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1、10/22/2018,1,1,暖通空调 HVAC, 人类进入居住环境自由王国的一个重大飞跃,郑州大学土木工程学院,李洪欣,2,第一讲 绪论,HVAC简介及教材 制冷空调的发展史 空调系统的分类 前景展望,3,一、HVAC简介,HVAC 采暖：Heating 通风：Ventilating 空调: Air Conditioning 对应三门课程 供热工程 空气调节 工业通风 建筑环境控制技术的三个分支，既有不同点，又有共同点，综合称为暖通空调。,4,空气调节的定义Air-conditioning,采用一定手段或措施，使一定空间范围内获得满意的室内空气环境。 人为的利用人力，机械等主、被动手段 一定
2、空间，如房间、机场大厅，车箱内部等封闭，非封闭空间 室内环境，包括“四度”：温度、湿度、洁净度、风速（风的速度）；更为严格的环境还振动、噪声、亮度、辐射等方面。,5,关于本教材,本教材 初次调整，有些杂乱 多、杂、全，重点不突出 对策 不求全，强化基本理论、基本知识点的学习 补充、调整、删节,6,二、通风与空调的发展,人类基本生存的需要 经济发展的需要 早期空调方法 通风：靠建筑设计获得自然通风 制冷 旧石器时代：收集和利用天然冷量 新石器时代：规划和发展天然冷量 1815年，BOSTON的Frederic Tudor开始用船向温暖地区运天然冰。1864年业务遍布南美、远东、中国、菲律宾、印度
3、和澳大利亚。 采暖：烧柴的壁炉 烧柴和煤的铸铁采暖炉 蒸汽集中区域供暖系统,7,发展初期：采暖与通风为主,14世纪, 古罗马时代, 据考察有将热空气从床下送入房间的装置 18世纪的英国， 由于工业革命的兴起, 城市人口急剧膨胀，只有一部分人才有取暖 19世纪后期，欧洲出现了保持人体舒适和维持健康的必要的通风换气法规,8,发展初期：采暖与通风为主,古希腊人的采暖方式,9,人工制冷史的初级阶段,机械空调出现 1805年 蒸汽压缩制冷被提出 1834年 做出了蒸汽压缩制冷机械模型 1850年代初 做了进一步的蒸汽压缩制冷实验 1867年 在San Antonio，D. Holden和 J. Muhl
4、建成蒸汽锅炉驱动的制冷装置 1875年 Linde 制造出第一台甲醚压缩机 1876年 Linde制造出氨压缩机 1875年前 产生了四种制冷机：空气膨胀式制冷机、（氨）吸收式制冷机、蒸发式制冷机、水减压蒸发式制冷机，拉开人工制冷序幕,10,制冷开始工业化,制冷开始工业化 1890年代中 出现最早的电动压缩机 1890年代 蒸汽发动机成为制冷和通风 (离心风机)的动力 发现与发明了各种制冷剂：NH3,SO2,CHClF2等 制冷技术的广泛应用：酿造、食品、水产、肉食加工、冷藏链、土木工程、娱乐 学术交流：1908年第一届国际制冷大会在法国巴黎召开，1909年，国际制冷学会成立,11,1869年
5、D.Holden设计的制冰装置,12,电动制冷压缩机,1890年代早期的电动制冷压缩机,13,两次世界大战推进了制冷的发展,压缩式制冷机称霸制冷行业 氟利昂的出现 回转式压缩机普及 制冷进入日常生活 家用冰箱、食品储藏柜、冷藏库、冷藏运输 空调进入（美国）生活的各个领域 电影院、交通运输工具、特殊场合（军事）,14,1922年医院有了空调； 1922年, 由开利(carrier)博 士研制出了第一 台离心式冷冻机,15,1907年 在Chicago 的Congress Hotel采用喷水室空调系统，首次应用于民用建筑。 19191920 芝加哥一电影院采用喷水室空调,16,空调的普及与挑战,在
6、世界范围内，制冷技术得到普及与发展 现有技术的普及、改进、发展 高性能部件诞生 智能化控制 制冷面临的挑战 环境保护 新制冷工质 关注原始技术方案 节能节材 系统与部件优化 能源的综合利用,17,空调在中国的发展,历史清代 “冰窑”冬季贮冰夏季出售传统的采暖方式：炉子、火盆、火炕、火墙31年 上海纺织厂，采用深井水作冷源的 喷水室空调50年代 在多数北方主要城市建成城市热网80年代前 采暖通风、工业空调为主85年 房间空调器需求量8万台80年代末 舒适空调大发展，空调设备总产值 约5亿元,18,空调在中国的发展 家用空调器产量居世界首位,在2007冷冻年度，全球家用空调产量达到8977万台，作
7、为全球空调产品制造中心，中国空调产量占全球总产量的70%。2011年，达1.39亿台。,19,每百户家用空调器拥有量,广东省,20,空调的分类与处理参数,工艺性空调 应用场合：工业建筑，医院、实验室、演播室 处理参数：温度、湿度、洁净度、风速、压力 控制标准表达方式：空调基数允许波动范围 精密仪器制造车间要求： 温度200.1，相对湿度505 超大规模集成电路生产车间： 洁净度标准为M 1级(直径0.1m的尘粒个数350粒/m3) 合成纤维生产车间要求：相对湿度552 特点 精度高 难，对测量和控制设备及控制算法要求高 参数少 易，多数仅对一两个参数有高要求,21,空调的分类与处理参数,舒适性
8、空调（应用场合：商用建筑，民用建筑） 处理参数： 温度、湿度、风速(平均值、脉动频率、脉动幅度)、空气质量(新鲜度、气味、 洁净度、VOC浓度、负离子含量)、平均辐射温度、噪声、压力等。 控制标准表达方式：空调基数 五星级宾馆客房：温度2325，相对湿度5060，风速 0.25m/s，新风量100m3/h，含尘量0.15mg/m3，噪声30dB 特点： 参数多 难，参数间相关关系对人体感觉的影响复杂，新因素存在未知影响 精度低 易，人体有一定的容忍度,22,按空气处理设备的集中程度分,集中式系统：所有处理设备放置于机房 半集中式系统：既有集中处理设备，也有局部设备 分散式系统：处理设备和末端全
9、集中在各个房间,23,按承担室内负荷分,全空气系统 空气水系统 全水系统 蒸汽系统 冷剂系统,24,四存在的问题和前沿研究的焦点,存在的问题（1） 高能耗，建筑能耗占社会总能耗30以上 中国：目前25%（含采暖）。 97家用空调器新增装机容量占全国发电总装机容量增加的25 。01年全国电力增容1500万kW，空调峰值容量1400万kW。 日本：30 美国：35,25,我国建筑能耗状况 公共建筑,大型公共建筑（星级宾馆、高档写字楼、购物中心） 用电占民用建筑用电量30以上 大型公共建筑空调电耗是居住建筑的10倍以上。 同地区、同类型建筑能耗差别很大 2005年暑期政府办公楼能耗调查：空调用电量为
10、2080kWh/年 一些地区的大型建筑空调用电量占城市用电量 广东省：40 上海：31.1 重庆：23 采暖空调系统能耗一般占整个建筑能耗的4060 预计2020年需增加4500亿kWh/年用电量,26,我国民用建筑的能耗构成,住宅：现有面积100亿m2，能耗占74 用电量1030kWh/m2年,大型办公楼,公共建筑能耗占26， 用电量100300kWh/m2年 空调用电占5060,27,90年代末上海公共建筑一次能源消耗比例,28,存在的问题（2）,都市环境污染 空调排热造成的城市热岛效应 空调室外设备产生的噪声污染 室外设备设置不当造成的视觉污染 地球温室效应(CO2排放) 臭氧层被破坏(
11、CFC物质) 病态建筑综合症：建筑的非天然环境影响居住者健康 封闭空间新风不足，VOC及致病微生物排除不良 稳态的室内热湿环境使人体调节功能退化,29,存在的问题（2）,微生物积聚的空气冷却器,积尘的风道成为二次空气污染源,30,前沿研究的焦点（1）,环境保护与可持续发展 资源与传统能源的合理利用，新的建筑设备与系统 新能源的应用 建筑环境控制与建筑设计紧密结合，主动被动 如何实现“舒适健康”？ 新末端设备的开发：满足人的热舒适与IAQ要求 高水平的系统设计：Design by simulation 通过建筑热模拟设计系统的全年运行方案 通过CFD设计手段提高室内热环境与空气质量环境建筑节能,
12、31,前沿研究的焦点（2）,本学科难点 高水平的设计要考虑自然的、人为的、社会的、经济的、心理的等等因素，以及涉及使用者的行为学、人体工程学等知识，绝对不是现有技术的堆砌或者仅仅满足标准和规范的要求。 由于涉及的人员量大面广，新技术的采用要谨慎、保证可靠。,32,七. 参考文献,赵荣义等：空气调节，建工出版社，1994 陆亚俊等：暖通空调，建工出版社，2002 彦启森等：空气调节用制冷技术，建工出版社，2004 吴业正等：制冷原理及设备，西安交大出版社，1994 邹根南、郑贤德： 制冷装置及其自动化，机械工业出版社，1991 王如竹, 等编. 制冷原理与技术. 北京: 科学出版社, 2003 学术杂志：暖通空调 学术杂志：ASHRAE Journal 学术杂志：ASHRAE Transaction 李娥飞：暖通空调设计通病分析手册，建工出版社 现代建筑空调技术丛书(多册)， 建工出版社 钱以明：高层建筑空调，建工出版社,
