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云南农业大学建筑工程学院650201《暖通空调》课程设计指导书学院建筑工程学院专业建筑环境与能源应用工程工程年级年级23指导老师李艳琼职称:高级工程师《暖通空调》课程设计指导书
一、空调负荷计算夏季建筑围护构造的冷负荷
1.目前,在我国暖通空调工程中,常采用冷负荷系数法计算空调冷负荷,冷负荷系数法是建立在传递函数法的基础上,是便于在工程上进行手算日勺一种简化计算措施夏季建筑围护构造的冷负荷是指由于室内外温差和太阳辐射作用,通过建筑物围护构造传入室内日勺热量形成的冷负荷详细计算措施如下围护构造瞬变传热形成冷负荷的计算措施1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷1在日射和室外气温综合作用下,外墙和屋面瞬变传热引起时逐时冷负荷可按下式计算:一群集系数,见表;4人体显热散热冷负荷系数,由附录中查得CLQ—2-23但应注意对于人员密集的场所(如电影院、剧院、会堂等),I由于人体对围护构造和室内物品日勺辐射换热量对应减少,可取CLQ=
1.Oo人体潜热散热引起的冷负荷计算式为n(()Qc=Qi p1-18式中心一人体潜热形成日勺冷负荷,;W一不一样室温和劳动性质成年男子潜热散热量,见表;ql W,5夕一同式()n,1-17()试验动物产生的热量如下表4热量生产一般性活动动物Btu/h/动物名称重量(磅)显热潜热总量小鼠
0.
0461.
110.
541.65仓鼠
0.
2604.
021.
986.00大鼠
0.
6207.
773.
8311.60几内亚猎
0.
90010.
205.
0315.20兔子
5.
41039.
2019.
3058.50猫
6.
61045.
6022.
5068.10猴子
12.
00071.
3035.
10106.40狗
22.
700105.
0056.
40161.40狗
50.
000231.
00124.
00355.00湿负荷
3.湿负荷是指空调房间时湿源人体散湿、敞开水池槽表面散湿、地面积水等向室内的散湿量,也就是为维持室内含湿量恒定需从房间除去时湿量人体散湿量1人体散湿量可按下式计算6-m=
0.278npg x10_119w式中垢一人体散湿量,;kg/S一成年男子的小时散湿量,见表;g Jg/h,2T3夕一同式n,2—21o敞开水表面散湿量2敞开水表面散湿量按下式计算m=
0.278A10-31-20w GX式中端一敞开水表面的散湿量,;I kg/s一单位水面蒸发量,2见表;co kg/m•h,6一蒸刊登面面积,2A mo表面单位面积蒸发量2W[kg/m.h表6新风负荷
4.室外新鲜空气量是保障良好的室内空气品质的关键因此,空调系统中引入室外新鲜空气(简称新风)是必要的由于夏季室外空气焙值和气温比室内空气烙值和气温要高,空调系统夏季为处理新风势必要消耗冷量而冬季室外空气气温又比室内空气温度低,室外空气比室内空气含水量也少,同样,空调系统冬季为处理新风势必要消耗热量和加湿量据调查,空调工程中处理新风时能耗大体要占到总能耗的对于高级宾馆和办公25%〜30%,建筑可高达可见,空调处理新风所消耗的能量是十分可观的因此,40%空调系统中新风量的大小要在满足空气品质的前提下,应尽量选用较小日勺必要的新风量否则,新风量过多,将会增长空调制冷系统与设备的容量目前,我国空调设计中对新风量确实定原则,仍采用现行规范、设计手册中规定(或推荐)的原则夏季,空调新风冷负荷按下式计算=忆(-怎)式中夏季新风冷负荷,;kw吃一新风量,;kg/S一室外空气日勺焰值,;ho kJ/kg一室内空气的焰值,h kj/kgoR冬季,空调新风热负荷按下式计算Qho=^oCP^o~tR)式中一空调新风热负荷,;kw空气的定压比热,℃取Cp—H/kg•,
1.005kJ/℃;kg-8一冬季空调室外空气日勺计算温度,℃;一冬季空调室内空气计算温度,℃tRo
二、全空气系统送风量、送风参数和新风量确实定送风量和送风参数确实定
1.设有一空调房间,送人一定量经处理的空气,消除室内负荷后排出,如图所示假定送入室内的空气称送风吸取热量和湿量后,状态变7化到室内状态,且房间内温、湿度均匀,排除房间日勺空气参数即为室内空气日勺参数当系统到达平衡后,全热量、显热量和湿量都到达平衡,即全热平衡M h+Q=M hss cs K1-231-24显热平衡M ct+Q=M cts ps css pR1-251-26湿平衡曲必必储”/10-3+10-3A JV vJ\1-27/lOOOM^M=-s%一()41-28式中球一送入房间的风量,称送风量,;kg/s、,一分别为房间的全热冷负荷和显热冷负荷,;Qc skW一房间湿负荷,;w kg/s、一分别为室内空气和送风时比焰,;hR hskJ/kg、一分别为室内空气和送风的温度,℃;tR ts、一分别为室内空气和送风日勺含湿量,;dR dsg/kg一空气定压比热,(℃)cp kJ/kg•o上述公式()、()、()都可以用于确定消除室内负荷应1-241-261-28送入室内日勺风量,即送风量计算公式图为送入室内的空气(送风)吸取热、湿负荷的状态变化过程在8h—d图上的表达图中为室内状态点,为送风状态点变化过程的角系数为R S瓦-),=
10004.12(「d ds)9角系数£又称热湿比,单位为根据式()、(「)有kJ/kg1-2428()£=1-30在系统设计时,室内状态是已知的(可根据规范或工艺规定确定),R1冷负荷与湿负荷和室内过程日勺角系数£也是已知的,待确定量是也和的S状态参数从图上可以看到,送风状态点在通过室内点、角系数£的线8R段上假如预先选定送风温度,则其他参数和送风量也就很易确定了工程上常根据送风温差来确定点显然纯愈大,风量愈小,对应的空气处=4S理设备和管路也愈小,系统比较经济;不过,风量小会导致室内温湿度分布均匀性和稳定性差因此,对于温湿度控制严格的场所,送风温差应小些I对于舒适性空调和温湿度控制规定不严格工艺性空调,可以选用较大的送风温差我国规范规定,送风口高度时,纨不适宜不小于℃送风口高W5m10,度>纯不适宜不小于℃目前工程设计中常常采用“露点”送风,即5m,15取空气冷却设备也许把空气冷却到时状态点,一般为相对湿度90%〜95%日勺“机器露点”度见图8o对于整年应用的全空气空调系统,冬季的送风量就取夏季设计条件下确定的送风量这时只需要确定冬季的送风状态点在冬季室外温度较低的地区,室内一般是欠热的其空调设计热负荷重要是建筑围护构造热负荷I当室内有稳定的热源、湿源时,总热负荷中应扣去热源的散热量,还应考J虑湿源的散湿量;而当室内的热源和湿源随机性很大时,就不适宜考虑例如,商场人员日勺散热量和散湿量很大,冬季系统甚至不需加热和加湿然而商场冬季的不利工况在商场刚开门营业或未营业时段,显然这时人很少,I这些热量和湿量可以忽视不计在冬季尚需供冷的场所,则必须把随机性大的不稳定发热量和散湿量计算为负荷图为冬季需对室内供热日勺空调系统时送风在室内日勺状态变化过程9室内有热负荷和湿负荷,送风在室内日勺变化一般是减焰增湿过程因此,根据式热湿比£为负值,式、中分子项均用全热热1-29,1-
24.1-261-28负荷或显热热负荷取代,并取负值若送风量取夏季确实定时送风量,则送风温度应为*t=t+S^-1-31s RMJ式中,为室内显热热负荷取正值,冬季送风量也可以与夏季不2,kWo一样,取较大日勺送风温差和较小日勺风量对于热风采暖系统,也可按此原则确定送风量和送风温度我国规范规定,热风采暖时送风温度宜采用30〜50℃空调系统的新风量
2.最小新风量确定的原则1一种完善的空调系统,除了满足对环境的温、湿度控制以外,还必须I给环境提供足够的室外新鲜空气简称新风本节只讨论民用建筑和一般工0业建筑无工业污染物发生中日勺全空气系统或空气一水系统所必需的新风量有关工业生产中的污染物的控制措施和通风量将在第章中论述从8改善室内空气品质角度,新风量多些为好;不过送入室内的新风都得通过热、湿处理,将消耗能量,因此新风量宜少些好在系统设计时,一般必须确定最小新风量,此新风量一般应满足如下三个规定稀释人群自身和活动1所产生的污染物,保证人群对空气品质日勺规定补充室内燃烧所耗日2勺空气和局部排风量;保证房间的正压在全空气系统中,一般取上述规定计算出新风量中日3J勺最大值作为系统的最小新风量假如计算所得日勺新风量局限性系统送风量的则取系统送风量的送风量特大的系统不在此列10%,10%,补充排风量或燃烧需要的空气量2建筑物内的燃烧设备有燃气热水器、燃气灶、火锅等这些设备燃烧时要消耗空气中的氧气假如这些燃烧设备在空调系统所控制的环境中,系统必须给环境补充新风,以弥补燃烧所耗时空气燃烧所需的空气量可从燃烧设备的样本或阐明书中获得,如无确切资料时,可根据燃料日勺种类和消耗量来估算,估算公式为液体燃烧VI=
0.228X10-3ql1-32气体燃料Vg=
0.252X10-3qg1-33式中每液体燃料需要的空气量,;VI—kg m3/kg每气体燃料需要的空气量,;Vg—m3m3/m3液体燃料的热值,;ql—kJ/kg一气体燃料的热值,;qg kJ/m3火锅餐厅中常用的燃料一一酒精,燃烧需要的空气量实测值约为
3.81m3/kgo保持正压新风量3保持房间正压日勺新风量,等于在室内外一定压差下通过门缝、窗缝等缝隙渗出的风量,可按下式计算I匕二勺41-34式中力一从房间缝隙渗出的风量,也就是正压风量,;m3/s一缝隙门、窗等面积,;Ac m2一房间内正压,缝隙两侧日勺压差,一般取5〜lOPa;〃一流量系数,;
0.
30.64流动指数,一般取n—
0.5〜1,
0.65根据上式还衍生出多种形式的按缝长计算的公式,这里不再赘述按公式计算比较繁琐,并且在设计时,尚无确定的缝隙资料,因此,工程上常按换气次数估算有外窗的房间,正压新风量可取次换气次数根据1〜2/h窗的多寡取值;无窗和无外门房间取次换气次数所谓换气次
0.5〜
0.75/h数,是送入房间风量与房间容积之比以「=的位-41T式中⑺一外墙和屋面瞬变传热引起时逐时冷负荷,;2w外墙和屋面的面积,;A—m2外墙和屋面的传热系数,℃可根据外墙和屋面日勺K-I W/m2,不一样构造,由附录和附录中查取;2-22-3室内计算温度,℃;tR-牡一外墙和屋面冷负荷计算温度时逐时值,℃,根据外墙和屋面的不一样类型分别在附录和附录中查取2-42-5必须指出附录和附录中给出的各围护构造的冷负荷温度值都是以北京地a.2-42-5区气象参数为根据计算出来的,因此,对于不一样设计地点,应对《⑺值进行修正,即应为小十其地点修正值可由附录查得td td2-6o当外表面放热系数不一样于•℃时,应将⑺乘以表b.
18.6W/m2d,+td中日勺修正值1当内表面放热系数变化时,可不加修正c.考虑到都市大气污染和中浅颜色的耐久性差,提议吸取系数一律采用夕d.即对表中牡不加修正但如确有把握经久保持建筑围护构造表面日=
0.90,勺中、浅色时,则可将表中数值乘以表所列的吸取系数修正值「2k综上所述,外墙和屋面的冷负荷计算温度为⑺一[=tr+td Mkp12则冷负荷计算式应当为⑺2r=AM]-41-3内围护构造冷负荷2当邻室为通风良好的非空调房间时,通过内墙和楼板的温差传热而产I生的冷负荷可按公式计算当邻室有一定的发热量时,通过空调房1-1间隔墙、楼板、内窗、内门等内围护构造的温差传热而产生日勺冷负荷,可视作稳定传热,不随时间而变化,可按下式计算=KiAQm+M T-4R式中一内围护构造如内墙、楼板等的传热系数,•℃;Ki W/m2内围护构造的面积,;Ai—J m2一夏季空调室外计算日平均温度,;to.m C附加温升,可按表选用M—3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷3I在室内外温差作用下,通过外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷可按下式I计算Kw Av%-%5QC{T}=式中白⑺一外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷,;W外玻璃窗传热系数,2℃可由附录和附录K——W/m•,2-7w中查得;2-
8、、,窗口面积,2;A m小——外玻璃窗的冷负荷温度时逐时值,℃,可由附录2-10中查得必须指出对附录、中的鼠值要根据窗框等状况不一样加以修正,修正值a.2-72-8可从Cw附录查得2-9对附录中日勺值要进行地点修正,修正值可从附录b.2-10td2—查得11因此,式对应变为;1-5儿⑺+〃2:r T1-6R透过玻璃窗时日射得热引起冷负荷的计算措施2日射得热因数的概念1透过玻璃窗进入室内时日射得热分为两部分,即透过玻璃窗直接进入室内日勺太阳辐射热和窗玻璃吸取太阳辐射后传入室内的热量qt IQao由于窗的类型、遮阳设施、太阳入射角和太阳辐射强度等原因的多种组合太多,无法建立太阳辐射得热与太阳辐射强度之间日勺函数关系,于是采用一种对比的计算措施采用了厚的一般平板玻璃作“原则玻璃”,在%(3111nl J=
8.7W/m2・)和%二K()条件下,得出夏季(以七月份为代表)通过这一“原
18.6W/m2-K则玻璃”日勺日射得热量和值,qt qa()Dj=q,+q1-7a称为日射得热因数Dj通过大量记录计算工作,得出了合用于各地区[不一样纬度带(每一带宽为纬度)]日勺由附录查得±2°30Dj.max,2-12考虑到在非原则玻璃状况下,以和不一样学类型和遮阳设施对得热日勺影响,可对日射得热因数加以修正,一般乘以窗玻璃日勺综合遮挡系数「C s()1-8式中一窗玻璃的遮阳系数,定义为驾翼黑鹤誓,标准玻璃的日射Cs0”得热由附录查得;2-1一窗内遮阳设施的遮阳系数由附录查得Ci2-14有外遮阳的算法基本相似,但更为繁琐,此处不再简介)透过玻璃窗时日射得热引起冷负荷的计算措施2透过玻璃窗进入室内日勺日射得热形成时逐时冷负荷白⑺按下式计算1-9Qcr=Q AyCsGO/maxG式中一窗口面积,;Aw m/一有效面积系数,由附录查得;Ca2—15一窗玻璃冷负荷系数,无因次,由附录至附录查CLQ2-162T9得必须指出值按南北区日勺划分而不一样南北区划分日勺原则为CLQ建筑地点在北纬以南的地区为南区,以北欧地区为北区27o30/I室内热源散热引起的冷负荷
2.室内热源散热重要指室内工艺设备散热、照明散热和人体散热三部分室内热源散热包括显热和潜热两部分潜热散热作为瞬时冷负荷,显热散热中以对流形式散出的热量成为瞬时冷负荷,而以辐射形式散出的热量则先被围护构造表面所吸取,然后再缓慢地逐渐散出,形成滞后冷负荷因此,必须采用对应的冷负荷系数,设备散热形成的冷负荷1设备和用品显热形成的冷负荷按下式计算■•=2r1-10c QSCLQ式中⑺一设备和用品显热形成的冷负荷,;2w小一设备和用品的实际显热散热量,;w一设备和用品显热散热冷负荷系数,可由附录和附录CLQ2-20中查得2-21假如空调系统不持续运行,则CLQ=
1.0设备和用品的实际显热散热量按下式计算)电动设备1当工艺设备和其电动机都放在室内时,〃0=1000”2%N/当只有工艺设备在室内,而电动机不在室内时、
(一)Q-1000n n2n3N112s当工艺设备不在室内,而只有电动机放在室内时Q=100072]n n-——Ns23()…1-13式中电动设备日勺安装功率,;N—kW一电动机效率,可由产品样本查得,系列电动机效率可由表Y2-11查得一运用系数,是电动机最大实效功率与安装功率之比,一般可nl取可用以反应安装功率的运用程度;
0.7〜
0.9,—电动机负荷系数,定义为电动机每小时平均实耗功率与机器n2设计时最大实耗功率之比,对精密机床可取对一
0.15〜
0.40,般机床可取左右;
0.5—同步使用系数,定义为室内电动机同步使用的安装功n3率与总安装功率之比,一般取
0.5〜
0.8)电热设备散热量2对于无保温密闭罩的电热设备,按下式计算:IQ=1000n n nnNs12341-14式中考虑排风带走热量的系数,一般取n4——
0.5其中其他符号意义同前)电子设备3计算公式同()其中系数出日勺值根据使用状况而定,对计算1T3,机可取一般
1.0,仪表取
0.5〜
0.9()照明散热形成的冷负荷2当电压一定期,室内照明散热量是不随时间变化的稳定散热量,不过照明散热方式仍以对流与辐射两种方式进行散热,因此,照明散热形式的冷负荷计算仍采用对应的冷负荷系数根据照明灯具的类型和安装方式不一样,其冷负荷计算式分别为白炽灯,(,)=
④1000N1-151-16式中白⑺一灯具散热形成的冷负荷,;W一照明灯具所需功率,;N kW一镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器装在空nl调房间内时,取;当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时,可取;nl=
1.2nl=l.0一灯罩隔热系数,当荧光灯罩上部穿有小孔(下部为玻璃板),n2可运用自然通风散热于顶棚内时,取屋二
0.5〜
0.6;而荧光灯罩无通风孔者n2=
0.6〜
0.8;一照明散热冷负荷系数,可由附录查得CLQ2-22()人体散热形成的冷负荷3人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度和周围环境条件(温、湿度等)等多种原因有关人体散发的潜热量和对流热直接形成瞬时冷负荷,而辐射散发时热量将会形成滞后冷负荷因此,应采用对应时冷负荷系数进行计算为了设计计算以便,计算以成年男子散热量为计算基础而对于不一样功能的建筑物中有各类人员(成年男子、女子、小朋友等)不一样的构成进行修正,为此,引人群集系数表给出某些数据,可作参照4某些空调建筑物内的群集系数表工作场所影剧院百货商店(售货)旅店体育馆图书阅览室工厂轻劳动银行工厂重劳动群集系数
30.
890.
890.
930.
920.
960.
901.
01.0人体显热散热引起的冷负荷计算式为()n(()2r=Qs P^LQ1-17式中⑺一人体显热散热形成的冷负荷,;2w一不一样室温和劳动性质成年男子显热散热量,qs W,见表;2-13室内所有人数;n—。