空气调节基础知识讲解.pdf

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1、空气调节基础知识 2008 年 04 月 07 日 09:59:08 作者： wind 目录 1 空气调节 1 1.1 空气调节的四要素 1 1.1.1 温度的保持 1 1.1.2 湿度的保持 1 1.1.3 室内环境指标 3 1.1.4 舒适温度湿度 4 1.1.5 气流 4 1.1.6 洁净度 5 1.2 空气的特性 6 1.2.1 空气的性质 6 1.2.2 空气的湿度 6 2 h-x 线图 ( 空气线图 ) 8 2.1 空调系统和h-x 线图 8 2.2 h-x 线图的术语和使用方法. 10 2.3 h-x 线图的计算 . 13 2.4 空调供给空气温度. 16 2.5 标准品的 BF

2、确认 . 16 2.6 计算加湿的方法. 18 3 能力的修正 ( 能力线图的使用方法) . 21 空气调节基础知识 1 空气调节 空气调节就是根据房间的使用目的，使房间或者建筑物内的空气( 室内空气 ) 达到并保持其最 佳状态的过程。 利用空调进行空气调节，主要是为了满足人们生活所需的，称为保健空调或舒适空调；主要 是为了满足物品的生产、实验、贮藏或者维持机械装置性能的，称为工业空调。 1.1 空气调节的四要素 温度 ( 维持希望的温度值) 湿度 ( 维持希望的湿度值) 气流 ( 维持适当的空气流速) 洁净度 (维持室内空气清洁) 上述四项叫作空气调节的四要素，四要素中缺少任何一个，就称不上

3、是舒适的空气调节。此 外，影响舒适度的要素有：暖热四要素温度( 室温 ) 、湿度 ( 相同湿度 ) 、气流、放射 ( 辐射 ) 温度，以及人体二要素着装的多少活动量。 1.1.1 温度的保持 室内空气的温度通过热( 显热 ) 的散发或吸收而发生变化，所以为了防止温度波动太大，需要 通过某手段来控制。通过以下几种方式来进行通气调节： ( 注) 制冷、制热时， 空气量的多少和温差的大小成正比为了将室内的空气温度保持在一定值 上，必 保证进出的热量冷热风的热量。用来产生并向室内吹出冷热风的装置就是空气调节器。 1.1.2 湿度的保持 在同样的温度下，室内空气的湿度( ) 是由空气中水蒸汽含量 绝对湿

4、度 (kg/kg ) 的多少决定的。因此， 想要保持一定的湿度，要采取某种手段来控制室内水蒸汽 的量的变化。采用以下方法进行空气调节。 因此，为了将室内空气的湿度保持在一定值上，湿度增加时，必须符合以下条件： 增加水蒸汽量 吹出空气的除湿能力 将空气中的水蒸汽减少的方法之一就是让水蒸汽冷却( 取潜热 ) 、冷凝，变成水的形态从空气 中除去。 采用这种方法时，不是计算水蒸汽的重量，而是采用更方便的水蒸汽的潜热值来计 算。 上述公式经变形后成为： 空调将吸入的空气冷却( 取得显热 ) 使之成为低温空气，同时，该空气中的水蒸汽也冷却( 取 得潜热 ) ，其绝对湿度降低，之后空调再将该空气吹出。空调的

5、制冷能力(kW)是空气冷却能 力( 取得显热的能力) 和水蒸汽析出能力(取得潜热的能力) 之和，空气冷却能力与制冷能力的 比例就是显热比(SHF)。为了与后文所述的室内制冷负荷SHF(室 内 SHF)进行区别，这个也称为装置SHF 。) 此外，提高空气湿度时，必须保证：减少的水蒸汽量吹出空气的加湿能力 此时的单位是水分质 量。 各种空调中， 就整装式空调 ( 以下简称空调) 而言， 有的在出厂前就组装有加湿装置，如工业 用空调中的部分机型；有的是另购加湿装置在安装现场进行组装；有的空调则无法附加加湿 功能，因此，在进行机型选择时，请予以注意。空调机的制热能力( 单位： kW)，表示的是空 调加

6、热空气的能力，与加湿无关。另外，若选择直接水喷雾式作为加湿装置，考虑到水汽化 ( 蒸发 ) 时的潜热为2.5MJ/kg ，特别要注意空调器的制热能力。 湿度测量 作为直接测量湿度( ) 仪器，有各种湿度计；间接测量湿度的仪器，有干湿球温 度计。干球、湿球指示的温度差越大，表示湿度越低，反之湿度越高。此外，利用后文所述 的空气线图， 通过干球、 湿球的温度可以求知绝对湿度、相对湿度及其他各种空气的特性值。 1.1.3 室内环境指标 人体周围的空气环境对人体的生理机能及舒适感有着很大的影响，因此，进入 20 世纪以来，人们不断对室内环境进行着研究。为了将环境指标以单一尺度( 以感觉或生理 状态为标

7、准 ) 的形式来表示，提出了各种方法。 (1) 新有效温度 1923 年， 有人把干球、 湿球温度和气流速度结合，作为实验测得的有效温度(ET： Effective的简称 ) ，在空气调节中被广泛使用。 1 9 7 2 年美国的暖通空调工程师协会(ASHRAE) 发表的新有效温度开始被使用。 为了与以前的有效温度( E T ) 进行区别，新有效温度简略成( E T * ) ， 进 一步，该温度作为ASHRAE 标准被标准化。 1981 年，作为ANSI/ASHRAE 规格，如图7 所示的舒适线图发表了。 图 6 新有效温度 (ET*)(ASHRAE,Handbook,1972)(A35)(摘自

8、丸善株式会社发行的“空气调 节手册”) 1.1.4 舒适温度湿度 表1 室内条件的基准值与大楼管理法( 石野 ) ( 摘自空气调节卫生工程学手册) 注： . 停用期采用夏季、 冬季值的中间值即可。. 确保建筑物卫生环境的相关法律。( ) 内的值表示温度湿度的适用范围。 对应空调条件而恒定不变的温度、湿度是不存在的。在日本，将夏季干球温度为26、相 对湿度为55的，冬季室内干球温度为23、相对湿度为45的状态称为空调温度。从节 能的观点看，推荐为：夏季28，相对湿度50；冬季18，相对湿度40左右。但是， 在空调设计中采用的制冷条件为26、 50，制热条件为22、 50。重要的是，空气调 节的目

9、的是达空调规格规定的室内空气品质，且空调用户的要求是首先要考虑的。 1.1.5 气流 进行空气调节时，为了将温度、湿度保持于一定的值，空调将已调节了绝对湿度的冷、暖风 吹向室内， 这个之前已经说明。吹出的空气 ( 供给空气 ) 如果在室内的流动( 气流 ) 状态不好的 话，就得不到充分的空气调节效果。 有关气流的项目说明如下： 气流分布 风速 循环次数 下面就以上各项进行说明。 气流分布 a. 必须保证在空调房间的各个角落都能感受到吹出 的空气。 如果冷、 热风没有到达， 温、湿度调节就不充分。除了要考虑安装场所和相关工程， 还要对空调方式、机型选择以及机器的安装场所予以充分的注意。根据房间的

10、平面形状、天 花板的高度、用途等的不同，有时需要使用风管。 另外，返回空调的空气吸入空气、返回空气 b. 对于房间而言，热量的出入是不同的( 例如：窗缝、出入口旁是冬寒夏热) ，有些房间里 还有设备散发出热量，夏天制冷和冬天制热时，需要空调器的能力是不同的。 考虑到这些因素，有必要对气流要重新分配。 (RA) 也要顺利、均匀、全部地返回。 c. 乱气流防止 乱气流 (Draft)是由于空气的温度差( 密度差 ) 产生的空气流动，在空气调 节中，就是指搅乱空气调节的空气动。(例 1) 冬天，玻璃窗是冷的，与玻璃接触的室内空气也变冷，产生冷空气的下降气流。( 冷的乱气 流) ( 例 2) 吹出的空

11、气的前端遇到的墙壁和屏风，遭遇到其他地方吹来的空气时，会产 生乱气流 (DRAFT)。当剩余风速 ( 末端风速 ) 在 0.5m/s 以上时，较容易产生乱气流。 风速 人体或室内发热体所发出的热量会向空气中散发，所以，如果空 气不流动的话，就无法散热。但是，如果风速过快，人就会觉得不适，机器也不能正常地进 行冷却， 因此，需要特别注意风速。从人的感觉来考虑时，室内居住区域( 距离地面1.2-1.5m 左右 ) 的风速应为0.3m/s 以下 ( 这个风速不仅是水平方向，垂直方向也要考虑) ，也就是说， 强风吹不到坐着的人。 循环次数 为了减少室内温度的不均，从空调中吹出的空气量( 风量 ) 和房

12、间容积 ( 空调 房间的体积 ) ，用下面的公式进行计算，其数值不小于6(最小值 4) 。 1.1.6 洁净度 所谓洁净度，就是为了保持室内空气的清洁，也就是说， 不让空气有严重的污染，前面已进 行了说明。 判断室内空气清净的项目包括： 氧气浓度灰尘浓度 恶臭浓度有害气体浓度 除了因确保氧气量需换气外，灰尘、恶臭、有害气体的浓度高时也应该进行换气( 把被污染 的空气排出房间，引入新鲜的室外空气) ，用这种方式，确保室内污染物的浓度保持在较低 水平。 为了补充氧气， 需要按换气量成倍换气。换气量大热的负荷大空调机组大设备 费、运行费用大。 变化的情况如表4 所示。关于换气和除尘方面的问题，以后再

13、做补充说明。 / 吹出风量 ( 例解 ) t 321.3( ) ( 参考 ) 混合空气的状态点在哪个位置取决于室外空气和室内空气的混合量。如果 100% 为室外空气的话，混合空气的状态，变成点，如果完全不取室外空气的话，混合空气的状 态点将变成。在和之间的点由室外空气和室内空气的质量比率决定。 (3)运行中的制冷能力的计算 而且其他的判定项目没有异常的话，可以判定空调运行正常。 ( 解) 对空调吹出的空气、吸入的空气 ( 空调吸入外气时，室外空气和室内空气) ，正确测量其 干球温度、 湿球温度 ( 各用 2 组以上的干湿计) ，通过空气线图， 求出冷却器吸入空气的焓 h1、吹出空气的焓h2 和

14、比容 2，用下面的计算式，计算空调运行时的制冷能力。 Qc ：制冷能力 (kW) 60 ：单位 (m3/min) ，风量单位 (m3/s) ，这个 60 不需要 风量：单位 (m3/min) ，( 或者 m3/s) 。 空调没有接配管的时候，如果没有其他的问题，可用额定风量。 2 ：吹出空气的比容 ( 例) 吸入空气干球温度27.0 湿球温度19.5 吹出空气干球温度18.0 湿球温度13.5 风量 30m3/min ( 解) 在空气线图上，h155.3(kJ/kg ) h237.7(kJ/kg ) v20.835(m3/kg ) 或 (4) 制热运行时能力计算 ( 解) 用前面第 (3) 项

15、一样的方法来测量运行中的空调的空气条件。有加湿器时，停止加湿， 使湿度没有变化( 含加湿的计算在2.6项中叙述 ) 。通过空气线图，知道吹出空气的比容 2，通过加热器入口空气的干球温度t1 、吹出空气的干球温度t2 ，用下面的计算式， 计算运行中的制热能力。 QH ：制热能力 (kW) 60 ：单位 (m3/min) ，风量的单位(m3/s) ，这个 60 不需要 风量：单位 (m3/min)( 或者 (m3/s) 。 Cpa ：空气的定压比热 (kJ/kg K) 1.006(kJ/kg K) , 计算时可略作1。 2 ：吹出空气的比容(m3/kg ) 装有辅助电加热器的热泵型空调，其热泵制热

16、 时的制热能力，在确认辅助电热器不工作之后，进 行必要的测量计算。 ( 例) 吸入空气干球温度21.0 湿球温度14.0 吹出空气干球温度38.5 湿球温度20.1 风量 40m3/min 附带的电加热器2kW,不工作 ( 解) 在空气线图上，20.893(m3/kg ) 或 2.4 空调供给空气温度 标准形空调的供给空气温度求出与室内制冷负荷相应的供给空气的条件，将其与所选的空调 吹风状态进行比较，以此判定所选的机器是否适用。 (1) 首先，通过制冷负荷，求出室内目标供给空气状态点。在空气线图上，求室内空气状 态点，室内负荷SHF线向左下方划，查点的焓h1(kJ/kg ) 。 室内空气和室内

17、目标供给空气之间，求焓差h ，然后计算出供给空气的焓 h5(kJ/kg ) h室内制冷负荷(kW)0.83(m3/kg ) 60 / 选定的空调风量 (m3/min) (9) 0.83: 空调计算时的比容 的标准值室内负荷线SHF上，焓变为h 5，空气状态点是室内 目标供给空气。 (2) 从空调的制冷能力，求得装置供给空气状态点。通过能力线图可求得所选空调的制冷 能力及装置SHF的值，通过以下计算式，求出制冷后吹出空气的焓的降低量 he。 he制冷能力(kW)0.83(m3/kg ) 60 / 选定的空调风量 (m3/min). (10) 在空气线图上， 求得空调蒸发器吸入空气状态点( 参照2

18、.3(2),从装置SHF线向左下方 划。从点的焓h3 引出的h4 的焓，是空调吹出的空气的焓，装置供给空气状态点在装置 SHF线上，焓是点。 (3) 对选定机组是否适合进行判断 在空气线图上，若装置供给空气状态点，在室内目标供给空气状态点的左下方的话( 图 32 的网点范围 ) ，机型选定没有错误( 但是，偏向左下方时制冷能力偏大，可选定制冷能力 小的空调作调整) 。偏向右下方时，表示空调制冷能力不足。 当空调不能吸入外气时，点 和点变得相同。 2.5 标准品的 BF确认 (1) 求 BF(旁通管系数 ) 空调中的BF 是指，经过热交换器( 冷却器、加热器) 的空气中，未接 触散热片、 散热管

19、 ( 未经冷却、 加热 ) 而直接通过的空气所占的比例。以热交换器的大小为基 准进行比较，风量大时BF也变大，风量小时BF也变小。 利用 JIS 标准制冷条件下的装置SHF ，得出空调的BF。 ( 解) 找出空调的制冷能力和SHF(标准风量、 JIS 标准制冷条件下)。在空气线图上，找干球 温度 t1 27、t 119(JIS冷却器吸入空气标准条件)的点，把装置 SHF线向左下方延伸， 和饱和线（ ?100) 的交点，得到焓h3。得出在标准条件下的h, 求得 h2。 h(kJ/kg ) 制冷量 (kW)0.83(m3/kg ) 60 /风量 (m3/min) (11) 也可以认为，只要风量不变

20、，该BF的值也不变。 (2) 求得预估空气条件 利用空调制冷能力和当时的风量及BF，得出空调吹出空气条件( 预估供给 空气条件 )。 ( 解) 在空气线图上找出冷却器入口空气状态点，求出该状态点的焓h1。通过制冷能力和 风量得出 h、求出 h1。通过以下计算式求出h3。 在空气线图的饱和线(?=100%)上，找出焓和变成h3 的点，用直线连接和。在这个直线 上，求得焓h2 的点，这个点就是空调所吹出的空气( 预估供给空气 ) 的状态点。 2.6 计算加湿的方法 (1) 根据换气时制冷、制热负荷，求出必要加湿量 通过换气时的制冷制热负荷，得出必要加湿量。 ( 解) 在空气线图上，找出夏季、冬季的

21、室内外空气条件，找出焓差，绝对湿度差，通过下面 的计算式，求得显热负荷、潜热负荷、必要加湿量。 夏季显热负荷 (kW) 换气量/ 0.83 hS(S) . (13) 换气量 . 单位 (m3/s) 0.83. 比容(m3/kg) 的标准值 夏季潜热负荷 (kW) 换气量/ 0.83 hL(S) . (14) hL(S) . 焓差 (kJ/kg ) 冬季显热负荷 (kW) 换气量 /0.83 hL(W) . (15) hS(W) . 焓差 (kJ/kg ) 冬季加湿量 (kg/s)换气量 /0.83 x (16) x 绝对湿度差 (kg/kg ) 热水分比 刻度 这个 ，实际上，如下例时利用 (

22、a) 水喷雾加湿时 4.186 tw tw . 水温( ) (b) 蒸汽喷雾的时候 1.805 ts 2501.6(kJ/kg) 1.805 水蒸汽的定压比热(kJ/kgK) ts . 蒸汽温度 ( ) 2501.6. 0的水蒸发潜热(kJ/kg) 给某种状态的空气加湿时，在空气线图上，两 者的状态变化都向着与该 刻度线平行的方向进行。 (2) 制热开始时的必要加湿量知道制热开始时的必要加湿量。在制热期间，制热开始时的室 内绝对湿度较低，室温变高时，?有不足情况。这时，通过下面的公式，求得必要的加湿量， 有必要进行与换气量不同的加湿。 必要加湿量 (kg) 房间容积0.83 x . (17)

23、0.83. 比容(m3/kg) 的标准值 x 绝对湿度差 (kJ/kg )( 图 36) 必要加湿能力(kg/h)必要加湿量(kg)/从制热开始到室温变为一定值为止的小时数 (h). (18) ( 例) 制热开始时的室内空气: 干球温度8.0 、湿球温度4.0 制热时室内空气设计条件: 干球温度21.0、 ?45 房间容积 300m3 室温上升时间 30 分(0.5小时 ) 求加湿器的能力 ( 解) 在空气线图上， 求出开始制热时的空气状态点以及制热设计条件的空气状态点，以此可 得出 2 点的 x 的差，即x。 必要加湿量 300/0.83 0.00371.34(kg). (19) 加湿器能力

24、 1.34kg/0.5小时 2.68 约 3.0(kg/h). (20) (3) 再加热再加湿 与室内制冷负荷最大值相对应的有一个目标供给空气值，一般在选择机型时，选择装置供给 空气值与该值相同的或比该值稍微低温、低湿的空调。 但是，室内制冷负荷随着时间、季节、 室内因素 (人员、 照明、机械器具等) 的变化而有所变化，所以，与之相对应的目标供给空气 的条件也会发生变化。只要不改变冷却器吸入空气条件、 吹出风量、室外空气条件，则装置供给空气也很难改变。 因此， 室内制冷负荷较小时，室内空气的温度和湿度比设定值低，所以，对于一般的空调而 言，将检测室内干球温度，并根据需要停止空调的运行。在此，与

25、湿度的变化无关。 然而，想要精确控制温度、湿度时，满足了目标供给空气条件( 与室内制冷负荷相对应) 的空调送风 ( 装置供给空气) 是必需的，冷却器必须对吹出的空气进行加热、加湿( 再加热、 再加湿 ) 。此时，目标供给空气的状态点，可通过预估室内负荷的最小值求出，可进行容 量控制的空调的吹出空气的状态点e，可通过最小容量的值求出。 再加热时，再加湿的水的形态为水滴( 雾) 或是水蒸气，根据其形态的不同会有较大的变化， 请予以注意。 另外，当室内制冷负荷中的大部分是潜热负荷( 水蒸气增加 ) 时，空调吹出空气的温度与室内 空气温度大致相等，仅湿度降低。此时，将冷却器吹出的空气进行再加热，并将加

26、热后的空 气向室内供给。一般把这个过程称为干燥过程。 参考资料 (1) 日本冷冻协会：湿空气h-x 线图 (1994) 3 能力的修正 ( 能力线图的使用方法) 在详细的资料中记载有能力线图。当这些能力线图中记载有“额定能力”时，若没有特别的 注释，该额定能力就是在JIS C9612或 JIS B8616制冷条件、制热条件下测得的值。随运行 条件的不必须进行修正。并且在能力线图上得到的能力值是制冷剂配管长度为5 米时的值， 超过这个长度 时应按照制冷剂配管的计算长度进行修正。另外，制热时如果室外侧吸入空气湿球温度在 6W B以下 时，室外热交换器易结霜，会引起能力的降低，所以也有必要进行修正。 空调的预估能力额定能力空气温度条件修正能力比制冷剂配管长度修正能力比 ( 包括制热时的结霜修正) ( 全文完） （写于 2007-11-1至 11-8 上海， 11-10 至 29 北京 12-2至 08-02 上海，整理3-2 至 4-12 东莞）