制冷原理与技术.ppt

制冷原理与技术,第四章 空气调节原理与技术,依据对空气处理设备设置情况的分类方法，本章在将空调系统分成集中式、半集中式和分散式三种系统的基础上，对空气调节的原理与技术给予介绍。,第一节 集中式空调系统,本节主要介绍空气调节的基础知识、空调系统负荷的确定、新风量与总风量的确定、空气处理及其设备、空调系统、空调房间气流组织的主要内容。,一、空气调节的基础知识,为什么 首先 要全面了解空气的性质,空气调节的主要任务，就是在所处自然环境下，使被调节空间的空气保持一定的温度、湿度、流动速度以及洁净度、新鲜度。,湿空气的概念湿空气的基本状态参数湿空气的焓湿图湿球温度焓湿图的应用,本节主要介绍以下内容,1.湿空气的概念,大气由一定量的干空气和一定量的水蒸气混合而成，我们称其为湿空气。,注 意,空气环境内的空气成分和人们平时说的“空气”，实际是干空气加水蒸气，即湿空气。,2.湿空气的基本状态参数,压 力 密 度含 湿 量相 对 湿 度焓露 点 温 度,由于空气和水蒸汽所组成的湿空气也应遵循理想气体的变化规律，所以适用以下公式,本小节将以以上公式为基本介绍,或,压力,由道尔顿定律分压定律,湿空气的总压力为p,或,水蒸汽分压力大小直接反映了水蒸汽含量的多少,从气体分子运动论的观点来看,密度,湿空气的密度干空气密度+水蒸气密度,单位容积的湿空气所具有的质量，称为密度,含湿量,在湿空气中与lkg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量,由Vg=Vq=V Tg=Tq=T，以及Rg=287 J(kgK)Rq46l J(kgK),当大气压力B一定时，水汽分压力 只取决于含湿量d,相对湿度,湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系可导出,焓,干空气的焓,+,（1+d）千克湿空气的焓为,或,露点温度,温度下降到使得空气的d值等于表中某一饱和含湿量 值时，这 个所对应的温度称为该未饱和空气的露点温度。,换言之，露点温度就是当湿空气下降到一定温度，有凝结水出现时的温度,出现结露现象,无结露现象,3.湿空气的焓湿图,湿空气的焓湿图是在不同的大气压力B下，纵坐标是其焓值，横坐标是含湿量值。,焓湿图组成,等焓线,等湿线,1.,d,2.,等温线,等相对湿度线,3.,5.,4.,水蒸汽分压力线,热湿比线,0,10,20,30,dA,dB,A,B,iA,iB,空气状态变化在i-d图上的表示,A,B,B,用线确定空气终状态,4.湿球温度,湿球温度的概念在空气调节中,至关重要,湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水直线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。,理论上,绝热加湿小室,稳定流动能量方程式,等湿球温度线,A,dA,dS,tB,tS,B,S,iS,iS,已知干湿球温度确定空气状态,5.焓湿图的应用,湿空气的焓湿图不仅能表示其状态和各状态参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程，并能方便地求得两种或多种湿空气的混合状态。,湿空气的加热过程,湿空气状态变化过程,等焓减湿过程,等焓加湿过程,湿空气的冷却过程,变化过程的特征表,湿空气的加热过程,湿空气的冷却过程,等焓减湿过程,等焓加湿过程,A B,A C,C,E,A E,A D,D,等温加湿过程A F,冷却干燥过程A G,多变过程,F,G,i-d图中不同象限内湿空气状态变化过程的特征,过程图,不同状态空气的混合态在i-d图上的确定,两种状态的空气混合规律,dA,iA,dB,iB,iC,dC,B,C,A,过饱和区空气状态变化过程图,A,D,C,B,ic,tD,id,100%,二、空调系统负荷的确定,室内外空气计算参数负荷计算,1.室内外空气计算参数,1）室外空气计算参数,2）室外空气综合温度,3）室内空气计算参数,室外空气计算参数,夏季空调室外计算干、湿球温度,夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度,室外空气综合温度,外表面单位面积上得到的热量,综合温度,为完善，作以下修改,室内空气计算参数,舒适性空调室内温、湿度标准,工艺性空调室内温、湿度标准,夏季,冬季,温 度 应采用2428,相对湿度 应采用4065%,风 速 不应大于0.3ms,温 度 应采用1822,相对湿度 应采用4060%,风 速 不应大于0.2ms,工艺性空调可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等。,2.负荷计算,1）室外扰量形成的负荷,2）室内扰量形成的负荷,3）室内湿源散湿形成的湿负荷,4）再热负荷,5）室内负荷与制冷系统负荷,6）空调负荷的概算指标,室外扰量形成的负荷,太阳辐射热,室内外温差的传导热,补充新鲜空气带来的负荷,室内扰量形成的负荷,人体的散热,照明灯具散热,用电设备散热,QDnN,QsnN,其他设备散热,设备、照明和人体在室内散热形成的室内冷负荷Q,室内湿源散湿形成的湿负荷,敞开水槽表面散湿量,地面积水蒸发量,计算方法与水槽蒸发量计算方法相同,再热负荷,室内负荷与制冷系统负荷,以上介绍的热负荷的总和称室内负荷QN,制冷系统热负荷,空调负荷的概算指标,夏季空调制冷系统负荷概算指标,冬季采暖负荷的概算指标,办公楼 95115(Wm2)超高层办公楼 105145(Wm2)旅馆 70 95(Wm2)餐厅 290350(Wm2)百货商店 210 240(Wm2)医院 105130(Wm2)剧场 230350(Wm2),办公楼、学校 60 80(Wm2)医院 6580(Wm2)旅馆 6070(Wm2)餐厅 115140(Wm2)剧场 95115(Wm2),三、空调系统新风量与总风量的确定,总风量新风量,1.总风量,计算要求,在已知空调房间冷(热)湿负荷的基础上，需要确定消除室内余热、余湿以维持空调房间所要求的空气参数所需的送风状态及送风量。,计算方法,空调房间送风状态的变化过程,夏季送风量和送风状态的确定,冬季送风量与送风状态的确定,空调房间送风状态的变化过程,总热平衡,湿平衡,或,或,由两个平衡,io do,夏季送风量和送风状态的确定,送风量,或,换气次数,冬季送风量与送风状态的确定,L,2.新风量,确定新风量的依据有下列三个因素,卫生要求,保持空调房间的“正压”要求,补充局部排风量,空调系统的空气平衡关系,正压,L,0.9L,渗透,四、空气处理及其设备,为满足空调房间送风参数的要求，在空调系统中必须有相应的热质处理设备，以便能对空气进行各种热质处理，使之达到所要求的送风状态，本章将介绍对空气进行各种处理的方法和过程及其有关的设备知识,1空气处理过程,表4-13 空气处理各种途径的方案说明,100%,W,1,L,夏季空 气 处 理 途 径,O,冬季空 气 处 理 途 径,W,2,3,4,5,O,L,t0,2空气处理设备,为了实现不同的空气处理过程就要采用不同的空气处理设备,加热设备、冷却设备、加湿设备及减湿设备 等,包括,作为热湿交换的介质,水、水蒸汽、液体吸湿剂和制冷剂,两类热湿交换设备,根据工作特点的不同可分为两大类：,直接接触式热湿交换设备,表面式热湿交换设备,特 点,与空气进行热湿交换的介质与被处理的空气直接接触，做法是让空气流经热湿交换介质的表面或将热湿交换介质喷淋到空气中间去。,特 点,与空气进行热湿交换的介质不与空气直接接触。空气与介质间的热湿交换是通过设备的金属表面来进行的。,五、空气调节系统,空调系统的分类,普通集中式空调系统,1.空调系统的分类,空调系统的分类方法有很多，下面首先介绍空调系统的分类情况。,空气处理设备的集中程度,集中式空调系统,半集中式空调系统,分散式空调系统,负担室内热湿负荷的所用介质不同,全空气系统,全水系统,空气水系统,冷剂系统,（d）冷剂系统,（b）全水系统,（a）全空气系统,（c）空气-水系统,中央空调系统简介,中央空调系统是一种几种处理和分配冷量的空调系统，通常有三种方式对室内空气进行降温和升温处理：1.水管路送至各个房间的末端（风机盘管）2.风管道送至各个房间的风口3.制冷剂直接进入每个房间的末端,水管路送至各个房间的末端（风机盘管）半集中式系统,风管道送至各个房间的风口,户式中央空调,大楼中央空调,室内走冷媒管,制冷剂直接进入每个房间的末端,户式中央空调或商用空调,大楼中央空调常见形式,其中室内回风和室外新风混合后经过处理再通过送风管道送到每个空调房间是一种常见的方式。回风和新风再送入每个房间之前必须通过集中的空气处理装置（组合式空调箱）进行降温/升温、加湿/去湿处理，再通过主风道和各个支管风道送入每个空调房间，以保证房间所要求的温度和湿度要求,空调箱AHU,回风管,新风管,送风管,新风,回风,集中空气处理装置功能示意图,空调系统使用的空气来源,封闭式系统,直流式系统,回风式系统,N,O,O,O,冷却器,过滤器,风机,N,C,C,2.普通集中式空调系统,一次回风,回风与室外新风在喷水室(或表面式空气冷却器，简称表冷器)前混合。,二次回风,回风与新风在喷水室（或表冷器）前混合并经热湿处理后，再次与回风混合。,根据新风、回风混合过程的不同，工程上常见的有两种形式：,一次回风,装置图式和夏季过程在i-d图上的确定,一次回风系统夏季设计工况所需的冷量,室内冷负荷,新风冷负荷,再热量,系统所需要的冷量,一次回风系统的冬季处理过程,ic=iL,夏、冬季室内参数不同的一次回风式系统,W,C,t1,N2,L2,N1,C,L1,W,二次回风,六、空调房间气流组织,按照送、回风口布置位置和型式的不同，可以有各种各样的气流组织形式。大致可以归纳为以下五种：,侧送侧回,上送下回,中送上下回,下送上回,上送上回,1.侧送侧回,侧送风口布置在房间的侧墙上部，空气横向送出，气流基本吹到对面墙上后转折下落，以较低速度流过工作区，再由布置在侧墙下部的回风口排出。根据房间跨度大小，可以布置成单侧送、单侧回，和双侧送、双侧回。,特 点,速度场和温度场都趋于均匀和稳定，因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。,工作区处于回流区，故而排风温度等于室内工作区温度。,由于侧送侧回的射流射程比较长，射流来得及充分衰减，故可加大送风温差。,2.上送下回,孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式。,孔板送风和密布散流器送风，可以形成平行流流型，涡流少，断面速度场均匀的气流。对于温湿度要求精度高的房间，特别是洁净度要求很高的房间，是理想的气流组织型式。,特 点,这种形式的排风温度也接近室内工作区平均温度。,Ps,3.中送下、上回,对了高大房间来说，送风量往往很大，房间上部和下部的温差也比较大，采用中部送风，下部和上部同时排风，形成两个气流区，保证下部工作区达到空调设计要求，而上部气流区负担排走非空调区的余热量。,显然,下部气流区的气流组织就是侧送侧回。,4.下送上回,适用场合,对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，采用这种气流组织形式是非常合适的。,特点,由于下送上回时的排风温度大于工作区温度，故而室内平均温度较高，经济性好。,但是，下部送风温差不能太大。,可采用旋流送风口。,为此,5.上送上回,这种气流组织形式是将送风口和回风口叠在一起，布置在房间上部。,适用场合,对于那些因各种原因不能在房间下部布置风口的场合是相当合适的。,注意,防止气流短路现象的发生。,地板送风实例,办公室空调送风采用地板送风是一个比较有效的形式,香港已经有了成功的先例.这种送风形式不仅节能,而且作为办公楼能满足办公用房按照需要调整变化的需求.,第二节 半集中式空调系统,前面介绍的集中式空调系统，由于所有空气都在在调机房的空调箱中处理，所以有风道过粗、过长和机房面积大的缺点。为此常常占用较多的建筑面积和空间。为了解决这些矛盾产生了半集中式空调系统和分散式空调系统。,本节介绍半集中式空调系统,包 括,风机盘管系统,诱导器系统,水环热泵系统,一、风机盘管机组,风机盘管的构造和特点风机盘管系统的新风系统 风机盘管的冷媒水系统 风机盘管机组的选择,1风机盘管的构造和特点,2风机盘管系统的新风系统,(a)靠室外渗入新风，浴室或厕所机械排风,(b)装设新风引入风口，新风口可进行调节,(c)设有独立的新风系统,分为以下几种：,（a）室外渗入新风,（b）设新风引入风口,（c）独立的新风系统,3风机盘管的冷媒水系统,（a）基本供水系统；（b）水量调节；（c）水温调节1-风机盘管；2-温度控制器；3-回水三通阀；4-回水总管；5-旁通阀；6-供水总管；7-二次热水泵；8-淡水冷却器；9-一次冷热水泵；10-淡水加热器,4风机盘管机组的选择,风机盘管在夏季提供的冷量,采用以下方法选择,1)利用风机盘管的全热冷量焓效率和显热冷量选用风机盘管,2)风机盘管机组变工况的冷量换算,二、诱导器系统,工作原理 空气调节过程分析,1.工作原理,诱导器系统中有一个关键设备叫诱导器。,诱导器,静压箱喷嘴冷热盘管,它等于诱导器工作时吸入的二次风与供给的一次风量比值,诱导比,n诱导比 Gl、G2诱导器吸一次风量和二次风量,2空气调节过程分析,“全空气”诱导器系统,“空气水”诱导器系统,“全空气”诱导器系统,“全空气”诱导器的诱导比为,为了求出诱导器需要的一次风量G1，可以建立房间的热平衡关系,“全空气”诱导器系统空气调节过程在i-d图上的表示,“空气水”诱导器系统,选择合乎要求的诱导器 需要确定,n、Q1 及 Q2,确定一次风量G1,确定一次风量Gl、一次风处理设备需要的冷量Q1及二次风处理盘管需要的冷量Q2,“空气-水”诱导器的热平衡和在i-d图上的分析,三、水环热泵系统,水环路热泵(Water-Loop Heat Pump，简称WLHP)空调系统是近几年在外商投资的建筑物中出现的一种空调系统型式，它不同于传统的集中式空调系统，不仅能够回收和利用低位热能，既可以供冷也可以供热，而且WLHP系统的末端设备水环热泵机组具有较高的能效比。,1.基本工作原理和四种典型运行状态,组成,水循环路和多个独立的可逆制冷循环环路,基本工作原理,热泵机组按供冷工况运行时，将排放多余热量到水循环环路中。若热泵机组以供暖工况运行，则从水循环环路中吸收热量。各热泵机组所散发的多余热量与需补充的不足热量通过水循环环路给予传递，实现有效的热回收。,四种典型运行状态,由于季节变化及建筑各区所处的朝向和使用功能不同，水环热泵空调系统运行状态也跟随着变化。,夏季（全供冷）,冬季（全供暖）,内区供冷/周边区供暖,部分供冷/部分供暖,2.水环热泵空调系统的特点,调节方便 节能 可同时供冷供暖 经济性好 系统布置简接灵活 设计方便，设计周期短 施工及运行管理方便 噪声大 无新风,3.水环热泵空调系统的应用,从水环热泵空调系统的热回收功能出发，其应用的范围是,气候适中、冬季不太冷而需要供暖的地方,建筑体型大，有明显的周边区和内区,冬季内区热负荷较大的商场，白天热负荷较大、人员集中的办公楼建筑,第三节 分散式空调系统,窗式空调器柜式空调器,一、窗式空调器,窗式空调器又称整体式或穿墙式空调器。由于它具有体积小，安装、使用、维护方便，价格低廉等优点，因而被广泛应用在一般宾馆、旅店、餐厅、办公室、实验室和住宅等场所，目前国内拥有量很大。所不足的是窗式空调器不能像分体式空调那样将压缩机置于远离室内的室外机组内。因此，它的运行噪声较大。,1.窗式空调器的型式,按功能,冷风型,冷暖型,只能制冷、降温去湿，不能制热,既可制冷，又可制热,2.窗式空调器的规格,国产窗式空调器一般采用220v单相交流电源，频率50Hz。空调器的规格通常按制冷量大小来分，一般在5600W(4800千卡小时)以下。市场上常见的窗式空调器多在1250一3500W之间。,3.窗式空调器的工作原理,空调器制冷,空调器除湿,空调器制热,空调的制冷,空调的制热,二、柜式空调器,柜式空调器的基本结构柜式空调器的工作原理柜式空调器的特点,1.柜式空调器的基本结构,它主要分为室内机组和室外机组两大部分,室内机组为立柜形，正面的上部是出风口，立式和横式出风格栅，带有自动摇风装置。正面的下部为进风格栅，装有空气过滤网。室内机组主要是由金属外壳、热交换器、毛细管、冷凝水接收装置、制冷剂管接孔、排水孔、离心风扇、电气盒、面板、底座等部件组成。,室外机组与分体壁挂式空调器的室外机组一样，外壳为长方盒形。主要由冷凝器、压缩机、轴流风扇、风扇电机，四通电磁换向阀、除霜开关、压力保护器、贮液灌、制冷剂连管用高低压阀门以及电气盒等组成。,2.柜式空调器的工作原理,与窗式空调器一样，柜式空调器也有单冷却型(冷风型)和冷、热两用的电热型或热泵型。其工作原理和窗式空调器的工作原理基本相同,对于冷、热两用的电热型柜式空调器,若需制热时，则将冷风型空调器变为电热型空调器，此时仅室内风机及电加热器工作，向室内供暖，压缩机及室外机组的轴流风扇均不工作。,对于冷、热两用的热泵型柜式空调器,在冷风型空调器基础上安装一个电磁换向阀，若需制热时，只须调转电磁换向阀，于是制冷剂流向逆转。,3.柜式空调器的特点,主要特点,与窗式空调器相比,制冷(热)量大 噪声低 冷凝温度适中 安装和检修方便 外形美观、富于装饰性 价格较贵，为窗式空调器的36倍 耗电量大,三、家用中央空调系统,家用中央空调的分类和使用范围家用中央空调系统的型式 家用中央空调的特点,1.家用中央空调的分类和使用范围,家用中央空调一般有两种形式：,风机盘管形式,全风系统形式,适用空间,特别适用于100600平方米的商住楼、高级公寓、单元住宅楼和别墅等建筑。,2.家用中央空调系统的型式,中央空调是集中处理空调负荷的系统型式。其冷热量是通过管路由介质输送到空调房间里去的。按照输送介质的不同，常见的家用中央空调可以分成以下三种主要型式。,风管式系统,冷热水机组,变制冷剂流量系统,风管式单元空调系统原理图,风管式空调箱系统原理图,带新风的风管式单元空调系统原理图,冷/热水机组原理图,VRV系统原理图,3.家用中央空调的特点,以家庭为单元,可满足用户多居室的不同需求 保证宁静的家居环境 室内末端装置可采用多种方式安装，极适宜配合室内装修操作简便,节约能源及运行费用系统运行可靠，维护量极小 无需占用设备层，从而降低房地产价格可以避免破坏建筑物整体外观家用中央空调系统初投资少,