空調(diào)負荷計算的目的在于確定空調(diào)系統(tǒng)的送風量并作為選擇空調(diào)設(shè)備(如空氣處理機組中的冷卻器、加熱器、加濕器等)容量的基本依據(jù)。
在室內(nèi)外熱、濕擾量的作用下,某一時刻進入一個恒溫恒濕房間內(nèi)的總熱量和總濕量稱為在該時刻的得熱量和得濕量。當?shù)脽崃繛樨撝禃r稱為耗(失)熱量。
空調(diào)的負荷可以分為冷負荷、熱負荷和濕負荷三種。在某一時刻為保持房間恒溫恒濕,需向房間供應(yīng)的冷量稱為冷負荷(Cooling Load);反之,為補償房間矢熱而需向房間供應(yīng)的熱量稱為熱負荷(Heat Load);為維持室內(nèi)相對濕度所需由房間增加的濕量稱為濕負荷(Moisture Load)。
空調(diào)的實質(zhì)就是通過一定的技術(shù)手段對特定的空間內(nèi)空氣的品質(zhì)進行調(diào)節(jié),維持室內(nèi)空氣具有一定的狀態(tài)參數(shù),人們根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)對空調(diào)設(shè)備進行運行管理。
室內(nèi)空氣計算參數(shù)
空調(diào)房間室內(nèi)溫度、濕度通常用兩組指標來規(guī)定,即溫度、濕度基數(shù)及其允許波動范圍(空調(diào)精度)。
室內(nèi)溫、濕度基數(shù):在空調(diào)區(qū)域內(nèi)所需要保持的空氣基準溫度與基準濕度。
空調(diào)精度:在空調(diào)區(qū)域內(nèi),在要求的工件旁一個或數(shù)個測溫(或測相對濕度)點上水銀溫度計(或相對濕度計)在要求的持續(xù)時間內(nèi),所示的空氣溫度(或相對濕度)偏離溫(濕)度基數(shù)的最大偏差。
例如:溫度:20±0.5℃ ; 相對濕度: 60%±5%
空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)所服務(wù)的對象不同可分為:工藝性空調(diào)和舒適性空調(diào)。工藝性空調(diào)主要是滿足工藝過程對溫、濕度基數(shù)的特殊要求,同時兼顧人體的衛(wèi)生要求。舒適性空調(diào)是從人體舒適感的角度來確定室內(nèi)溫、濕度設(shè)計標準,一般不提空調(diào)精度的要求。
1、舒適性空調(diào)的室內(nèi)空氣計算參數(shù)
《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)格》(GB 50019—2003)規(guī)定,舒適性空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)如下表所示。
注:實際工作中請參考現(xiàn)行的國家標準。
室內(nèi)溫、濕度取值的高低,與能耗多少密切相關(guān),在加熱工況下,室內(nèi)計算溫度每降低1℃,能耗可減少5% ~ 10%;在冷卻工況下,室內(nèi)計算溫度每升高1℃,能耗可減少8% ~ 10%。
2、工藝性空調(diào)的室內(nèi)空氣計算參數(shù)
工藝性空調(diào)根據(jù)工藝要求,并考慮必要的衛(wèi)生條件來確定。具體情況可以參考《空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊》電子部第十設(shè)計研究院編。
室外空氣計算參數(shù)
空調(diào)工程設(shè)計與運行中所用的一些室外氣象參數(shù)人們習慣稱之為室外空氣計算參數(shù)。室外氣象參數(shù)就某一地區(qū)而已,有隨季節(jié)變化、晝夜變化或者時刻在不斷變化著,如全國各地大多數(shù)在7~8月份氣溫最高,而1月份氣溫最低;一天當中,一般在凌晨3~4點氣溫最低,而在下午14~15點氣溫最高。
室外空氣計算參數(shù)的取值,直接影響室內(nèi)空氣狀態(tài)和設(shè)備投資。如果按當?shù)囟、夏最不利情況考慮,那么這種極端最低、最高溫、濕度要若干年才出現(xiàn)一次而且持續(xù)時間較短,這將使設(shè)備容量龐大而造成投資浪費。因此,設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的室外計算參數(shù)是按全年少數(shù)時候不保證內(nèi)溫、濕度標準而制定的。當室內(nèi)溫、濕度必須全年保證時,應(yīng)另行確定空氣調(diào)節(jié)室外計算參數(shù)。
1、夏季室外空氣計算參數(shù)
(1)夏季空調(diào)室外計算干、濕球溫度
夏季空調(diào)室外計算干球溫度采用歷年不保證50h的干球溫度;夏季空調(diào)室外計算濕球溫度采用歷年平均不保證50h的濕球溫度。
(2)夏季空調(diào)室外計算日平均溫度和逐時溫度
夏季在計算通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量時,采用的是不穩(wěn)定傳熱過程,因此必須知道設(shè)計日的室外平均溫度和逐時溫度。
夏季空調(diào)室外設(shè)計日平均溫度采用歷年平均不保證5天的日平均溫度。
2、冬季空調(diào)室外計算溫、濕度的確定
冬季空調(diào)室外計算溫度采用歷年平均不保證1天的日平均溫度;當冬季不使用空調(diào)設(shè)備送熱風,而使用采暖設(shè)備時,計算圍護結(jié)構(gòu)的傳熱應(yīng)采用采暖室外計算溫度。
由于冬季室外空氣含濕量遠小于夏季,而且變化也很小,因此不給出濕球溫度,只給出冬季室外計算相對濕度。規(guī)定冬季空調(diào)室外計算相對濕度采用歷年最冷月平均相對濕度。
空調(diào)房間負荷計算
前我國普遍采用的冷負荷計算方法主要有兩種:冷負荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法,本課程中采用冷負荷系數(shù)法。
冷(熱)負荷估算指標
1、夏季冷負荷估算
空調(diào)負荷概算指標,是指折算到建筑物每一平方米空調(diào)面積所需制冷機或空調(diào)器提供的冷負荷值。
將負荷概算指標乘以建筑物內(nèi)的空調(diào)面積,即得夏季空調(diào)制冷系統(tǒng)總負荷的估算值。
國內(nèi)部分建筑空調(diào)冷負荷概算指標
2、冬季冷負荷估算
民用建筑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)冬季熱負荷,可按冬季采暖熱負荷指標估算后,乘以空調(diào)系統(tǒng)冬季用室外新風量的加熱系數(shù)1.3-1.5即可。
國內(nèi)部分建筑采暖熱負荷概算指標
送風狀態(tài)與送風量的確定
1、夏季送風狀態(tài)及送風量的確定
上圖所示為一個空調(diào)房間的送風示意圖。室內(nèi)余熱量(冷負荷)為Q(W),余濕量(濕負荷)為W(kg/s)。為了消除余熱余濕,保持室內(nèi)空氣狀態(tài)為N(hN , dN)點,送入G(kg/s)的空氣量,其狀態(tài)為O(ho , do)。送入的空氣吸收室內(nèi)的余熱、余濕后,由狀態(tài)O變?yōu)闋顟B(tài)N而排出,從而保證了室內(nèi)空氣狀態(tài)為N。
根據(jù)熱平衡得
根據(jù)濕平衡得
整理上述兩式得
以上兩式相除得熱濕比
在焓濕圖上就可利用熱濕比ε的過程線來表示送入空氣狀態(tài)變化過程的方向。只要送風空氣的狀態(tài)點O位于通過室內(nèi)狀態(tài)點N的熱濕比線上,那么將一定質(zhì)量,具有這種狀態(tài)的空氣送入房間,就能同時吸收余熱和余濕,從而保證室內(nèi)要求的狀態(tài)N。
從上圖可以看出,凡是位于N點一下熱濕比線上的點均可作為送風狀態(tài)點,只不過O點距N點越近,送風量越大,距N點越遠則送風量越小。因此,送風狀態(tài)點O的選擇就涉及到一個經(jīng)濟技術(shù)的比較問題。從經(jīng)濟上講,一般總是希望送風溫差Δto盡可能的大,這樣,需要的送風量就小,空氣處理設(shè)備也就小,既可以節(jié)約初投資,又可以節(jié)省運行能耗。但是從效果上看,送風量太小,空調(diào)房間的溫度場和速度場的均勻性和穩(wěn)定性都會受到影響。同時,由于送風溫差大,較低,to冷氣流會使人感到不舒適。
暖通空調(diào)規(guī)范根據(jù)空調(diào)房間恒溫精度的要求給出了夏季送風溫差的建議值,還推薦了換氣次數(shù),如下表所示。
送風溫差與換氣次數(shù)
用表中送風溫差計算所得的送風量折合的換氣次數(shù)大于表中推薦的換氣次數(shù),則符合要求。
選定送風溫差后,按以下步驟確定送風狀態(tài)O點和計算送風量:
⑴在焓濕圖上確定出室內(nèi)狀態(tài)點N;
⑵由熱濕比作出過N點的熱濕比線;
⑶根據(jù)選取的送風溫差,在熱濕比線上定出送風狀態(tài)點O;
⑷用式計算所需的送風量,并校核換氣次數(shù)。
2、冬季送風狀態(tài)及送風量的確定
(1)采用與夏季不同的送風量
確定方法與夏季相同,冬季的送風溫差可取大一些。
(2)采用與夏季相同的送風量
只需調(diào)節(jié)送風參數(shù),根據(jù)式反求出送風狀態(tài)點()
由所求的()確定的冬季送風狀態(tài)點O’與室內(nèi)狀態(tài)點N的連線就是冬季工況的熱濕比線。
新風量的確定
1、衛(wèi)生要求
空調(diào)房間的最小送風量應(yīng)當保證人體健康所需要的新風量。
2、補充局部排風量或補充室內(nèi)燃燒所耗的空氣量
空調(diào)房間內(nèi)有排風柜等局部排風裝置時,為了不使房間產(chǎn)生負壓,必須有相應(yīng)的新風量來補充排風量。
3、保持空調(diào)房間的正壓要求
為了防止外界空氣滲入室內(nèi),需要在空調(diào)系統(tǒng)中用一定量的新風來保持房間的正壓。
在實際工程中,如果按上述方法所確定的空調(diào)系統(tǒng)的新風量不足總風量的10%時,新風量應(yīng)按總風量的10%計算,以確保室內(nèi)空氣的衛(wèi)生和安全。
公共建筑主要空間的設(shè)計新風量