運行時，兩臺水泵并聯(lián)工作點m，流量為2g，揚程為h。 h=(rl+z)a-b-c-d+(rl+z)d-e-a 圖中曲線為系統(tǒng)管道特性曲線，圖中曲線為兩臺水泵并聯(lián)工作的特性曲線。,當空調負荷率為50時，只需開一臺水泵即可，此時系統(tǒng)的阻力為h。 h =(rl+z)a-b-c-d+0.25(rl+z)d-e-a 設計的水泵性能是：流量為g時，揚程為h，i為一臺水泵工作時管道的特性曲線。,如果要滿足系統(tǒng)供水量g時，水泵的實際工作點為n點，則需要對管網(wǎng)進行節(jié)流，將特性曲線變成為。很顯然，水泵的工作是很不合理的，因為水泵的揚程為h 即可，而節(jié)流損失為hh段，長期運行則會浪費大量的能量。,在低負荷情況下單位制冷量的耗電量增大。,兩臺相同的冷水機組，部分負荷時的耗電指標,“過程設計”也就是“動態(tài)設計”?！斑^程設計”就是在“工況設計”的基礎上考慮空調系統(tǒng)的設計和設備的選型都能滿足空調系統(tǒng)運行處于良好的狀態(tài)，以達到最大程度節(jié)約能量的目的。 過程設計是一個比較復雜的設計過程，設計要考慮工程各方面特點及運行方式。同時，還要了解暖通空調設備的特性，工程規(guī)模，空調負荷的變化規(guī)律及運行管理方式，都直接影響到設計方案和設備選型,旅館建筑，空調負荷基本上屬于全日型的連續(xù)負荷。負荷變化范圍大，低負荷時，可能低于設計負荷的10。選擇冷水機組時，要求機組能處于高效率下運行。因此，許多工程選擇了離心式冷水機組和螺桿式冷水機組大、小匹配方案，充分利用離心機高負荷運行時節(jié)能的特點，又發(fā)揮了螺桿機低負荷運行時負荷調節(jié)的優(yōu)勢。 對水泵的節(jié)能，根據(jù)空調負荷變化的特點，考慮運行調節(jié)的靈活性，水泵選型可以選擇大、小泵匹配。對于大型空調系統(tǒng)可采用二級泵及變頻調速形式。,4-2 空調冷、熱負荷計算,在方案設計和初步設計階段，一般采用冷負荷指標估算空調冷負荷。在施工圖設計階段，空調冷負荷計算所需的基礎資料和數(shù)據(jù)基本齊全，冷負荷應該進行詳細計算。由于圍護結構都有一定的蓄熱性，對負荷具有延遲和衰減作用，在進行冷負荷計算時采用非穩(wěn)態(tài)計算法進行。,4-2 空調冷、熱負荷計算,空調房間或區(qū)域夏季冷負荷應包括下列各項內容： （1） 通過建筑圍護結構傳入的熱量 （2） 通過外窗進入的太陽輻射熱 （3） 人體散熱量 （4） 照明散熱量 （5） 設備散熱量 （6） 食品或物料的散熱量 （7） 新風帶入的散熱量 （8） 伴隨各種散熱量產(chǎn)生的潛熱,4-2 空調冷、熱負荷計算,空調房間或區(qū)域夏季散濕量包括下列各項內容： （1） 人體散濕量 （2） 新風帶入的濕量 （3） 液面或濕表面的散濕量等,4-2 空調冷、熱負荷計算,1、 圍護結構的傳熱量的計算 （1） 外墻和屋頂傳熱形成的逐時冷負荷： cl=kf(twi-tn) （2）外窗內外溫差形成的逐時冷負荷： qcl=kcfcc1c2(tc+td)-tn kc外窗的傳熱系數(shù)（w/） fc外窗面積（）； c1不同類型窗框的傳熱系數(shù)修正值； c2有內遮陽設施的傳熱系數(shù)修正值； tc玻璃窗的逐時冷負荷計算溫度（）； td外窗逐時冷負荷計算溫度的地點修正值（），,4-2 空調冷、熱負荷計算,2、通過外窗進入的太陽輻射熱形成的逐時冷負荷 qcz=c3c4c5fcjccc_+(fc1-fc)jsccn c3玻璃窗的遮擋系數(shù)； c4窗內遮陽設施的遮陽系數(shù)； c5窗的有效面積系數(shù)； fc窗上受太陽直接照射的面積（）； jc透過標準玻璃窗的太陽總輻射照度（w/）； cc冷負荷系數(shù)； ccn北向冷負荷系數(shù)，參見有關設計手冊或設計措施； fc1外窗面積（包括窗框）（）； js透過標準玻璃窗的太陽散射輻射強度（w/）。,4-2 空調冷、熱負荷計算,3、 熱負荷計算 冷負荷須按非穩(wěn)態(tài)方法計算； 熱負荷可以按穩(wěn)態(tài)方法計算。 為什么？,冬季為什么采用穩(wěn)定計算方法，而夏季采用非穩(wěn)定計算方法？,比較： tw, 和 t=tw-tn,clqwinter=hg=kwfw (tw-tn),采暖熱負荷計算 采暖熱負荷計算應包括：圍護結構的傳熱量、滲入室內冷空氣的加熱量及各種修正值和附加值，室內各種穩(wěn)定散熱量應扣除。 圍護結構的基本耗熱量按穩(wěn)態(tài)傳熱計算： q=kf（tn-twd） 冷空氣滲透耗熱量按下式計算： qs=0.28l（tn-twd）,空調熱負荷計算 空調熱負荷包括：圍護結構的傳熱量和新風的加熱量，室內穩(wěn)定的散熱量應扣除。 空調熱負荷計算，主要是用于確定空調系統(tǒng)熱源容量，空調房間末端設備的選擇，一般是按夏季供冷工況時選擇。在南方地區(qū)，當末端設備滿足供冷工況要求時，一般都可以滿足供熱工況要求。 空調熱負荷，原則上按采暖熱負荷計算方法計算，但室外計算參數(shù)的選取不同，分別對應于冬季室外計算參數(shù)和采暖室外計算參數(shù)。外門附加，高度附加一般可以不考慮，冷空氣滲透耗熱量由新風加熱重新考慮。,4、空調負荷估算 由于空調冷負荷的影響因素繁多，作用方式復雜，計算非常繁瑣，在不需要或無法非常精確的情況下，如對系統(tǒng)進行方案設計，或尚無詳細的建筑圖紙，此時，往往采用冷負荷指標對系統(tǒng)負荷進行估算。 冷、熱負荷指標：單位建筑面積或單位空調面積的耗冷（或熱）量。 由于冷負荷的影響因素比較多，通常資料中所推薦的冷負荷指標是給出一個范圍。,5、設計負荷 設計負荷是選擇空調系統(tǒng)設備容量、決定系統(tǒng)能力大小的依據(jù)。 設計負荷要盡可能接近實際負荷值，設備選得偏小滿足不了實際需求，選得過大不僅系統(tǒng)的初投資增大，一些設備如冷熱源很可能長期在低效率工況下運行。,4.3 空調系統(tǒng)設計方法步驟,仔細閱讀原始設計資料、文件，如設計任務書、建筑圖，充分了解設計對象的特點及室內環(huán)境或工藝工程對空調系統(tǒng)的要求； 收集相關的設計參考資料，設計手冊、設計措施、設計規(guī)范（標準）、甚至產(chǎn)品樣本等； 查取室內外設計氣象參數(shù)，計算空調冷、熱負荷； 選擇和確定空調方案：空調方式、冷熱源方案、系統(tǒng)控制方案等（需要作經(jīng)濟技術分析、比較）； 設備選型（主機、末端設備）；,4.3 空調系統(tǒng)設計方法步驟,系統(tǒng)布置（設備、管路等的布置）； 系統(tǒng)水力計算； 風機，水泵及附屬設備等設備選型； 防、排煙設計； 施工圖繪制。首頁圖、平面圖、剖面圖、系統(tǒng)圖（系統(tǒng)軸測圖）、原理圖、機房布置圖、大樣圖（詳圖）、首頁圖； 整理設計、計算說明書。,4.4 方案選擇,方案選擇的重要性: 關系到初投資、能耗、運行管理等； 既要注意設備性能、更要注意系統(tǒng)性能。 冷熱源方案：壓縮式制冷還是吸收式制冷，是熱泵式機組還是單冷機加鍋爐等 空調方式與氣流組織形式 全空氣系統(tǒng) 風機盤管加新風系統(tǒng) 房間氣流組織形式及末端設備等,三、空調水系統(tǒng),1、特點與分類 特點：投資較大、水泵能耗較大、對整個系統(tǒng)性能影響較大 分類： 按供、回水管道數(shù)量分為：雙管制、三管制和四管制； 按水在管道內的流程分為：同程式和異程式； 按系統(tǒng)是否有與大氣直接相通分為：閉式和開式； 按流量是否可調分為：定流量和變流量; 按水泵系統(tǒng)設置分為：一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng),空調水系統(tǒng)工藝流程圖,2、水系統(tǒng)的壓力分布,水系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)時，系統(tǒng)內各處的壓力等于水的靜水壓力，其大小只與該點至膨脹水箱水面垂直高度h有關。當水泵運轉時，其系統(tǒng)內水壓分布除與水泵在系統(tǒng)內所處位置有關外，還與膨脹管與系統(tǒng)連接位置有關。,2、水系統(tǒng)的壓力分布,a、b、c點，是工程設計中常見的膨脹水箱連接的位置。在某些情況下，也可能將膨脹水箱連接在d點。,2、水系統(tǒng)的壓力分布,a點是水系統(tǒng)中工作壓力最低的地方，無論在靜止狀態(tài)和工作條件下，a點的壓力均為h，即該點的靜水壓力。只要該點保持正壓，水系統(tǒng)中各個地方都不會出現(xiàn)負壓，冷水機組入口處壓力pb為：,水泵出口處壓力pl，為水系統(tǒng)內最大工作壓力點 ：,最低層風機盤管的工作壓力pf為：,2、水系統(tǒng)的壓力分布,當膨脹水箱接至b點時，b點為恒壓點，并等于h。與連接a點比較，系統(tǒng)的工作壓力提高了pab。,水泵出口處壓力pl，為水系統(tǒng)內最大工作壓力點 ：,最低層風機盤管的工作壓力pf為：,2、水系統(tǒng)的壓力分布,膨脹水箱接至c點時，水泵入口的壓力為h，水泵出口的壓力pl，pl=h+h。與連接b點比較，冷水機組的工作壓力增大，其增加值大約等冷水機組的壓力降，同時，最低層風機盤管的工作壓力增加到：,pf的工作壓力往往會超過盤管的工作壓力，設計時，應引起注意。對于高層建筑，應盡量降低水系統(tǒng)的工作壓力，膨脹水箱連接在a點或b點是比較有利的，連接在a點，膨脹水箱還可以起到排放空氣的作用。,2、水系統(tǒng)的壓力分布,膨脹水箱連接在d點，只是在特定情況下才采用。為了保證a點不產(chǎn)生負壓，應提高膨脹水箱的安裝高度，從a點的h2提高至h3，且滿足：,膨脹水增加的高度要大于da段管道的總壓降。很明顯，這樣提高了水系統(tǒng)的靜水壓力。另外pd-a是隨水量變化而改變的，如果該段管道的水量增加，則pd-a也會增大，pa會降低，也有可能造成該點的負壓。,負壓有何不利影響？,2、水系統(tǒng)的壓力分布,水系統(tǒng)出現(xiàn)負壓，會從排氣閥或其它不嚴密處吸人空氣而影響水系統(tǒng)的正常運行。,舉例：,某空調系統(tǒng)，兩臺1163kw的冷水機組，兩臺空調循環(huán)水泵并聯(lián)使用，水泵性能q=200m3/h，h=32m。由于回水主立管端土建結構不允許設置膨脹水箱，因而，膨脹水箱的膨脹管接至水泵出口端的供水主立管上，見圖所示，膨脹水箱水位高出頂層水平干管3m。開一臺水泵時，系統(tǒng)運行正常，當兩臺水泵同時運行時，頂層空調效果不好，什么原因?,舉例：,膨脹水箱的高度，應保證a點不出現(xiàn)負壓，即定壓點o處的壓力應大于水平管段的壓降p。 當一臺水泵時，水量小，水平管段壓降p比較小，即p3m時，頂層水平