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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流空气调节教案.精品文档.空气调节教案 200 62007学年第1学期院 （部） 热能工程学院教 研 室 暖通 授 课 专 业 班 级 暖本031-034班 主 讲 教 师 曲云霞 教 师 职 称 教授 教 材 名 称 空气调节 热 能 工 程 学 院本课程的主要内容F 第一章 湿空气的物理性质及焓湿图F 第二章 空调负荷的计算 F 第三章 空气的热湿处理及设备F 第四章 空气调节系统F 第五章 空调房间的气流组织F 第六章 空调系统的全年运行调节F 第七章 空气的净化与质量控制F 第八章 空调系统的消声、防振与空调建筑的防排烟F 第九章 空调
2、系统的测定与调整注： 加符号者为本课程重点掌握的章节绪论1、空气调节的任务(AC Tasks) 2、空气调节的内容(AC Contents) 3、空调发展史(AC History) 4、空调系统应用 (AC Uses) 5、空调研究热点及存在问题 (Foucs and Problem)6、本课程特点7、推荐参考书1、空气调节的任务(AC Tasks)保证某一特定空间的空气参数达到所要求的状态。特定空间: 房间、厂房、剧院、手术室、汽车、火车、飞机等。空气参数: 空气的温度、相对湿度、空气流速、气压、噪声、洁净度等。所要求的状态: 分为舒适性要求的状态、工艺性要求的状态两类。2、空气调节的内容(
3、AC Contents)空气调节主要涉及以下内容：内部空间内、外扰量的计算；空气调节的方 式和方法；空气的各种处理方法(加热，加湿，冷却，干燥及净化等)；空气的输送与分 配及在干扰量变化时的运行调节等。 3、空调发展史(AC History)空调发展取决于时代的社会生产力和科学技术的发展水平。1902年7月17日，美国机械工程师威利斯卡里尔博士（以他的名字命名的空调生产商中文译名为“开利” ）在纽约布鲁克林一家印刷厂设计了首台空调装置，可对温度、湿度、通风和室内空气质量进行人为控制。（1902, A C Systems with air conditioned parts was built
4、up in a press factory in USA）很快，卡里尔开始将这个装置应用到其他场所，并且成立了一家公司，至今它仍是世界最大的空调公司之一。1904年在纽约建成斯托克斯交易所空调系统，同一时间在德国一剧院建成类似的空调系统。 不过1914年之前，人们还没想到在家里安装这样的奢侈品。明尼阿波利斯的百万富翁查尔斯。盖茨为自己建造的用来收藏欧洲名画的宅第定制了世界上第一台家用空调。可惜的是房子还没建好他就去世了。 1919, A C Systems with air conditioned parts was built up in a cinema in USA. 1924年，底特律
5、一家商场安装了中央空调，凉爽使得消费者的购买欲望大大提高。空调时代来临了。我国于1931年首先在上海纺织厂安装了带喷水室的空调系统，其冷源为深井水。（1931, First A C Systems with air conditioned parts was built up in a Shanghai Textile Factory, China）随后，也在一些电影院和银行实现了空气调节。4、空调系统应用 (AC Uses)Air Conditioning is the process of supplying or removing air by mechanical means to o
6、r from any space. Such air may or not be conditioned. In earlier days, people were not concerned about indoor air pollutions, smells, smokes, automobile exhaust, body odors.not worried about IAQ, health, comfort of occupants空调广泛应用在：（1）纺织、印刷、胶片、光学仪器、造纸、橡胶、烟草、食品、药品等行业；（2）大会堂。会议厅、图书馆、展览馆、影剧院、办公楼、酒店、商业中
7、心、游乐场、医院、家庭等公共和民用建筑。（3）汽车、飞机、火车及船舶等交通运输工具。（4）大型温室、禽畜养殖、粮种贮存等农业领域。（5）宇航、核能、地下及水下设施及军事领域。5、空调研究热点及存在问题 (Foucs and Problem)存在的问题高能耗，建筑能耗占社会总能耗30以上都市环境污染空调排热造成的城市热岛效应空调室外设备产生的噪声污染室外设备设置不当造成的视觉污染地球温室效应(CO2排放)臭氧层被破坏(CFC物质)病态建筑综合症：建筑的非天然环境影响居住者健康，封闭空间新风不足封闭空间VOC及致病微生物排除不良稳态的室内热湿环境使人体调节功能退化微生物积聚研究的热点环境保护与可持
8、续发展能量与资源的合理利用 新能源的应用 环境控制与建筑设计的紧密结合 舒适健康 什么是影响人体健康的关键因素 如何实现回归自然、以人为本的建筑环境？高技术的应用CFD模拟研究室内外的场，数字和信息技术应用与智能建筑本学科难点：人类与自然的非机械特点要求扩充社会学、生理学、心理学、建筑学等知识。很多基本问题仍未得到很好地解释和探讨。6、本课程特点有什么不同于以往基础课的特点？（1）说明本专业所研究的问题和主要手段、设备，建立专业的概念，而不是一门专门的理论。（2）培养运用以往学习的基础课的理论知识分析解决本专业问题的能力，而不是再教一套理论。（3）涉及的基础理论知识范围极广，非一两本教材可涵盖
9、。 要求对以往学习的理论知识融会贯通，灵活运用。7、推荐参考书1) 暖通空调（新一版），陆亚俊等，中国建筑工业出版社。2) 高层建筑空调与节能，钱以明，同济大学出版社。3) 空调负荷实用计算方法，单寄平，中国建筑工业出版社。4) 空气调节负荷计算理论与方法，陈沛霖等，同济大学出版社。5) 高层建筑空调设计，柴惠娟等，中国建筑工业出版社。6) 旅馆建筑空调设计，何耀东等，中国建筑工业出版社。7) 百货商场空调设计，黄绪镜，中国建筑工业出版社。8) 暖通空调设计通病分析手册，李娥飞，中国建筑工业出版社。9) 高层民用建筑空调设计，潘云钢，中国建筑工业出版社。10) 采暖通风与空气调节设计规范（GB
10、J19-87），中国计划出版社。11) 高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95），中国计划出版社。12) 实用供热空调设计手册，陆耀庆等，中国建筑工业出版社。13) 民用建筑节能设计手册，杨善勤等，中国建筑工业出版社。14) 空气调节，李岱森等，中国建筑工业出版社。15) 中央空调维护保养实用技术，张林华，曲云霞，中国建筑工业出版社。第一章 湿空气的物理性质及其焓湿图提要： 湿空气的物理参数 湿空气的焓湿图 湿球温度与露点温度 焓湿图的应用与参数计算空气状态参数的计算法及另一种焓湿图基本要求：1. 理解并掌握有关湿空气及描述其物理性质的概念：压力、温度、含湿量、相对湿度、密度（比容）。
11、2. 掌握湿空气焓湿图的组成，掌握其绘制方法。3. 掌握湿球温度和露点温度的概念和物理意义。4. 熟练掌握焓湿图的应用方法：确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在id图上的表示，两种状态空气混合过程。5. 了解空气状态参数的计算法。重点：湿空气物理性质的描述，焓-湿图的组成，应用其确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在id图上的表示，两种状态空气混合过程。难点：应用焓-湿图确定空气状态，空气状态变化过程线，空气的各种处理过程在id图上的表示，两种状态空气混合过程。第一节 湿空气的物理性质一、 基本概念、大气的组成成分：水蒸气、氧气、二氧化碳等。、干空气：由各种气
12、体成分组成，空调中视为稳定的混合物。 、湿空气：由干空气和一定量的水蒸气组成，空调工程中称其为湿空气。 二、理论基础湿空气中水蒸气含量虽少，但它决定了空气环境的干燥和潮湿程度，且影响着湿空气的物理性质。因此研究湿空气中水蒸气含量的调节是空气调节中的主要任务之一。、在常温常压下，湿空气可视为理想气体。可以用理想气体状态方程描述其状态参数。、满足理想气体的状态方程与道尔顿定律干空气：ggg湿空气：qqqgq三、状态参数在常温常压下，湿空气可视为理想气体。可以用理想气体状态方程描述其状态参数。 1、湿空气的压力B 湿空气的压力即大气压力，BPgPq (Pa) 2、湿空气的密度r r rgrqPg/R
13、TPq /RT 0.003484B/T-0.00134Pq /T 一般取r =1.2Kg/m3 3、湿空气的含湿量d 湿空气中的水蒸气密度与干空气密度之比称为湿空气的含湿量。 drq/rg=0.622Pq /Pg=0.622Pq /(B-Pq) (Kg/Kga) 4、相对湿度j 湿空气的水蒸气压力与同温度下的饱和湿空气压力之比称为相对湿度；它表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。 jPq /Pq,b100%d/db100% 5、湿空气的焓i 空调工程中，空气压力变化很小，可近似于定压过程，因此可直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。 i1.01t+(2500+1.84t)d/1000 (KJ
14、/Kga) 以上各式构成了湿空气特性的主要方程组,应牢固掌握。第二节 湿空气的焓湿图 在空气调节中，经常需要确定湿空气的状态及其变化过程。 确定方法有：按公式计算；查表；查焓湿图。 焓湿图的作用有：简化计算；直观描述湿空气状态变化过程。 湿空气的状态参数中，t，B，d为独立变量，其他为演变参数。 常用的湿空气性质图是以i与d为坐标的焓湿图，i为纵坐标，d为横坐标，坐标夹角大于135度。 在一定的大气压力下，在选定的坐标比例尺和坐标网格的基础上，绘制出等温线、等相对湿度线、水蒸气分压力标尺及热湿比等即形成焓湿图。 1、等i线及等d线 2、等温线 （） 、水蒸气分压力标尺 P（0.）（） 4、等相
15、对湿度线 P（） PjP 5、热湿比线 eDD （）第三节 湿球温度与露点温度 一、湿球温度 1、热力学湿球温度 理论上，湿球温度是指在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度，也称热力学湿球温度。 设有一空气与水直接接触的小室，保证二者有充分的接触表面积和时间，空气以，状态流入，以饱和状态P，流出，由于小室为绝热的，所以对应于每公斤干空气的湿空气，其稳定流动能量方程式为： （） . e（）（） . 在稳定状态下，空气达到饱和状态时的温度等于水温，即，所以，满足上述各式的或即为进口空气状态的绝热饱和温度，也称热力学湿球温度。 2、等湿球温度线 在工程上，可以近似认为等焓
16、线即为等湿球温度线。 3、湿球温度计 利用普通水银温度计，将其球部用湿纱布包敷，则成为湿球温度计，纱布纤维的毛细作用， 能从盛水容器内不断地吸水以湿润湿球表面，因此，湿球温度计所指示的温度值实际上是球表面水的温度。 忽略湿球与周围物体表面间辐射换热的影响，同时保持球表面周围的空气不滞留，热湿交换充分。湿球周围空气向球表面的温差传热量为： （） 水吸热蒸发： （） 在湿球与周围空气间的热湿交换达到稳定状态时，湿球温度计的指示值将是定值，此时： （）（） 此时，即为湿空气的湿球温度，即为对应于下的饱和空气层的水蒸气压力，整理得： （）（） （） （） 6.6710 (） j（） 二、露点温度在含湿
17、量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度，称为露点温度。第四节 焓湿图的应用 一、湿空气状态变化过程在焓湿图上的表示 1、湿空气的加热过程 利用热水、蒸汽及电能等热源，通过热表面对湿空气加热，则其温度增高而含湿量不变。AB，e。 2、湿空气的等湿冷却过程 利用冷媒通过金属等表面对湿空气冷却，在冷表面温度等于或大于湿空气的露点温度时，空气中的水蒸气不会凝结，因此其含湿量不变而温度降低。AC，e。 3、湿空气的等焓加湿过程 利用定量的水通过喷洒与一定状态的空气长时间直接接触，则水及其表面的饱和空气层的温度等于湿空气的湿球温度。因此，此时空气状态的变化过程（AE）近似于等焓过程，e419ts。 4、湿
18、空气的等焓加湿过程 利用固体吸湿剂干燥空气时，湿空气的部分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结，湿空气含湿量降低，温度升高，其过程（AD）近似于等焓降湿过程。 5、湿空气的等温加湿过程 向空气中喷干蒸汽，其热湿比eiq25001.84tq，对于低压蒸汽e25001.84t，即该过程近似于等温加湿过程。 6、湿空气的冷却去湿过程 使湿空气与低于其露点温度的冷表面接触，则湿空气不仅降温而且脱水，因此可实现冷却干燥过程（AG）。 二、不同状态空气的混合态在ID图上的确定 1、混合定律 空气混合遵守质量、热量守恒，则：由以上两式得： 图1-14两种状态空气的混合 因此，A，C，B在同一直线上，而且有：两种空
19、气混合，若混合点处于“结雾区”，则此种状态空气是饱和空气加水雾，是一种不稳定状态。假定饱和空气状态为D，则混合点C的焓值应为D的焓值与水雾的焓值之和，即：第五节 空气状态参数的计算第二章 空调负荷计算及送风量提要：室内外气象参数（indoor & outdoor design conditions） 太阳辐射对建筑物的热作用 太阳辐射对建筑物的热作用 通过围护结构的得热量及冷负荷 室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷(cooling load，wet load) 房间冷负荷、新风负荷与制冷系统的冷负荷 空调房间送风量的确定空调房间的冷（热）、湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基
20、本依据。负荷计算的步骤：扰量确定得热（湿）量计算负荷计算基本要求：1. 掌握室内空气计算参数确定的原则和方法，以及我国室内空气计算参数的确定。2. 掌握夏季、冬季空调室外计算参数的确定原则和方法，以及我国空调室外计算参数的确定。3. 理解并掌握室内各种热湿负荷的计算方法与原理：不透明围护结构得热量和冷负荷计算。通过透明围护结构进入热量及其他室内发热冷负荷的计算，室内各种冷(热)湿负荷的计算。4. 理解并掌握空调房间送风量的确定原则和方法：热湿比的概念，确定送风状态点及送风量的原则和计算方法。重点：室内各种热湿负荷的计算方法与原理：不透明围护结构得热量和冷负荷计算。通过透明围护结构进入热量及其他
21、室内发热冷负荷的计算，室内各种冷(热)湿负荷的计算。空调房间送风量的确定原则和方法：热湿比的概念，确定送风状态点及送风量的原则和计算方法。难点：室内各种热湿负荷的计算方法与原理；空调房间送风量的确定原则和方法。空调房间冷(热)，湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。 在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。当得热量为负值时称为耗(失)热量。 在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为冷负荷，相反，为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内相对混度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。 得热量通常包
22、括以下几方面： 1由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量； 2人体、照明设备、各种工艺设备及电气设备驶入房间的热量。 得湿量主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。 房间冷(热)，湿负荷量的计算必须以室外气象参敛和室内要求维持的气象条件为依据。 第一节 室内外空气计算参数一、室内空气计算参数二、室外空气计算参数（二）室内空气温湿度计算参数（一）人体热平衡和热舒适感（三）冬季空调室外空气计算参数（一）室外空气温湿度的变化规律（二）夏季空调室外空气计算参数一、室内空气计算参数(indoor air design condition)空调房间室内温湿度标准的描述方法：温湿
23、度基数空调精度。室内温湿度基数是指空调区域内所要保持的空气基准温度和基准相对湿度；空调精度是指在要求的空调区域内和要求的持续时间内，空气温度或相对湿度允许偏离室内温湿度基数的最大值。例如，tn=200.5，jn=505%。空调区域是指离外墙0.5米，离地面0.3米至高于精密仪器设备或人的呼吸区0.30.5米范围内的空间。根据空调系统服务对象的不同，可分为舒适性空调和工艺性空调。前者主要从人体舒适感出发确定室内温湿度设计标准，无精度要求；后者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。（一）人体热平衡和热舒适感1、人体热平衡人体靠摄取食物以获得能量维持生命，能量最终以热
24、量的形式散发到体外。为保持体温恒定，必须使产热和散热保持平衡，人体热平衡可用下式表示：S=M-W-E-R-CS：人体蓄热率 M：人体能量代谢率 W：人体所作机械功E：汗液蒸发和呼出的水蒸汽所带走的热量R：穿衣人体外表面与周围表面之间的辐射换热量C：穿衣人体外表面与周围表面之间的对流换热量S=f（M，tn，jn，tr，vn ，Icl）S 0 体温上升, S81.061051.0人工冷源15天然冷源：可能的最大值不宜小于5送风温差：u 影响空调精度和人体舒适性u 换气次数与气流均匀性有关，与送风温差有类似作用。u 送风状态点应在热湿比线上u 送风量G=Q/I=W/d=QX/CP，CP温度有关，故为
25、近似。对于通风建筑，若夏季通风旨在排除室内余热余湿，可采用类似空调送风量计算的公式来确定房间的通风量，但需注意：其进风温湿度应由室外通风计算参数来决定；其排风状态也与室内设计状态不同。若通风旨在排除某种污染物，可按下式计算房间的全面通风量：M散入房间的某种污染物量排风中该种污染物的允许浓度送风中含有该污染物的浓度 当房间同时存在余热余湿和其他空气污染物时，全面通风量按其中最大通风量计算。当散入室内的污染物量无法计算时，可按经验或换气次数来估定。（建筑环境学）2、冬季送风状态和送风量 在夏季基础上考虑。在冬季，通过围护结构的温差传热通常内向外传递，故室内余热量往往比夏季要少得多，甚至可能为负值；
26、室内余湿量则一般相同。这样，冬季的，或，送风温度和焓值均可能高于R，且送热风时送风温差可更大，相应的送风量也就完全可能比夏季小。 冬季送风量的确定 冬夏季相同（设计、运行便利冬季送风量减少（节能，满足nmin的要求，且送风温度尽量控制在45以下。冬季送风量送风状态冬季送风状态变化过程第三章 空气的热湿处理提要： 空气热湿处理的途径及设备类型 空气与水直接接触时的热湿交换 喷水室 表面式换热器 空气的其他加热加湿方法 空气的其他减湿方法基本要求：1. 了解空气热湿处理的途径。2. 了解用喷水室处理空气的方式、特点及系统组成，熟悉其处理过程在焓湿图上的表达。3. 熟悉用表面式换热器处理空气的方式、
27、特点及系统组成。4. 了解空气的其他热湿处理方法、特点：各种加热、冷却、加湿、减湿处理过程，相关设备及系统组成和特点，了解其在实际工程中的适用性。第一节 空气热湿处理的途径及使用设备的类型一、 空气热湿处理的各种途径在I-D图上分析可知，在空调系统中，为得到同一送风状态点可以有不同的空气处理途径。以完全使用室外新风的空调系统为例，将室外空气处理到送风状态点的方案如图。夏季处理方案有三种，冬季有五种。各种方案是由简单的空气处理过程组合而成。由此可见，可以通过不同的途径，即采用不同的空气处理方案而得到同一种送风状态。至于究竟采用哪种途径，则须结合各种空气处理方案及使用设备的特点，经过分析比较才能最
28、后确定。 二、空气热湿处理设备的类型1、热湿交换设备：通过介质与空气进行热湿交换（1） 介质：水，水蒸汽，液体吸湿剂，制冷剂（2） 类型：A、 直接接触式：喷水室，蒸汽加湿器，局部加湿器，液体吸湿装置。B、 表面式：空气加热器，空气冷却器。C、 混合式：淋水表冷器。2、 其他热湿处理设备：电加热器，固体吸湿装置。空气热湿处理设备介质类型其它水水蒸汽液体吸湿剂制冷剂直接接触式表面式电加热器固体吸湿装置混合式喷水室，蒸汽加湿器，局部加湿器，液体吸湿装置 空气加热器，空气冷却器 第二节 空气与水直接接触时的热湿交换一、空气与水直接接触时的热湿交换原理空气通过敞开的水表面或将水喷到空气中，水就与空气发
29、生热湿交换，总热交换=显热交换+潜热交换。显热交换：温差导热、对流、辐射；潜热交换（质交换、湿交换）：水蒸汽压力差 凝结、蒸发。边界层水未饱和空气边界层未饱和空气水滴图32 空气与水的热、湿交换(a)敞开的水面 （b)飞溅的水滴质交换以层流分子扩散（水表面饱和空气层）和紊流脉动扩散（饱和空气层空气）两种形式进行，形成对流质交换。当空气与水在一微元面积df上接触时，空气温度变化为dt，含湿量变化为d(d)，空气与水之间发生热湿交换：显热交换：dQX=Gcpdt=a(t-tb)df湿交换：dW=Gd(d)=b(Pq-Pqb)df=s(d-db)df潜热交换：dQq=rdW=rs(d- db)df总
30、热交换：dQz=dQx+dQq=a(t- tb)+rs(d- db)df若水温变化为dtw，则总热交换量为：dQz=Wc dtw在稳定工况下，空气与水之间热交换量是平衡的。二、空气与水直接接触时的状态变化过程空气与水直接接触时，水表面形成的饱和空气边界层与主流空气之间通过分子扩散和紊流扩散，使边界层的饱和空气与主流空气不断混掺，从而使主流空气状态发生变化。因此，空气与水的热湿交换过程可以视为主流空气与边界层空气不断混合的过程。在假想的条件下（假定水面无限大，接触时间无限长），全部空气都能达到饱和状态，且空气终状态温度与水温相等。在理想条件下（接触时间足够长，但水量有限），空气终状态达到饱和，且
31、空气终温等于水温，但水温发生变化。实际上，空气与水的接触时间是有限的，因此，空气终状态难以达到饱和。在实际工程中，用空气的初终状态连线来表示空气的变化过程。三、热、湿交换的相互影响及同时进行的热湿传递过程1、刘伊斯关系式的推导对于绝热加湿过程，在dF接触面上，空气传给水面的显热量等于水面水分蒸发所需要的潜热量：a(t-tb)df= rs(d- db)dfdb=a/rs( t-tb)对于Gkg/s的湿空气本身而言,空气失去的显热等于水分带来的潜热：Gr(d- db) =Gcp ( t-tb)db= cp/r ( t-tb)由上可得：a/s= cp，此即为刘伊斯关系式，它表明对流热交换系数与对流质
32、交换系数之比为常数。2、适用条件与适用过程质交换的Sc=热交换的Pr质交换的Sh=热交换的Nu适用过程：绝热加湿，冷却干燥，等温加湿，加热加湿等。3、总热交换dQz=dQx+dQq=a(t- tb)+rs(d- db)df=s cp (t- tb)+r(d- db) df考虑水分蒸发或凝结时的水的液体热的转移，令：cp=1.01+1.84d，r=iq=2501+1.84 tb 代入上式得：dQz=s(I-Ib)df第三节 用喷水室处理空气一、喷水室的构造和类型1、构造（1） 喷嘴：使水流雾化（2） 排管：布置喷嘴，一四排（3） 挡水板（前、后）：前：均流与挡水，后：分离水滴与空气，减少过水量（4） 外壳（5） 底池（6） 管道系统：供水管，循环水管，溢流管，补水管，泄水管（7） 水泵2、类型（1） 卧式，立式（2） 单级，双级（3） 低速，高速（4） 带填料二、喷水室的喷水室的热工计算方法喷水室的热工计算方法主要分两类，一类基