空调工程课件.ppt

-,空 调 工 程,建筑环境与能源应用专业,安徽建筑大学环能学院：王晏平,-,空调工程教学大纲,1 基本信息 课程性质：必修课 课程类别：专业与专业方向课程 学时：48 学分：32 选用教材 空调工程（第2版） 黄翔主编 机械工业出版社 2014年,-,空调工程教学大纲,3 主要教学内容 1 绪论 6 空调系统 2 湿空气焓湿学基础 7 空调区气流组织 3 负荷计算及送风量确定 8 空调风系统设计 4 基本原理及处理过程 9 空调水系统设计 5 空气热湿、净化处理 10 运行调节、节能 11 空调系统消声减震,-,空调工程教学大纲,4 实践性教学环节（1）课程设计：2周，小型公建空调系统设计。（2）实验：4学时。5 考查方式（1）考查方式：考试课（2）成绩评定构成：根据考勤情况、课堂表现、作业完成情况、笔试成绩、实验成绩综合评定，其中笔试成绩占70%，实验成绩占10%，其余占20%。,-,空调工程教学大纲,6 参考书目1 赵荣义、范存养等，空气调节（第四版），中国建工出版社，2009。2 陆亚俊等，暖通空调（第二版），中国建工出版社，2007。3 何天祺，供热通风与空气调节（第二版），重庆大学出版社，2006。4 马最良等，民用建筑空调设计（第二版），化学工业出版社，2010。5 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB500736-2012。6 公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）。7 全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调.动力分册-2009。8 陆耀庆，实用供热空调设计手册，中国建筑工业出版社，2007。9 全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材（第二版）中国建工出版社，2008。10 地下建筑设暖通空调计手册，中国建工出版社，2002。11 暖通空调等专业期刊。,-,1 绪论,1.1 空调定义、一般方法（1）定义：用人工的方法控制室内空气温度、相对湿度、流速、清洁度（洁净度、新鲜程度）、压力、气味等，满足人体舒适、健康要求及生产工艺要求。（2）一般方法：把一定量经过处理的空气送入空调房间，吸收余热、余湿、稀释有害物浓度、保持空气新鲜，然后排出或循环使用。（说明解释空气处理）1.2 空调分类（1）按冷热源、空气处理是否集中分 集中式：冷热源集中、空气处理集中（） 半集中式：冷热源集中、空气处理集中部分集中、部 分分散（）,-,1 绪论,分散式：冷热源与空气处理为一个整体，每个空调房间均须布置，如：分体式空调。注：说明解释中央空调；户式中央空调。（1）按用途分 舒适性空调：主要满足人体舒适感要求，对温、湿度精度要求不高。（） 工艺性空调：主要有： 恒温恒湿空调：对温湿度精度有严格控制的要求。 净化空调：对室内灰尘、细菌浓度或个数等有严格控制要求。 除湿空调：对高湿环境湿度有控制要求。 人工气候室：用于科学实验，但自然界没有的特殊气候环境。,-,1 绪论,1.3 空调系统组成,-,1 绪论,-,1 绪论,（1）空气调节系统 空气处理设备：热湿处理、净化处理。 空调风系统：空气输送分配。 待处理空气-空气处理-空气输送分配（风管+风机+送风口）-空调房间-空气处理或室外（2）冷热源系统：为空气处理提供冷量或热量。 冷热源：制冷机组、锅炉等。 空调冷热水（媒）系统：冷热量输送、分配、调节。 冷、热源-冷热量输送分配（水管+水泵或冷媒管路）-空气处理设备-冷热源 冷却水系统：水冷式制冷机组冷凝系统（风冷不需）。（3）冷凝水系统：空气冷凝水收集、排放系统。（4）空调自控系统,-,1 绪论,1.4 空调技术应用发展（1）历史 国外：起步于20世纪初（美国，开利），开始主要是工艺性空调应用工业领域，如：印刷、纺织行业，随后逐步应用公共建筑舒适性空调，如商场、酒店、办公等。 国内：起步于20世纪30年代，主要应用于少量的工业领域工艺性空调和重要的、高档的公共建筑领域舒适性空调。 1952年，我国高校开始创办供热供煤气及通风专业（哈工大、清华、同济、天大、西冶、湖大、重建工、太工，俗称老八校）,-,1 绪论, 20世纪50年代-80年代初，空调技术应用受经济及技术条件限制，发展相对缓慢，主要是工业领域工艺性空调（如：纺织、烟草、电子等）及重要、高档公建舒适性空调。 20世纪90年代开始，随着我国的经济的飞速发展及技术进步以及人们对生活工作环境要求的不断提高，空调技术应用发展非常迅猛，尤其是民用建筑舒适性空调，大量普及，到目前为止，以夏热冬冷地区（室内环境相对恶劣）为例，空调建筑接近达100%(含分体空调），空调成为建筑的必须基本配置。,-,1 绪论,（2）现状 节能建筑（节能50%）基本普及（民用建筑）。 空调建筑基本普及（民用建筑，含分体空调）。 室内空气品质有待进一步提高。 自控水平提高很快，但问题也不少。 可再生能源应用。 分布式能源。 建筑节能与暖通空调系统 热回收技术。,-,1 绪论,（3）技术发展 设备、材料、方法。 高效换热：如何提高制冷机、换热器能能效。 制冷剂、管材。 新的方法，如：温湿度独立控制空调系统。 节能减排、可再生能源、低碳空调。 智能建筑、绿色建筑、生态建筑。 BIM技术应用 热回收技术。,-,1 绪论,1.5 如何学好本课程（1）专业基础（2）课外阅读：主要参考资料（3）专业素质 专业素质 职业敏感（4）热爱专业（5）专业特点及优势（6）发展前景,-,2 湿空气的焓湿学基础,2.1 湿空气状态参数（1）湿空气：含有水蒸汽的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气，自然界的空气一般均为湿空气。（2）状态参数 压力（P）：即大气压力： P=干空气压力（Pg)+水蒸气压力(Pq) (Pa) 温度（t ）： 、K 相对湿度（）：反映湿空气吸收水蒸能力强弱的物理量，即反映了湿空气容纳水蒸气接近饱和的程度。 =0%，干空气，吸收水蒸气能力最强。 0100%，不饱和空气，百分数越大，越接近饱和，吸湿能力越弱。 =100%，饱和空气，吸收水蒸气能力达到饱和。,-,2 湿空气的焓湿学基础,含湿量（d）：指湿空气中水蒸气的含量多少，以1kg干空气为计算基础，单位为 kg/kg干空气。 焓（i）：反应湿空气在某一状态下所具有的能量，其差值反映了湿空气从一种状态变成另一种状态热交换量的多少。湿空气状态变化发生的热量交换包括以下2个部分： 显热交换：与温度变化有关，推动力是温差。 潜热交换：即水蒸气凝结（放热）与水的蒸发（吸热）产生的热交换量，与温度变化无关，推动力是含湿量差。 2者之和称为总热交换，推动总热交换的动力是焓差，焓的单位是KJ/kg干空气（以1kg干空气）。,-,2 湿空气的焓湿学基础,露点温度（tl）：不饱和空气保持含湿量不变，达到饱和时的温度，是空气是否结露（空气中水蒸气凝结成水）的界限温度。 湿球温度（ts）: 不饱和空气与水接触进行绝热交换达到饱和时的温度，干、湿球温度差可以反映空气相对湿度大小 。,-,2 湿空气的焓湿学基础,2.2 焓湿图及应用（1）焓湿图 焓湿图是反映湿空气状态参数之间关系的工程线算图，是空调设计非常重要的工具。 主要等值线：等温线、等相对湿度、线、等含湿量线、等焓线。,-,2 湿空气的焓湿学基础,-,2 湿空气的焓湿学基础,（2）焓湿图应用 表示湿空气状态 焓湿图上一点对应湿 空气的一个状态，2个 状态参数确定湿空气的状态点，已知状态点，可以求出其它状态参数。 露点温度（tl） 湿球温度（ts） 空气状态变化过程表示 典型空气状态变化过程,-,2 湿空气的焓湿学基础,状态变化过程表示,典型空气状态变化过程,-,2 湿空气的焓湿学基础,A-B:等湿加热 A-C:等湿冷却 A-D:绝热减湿 A-E:绝热加湿 A-F:等温加湿 A-G:冷却减湿 热湿比：=Q/W Q:余热量（W） W：余湿量（kg） 热湿比反映空气状态变化规程中热、湿交换的比例和方向。,-,2 湿空气的焓湿学基础,2种不同状态的空气混合,混合点在饱和线上,混合点在饱和线下,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.0 空调负荷（1）冷负荷：为维持室内设定温度，在某一时刻必须向室内提供的冷量（由空调系统带走的热量）。（2）热负荷：为维持室内设定温度，在单位时间内必须向室内提供的热量。（3）湿负荷：为维持室内的相对湿度，需要从房间除去(或加入）的湿量。3.1 室内外空气计算参数（1）室外空气计算参数 变化规律：日变化、季节变化、年变化。 确定原则：不保证原则,-,3 空调负荷计算及送风量确定,暖通规范（GB50736-2012）规定（4.1.1-4.1.10条） 确定方法 计算法： GB50736-2012附录B 查取法： GB50736-2012附录A,如：合肥市。 注意： a 气象资料的权威性；b 没有气象资料的地点的处理：地理纬度相近、气候条件相近。(2)室内设计标准 空调区域：距室内地坪2米以内的区域。 空调基数与精度：如：tn=251,505% 确定依据：满足人体舒适感要求和生产工艺要求。 影响因素:温度、相对湿度、流速、表面温度、衣着热阻等。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,暖通规范（GB50736-2012-3.02条) 确定方法：主要考虑一下方面因素确定 房间（建筑）的使用功能以及标准（档次）要求 生活水平及习惯 各类建筑规范的相应要求 节能要求 注意 节能与舒适要求； 节能设计标准要求； 工艺与舒适要求。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.2 得热量与热负荷的关系（1）得热量 外扰：室外空气温度；太阳辐射热 内绕：人体、照明、设备（电热、电动、电子）散热。（2）得热分类 得热：对流、辐射 得热：显热（与温度变化有关），潜热（与温度变化无关，与含湿量变化有关）。（3）的热形成冷负荷的过程,-,3 空调负荷计算及送风量确定,得热量形成冷负荷过程,-,3 空调负荷计算及送风量确定,-,3 空调负荷计算及送风量确定,-,3 空调负荷计算及送风量确定,材料蓄热能力越强，冷负荷衰减越大，滞后时间越长。蓄热能力与材料容量有关，热容越大，蓄热能力越强。热容量=材料重量乘比热（建筑比热差距不大）。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.3 围护结构负荷计算方法（1）稳定传热与不稳定传热（2）得热量与冷负荷是否区分 当量温差法（1946年，美国）:逐时计算，得热=冷负荷 谐波分解法 (50年代，前苏联) :逐时计算，得热=冷负荷 反应系数法(1968年，加拿大) :逐时计算，得热冷负荷-改进：传递函数法（1978年) 谐波反应法（我国，82年，基础-谐波分解法） 冷负荷系数法（我国，82年，基础-传递函数法） 其它方法,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.4 空调冷负荷计算（1）冷负荷系数法计算围护结构空调冷负荷 外墙、屋顶温差传热形成的冷负荷 计算公式：CL=KF(twl-tn) K:传热系数，一般由建筑节能计算给出 F：传热面积 tn：空调室内设计（计算）温度 twl:逐时冷负荷计算温度 热作用：（室外空气温差和太阳辐射热，即综合温度 ：tz=tw+J/w；,-,3 空调负荷计算及送风量确定,冷负荷计算温度的定义及来源 twl=CL/K 地点、外表面放热系数、吸收系数不同时的修正； 玻璃窗温差传热形成冷负荷 计算公式：CL=KF(twl-tn) K:传热系数，一般由建筑节能计算给出。 F：传热面积； tn：空调室内设计（计算）温度 twl:玻璃窗逐时冷负荷计算温度 热作用:室外空气温度； 冷负荷计算温度的定义及来源： twl=CL/K 地点不同时的修正。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,日射得热形成冷负荷 透过玻璃窗的得热量：q=qt+q qt：透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热 q：玻璃吸收太阳辐射热传入室内的热量 日射得热因数由于窗类型、遮阳设施、太阳入射角及强度等因素组合太多，无法用数学函数表达，工程上采用所谓对比的计算方法，即采用计算固定条件下的日射得热量。 条件：标准玻璃：3mm，普通平板玻璃外侧放热系数：18.6内侧放热系数：8.7。 日射得热因数：透过标准玻璃的（以夏季7月为代表）日热射的热量，称为日射得热因数：Dj=qt+q,-,3 空调负荷计算及送风量确定, 经过大量统计、计算得出我国40个城市夏季九个朝向的日射得热因数值Dj及最大值Djmax, 经过相似分析，给出了适合全国各地区（纬度带，带宽5度）的Djmax。 对非标准玻璃、不同窗框、遮阳设施，引入综合遮挡系数修正：Cz=CsCi Cs：窗玻璃遮阳系数, Cs=实际玻璃的日射得热量/标准玻璃日射得热量 Ci：窗内遮阳系数冷负荷计算 CL=CaFCzDjmaxCLQ F:窗口面积；Ca:窗有效面积系数；CLQ:冷负荷系数。 定义：CLQ=CL/Djmax 数据给出以北纬27.5度分南北区。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,内围护结构冷负荷：按稳定传热计算CL=KF( tl - tn ) tl：邻室计算温度，tl=twp+tl twp：夏季空调室外日平均温度。 tl：邻室计算温度与夏季空调室外日平均温度差，可按下表取值： 邻室发热量 (w) tl 很少（如办公，走廊） 0-2 23 3 23-116 5 对于非轻型外墙，可采用平均综合温度代替： CL=KF( tZP - tn ),（tzp=twp+J/w） 关于地面冷负荷：一般情况地面温度低于室内温度，可以不计算。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,内围护结构冷负荷：按稳定传热计算CL=KF( tl - tn ) tl：邻室计算温度，tl=twp+tl twp：夏季空调室外日平均温度。 tl：邻室计算温度与夏季空调室外日平均温度差，可按下表取值： 邻室发热量 (w) tl 很少（如办公，走廊） 0-2 23 3 23-116 5 对于非轻型外墙，可采用平均综合温度代替： CL=KF( tZP - tn ),（tzp=twp+J/w） 关于地面冷负荷：一般情况地面温度低于室内温度，可以不计算。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,内围护结构冷负荷：按稳定传热计算CL=KF( tl - tn ) tl：邻室计算温度，tl=twp+tl twp：夏季空调室外日平均温度。 tl：邻室计算温度与夏季空调室外日平均温度差，可按下表取值： 邻室发热量 (w) tl 很少（如办公，走廊） 0-2 23 3 23-116 5 对于非轻型外墙，可采用平均综合温度代替： CL=KF( tZP - tn ),（tzp=twp+J/w） 关于地面冷负荷：一般情况地面温度低于室内温度，可以不计算。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,（2）设备、照明、人员等散热形成的冷负荷 设备散热形成的冷负荷 电动设备 a、电机工艺设备均在空调区CL=（1000n1n2n3N/）CLQ b、电机在空调区，工艺设备不在空调区CL=(1000n1n2n3N(1-/)CLQ c、电机不在空调区，工艺设备在空调区CL=1000n1n2n3NCLQ N：电动设备安装功率，kW； ：电机效率 ，一般产品样本给出。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,n1：利用系数 ,电机最大实耗功率与安装功率之比，一般可取0.7-0.9。 n2：电动机负荷系数，电机每小时平均实耗功率与最大功率之比，一般可取0.4-0.5。 n3：同时使用系：电机同时使用的功率与安装功率之比，一般可取0.5-0.9。 CLQ：冷负荷系数，详见附录2-20、21。 注：当空调系统间歇运行时，则，CLQ=1.0。 电热设备 对于无保温密闭罩的电热设备：CL=1000n1n2n3n4NCLQ n1、n2、n3：含义同前。 n4：考虑排风带走热量的系数，一般取0.5。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,照明设备散热形成的冷负荷 白炽灯（热光源） CL=1000NCLQ N：照明设备功率，kW； CLQ：冷负荷系数 。 荧光灯（冷光源）CL=1000Nn1n2CLQ N：照明设备功率，kW； CLQ：冷负荷系数 ,见附录。 n1:镇流器消耗功率系数，在空调房间内取1.2，在吊顶内取1.0。 n2：灯罩隔热系数，有通风孔取0.5-0.6，反之取0.6-0.8。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,人体散热形成的冷负荷 人体显热冷负荷： CLx=qsnCLQ qs：不同室温、活动强度成年男子显热散热量，w。 n：室内人数 ：群集系数，以成年男子为计算基础，对不同功能的建筑不同人群（成年男子、女子、儿童）引入的修正系数。 CLQ：冷负荷系数 。 人体潜热冷负荷：CLq=qln ql:不同室温、活动强度成年男子显热散热量，w。 人体散热冷负荷：CL=CLx+CLq,-,3 空调负荷计算及送风量确定,食物散热冷负荷：食物包括显热和潜热，可按下列数值采用： 食物全热取17.4W/人；食物显热取 8.7W/人； 食物潜热取8.7W人；食物散湿量取11.5g/h。3.5 空调热负荷、湿负荷（1）空调热负荷 计算方法：稳定传热 注意区别冬季空调与采暖室外计算温度 一般空调房间为正压，可不计算冷风渗透耗热量（2）湿负荷 人体散湿量：W=0.001ng (kg/h) g:人体小时散湿量kg/h，其它参数同前。 敞开水面散湿量 围护结构透湿量,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.6 室内冷负荷与制冷系统冷负荷(1)室内冷负荷 围护结构传热冷负荷 人员、照明、设备散热冷负荷 逐时最大值：各空调区（房间）逐时相加得到的逐时最大值。 最大值累计：各空调区（房间）最大值的累计。 室内冷负荷取值：空调系统有自动温控时取逐时最大值；没有温控时取最大值累计。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,(2)制冷系统冷负荷 室内冷负荷（主要部分） 新风冷负荷（主要部分）：Qw=Gw(iw-in )(kW) Gw:新风量(kg/s);in、iw：室内、外空气焓值(KJ/kg干空气） 空气处理附加冷负荷：（如再热） 水泵、水管温升附加：计算参见措施2009。 风机、风道温升附加：计算参见措施2009。 送风管道漏风附加：计算参见措施2009。 制冷系统冷负荷：选择冷源设备的依据，制冷系统冷负荷= + + + + + ,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.7 负荷简算概算方法（1）简算方法 CL=（CLW+116n)x1.5 ，CLW= FiKitwl+td)-tn CLW:围护结构冷负荷；n:人数;Ki：围护结构（含外墙、屋顶）传热系数；Fi：外墙或屋顶传热面积；twl:冷负荷温度。（2）概算方法：常用面积指标法：CL=qsF qs：空调冷负荷概算面积指标，w/m2。 F：建筑面积或空调面积，m2。 建筑面积指标（w/m2）：总冷负荷/建筑面积 空调面积指标（w/m2）：总冷负荷/空调面积 建筑面积指空调区域面积与非空调区域面之和； 空调面积指空调区域建筑面积； 面积指标一般包含新风负荷 在内。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.8 负荷计算参考步骤（1）熟悉建筑条件图纸及项目地点（地理纬度）（2）明确空调房间（或区域）（3）查阅室外计算参数（4）确定室内设计参数（5）热工参数确定：实际工程K值由建筑节能计算提供，课程设计按以下方法确定： 外墙、外窗、屋顶：主要根据气象区域划分，参照节标限值要求确定。 内围护结构：计算确定。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,（6）人员、照明指标：参照节标权衡计算指标确定。（7）阅读规范、节标、措施负荷计算相关规定。（8）计算房间编号：如204，2-楼层，04计算房间序号（9）简化相同房间（10）设计、编制负荷计算表（11）负荷计算：空调（冷）热湿负荷。（12）负荷汇总 房间负荷汇总； 建筑总负荷汇总； 面积指标。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.9 空调房间送风状态的确定及送风量确定（1）空调房间空气状态变化过程 热平衡：GiO+Q=GiN 湿平衡：GdO+W=GdN 热湿比：=Q/W=( iN-iO )/( dN-dO ) 状态变过程：O()N i-d图表示,-,3 空调负荷计算及送风量确定,送风量：G=Q/(iN-iO)=W/(dN-dO) GQx/(tN-tO) 思考题： GQx/(tN-tO)什么情况下成立？（2）夏季送风状态确定及送风量计算 送风状态点技术经济分析 送风温差确定 确定依据：风口类型 、安装高度、射流长度及是否贴附。 GB50736-2012规定 舒适性空调 送风高度5m，10=tO15 最大送风温差（露点送风）：取机器露点作为送风状态点，工程使用普遍。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,-,3 空调负荷计算及送风量确定,工艺性空调：根据空调精度确定 i-d图上送状态点确定 根据tn，N确定N-计算-过N点作线-选取tO-确定O点。 送风量计算：G=Q/( iN-iO )=W/( dN-dO ) QX/( tN-to ),-,3 空调负荷计算及送风量确定,（3）冬季送风状态确定及送风量计算 冬季特点 QtN; iOiN WW;dOdO 0 冬季送风量一般采用夏季送风量: G=G 冬季可以提高送风温度，加大送风温差减少风量。 送风温度不宜过高，一般不超过45 。 思考题：如何实现风量变化？,-,3 空调负荷计算及送风量确定,3.10 新风量确定及风量平衡（1）新风量确定 新风的作用 稀释有害物浓度，满足人员卫生要求：指示性物质为CO2，日平均值应保持0,1%以内。 补充室内排风和保持室内正压:根据风量平衡确定。 美国ASHRAE标准：稀释人员污染和建筑污染之和。 新风量越大，室内卫生条件越好，但能耗越大。 新风量确定原则 满足人员卫生要求,-,3 空调负荷计算及送风量确定,一般按人员卫生标准确定，可查室内空气质量标准、规范、节标、措施等资料直接确定，按下式计算人员新风量：Lw=m.lw (m3/h) m:室内人数； lw ：满足人员卫生要求新风标准（m3/h.人） 节标3.0.2条文解释：参照ASHRAE62-2001,对于出现人数的持续时间少于3h的房间，所需新风量可按室内的平均人数确定，该平均人数不应少于最多人数的1/2。例：某会议室，人数100，开会时间不超过3h，假定平均人数60人，则新风量为60 x30m3/h.p=1800m3/h。 GB50736-2012 3.06条 GB50189-2005-条解3.02条。,-,3 空调负荷计算及送风量确定,满足房间正压要求Lw=Ac(P）n（m3/s) :流量系数；Ac ：门窗缝隙面积（）；P：房间正压值，一般取5-10Pa，不应大于50Pa；n：流动指数。 补充局部排风：Lw=LP(m3/h) LP：室内几部排风，m3/h。新风量的取值 以上取三者大值，新风量不足总风量的10%，应加大到10%。 例：某大开间办公室，面积100m2，人员密度指标 0.2P/m2，计算新风量。 思考题：为什么限制新风量大小？,-,4 空调基本原理及处理过程,4.1 空气热湿处理原理（1）热湿交换介质与分类 热湿处理基本过程：加热、冷却、加湿、减湿、混合。 热湿交换介质：水、水蒸气、液体吸湿剂、制冷剂。 分类：直接接触式、间接式（表面式）（2）接触式,-,4 空调基本原理及处理过程,边界层：水分子不规则运动形成的饱和空气层，边界层温度层等于水温(tb=tw)；边界层内的水蒸气分子浓度或水蒸气分压力取决于饱和空气的温度。 显热交换：tbt时，边界层向周围空气传热，空气被加热；tbt时，周围空气向边界层传热，周围空气被冷却。 潜热交换（湿交换、质交换）：边界层水蒸气分子浓度大于空气的水蒸气分子浓度时，边界层进入空气的水蒸气分子多于空气进入边界层的水蒸气分子（即蒸发），周空气被加湿；反之空气进入边界层的水蒸气分子多于边界层进入空气的，边界层过多的水蒸气分子将回到水面（即凝结），空气被减湿。,-,4 空调基本原理及处理过程,总热（全热）交换：总热交换=显热交换+潜热交换，推动显热交换的是温差，推动潜热交换的是水蒸气分子浓度差，推动总热交换的是焓差。 水温：根据水温的不同，可能仅发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换（质交换），因此，通过改变水温，实现对空气的加热、冷却、减湿、加湿。 （3）间接式（表面式） 金属表面温度：热湿交换取决于金属表面温度，金属表面温度近似等于交换介质（水）温度。,-,4 空调基本原理及处理过程,显热交换：空气与金属对流换热，tbt时，金属表面向空气传热，空气被加热；tltl时，空气中水蒸气开始在金属表面凝结，并在金属表面形成水膜，水膜外侧形成边界层（饱和空气层），且tb=tm,此时，热交换是空气与水膜温差引起的，湿交换是空气与边界层之间的水蒸气浓度差（或分压力差）引起的。注意，这个过程，显热交换，潜热交换同时发生，结果是空气被冷却减湿，总热交换量等于空气与边界层焓差。思考题：空气与水接触时热交换与质交换的机理是什么？,-,4 空调基本原理及处理过程,4.2 空气热湿处理过程（1）空气与水直接接触时的状态变化过程 状态变化过程：空气流经水面或水滴周围时，就会把边界层中的饱和空气带走一部分，同时补充新的空气继续达到饱和，因而边界层的饱和空气不断的与流经的未饱和空气混合，使整个空气状态发生变化，因此，可将空气与水的热湿交换过程看成饱和空气与未饱和空气混合过程。 i-d图表示 混合后的状态点应该位于连接空气初态和该水温下饱和状态点直线上。 达到饱和的空气越多，终状态点越靠近饱和状态点。 在理想条件下（水量无限大，接触时间无限长）全部空气可以达到饱和，并等于水的温度。,-,4 空调基本原理及处理过程,典型空气状态变化过程：在理想条件下，改变水温，可以得到7中典型空气状态变化过程。A-2A-2:加湿减湿分界线，d=db,dW=0,Qx0。A-4:增焓减焓分界线，dQz=0,dQxdQq0A-6:升温降温分界线，t=tb,dQx=0,-,4 空调基本原理及处理过程,（2） 间接式（表面式） 实现的空气处理过程 等湿加热：twt，显热交换。 等湿冷却：tlt，干工况，只有显热交换，没有潜热交换。 冷却减湿：twtl，湿工况，既有显热交换，又有潜热交换，因此，湿工况下的换热能力比干工况大。,-,4 空调基本原理及处理过程,4.3 空气的其它处理热湿处理方法及处理过程（1）空气的加湿 等温加湿 方法：将水蒸汽直接混到空气中去 i-d图及分析 加湿量计算 W=G（d2-d1) 过饱和的结果：3-4-4 蒸汽凝结成水放出汽化潜热 将饱和空气温度提高。,-,4 空调基本原理及处理过程,等焓加湿 向被处理空气喷水 i-d图分析 实现方法：向空气喷循环水（tw=ts) 直接向房间喷雾（房间加湿器）:压缩空气喷雾、电动喷雾、超声波喷雾。（2）空气的减湿 加热通风减湿 加热：加热空气可以起到降低相对湿度的,但空气的含湿量没有变化，不是真正意义的减湿。,-,4 空调基本原理及处理过程,通风：通过通风将比室内空气含湿量低的室外空气送入室内，将室内含湿量高空气排除，可以达到通风减湿的目的。 冷却减湿（冷冻除湿） 蒸发器除湿 制冷量：Q=G(i1-i2) 除湿量：W=G(d1-d2) 热湿比： =Q/W 冷凝器加热空气：实现调温,-,4 空调基本原理及处理过程,液体稀释剂减湿（吸收减湿） 原理:某些盐类的水溶液中，由于混有盐类分子，使水分子浓度降低，盐水表面上的饱和空气层的水蒸气分压力将低于同温下水的饱和空气层水蒸气分压力。因此，当空气中的水蒸气分压力高于盐水表面水蒸气分压力时，空气中的水蒸气分子向盐溶液转移，即被盐溶液吸收，这类盐溶液称为液体吸湿剂。 盐溶液吸收水分后，浓度降低，吸湿能力降低，在一定的温度下，溶液浓度越高，吸湿能力越强。 盐水浓度不能无限制增加，达到一定程度，也会饱和，超过这个限度盐就会结晶。,-,4 空调基本原理及处理过程,再生:盐溶液稀释到一程度后，能力下降，需要再生。 常用吸湿剂: 氯化钙(CaCl2，对金属腐蚀性强）、氯化锂（LiCl2，对金属对金属有一定腐蚀，吸湿性能好）、三甘醇（C6H14O4,没有腐蚀性，吸湿性强） 处理空气过程 A-1:升温减湿 A-2:等温减湿 A-3:降温减湿,采用较多,与A-L(喷水室或表冷器处理的机露）相比减湿能力大很多。而且由可能实现无路露点控制。,-,4 空调基本原理及处理过程,固体稀释剂减湿（吸附减湿） 纯物理作用：利用固体吸湿剂（硅胶、活性炭），材料具有大量的孔隙，形成大量吸附表面在这些表面上，水蒸气分压力比周围空气低的多，因此从空气中吸收水分。 1-1:硅胶吸附空气中水蒸，放出汽化潜热，又加热了空气，因此焓不变。、 1-2:等湿冷却，2-2:绝热加湿 物理化学作用：氯化钙、生石灰其表面水蒸气分压力比周围空气低很多，能从空气中吸附水分，结果为结晶水合物。,-,4 空调基本原理及处理过程,（3）蒸发冷却 直接蒸发冷却 A-B：（tw=ts)：降温加湿 注意：湿度增加带来的问题。 间接蒸发冷却 A-C：A-B+间接换热,-,4 空调基本原理及处理过程,4.4 空气处理的各种途径（方案）,-,4 空调基本原理及处理过程,4.4 空气净化处理原理（1）待处理空气来源、污染物分类、净化处理方式 新风（即室外空气）：大气尘。 回风（及室内空气）：因人员活动和工艺过程污染带有尘埃。 空气污染物的分类：按污染物生存状态分： 悬浮颗粒物：无机、有机颗粒物、空气微生物等。 气态污染物：以气态分子状态存在的污染物，包括无机化合物、有机化合物、放射性物质等。 空气净化方式：按污染物种类分： 除尘式：处理悬浮颗粒物，按净化机理分：机械式、静电式。 除气式：处理气态污染物，按净化机理分：物理吸附法、光催化分解法、离子化法、臭氧发法、湿式除法等。,-,4 空调基本原理及处理过程,（2）除尘式净化原理 机械式：用多孔型过滤材料过滤，有纤维过滤、粘性填料过滤。 纤维过滤：滤料有玻璃纤维、合成纤维、石棉纤维、无纺布等，滤尘机理主要有：拦截、惯性、扩散效应、静电（三个最基本过滤机里）、重力等。 粘性填料过滤：填料有金属网、玻璃丝、金属丝，填料上浸涂粘性油，过滤主要机理是惯性和粘住效应。 静电式：常用双区式电场结构： 电离区（电离极，正极）：电极放电，空气被电离使中性尘粒带正电荷。 集尘区（集尘极，负极）：捕获来至电离区的带正电荷尘粒。,-,4 空调基本原理及处理过程,（3）除气式净化原理 物理吸附法：利用吸附剂多孔性、表面积大的的特点，通过物理或化学吸附作用，净化有害气体。 常用吸附剂：活性炭、活性碳纤维、硅胶、氧化铝、分子筛等。 物理吸附：靠不同态物质分子间引力（范德华力）作用，导致物质粒子在表面上聚集程度的改变而实现的，其特征是吸附质和吸附剂之间不发生化学方应，对吸附气体没有选择性，吸附过程快、吸附过程放出热量，并近似等于气体的液化热。 化学吸附：借助化学反应，通过吸附质、吸附剂之间的化学键力引起。 室内空气净化常用活性炭、活性碳纤维，后者广泛用于吸附清除有机物、异味。,-,4 空调基本原理及处理过程,光催化分解法：光催化（光触媒）技术是利用光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力，实现对一些污染物降解，除去空气中的污染物。 光催化反应：用紫外光为光源，激发产生活性自由基与污染物反应，将空气中有害气体分解为无臭、无害物。 光催化剂：纳米TiO2 光触媒技术：纳米TiO2在光的照射下，生成超氧化物阴离子自由基，O2-和羟基自由基-OH，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键，分解有机物为二氧化碳与水，同时破坏细菌的细胞膜，固化病毒的蛋白质，改变细菌，病毒的生存环境从而杀死细菌、病毒。,-,4 空调基本原理及处理过程,离子化法 负离子：空气负离子对人体有良好的生理作用，如：神经系统、心血管系统、呼吸系统、血液、新陈代谢。 空气负离子净化空气原理：空气负离子附着固相或液相污染物微粒上形成大离子，大离子借助凝结和吸附作用沉降下来，从而降低空气污染物浓度，净化空气。 负离子发生器 低温等离子：等离子被称为物质除固、液、气之外的第四态，由电子、离子、自由基、和中性离子组成的导电性流体；等离子体可以分为热等离子（、热平衡等离子体、低温等离子体（非平衡等离子体），空气净化主要采用低温等离子体技术。 低温等离子体的净化作用：荷电除尘、有害气体的催化净化、负离子净化。,-,4 空调基本原理及处理过程,臭氧法 臭氧（O3）：淡蓝色气体，一种强烈的氧化剂，常温、压下，很容易分解成氧（O2）和单个氧原子（O）,氧氧原子具有很强的活性，能氧化分解细菌内部氧化所必须的酶而杀死细菌，多余的氧重新结合成普通氧分子（O2），不存在任何有有毒残留物。因此一定的浓度下，臭氧能与细菌、病毒等微生物产生生物化学氧化反应，具有很强的灭菌作用。 臭氧对人体有害，用臭氧消毒，必须是封闭无人条件，消毒后停机30min，臭氧还原成氧后方可进入。 臭氧消毒受相对湿度影响，一般相对湿度为50-80%灭菌最为理想。 臭氧发生技术：光化学发、电化学法、电晕放电法、高频陶瓷沿面放点法等 。,-,4 空调基本原理及处理过程,湿式除气法（喷水室） 对空气尘粒的净化作用 惯性碰撞、接触阻留 (粒径1-5um) :微粒与液膜、液滴接触，使微粒吸湿、增重、凝聚性增强，从而脱离气流，落入水中，效果好，效率可达95%。 扩散(粒径1um):微粒通过扩散与液膜、液滴接触，从而脱离气流，落入水中。 对有害气体的净化作用：利用水的吸附和吸收作用，即利用有害气体中不同组分对水的溶解度不同，来分离分子状态污染物，从而达到净化空气的目的。 组合净化技术 光触媒+吸附（活性炭）技术 光触媒+臭氧技术 光触媒+静电除尘,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,5.1 空气热湿处理设备（1）热湿处理设备类型 直接接触式：喷水室、蒸汽加湿器、液体吸湿剂装置、局部补充加湿装置等，特点是被处理空气与交换介质直接接触。交换介质：水。 表面式（间接式）：光管式、翅片管式、肋片管式空气加热器、空气冷却器（表冷器），特点是被处理空气不与交换介质接触，交换介质在管内流动，被处理空气在管外流动，热湿交换通过金属表面进行。交换介质：冷水、热水、蒸汽、制冷剂。,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,（2）喷水室 类型 低速：空气流速2-3m/3。 高速：空气流速3.5-6.5m/3。 卧式：空气水平方向流动，喷水方向水平为顺喷或逆喷。 立式：空气垂直方向流动，喷水方向为自上而下。 单级与双级：一般为单级，双级为2个单级串联，双级的特点是：焓降大、温降大、空气终态一般可以达到饱和、第一级主要是降温降焓，第二级是降湿降焓。,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,普通卧式单级喷水室,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,（3）表面式换热器（表冷器） 构造:肋片管，肋片+盘管 安装 安装：垂直、水平、倾斜均可，但注意水平安装应有一定坡度排放凝水，垂直安装，应避免肋片积水，增加阻力降低传热性能。 串并联：可并联，串联、混联，但注意，空气侧并（串）联，水侧也应相同。 空气侧并联：增加处理的空气量。 空气侧串联：增加空气处理的焓差或温降。,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,排数：一般常用：2排、3排、4排、6排、8排，其中： 风机盘管：2-3排 空调机组：4-8排 水温：为防止结垢，水温不宜超过65 。 实现的空气处理过程： 等湿加热：twt 等湿冷却:tltwt,，只有显热交换，干工况。 冷却减湿：twtl，既有显热交换，又有潜热交换，湿工况。 传热性能,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,传热性能 湿工况比干工况具有更大的换热能力，同一台表冷器，在空气的干球温度和水的初温相同时，处理湿球温度高的的空气比处理湿球温度低的空气具有更大冷却减湿能力。 关于析湿系数与换热扩大系数 提高传热性能主要途径： 提高管外侧（空气侧）和管内侧的放热系数。 空气侧：改变肋片形式。 水侧：管内钩拉螺旋槽。 关于热湿交换效率及热工计算,-,5 空气热湿处理、净化处理及设备,（4）空气加湿器 等温加湿型 干蒸汽加湿 干蒸汽:不带水滴的蒸汽，若蒸汽夹带凝水将会影响加湿效果。 加湿量大，加湿迅速均匀。 一般待处理空气先加热，后加湿，加湿量大且不宜被凝结析出。 电极式加湿:将电极插入水中