空调系统与气流组织设计参考手册 |
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特点:没有风管,对层高要求低,一般大于3.0m。空气处理设备布置在空调房间。水系统相对复杂。没有新风,室内空气卫生条件差。 适用:主要应用在多房间分割的宾馆、办公、写字楼等,但因没有新风,现在很少使用。 典型代表:风机盘管系统。 ③空-气水系统 定义:担负室内负荷的介质一部分为水,一部分为经过处理的空气。 特点:新风主要用于改善室内卫生条件,风管尺寸小,对层要求低,一般大于3.3m。空气处理设备布置在空调房间。水系统相对复杂。一般需要设新风机房。 适用:是目前广泛应用的形式之一,主要用在多房间分割的场合,如:宾馆,办公、写字楼等。 典型代表:风机盘管+新风系统。 ④冷剂系统 定义:担负室内负荷的介质为制冷剂。 特点:冷剂管尺寸小,对安装空间要求低。空气处理设备布置在空调房间。没有水系统。没有新风,卫生条件差。 适用:是目前广泛应用的形式之一,主要用在多房间分割的场合,如:宾馆,办公、写字楼等。 典型代表:分体空调、多联空调系统(可以配新风系统)。 (2)按风量是否变划分(对全空气系统) ①定风量系统:系统风量不随空调负荷变化。 ②变风量系统:系统风量随空调负荷变化。 (3)按水量是否变划分: ①定水量系统:系统水流量不随负荷变化。 ②变水量系统:系统水流量随负荷变化。 (4)按风速高低划分 ①低速风道系统:最大风速:8-10m/s。 ②高速风道系统:最大风速:10-20m/s。 (5)按风道数量划分(全空气系统) ①单风道系统:只有1个风道,冬夏转换,冷热共用。 ②双风道系统:2个风道,一个送冷风,一个送热风。 (6)其它系统 ①蒸发冷却系统:利用水蒸发吸热处理空气,不需要制冷机,主要用在气候干燥的地区。 ②温湿度独立调节系统:温度、湿度控制各自独立,一般新风担负湿负荷,常用溶液除湿,担负空调冷负荷的空气处理设备冷源水温可大幅度提高(提高蒸发温度),大大提高制冷机组能效比。 ③布袋式空调、毛细管辐射空调。 ④其它以冷热源形式命名的:如:热泵热泵空调(地源热泵、水源热泵空调)、蓄能空调(冰蓄冷、水蓄冷)、太阳能空调等。 全气空调系统 分类: (1)按风量是否变化:定风量系统、变风量系统。 (2)风量数量不同:单风道系统、双风道系统。 (3)按风速高低分:低速系统、高速系统。 按处理空气来源不同 ①直流式(全新风)系统 处理的空气全部来自室外。卫生条件最好,能耗最大。 主要用在室内空气不能循环利用的场所;春秋过度季节可以利用室外空气调节室内空气,(制冷机不运行)。 ②循环式(封闭式)系统 处理的空气全部来自室内循环空气。卫生条件最差,能耗最小。主要用在没有人或人停留短暂的场所。 ③回风式系统 处理的空气一部分来自室外,一部分部来自室内,新风的任务主要是改善室内卫生条件。 满足卫生条件的同时,为节能,应尽量利用室内空气。 回凤式系统又有:一次回风系统和二次回风系统,工程上广泛采用的是一次回风系统。 单风道定风量低速系统 (1)直流式: ①夏季-再热工况: 原理图式(设计空气处理方案),空气处理流程: i-d图表示,系统计算: 系统冷量:QL=Gw(iw-iL) 新风冷量:Qw=Gw(iw-iN) 再热量:Qr=Gw(iO-iL) 室内冷负荷:QN=GW(iN-iO),QL=QW+QN+Qr 系统冷量:选择空气处理设备的基本依据,一部分用来担负新风冷负荷,一部分用来再热,一部分用来担负室内冷负荷。 ②夏季-露点工况 原理图式: 空气处理流程,i-d图: 如何确露点;水温的影响;室内参数的偏离。 计算: QL=Gw(iw-iL);Qw=Gw(iw-iN) Qr=0;QN=GW(iN-iL);QL=QW+QN+Qr ③冬季-再热工况: 原理图式,空气处理流程: i-d图:露点控制、无露点控制。 系统计算:预热量;再热量;加湿量。 实现方法: (2)循环式 ①夏季-再热工况: 原理图式(设计空气处理方案) 空气处理流程;i-d图; 系统计算: 系统冷量:QL=G(iN-iL) 新风冷量:Qw=0 再热量:Qr=G(iO-iL) 室内冷负荷:QN=G(iN-iO);QL=Qr+QN ②夏季-露点工况: 原理图式(设计空气处理方案) 空气处理流程;i-d图表示。 系统计算: 系统冷量:QL=G(iN-iL) 新风冷量:Qw=0 再热量:Qr=0 室内冷负荷:QN=G(iN-iO);QL=QN (3)一次回风系统 ①夏季-再热工况: 原理图式(设计空气处理方案)。 空气处理流程;空气量平衡: G=GW+Gh(对机组) G=Gh+GP(对房间) 新风比:m=GW/G i-d图,系统计算; 混合点计算:m=GW/G=(iC-iN)/(iW-iN) iC=iN+(iW-iN).m% 系统冷量:QL=G(iC-iL) 新风冷量:QW=GW(iW-iN) 再热量:Qr=G(iO-iL) 室内冷负荷:QN=G(iN-iO);QL=QW+Qr+QN 双风机系统: ②夏季-露点工况: 原理图及空气处理流程 i-d图;计算: ③冬季-再热工况: 原理图式,空气处理流程: i-d图: 加热量、加湿量计算: 冬季新风比、新风量: 新风比:m'=GW/G=(iN-iC')/(iN-iW') 新风量:GW'=G.m' A当m'>=m,取GW'作为冬季新风量。 B m'=QP 校核风量:GP′>=GP=QP/(iN-iO) ②修正: 工况不一致的修正(样本修正给出系数) 室内状态点分析。 新风供给方式 (1)新风不经处理:浴厕排风、开墙洞引入、风机集中引入等方式。 (2)新风集中处理:(独立新风系统) ①新风处理终态 新风处理到室内等温线 ,盘管担负一定的新风负荷,盘管湿工况。 新风处理到室内等焓线新风不担负室内负荷,盘管湿工况。 新风处理到室内等含湿量线,新风担负一定室内负荷,盘管湿工况。 新风处理到低于室内等含湿量线,新风担负湿负荷,盘管干工况。 ②新风处理终态分析 水温要求:tW1>tW2>tW3>tW4 实验结果:tW1=tN tW2=8-10℃;tW3=6-8℃;tW4=3-5℃。 结论: 处理到L1:要求水温高,盘管担负一定新风负荷。 处理到L2:要求水温略高于常规冷水机组出水温度(7℃),盘管不担负新风负荷,国内目前广泛使用的方法。 处理到L3:要求水温与常规冷水机组出水温度,基本一致,但新风担负一定室内负荷。 处理到L4:要求水温低于常规冷水机组出水温度,新风担负室内湿负荷。 ③新风送入房间方式 新风直接送入房间,且与盘管合用出风口; 新风直接送入房间,不与盘管合用出风口; 新风送入盘管尾部。 新风机组、风机盘管选型 (1)新风机组选型 ①计算新风系统新风量 ②新风机组选型: 按新风量选机组(整体式、组合式) 表冷器:夏热冬冷地区,建议一般选用6排管。 ③修正:设计工况与标准工况不一致的修正。 ④校核新风冷量 新风冷量:QW=GW(iW-iN) 样本供修正后的新风冷量QW′>=QW (2)风机盘管选型 以新风处理到室内等焓线,不担负室内负荷;新风直接送入房间并与盘管合用出风口为例。 ①空气处理流程;②i-d图;③选型步骤: 计算热湿比:ε=Qn/W 确定送风状态O:过室内状态点N做ε线与相对湿度线90%的交点,作为送风状态点O(按露点送风确定)。 计算房间送风量:G=Qn/(iN-iO) 计算盘管处理终态LP:按2种不同状态空气混合计算,已知新风处理终态L(室内状态点的等焓线与相对湿度90或95%的交点)、混合状态点O(送风状态点),求LP。iLP=iO-GW/GP(iL-iO) 计算盘管风量:GP=G-GW 计算盘管冷量:QP=GP(iN-iLP) 风机盘管选型:按风量或冷量选。 修正与校核。 新风机组与新风机房 (1)新风机组 结构类型:与空调机组同(柜式、组合式) 技术参数:即空调机组的新风工况 选型:按风量选,校核冷量。 配管控制:同空调机组,区别是一般控制出风温度。 (2)新风机房 设置:随新风系统,1层1个,1层几个,几层1个。 位置:便于取新风、便于空气输送。 面积要求:同空调机房 新风入口:位置、高度、风速、防冻要求。 冷剂空调系统 类式:(1)房间空调器系统;(2)单元空调机系统 (3)变制冷剂流量系统;(4)水环热泵系统。 主要特点: (1)体积小,自动化程度高,安装、使用简单; (2)直接蒸发,换热效率高; (3)一般为空气冷却,制冷性能系数低;冬季供热能力随室外温度降低减少,且需要除霜; (4)计费方便,便于分户计量。 多联空调系统: (1)原理 (2)组成: ①压缩机:涡旋式 变频:交流变频、直流变频 数码涡旋:通过负载和卸载的时间控制来实现能量调节的。 ①凝器(供冷为冷凝器,供热为蒸发器) 风冷(空气冷却),水冷,地源; ②内机(供冷为蒸发器,供热为冷凝器); ③媒管路:液管、汽管。 (3)室外机压缩机配置形式与能量调节 ①变频:变频+定频;双变频。 ②数码涡旋:数码+定频 变频压缩机:部分负荷时能效高; 数码:满负荷能效高。 (4)室外机容量范围与室内机形式 ①室外机容量范围 单台容量:8HP、10HP、12HP、16HP,1HP≈3000W; 最大模块组合:64HP; 可连接室内数量:13-64个。 ②室内机形式 卡嵌式:四面出风、两面出风; 卧式暗(明)装;立式暗(明)装;立式、壁挂。构造与风机盘管基本一样。 (5)工作环境要求: 制冷:-5~43℃;制热:-15~16℃ (5)多联机系统的主要特点 ①不需要另设热源,欢迎关注微信公众号:郭鹏学暖通。不需要制制冷机房、空调机房,对建筑条件要求低。 ②变频(或数码变容)调节,部分负荷能效高、运行节能,特别适合个别场合需要加班的场合(如:办公楼、写字楼等)。 ③体积小,自动化程度高,安装、使用简单。 ④直接蒸发,换热效率高。 ⑤计费方便,便于分户计量。 ⑥一般为空气冷却,制冷性能系数低;冬季供热能力随室室外温度降低减少,且需要除霜; ⑦随冷媒管长增加,能效衰减降低。 ⑧变频有一定电磁干扰。 ⑨单机组系统容量小。 ⑩不适合室外温度过低的地区使用,一般高于-15℃。 (6)新风供给方式 ①间歇开启门窗换气:不提倡 ②风机直接引入:不提倡 ③专用新风机组:(直接蒸发式,1拖1,或室外机带),按新风量选机组。 ④热回收式新风机组:利用室内排风处理室外新风,有全热回收型(有吸湿性)和显热回收型(无吸湿性),选用原则: 室内外温差大,含湿量差小的情况选用显热型。 要求新风和排风不直接接触的,选用显热型。 其它情况应尽量选用全热型。 选型计算:按风量选,按效率校核回收量,详见:06K301。 注意:由于效率问,室内排风不能将室外新风处理到室内等焓线,室内机需要承担一部分新风负荷。 (7)多联机系统设计要点: ①配管:长度、高差: a 最大连接管长:175m; b 室内外机最大落差: 室外机在上方:50m;室外机在下方:30m; c 室内机之间最大落差:15m。 ② 室内机、室内外机冷量配比 所谓室内机、室外机冷量配比即一个系统的室内机容量与室外机容量之比,宜按同时使用率确定: ③ 室外机冷量衰减修正:温度、连接率、管长、高差修正。 ④ 室外机制热量校核:冬季室外计算温度、除霜。 ⑤ GB50736-2012、《措施》09规定: 室内机选型应在负荷计算的基础上进行温度、连接率、连接管长、高差修正。 在冬季供热时,应根据室外气象条件和融霜条件对室外机制热量进行校核。 系统划分时,宜将经常使用的和不经常使用的房间组合在一起,使系统同时使用率或满负荷率在40-80%。 应优化室外机与室内机的配管,配管等效长度不宜超过70m。 ⑥ 室外机布置 屋顶、地面:不宜按厂家要求最小间距布置,保持气流畅通,避免短路。 不宜密集布置,避免夏季产生热岛效应。 空间受限时,应注意气流短路,适当抬高,必要时,应进行模拟。 设备阳台: 注意设导风,并应核算排风速度(宜>5m/s)。 条件允许时,应错位布置设备阳台或错位进风、排风路由,避免夏季形成热空气柱。 其它空调系统 辐射板空调: (1)空调系统 以辐射板为末端与新风系统相结合的半集中式空调,辐射板一般以水作为冷媒,属于空气-水系统,新风一般采用置换通风。 (2)辐射板的分类 ①冷辐射板:塑料或金属管埋在顶板或墙体中。 ②模块化辐射板产品:以塑料或金属管制成的模块化辐射板产品,安装在室内,形成冷辐射吊顶或墙壁。如所谓毛细管空调(塑料管,管径2-3mm)。 (3)特点: ① 冷却吊顶的传热以辐射为主,可降低室内垂直温度梯度,提高人体舒适感。 ② 供水温度较高,一般>16℃,可提高制冷机蒸发温度,从而提高制冷机能效。 ③ 冷却吊顶担负显热负荷,新风担负除湿任务,也是一定意义上的温湿度独立控制系统。 ④ 水温高、可用多种冷源形式,如天然冷源。 ⑤ 冷却吊顶表面温度要高于室内空气露点温度。 ⑥ 由于水温高,单位面积供冷能力受到一定限制,这种系统除湿、供冷能力较弱,不适合湿负荷大场合,一般适合冷负荷、湿负荷均较小的场所。 水环热泵空调: (1)原理:属于冷剂系统。 (2)水环热泵机组: ① 整体分体式:压缩机、冷凝器、蒸发器(空气处理); ② 分体式:压缩机+冷凝器、室内机(蒸发器)。 (3)应用形式 ① 内区供冷、外区供热(或同时供热供冷) ② 辅助热源(热源怎么样选?) ③ 单冷 (4)特点 ①水冷,能效相对高;②可实现同时供热供冷;③方便计量;④新风采用专用机组;⑤造价低。 蒸发冷却空调: 夏季室外计算湿球温度较低、干球温度日校差大的地区,空气冷却采用蒸发冷却处理空气。(如吐鲁番,干球35℃,湿球19℃) (1)直接蒸发冷却:湿度偏大,温降有限。 (2)2级蒸发冷却(间接):获得更大的温降。 温湿度控制系统: (1)空度控制:以空调末端(如干式风盘,冷辐射板等)承担室内显热负荷,控制房间温度,大幅度提高冷水机组蒸发温度(一般18/23℃)从而大幅度提高冷水机组能效,达到节能的目的。 (2)湿度控制:以新风承担室内湿负荷,控制房间的相对湿度,新风除湿的方法主要有: ①溶液除湿:热泵式溶液除湿机组。 ②冷冻除湿:常规的新风机组,也称为双冷源系统,低温(7/12℃)冷水机组承担新风除湿,高温(18/23℃)冷水机组承担显热负荷。 热泵式溶液除湿机组原理: 双冷源新风机组原理: 其它空调: (1)与冷热源形式无关的其它空调系统 ①低温送风系统:送风温度一般在4-12℃(常规14-18℃)。 一类低温送风:4-6℃,需用特出风口,一般不推荐。 二类低温送风:6-8℃,一般与冰蓄冷结合。 三类低温送风:9-12℃,一般与冰蓄冷结合,也可与常规空调结合。 ②送风方式 诱导箱、混合箱:一次风与室内空气混合。 低温专用风口;VAV系统。 (2)与冷热源形式无关的空调系统 ①热泵空调 空气源;水源;土壤源;污水源;太阳能。 ②蓄能空调:冰蓄冷;水蓄冷。 ③非电类空调:溴化锂吸收式;太阳能。 ④大温差空调:水温:5/13℃。 节能:降低水泵流量-降低水泵功耗,大于机组能效降低带来的能耗增加,节能率可达15%左右。 空调区气流组织 气流组织(空气分部)的任务 (1)任务:合理地组织室内空气的流动与分布,使室内工作区的温度、相对湿度、和洁净度能更好的的满足人体舒适感要求和工艺要。 (2)方法:根据空调区对温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度、空气分布特性指标(ADPI)等要求,进行设计计算。 (3)影响气流组织的主要因素 ①送风口的形式、位置; ②送风射流:形式、参数(送风温度、出口流速等); ③回(排)风口的位置; ④房间的几何形状; ⑤污染源的位置、性质。 送风口气流运动规律 送风射流分类: ①根据雷诺数大小有:层流和紊流; ②根据射流与周围空气温度:等温射流和温差射流; ③根据射流发展是否受:自由射流、受限射流。 送风射流运动规律: (1)等温自由紊流射流 ①轴心流速衰减规律 vx/vo=0.48/(a.x/do+0.147) vo:射流出口流速,m/s; vx:射程x处的轴心流速,m/s; x:计算断面距风口的距离m; a:风口紊流系数,反映出口断面流速不均性; do:送风口直径或当量直径。 ②结论 提高出口流速或减小风口紊流系数,可以增大射程; 如需增大扩散角θ,即增大射流与周围空气的混合能力,可以选用a较大的风口。 (2)温差射流 ①热射流与冷射流:射流出口温度高于室内空气温度为热射流,低于室内空气温度为冷射流。 ②轴心温差衰减规律 ΔTx/ΔTo=0.35/(a.x/do+0.147) ΔTo:射流出口温度与室内空气温度之差,K; ΔTx:射程x处的轴心流速,m/s; X:计算断面距风口的距离m; ③结论: 射流温度场与速度场有相似性; 热量扩散比动量扩散快:ΔTx/ΔTo=0.73(vx/vo) ①流弯曲 判据:阿基米德数:Ar=g do (To-Tn/(vo2 Tn ) a To>Tn,Ar >0,热射流,射流上弯; b To0.1时,射流扩散受限,当x′=0.2时,射流流量达到最大,射流断面稍后达到最大,为第Ⅱ临界断面。 回流区最大回流平均流速 vhp/vo.Fn0.5/do=0.69 Fn:垂直射流的空间断面面积; Fn0.5/do:射流自由度。 (4)多股平行射流: 回风口气流运动规律: (1)点汇 回风口近似点汇,距点汇不同距离的各等速球面上流量相等,随着离开点汇的距离增大,流速呈二次方衰减:v1/v2=(r2/r1)2 (2)实际回风口vx/vo=0.75(10x+F)/F 对室内气流分布的要求与评价 要求: (1)温度梯度要求 ①ISO 7730标准:工作区内,距地面上方1.1m和0.1m之间的温差不应大于3℃。(坐立) ②ASHRAE 55-92标准:工作区内,距地面上方1.8m和0.1m之间的温差不应大于3℃。(站立) (2)空调区允许风速 ①舒适性空调:冬,≯0.2m/s;夏,≯0.3m/s。 ②工艺性空调:冬,≯0.3m/s;夏,0.2-0.5m/s。 评价及指标 (1)吹风感和空气分布特性指标 ①吹风感(有效吹风温度) θ=(tx-tr)-7.8(vx-0.15) tx、tr:室内某地点的温度与室内平均温度℃; vx:室内某地点的风速,m/s。 θ=-1.7~1.1℃,vx |
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