第二章空调负荷计算与送风量课件.ppt
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1、 空调房间冷空调房间冷(热热),湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容,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。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得热量和得湿量。当得热量为负值时称为当得热量为负值时称为耗耗(失失)热量。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冷负荷负荷,相反,为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为,相反,为补偿房间失热而需向房间供应的
2、热量称为热负荷热负荷;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湿负荷。得热量得热量通常包括以下几方面:通常包括以下几方面:1 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;热量;2 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。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。主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。房间冷房间冷(热热),湿负荷量的计算必须以室外气象参敛和室内要求,湿
3、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。维持的气象条件为依据。第二章 空调负荷与送风量第五节第五节 空调房间送风量的确定空调房间送风量的确定本章内容本章内容第一节第一节 室内外空气计算参数室内外空气计算参数第二节第二节 太阳辐射热对建筑物的热作用太阳辐射热对建筑物的热作用第三节第三节 通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷第四节第四节 室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷一、室内空气计算参数一、室内空气计算参数 二、室外空气计算参数二、室外空气计算参数(二)室内空气温湿度计算参数(二)室
4、内空气温湿度计算参数(一)人体热平衡和热舒适感(一)人体热平衡和热舒适感(三)冬季空调室外空气计算参数(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(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(二)夏季空调室外空气计算参数空调室内设计参数包括的内容空调室内设计参数包括的内容v环境指标:环境指标:主要指标主要指标 温度、湿度、空气流速、清洁度温度、湿度、空气流速、清洁度其他指标其他指标 压力、噪声、气味等压力、噪声、气味等v空调房间室内气象参数的确定原则空调房间室内气象参数的确定原则 舒适性空调主要取决于人体热舒适要求舒适性空调主要取决于人体热舒适要求 工艺性空调主
5、要取决于生产工艺要求工艺性空调主要取决于生产工艺要求一、一、室内空气计算参数室内空气计算参数 空调房间室内温湿度标准的描述方法:空调房间室内温湿度标准的描述方法:温湿度基数温湿度基数 空调精度。空调精度。室内温湿度基数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;对湿度;空调精度空调精度是指在要求的是指在要求的空调区域空调区域内和要求的持续时间内,空气温度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,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,n=505%。(空调区域空调区域是
6、指离外墙是指离外墙0.5米,离地面米,离地面0.3米至高于精密仪器设备或人的米至高于精密仪器设备或人的呼吸区呼吸区0.30.5米范围内的空间)米范围内的空间)人体靠摄取食物以获得能量维持生命,能量最终以热量的形式人体靠摄取食物以获得能量维持生命,能量最终以热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:热平衡可用下式表示:S=M-W-E-R-CS:人体蓄热率:人体蓄热率M:人体能量代谢率:人体能量代谢率W:人体所作机械功: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:汗液蒸发和呼出的水蒸汽
7、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: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:穿衣人体外表面与周围表面之间的对流换热量S=f(M,tn,n,tr,vn,Icl)S0 体温上升体温上升,S0 体温下降,体温下降,S=0 热平衡热平衡(一)人体热平衡和热舒适感(一)人体热平衡和热舒适感1、人体热平衡、人体热平衡v 研究方法:研究方法:心理学心理学v 定义:定义:人对周围环境人对周围环境“冷冷”“”“热热”的主观描述。的主观描述。v 特点特点:尽管人描述环境的冷热,实际上只能感觉到自己皮肤下:尽管人描述环境的冷热,实际上只能感觉到自己
8、皮肤下神经末梢的温度。所以神经末梢的温度。所以“冷冷”“”“热热”与感受者的身体状态有关,与感受者的身体状态有关,不是完全客观的。不是完全客观的。v“中性中性”的定义:的定义:不冷不热,人用于体温调节消耗的能量最小。不冷不热,人用于体温调节消耗的能量最小。20世纪初发现人的皮肤上存世纪初发现人的皮肤上存在对冷敏感的区域在对冷敏感的区域“冷点冷点”和对和对热敏感的区域热敏感的区域“热点热点”人体各部位的冷点数目明显人体各部位的冷点数目明显多于热点多于热点 为什么人对冷更敏感?为什么人对冷更敏感?什么是热舒适?什么是热舒适?“对热环境感到满意的心理状态对热环境感到满意的心理状态”Fanger教授提
9、出热舒适的三个条件:教授提出热舒适的三个条件:v1)人体必须处于热平衡状态,以便使人体对环境的散热量等人体必须处于热平衡状态,以便使人体对环境的散热量等于人体的体内产热量,并且蓄热量为零,即:于人体的体内产热量,并且蓄热量为零,即:M-W-C-R-E=0 (S=0)v2)皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平)皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平 v3)人体应具有最佳排汗率)人体应具有最佳排汗率 2、热舒适感、热舒适感Bedford 和和 ASHRAE 的七点标度的七点标度贝氏标度贝氏标度ASHRAE热感觉标度热感觉标度7过分暖和过分暖和7热热6太暖和太暖和6暖暖5令人舒适的暖和令人舒适的暖
10、和5稍暖稍暖4舒适舒适(不冷不热)(不冷不热)4正常正常3令人舒适的凉快令人舒适的凉快3稍凉稍凉2太凉快太凉快2凉凉1过分凉快过分凉快1冷冷热舒适投票 TCV 与热感觉投票 TSV热舒适投票 TCV热感觉投票 TSV4不可忍受+3热3很不舒适+2暖2不舒适+1稍暖1稍不舒适0正常0舒适-1稍凉-2凉-3冷Thermal Comfort Vote&Thermal Sensation VotePMV指标的指标的7级分度级分度反应反应见汗滴见汗滴手、额、手、额、颈等局部颈等局部见汗见汗感热,皮感热,皮肤发粘、肤发粘、湿润湿润感觉适宜,感觉适宜,皮肤干燥皮肤干燥感凉(局感凉(局部关节,部关节,可忍受)
11、可忍受)局部感局部感冷不适,冷不适,需加衣需加衣很冷,可很冷,可见鸡皮或见鸡皮或者寒颤者寒颤 热 感 觉热暖微 暖适 中微 凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3v 分度方法和分度方法和TSV基本一致基本一致26272829303132Observed mean thermal sensationPMVOperative temperature(oC)HotWarmSl.warmNeutralSl.cool产热产热 热量消耗热量消耗人体蓄热人体蓄热 能量代谢能量代谢M、对外做功、对外做功W、与、与环境的显热换热和潜热交换环境的显热换热和潜热交换E对流散热对流散热C辐射散热辐射散热R皮肤散湿皮
12、肤散湿呼吸散湿呼吸散湿人体与环境的热交换人体与环境的热交换rt人体热人体热舒适条件:)(44rcleffclTTffR 长波辐射长波辐射IffaReffcl 人体对长波辐人体对长波辐射的发射率和吸射的发射率和吸收率在收率在0.95左右左右对太阳辐射的吸收对太阳辐射的吸收3、有效温度图和、有效温度图和ASHRAE舒适区舒适区 v由于人的舒适感共四个环境影响因素和四个人为因素,因此不能用一由于人的舒适感共四个环境影响因素和四个人为因素,因此不能用一个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。v有效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感有
13、效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感觉的。觉的。人为因素人为因素环境因素环境因素舒适感影响因素舒适感影响因素室内空气温度室内空气温度室内空气相对湿度室内空气相对湿度人体活动量人体活动量衣着情况衣着情况人体附近的空气流速人体附近的空气流速维护结构内表面及其它物体表面温度维护结构内表面及其它物体表面温度年龄年龄性别性别人体活动量人体活动量年龄年龄性别性别v 1919开始研究,开始研究,1967前的前的ASHRAE手册采用手册采用v 有效温度有效温度ET定义:定义:“这是一个将干球温度、湿度、空气流速这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的
14、任意指标。对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”v 对于正常穿着:对于正常穿着:ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47v 对于半裸者对于半裸者:(二式条件均为二式条件均为 va0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/1+0.22(Ta-Twb)v 缺点:低温条件下湿度的影响不准确缺点:低温条件下湿度的影响不准确(1)(1)有效温度有效温度ETETv ASHRAE标准标准55-74,ASHREA手册手册1977版版v 参考空气环境:身着参考空气环境:身着0.
15、6 clo服装静坐,空气流速服装静坐,空气流速0.15m/s,相对,相对湿度湿度50,干球温度,干球温度T0v 如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气环境中的冷热感相同,则此环境的环境中的冷热感相同,则此环境的 ET*T0v 该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。SET*=2422.5,10024,50%SET*20 在同一条有效温度线在同一条有效温度线上具有相同的热感觉上具有相同的热感觉 有效温度线与有效温度线与50相相对湿度线的交点上标注着对湿度线的交点上标注着等
16、效温度的数值,在该点等效温度的数值,在该点等效温度与干球温度相等等效温度与干球温度相等 例如,通过例如,通过t25,50的两线的交点的的两线的交点的虚线即为虚线即为25等效温度等效温度线线。热舒适方程热舒适方程 S=M-W-E-R-C S=M-W-E-R-C令人体热平衡方程中蓄热率令人体热平衡方程中蓄热率 S S0 0,得出:,得出:(M W)=fcl hc(tcl-ta)+3.96 10-8 fcl(tcl+273)4 (+273)4+3.05 5.733 0.007(M W)Pa +0.42(M W 58.2)+1.73 10-2 M(5.867 Pa)+0.0014 M(34 ta)对流
17、散热对流散热辐射散热辐射散热汗液蒸发散热汗液蒸发散热呼吸潜热和显热散热呼吸潜热和显热散热皮肤扩散蒸发散热皮肤扩散蒸发散热rt人体对稳态热环境的反应描述人体对稳态热环境的反应描述-理论建立者:理论建立者:P.O.Fanger4、人体热舒适方程和、人体热舒适方程和PMV-PPD指标指标 v在同样的热环境条件下,人与人的热感觉也会有所不同,因此,应该采用平在同样的热环境条件下,人与人的热感觉也会有所不同,因此,应该采用平均热感觉指标的概念,而预测的平均热感觉指标常常简称为均热感觉指标的概念,而预测的平均热感觉指标常常简称为PMV。v可以合理的设想,人不舒适的程度愈大,由舒适状态偏离调节机制的热负荷可
18、以合理的设想,人不舒适的程度愈大,由舒适状态偏离调节机制的热负荷越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数,表明一个人的体内热平越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数,表明一个人的体内热平衡和对所处环境的热损失之间的差异,衡和对所处环境的热损失之间的差异,Fanger收集了收集了1396名美国和丹麦受试名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料,得出者的冷热感觉资料,得出PMV的计算式:的计算式:PMV=(0.303 e0.036 M+0.0275)TL =(0.303 e0.036 M+0.0275)M W 3.05 5.733 0.007(M W)Pa0.42(M W 58.15)1.73
19、10-2M(5.867 Pa)fcl hc(tcl ta)0.0014 M(34 ta)3.96 10-8 fcl (tcl+273)4 (+273)4 PMV是由舒适方程得到的一个热感觉值数,体现了四种热环境变量的一定组合、是由舒适方程得到的一个热感觉值数,体现了四种热环境变量的一定组合、活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测。活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测。预测平均评价预测平均评价PMV(Predicted Mean Vote)PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉,不能代表所有个人的感觉。指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉,不能代表所有个人的感觉。PMV的计算是完全客观
20、的,但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。的计算是完全客观的,但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。在同样热环境条件下,人与人之间的热感觉会存在差异,而人与人对热环境在同样热环境条件下,人与人之间的热感觉会存在差异,而人与人对热环境的反应的差异除了热感觉的不同之外,还表现在对环境满意与否的差异。因此,的反应的差异除了热感觉的不同之外,还表现在对环境满意与否的差异。因此,Fanger又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况,预测平均又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况,预测平均不满意百分数常常简写为不满意百分数常常简写为PPD(Predicted Percent Di
21、ssatisfied)。)。预测平均不满意百分数预测平均不满意百分数PPD(Predicted Percent Dissatisfied)v PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数v PPD100 95exp(0.03353 PMV 4+0.2179 PMV2)(二)室内空气温湿度计算参数(二)室内空气温湿度计算参数 室内温湿度设计参数的确定,除了要考虑室内参数综合作用下室内温湿度设计参数的确定,除了要考虑室内参数综合作用下的舒适条件外,还应的舒适条件外,还应依据室外气温、经济条件和节能要求进行综合考虑。依据室外气温、经济条件和节
22、能要求进行综合考虑。1、舒适性空调、舒适性空调夏季:夏季:2428,4065%,0.3m/s冬季:冬季:1822,4060%,0.2m/s2、工艺性空调、工艺性空调降温性空调:有范围,无精度降温性空调:有范围,无精度恒温恒湿空调:对基数和精度都有严格要求恒温恒湿空调:对基数和精度都有严格要求净化空调:温湿度有一定要求,空气含尘大小和数量有要求净化空调:温湿度有一定要求,空气含尘大小和数量有要求影响热环境的因素影响热环境的因素温度扰量温度扰量湿度扰量湿度扰量影响洁净度的因素影响洁净度的因素影响噪声的因素影响噪声的因素室外空气室外空气室内:人员、设备、敞开水源室内:人员、设备、敞开水源室外空气温度
23、、辐射室外空气温度、辐射室内:人员、照明、设备室内:人员、照明、设备内外扰量内外扰量二、室外空气计算参数二、室外空气计算参数 1、目的、目的确定围护结构传热负荷;确定新风处理负荷。确定围护结构传热负荷;确定新风处理负荷。2、室外空气温湿度的变化规律、室外空气温湿度的变化规律 a、气温的日变化气温的日变化、季节变化和年分布、季节变化和年分布(气象包络线气象包络线)b、湿度的变化、湿度的变化3、夏季空调室外空气计算参数、夏季空调室外空气计算参数 a、夏季空调室外计算干、湿球温度、夏季空调室外计算干、湿球温度确定新风状态确定新风状态 b、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度、夏季空调室外计算日平均温
24、度和逐时温度计算传热负荷计算传热负荷4、冬季空调室外空气计算参数、冬季空调室外空气计算参数 温度:采用历年平均不保证温度:采用历年平均不保证1天的日平均温度;天的日平均温度;相对湿度:采用累年最冷月平均相对湿度。相对湿度:采用累年最冷月平均相对湿度。一、太阳辐射热的基本知识一、太阳辐射热的基本知识(一)地球对太阳的相对位置(一)地球对太阳的相对位置 00+23.5-23.5 太阳辐射热量的大小用辐射强度太阳辐射热量的大小用辐射强度I来表示,它是指一平方米黑来表示,它是指一平方米黑体表面在太阳照射下所获得的热量值,体表面在太阳照射下所获得的热量值,W/m2。当太阳辐射线到达大气层时,其中一部分辐
25、射热被大气层中的当太阳辐射线到达大气层时,其中一部分辐射热被大气层中的臭氧、水蒸气、二氧化碳等吸收;另一部分被云层中的尘埃、冰晶臭氧、水蒸气、二氧化碳等吸收;另一部分被云层中的尘埃、冰晶等反射或折射,形成无方向的散射辐射;未被吸收和散射部分则透等反射或折射,形成无方向的散射辐射;未被吸收和散射部分则透过形成直射辐射。故而,到达地面的太阳辐射过形成直射辐射。故而,到达地面的太阳辐射=直射直射+散射,直射有散射,直射有方向性,散射无方向性。方向性,散射无方向性。(二)太阳辐射强度(二)太阳辐射强度地面上太阳辐射强度的影响因数地面上太阳辐射强度的影响因数 赤道赤道 纬度(纬度()太阳赤纬(太阳赤纬(
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