ab过程线水温特点温度或显热含湿量或潜热焓或总热过程名称课件.ppt
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1、空调工程设计应用与分析 空气的组成与状态 空气的状态参数 空气的焓湿图及其应用1、空气的组成体积比:氮气约占78;氧气约占21;其他(一氧化碳,二氧化碳及惰性气体)约占1水蒸气按质量比约占0.01%0.4%空调技术中:湿空气干空气水蒸气2、空气中的水蒸气及其影响空气中水蒸气的来源影响空气水蒸气量的因素(共3点)空气中水蒸气量的变化对空气的干燥和潮湿程度会产生重要影响(共5点)3、干空气干空气指除水蒸气以外的那部分空气。基本特征:在常温常压下不发生相变组成成分及比例不变不可压缩 在空气处理过程中,水蒸气含量变化较大,而干空气的成分和数量却保持相对稳定,可以作为一个整体来对待。因此通常以干空气为基
2、数,可以在简化计算的同时,使计算更加精确。4、空气的状态与基本变化规律 根据空气中水蒸气的不同状态,划分空气的不同状态:1.饱和空气:空气干空气干饱和蒸气饱和空气2.过饱和空气:空气干空气湿饱和蒸气过饱和空气3.不饱和空气:空气干空气过热蒸气不饱和空气三过程可以相互转化:以“雾”的形成和消失为例 空气的状态参数:压力类、温度类、湿度类、能量类1.2.1 空气的压力类参数空调压力概念在以下四个方面的应用:某些空调房间空气压力必须比另一些房间(散发污染源)的空气压力高空气潮湿状态程度可以用水蒸气分压力来定义不同的大气压力条件,空气的性质不一样,需查阅不同的焓湿图在设计风管的过程中,要用到空气全压、
3、静压、动压的概念。所有风机盘管和风机都要用到出口全压这个选型参数 1.2.1 空气的压力类参数1、大气压力与空气的绝对压力 大气压力:地球表面单位面积上所受到大气的压力称为大气压力或大气压,用 表示,单位为Pa 用弹簧压力表等仪表测得的空气压力值称为工作压力。工作压力大于0,称为表压力;若小于0,其绝对值称为真空度。工作压力与绝对压力的关系:绝对压力工作压力当地大气压力 注意:绝对压力才是空气的状态参数Bp 2、水蒸气分压力水蒸气分压力:空气中的水蒸气单独占有空气的体积,并具有与空气相同的温度时所具有的压力,通常用 表示,单位为Pa。干空气分压力:空气中的干空气单独占有空气的体积,并具有与空气
4、相同的温度时所具有的压力,通常用 表示,单位为Pa。根据道尔顿分压力定律:qpgpqgBppp 1.2.2 空气的温度类参数1、干球温度 表示用 ,单位为2、湿球温度 湿球温度是空气的一个状态参数 表示用 ,单位为,由湿球温度计测得 湿球温度计测湿球温度的原理3、露点温度 露点温度的概念 表示用 ,单位为gtt或stLt 1.2.3 空气的湿度类参数1、含湿量定义:每千克干空气中含有的水蒸气量,即 式中 含湿量,单位为kg/kg干;空气中所含水蒸气的质量,单位为kg;空气中所含干空气的质量,单位为kg干。gqmmd dqmgm 饱和含湿量:即饱和空气的含湿量,此量与温度相关,空气的温度越高,空
5、气达到饱和状态时能容纳的水蒸气量越多,即饱和含湿量越大。2、相对湿度定义:空气中的水蒸气分压力与相同温度下的饱和空气的水蒸气分压力之比,即 相对湿度可以直观的反映空气中水蒸气接近饱和的程度。此值为0,则为干空气;此值为100,则是饱和空气。%100.bqqPP 1.2.4 空气的能量参数 焓:即比焓或质量焓,是物质本身所包含的内部能量,用h表示。单位 。以0的干空气和0的水的焓值为0作为基准,则空气的焓为:含有1kg干空气的空气的焓,单位为 1kg干空气的焓,单位为 含湿量,单位为 1kg水蒸气的焓,单位为干kgkJ/qgdhhhhghdqh干kgkJ/干kgkJ/干kgkg/汽kgkJ/dt
6、thKkgkJckgkJrttcrhtKkgkJcttchqpqpqppg)84.12500(01.1/84.10/250084.12500/01.1式中01.1.空气的焓值为水蒸气的比定压热容时水的汽化潜热空气的温度干空气的比定压热容;水 1.2.5 空气状态参数之间的关系1)含湿量与水蒸气分压力之间的关系:2)由水蒸气分压力和干球温度求相对湿度:3)由温度和含湿量求解焓:qqpBpd622.0%100bqqppdtth)84.12500(01.14)由干球温度和相对湿度求解含湿量:5)由干球温度和湿球温度求解相对湿度:bqbqpBpd.622.0压力所对应的饱和水蒸气分湿球温度sbqbqB
7、sbqtpppttp.)(00065.0 1.3.1 焓湿图的组成 1、焓湿图的绘制 2、热湿比和热湿比线热湿比,即用空气状态变化前后的焓差比上含湿量差;连接空气状态变化前后状态点的直线为热湿比线,表示空气状态变化的方向和特征 空气由状态A到状态B,其热湿比值为:ABABddhhdh 1.3.2 焓湿图的应用1.3.2.1 确定空气的状态及查找参数;1.3.2.2 表示空气状态变化过程;1、加热过程 A AB B:t0t0,h0,h0,d=0 d=0 处理设备:(电)空气加热器2、冷却过程 干冷A AC:C:t0,t0,h0,h0,d=0 d=0 处理设备:表面式冷却器,喷水室 湿冷A AC”
8、:C”:t0,t0,h0,h0,d0 d0 处理设备:表面式冷却器,喷水室3、等焓过程 等焓减湿A AE:E:d0,d0,t0,h=0h=0 处理设备:固体吸湿剂 等焓加湿A AD:D:d0,d0,t0,t0,d0,h0,h0,t=0 t=0 处理设备:蒸汽加湿器,喷水室1.3.2.3 确定两种不同状态空气混合后的状态点根据能量守恒和质量守恒定律:由上两式,导出:混合点C就在AB连线上 且有:CmBmABmBAmACmBmABmBAmAdqqdqdqhqqhqhq)()(mBmABmBAmACmBmABmBAmACqqdqdqdqqhqhqhmBmAqqACBC 2.1 室内外空气计算参数 2
9、.2 太阳辐射对建筑物的热作用 2.3 空调负荷 2.4 空调房间送风量和送风状态点的确定 2.1.1 室内空气计算参数舒适性工艺性1、热舒适性与室内空气计算参数 影响人热舒适性的因素复杂,先后引入了 热强度指标;等感温度;有效温度;人体 舒适区等方法来描述(1)人体热平衡与热舒适感 人体温度应维持在36.537,人体才感觉舒适。影响人体舒适感的因素有:1)室内空气温度2)室内空气相对湿度3)人体附近气流速度4)围护结构内表面及室内其他物体表面的温度5)衣着情况及衣服的保温性和透气性6)人的活动情况7)人的年龄和身体状况8)种族和个体的习惯人体的散热方式有:对流;辐射;热传导;蒸发(2)等效温
10、度图和舒适区 图中紫色粗实线为等效温度线;t=25,50的交点对应25的等效温度线。该线上对应的点都具有不同的温度和相对湿度,但各点给人的冷热感觉相当于t=25,50时的感觉。从图中可知,当较低时,t较高。注意绘图条件:菱形区域(空气流速0.15m/s,0.60.8clo,静坐)平行四边形区域(空气流速0.15m/s,0.81clo,静坐但活动量稍大)(3)人体热平衡方程和PMV-PPD指标 人体热平衡方程:人体产热对外做功消耗体表扩散失热汗液蒸发失热呼吸的显热和潜热交换通过衣服的换热在热环境内通过对流和辐射的换热 Franger提出PMV-PPD指标评价方法 人对热环境的满意程度用数值 进行
11、量化的评价值见右图 PMV(预期平均评价)指标有六个因素:人体活动强度衣着情况空气温度空气湿度空气流速环境平均辐射温度 PMV能代表大多数人对同一热环境的热舒适感觉,由于个体差异,总有少数人对该环境并不满意,所以引入了PPD(预期不满意百分比)指标。ISO7730标准中采用了PMV-PPD指标描述和评价热环境,提出的推荐值为:PMV在-0.5+0.5之间,PPD10,即相当于人群中允许有10的人感到不满意国家标准:PMV在-1+1之间,PPD27,即相当于人群中允许有27的人感到不满意(4)舒适性空调室内空气计算参数的确定确定室内空气计算参数,需考虑以下几点:u舒适性条件u室外气象条件u经济条
12、件u节能要求具体参见采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)规定温度和湿度的上限值一般降温空调 对温度和湿度精度有严格要求恒温恒湿空调 对温度和湿度精度有严格要求 对含尘大小和数量有严格要求净化空调 工艺性空调的具体参数由生产工艺给定,同时要兼顾劳动保护条件,工艺区风速参见采暖通风与空气调节设计规范(GB500192003),即冬季不宜大于0.3m/s,夏季宜采用0.20.5m/s,当室内温度高于30时,可大于0.5m/s 某些生产工艺过程所需的室内空气参数见表25 3、空调基数和空调精度 空调基数:指空调区域内,按设计规定所需保持的空气基准温度和基准相对湿度;空调精度:指在空调
13、区域内温度和相对湿度允许的波动范围 例如:)(550)122(NNt 2.1.2 室外空气计算参数室外空气计算参数指与空调系统设计与运行有关的一些室外气象参数,如:1、室外空气温湿度的变化规律(1)室外空气温度的日变化u 室外温度以24小时为周期波动,波动规律基本符合正弦(余弦)变化规律:夜晚,由于地面向大气层放热,凌晨四五点气温最低;白天,由于地面获得太阳辐射,到下午两三点气温最高,风向,日照等,tB,(2)室外空气温度的季节性变化 室外空气温度的季节性变化仍然呈周期性变化:7、8月热;1、2月冷(3)室外空气湿度的变化 一日内,空气含湿量变化不大,可看作定值,所以相对湿度与温度的变化相反,
14、即夜晚相对湿度大,正午相对湿度小2、室外空气计算参数的确定 室外计算参数的取值关系到室内空气状态的保证程度和设备投资 我国主要城市的室外空气气象参数参见 采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)附录 设计规范中规定的室外空气计算参数值,是以全年少数时间不保证室内温湿度在控制标准范围内的原则确定的 我国主要城市的室外空气气象参数摘录于表26太阳表面6000地球表面大气层部分辐射被尘埃、臭氧、水蒸气、CO2等吸收部分直达地面,形成直射辐射部分辐射被尘埃、冰晶、小水滴及各种气体分子反射或折射 地球表面接受的太阳辐射由两部分构成:I.直射辐射:有方向性(比例大)II.散射辐射:无方向性(
15、比例小)其中无方向散射辐射大部分返回宇宙空间,少部分到达地面,所以到达地面的散射辐射只占总辐射能中的很少比例太阳辐射强度:1m2黑体表面在太阳照射下所获得的热量值,单位为W/m2。影响太阳辐射强度的因素有:I.太阳高度角II.太阳光通过的大气层厚度 太阳辐射强度随着:地理纬度、季节、昼夜的不同而不同 围护结构得到的辐射热部分被表面反射,部分被表面吸收,其多少由外表材料的粗糙度、颜色等因素决定 2.3.1 空调房间夏季得热量与冷负荷 1、空调房间夏季得热量:定义:某一时刻由外界进入空调房间的热量加上空调房间内的热源散发热量之和具体计算因素:1、围护结构温差传热 2、通过外窗的太阳辐射热3、人体散
16、热 4、照明散热5、设备散热 6、物料散热7、渗入空气带入热量 8、散湿过程带入的潜热 瞬变得热量:随时间变化的得热量 稳定得热量:不随时间变化的得热量 对流得热量 显热得热量 辐射得热量 热量 潜热得热量 2、空调房间冷负荷与得热量的关系 冷负荷定义:要维持空调房间要求的空气温度,在某一时刻应从室内除去的热量。热负荷定义:要维持空调房间要求的空气温度,在某一时刻应向室内供给的热量。得热量与冷(热)负荷的关系:得热量引起冷负荷,但一般不等于冷负荷。原因有:1、围护结构特性 2、房间内部物体的蓄热性 3、得热量的种类 稳定得热 得热量 辐射得热:时间延迟 显热得热 瞬时得热 对流得热 瞬时冷负荷
17、 潜热得热各得热量比例分配见表27照明设备形成的冷负荷见图210 3、冷负荷计算方法 2.3.2 空调房间冬季耗热量与热负荷 冬季得热量因素 冬季耗热量因素 1、空调房间冬季耗热量 概念:耗热量指房间空气损失的热量。又称为失热量或热损失 影响冬季耗热量的因素中,以围护结构的温差传热为最大 计算围护结构耗热量的方法:p 首先计算基本耗热量p 然后对基本耗热量进行附加(包括方向附加、高度附加、风力附加)基本耗热量:在稳定传热情况下,通过墙、窗、门、地面及屋顶的传热量 2、空调房间热负荷的确定热负荷定义:要维持空调房间要求的空气温度,在某一时刻应向室内供给的热量。注意:民用建筑可不计算冬季得热量,而
18、只须计算围护结构热损失 2.3.3 散湿量与湿负荷 室内散湿房间湿量来源 室外湿空气带入 2.3.4 空调系统负荷与概算方法 1、空调系统负荷算法1:各房间通过逐时冷负荷相加之后得出的数列中找出最大值(较合理)算法2:计算出各房间逐时冷负荷的最大值,然后将各最大值相加。(较算法1计算值为大)计入新风冷负荷计入再热冷负荷 2、空调负荷概算 2.4.1 空调房间送风量的确定 已知房间的冷负荷Q和湿负荷W,需要通过送排风量相同、空气参数不同的方法来使房间的温湿度保持稳定。送入房间的空气具有低焓值和低含湿量,吸收余热余湿后,从排风口等量排出 由空调房间的热、湿平衡可得:NmmNmmdqWdqhqQhq
19、00上两式经整理为:ONmONmddWqhhQq上两式可得:ONONddhhWQ 2.4.2 空调房间送风状态点的确定 联系i-d图,确定送风状态点O 换气次数:指房间送风量 与房间体积 的比值,用(次/h)表示.2.4.3 冬季空调房间送风量和送风状态点的确定)/(3hmqV)(3mVnVqnV 3.1 热湿交换介质与处理装置 3.2 喷水室 3.3 表面式换热器 3.4 空气的其他热湿处理装置与方法 3.5 空气热湿处理途径与方案 3.6 空调设备 3.1.1 与空气进行热湿交换的介质 直接接触:喷水室 水:使用广泛 间接接触:表冷器 加热 水蒸气 加湿 加热空气:冷凝器 制冷剂 干冷 冷
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