供暖通风与空气调节

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1、供暖通风与空气调节,绪论：建筑环境控制与暖通空调,1.空气调节概念:空气调节是指在某一特定空间(可以无自然边界)，对空气的温度、湿度、空气的流动速度及清洁度进行人工调节，以满足人体的舒适和工艺生产过程的要求。 舒适性空调 工艺性空调 温度、湿度、气流速度及清洁度（四度）通常被视为空调的基本要求. 由于现代科技生产的需要，一些空调还要求能对空气的压力、成分、气味、噪声等进行调节。 2.空气调节主要内容:一定空间内内外干扰量的计算.空气调节的方式和方法（加热、加湿、冷却、干燥及净化等）.空气的各种处理方法.空气的输配及在干扰量变化时的运行调节。,3.空气调节方式及所涉及的知识：,送风,排风,回风,

2、混合,过滤,表冷,加热,风机,消声,tw,tn,Q,W,锅炉,冷机,新风,基础知识：流体力学。传热学。热力学。 泵与风机。声学。锅炉与锅炉房。 仪器仪表与自动控制。,调节方式：,4.空调分类：,按系统紧凑程度分：集中式。半集中式。 分散式。 按介质类型分：全空气系统。空气水系统。 全水系统。冷剂系统。,5.供暖：,供暖系统一般由热源、散热设备和输热管道系统这 几部分组成。 热源主要有：锅炉、热泵、换热器或其它取暖工具 （如壁炉、电暖器、电热膜、红外线 取暖设备等）。 热媒：热量由热源输送到散热设备的物质叫“热媒”。 一般为蒸汽和水。,6.通风：,通风系统一般由风机、进排风或送风装置、风道以及

3、空气净化设备这几个主要部分组成。,第一章：湿空气的物理性质及焓湿图,第一节 湿空气的物理性质,大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成， 我们称其为湿空气。 干空气主要由N2、O2、CO2、Ar及其它微量气 体组成，成分比较稳定，所以我们将干空气作为一 个稳定的混合物来看待。 在常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空 气中的水蒸气一般处于过热状态，且含量很少，可 近似地视作理想气体。这样，即可利用理想气体的 状态方程式来表示干空气和水蒸气的主要状态参数 压力、温度、比容等的相互关系，即：,或,或,（1-1）,（1-2）,式中,Pg、Pq干空气及水蒸气的压力，Pa； V湿空气的总容积，m3； mg

4、、mq干空气及水蒸气的质量，kg； Rg、Rq干空气及水蒸气的气体常数， Rg=287J/kg，Rq=461J/kg； vg、vq干空气及水蒸气的比容，m3/kg；,根据道尔定律，湿空气的压力应等于干空气的 压力与水蒸气的压力之和，即：,（1-3）,B一般称为大气压力，以Pa或kPa表示。,1.湿空气的密度：,湿空气的密度应为干空气的密度与水蒸气的密度之和,把 及Rg、Rq值带入上式并整理则：,（1-4）,在标准条件下（B=101.325kPa、T=293K即t=20） 干空气的密度q=1.205kg/m3，而湿空气的密度取决 于Pq值的大小。由于Pq值相对于B值而言数值较小，且湿空气的密度比

5、干空气的密小，因此，在实际计算时可近似取=1.2kg/m3。,2.湿空气的含湿量d：,空调系统是一个热湿处理过程，那么就需要一个 易于进行数学处理的参数来表达湿空气含水蒸气量。 q=Pq/RqT虽然可作为含水蒸气量的一种度量方法， 但其值是随温度变化而改变的，这给实际计算带来很 多不便，因此，需要把式中的温度变量消除，引入含 湿量这一参数。 含湿量d：湿空气中水蒸气的密度与干空气的密度的比 值，即取对应于一公斤干空气的湿空气所含 有的含水蒸气量。即,Kg/kg干,（1-5）,（1-6）,3.相对湿度 ：,另一种度量湿空气水蒸气含量的间接指标是相对 湿度，其定义为湿空气的水蒸气压力与同温度下饱和

6、 湿空气的水蒸气压力之比，即,式中 Pq.b饱和水蒸气压力，Pa。温度的单值函数。,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系：,及,根据,所以,式中的B值远大于Pq.b和Pq值，认为BPqBPq.b 只会造成13的误差。因此相对湿度可以近似 表示为：,湿空气的相对湿度与含湿量之间的关系：,及,根据,故,（1-7）,（1-8）,4.湿空气的焓：,在空气调节中，空气的压力变化很小，可近似于 定压过程。因此可直接用空气的焓变化来度量空气的 热量变化。 已知：干空气的比热cp.g=1.005kJ/(kg.)，近似取1或1.01； 水蒸气的比热cp.q=1.84kJ/(kg.)；则 干空气的焓： ig=cp.

7、g.t，kJ/(kg.干)； 水蒸气的焓： iq=cp.q.t+2500，kJ/(kg.汽); 式中2500为t=0时的汽化潜热（r0） 显然湿空气的焓i应等于一公斤干空气的焓加上与其同时存在的d公斤（或克）水蒸气的焓，即：,或,（1-9）,第二节 湿空气的焓湿图,在空气调节中，经常需要确定湿空气的状态及其 变化过程。单纯地求湿空气的状态参数用前述各式即可满足要求，而对于湿空气状态变化的过程的直观描述则需要借助于湿空气的焓湿图。 根据第一节中式（15） （16）及 （19）加 上Pq.b=f（t）的函数关系，在反映湿空气的B、t、d、 、 i及Pq等状态参数的联系上，取不同的坐标系可以得到不同

8、的线图形式。 在我国常用的湿空气性质图是以i 与d为坐标的焓湿图（ i d图）。为了尽可能扩大不饱和湿空气区的范围，便于各相关参数间的分度清晰，一般在大气压力一定的条件下，取为i纵坐标， d为横坐标，且两坐标之间的夹角等于或大于1350。,根据 ， 当t=const时，i与d成线性关系，显然1.01t为截距，（2500+1.84t） d为 等温线的斜率，由此可见不同温度的等温线并非平行线，其斜率差别在于1.84t，由于1.84t 与2500相比很小 ，所以，等温线可近似看作是平行的。,1.等温线：,2.等相对湿度线：,由式（1-5）可得：,因此给定不同的d值即可求出对应的Pq值，在id 图上，

9、取一横坐标表示水蒸气分压力值。见图。,在已建立起水蒸气压力坐标的条件下，对应于不同温度下的饱和水蒸气压力可从热工手册中查到，连接不同等温线和其对应的饱和水蒸气线的交点即可得到 的等 线，又据 或 ，当 时则可求出不同温度下的Pq值，连接各等温线与Pq值相交的各点即成等 线。 这样作出的id图包含了B、t、d、i、Pq等湿空气的参数。 在B值一定的条件下，在t、d、i、中已知任意两个参数，则湿空气的状态就确定了，在id图上也就是有了一个确定的点，其余参数均可查出。因此，将这些参数称为独立参数。但d与 Pq则不能确定一个空气状态点，因此d与 Pq只能有一个作为独立参数。,3.热湿比线：,一般在id

10、图的周边或右下角给出热湿比（或称 角系数）线。 热湿比的定义是湿空气的焓变化与含湿量变化之比，即：,或,（1-10）,若在id图上有A、B两点，则由A点至B点的为：,进一步讲如有A状态点的湿空气，其热量（Q）变化 和湿量（W）变化（均可正可负）已知，则应为：,（1-11）,式中Q单位为kJ/h， W单位为kg/h。,（有正有负）,例：已知B=101325Pa，湿空气初始参数ta=20、 =60，当加入10000kJ/h的热量和加入2kg/h 的湿量后，温度tb=28。求湿空气的终状态。,解：方法1：求热湿比，在id图上，通过A点做此 热湿比值的平行线,与tb=28等温线交点 即为湿空气的终状态

11、。 方法2：在id图上通过热湿之间的比例关系， 用作辅助点的方法作出热湿比线。,作业：已知B=101325Pa，湿空气初始参数ta=30、 =40，当减少10000kJ/h的热量和加入2kg/h 的湿量后，温度tb=20。求湿空气的终状态。,第三节 湿球温度与露点温度,湿球温度的概念在空气调节中至关重要。 在理论上，湿球温度是在定压绝热条件下，空气与水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。,tw,t1、d1,P,i1,t2、d2,P,i2,充分热湿交换,绝热（与外界无热交换）,下面用图分析以下其 热力过程： 由于小室绝热，其稳 定流动能量方程为：,（1-12）,iw液态水的焓。

12、iw=4.19tw kJ/kg,由式（1-12）可导出：,（1-13）,经过充分热湿交换，t2与tw应是相等的，所以：,（1-14）,满足（1-14）的t2或tw即为进口空气状态的绝热饱 和温度，也称为热力学湿球温度。 由于绝热小室并非实际装置，一般用湿球温度计所读出的湿球温度，近似代替热力学湿球温度。,在id图上，从各等稳线与=100线交点出发， 作=4.19ts的热湿比线，即为等湿球温度线。 但在实际工程计算中，由于=4.19ts很小，可以近似认为等焓线即为等湿球温度线。,湿球温度是湿空气的一个重要 的参数，而且在多数情况下是 一个独立参数，只是由于它的 等值线与等焓线十分接近，在 id图

13、上，想利用的ts与i 确定状态点是困难的。湿球温 度一般用ts来表示。,右图为已知干、湿球温度确 定空气状态的方法。,湿空气的露点温度tl也是湿空气的一个状态参数，它与Pq或d值相关，因而不是一个独立的参数。,A点的露点温度为沿等d线 向下与=100线交点的 温度。显然，当A状态点的 空气被冷却时，只要空气 的温度大于或等于tl，则不 会结露；否则，则会出现 结露现象。因此，湿空气的 露点温度也是判断是否结露 的判拒。,第三节 焓湿图的应用,湿空气的焓湿图不仅能表示空气的状态和各种 参数，同时还能表示湿空气状态的变化过程并能方便地求出两种或多种湿空气的混合状态。,湿空气状态的变化过程在id图上

14、的表示及典 型的变化过程：,.湿空气的加热过程（等湿加热）,AB：温度增高湿量不变。 可用表面加热器实现。,2.湿空气的冷却过程（等湿冷却及 减湿冷却）,AC：等湿冷却。温度降低湿量不变。,AG：减湿冷却。温度降低湿量降低。,以上两种过程均可通过表面冷却器或喷水室喷冷水 加以实现。,3.湿空气的等焓加湿过程,AD：等焓加湿。含湿量增加焓值不变。,利用定量的水通过循环喷洒可近似实现这一过程。,4.湿空气的等焓减湿过程,AE：等焓减湿。含湿量减少焓值不变。,利用固体吸湿剂可近似实现这一过程。,5.湿空气的等温加湿过程,AF：等温加湿。含湿量、焓值增加温度不变。,利用向空气中喷蒸汽可近似实现这一过程

15、。,第二章：室内空气环境污染源与负荷计算,2.1 热湿负荷与空气其他污染物,2.1.1 热源与热负荷,外部热源：太阳、大气。通过导热、对流、辐射与室 内空气进行能量交换或进行质交换的同时 进行能量交换。,内部热源：人体、设备、照明等。通过导热、对流、 辐射与室内空气进行能量交换。,环境温度是影响人体舒适的最敏感参数。如果 环境温度偏离舒适范围，将打乱人体的正常热平衡。,2.1.2 湿源与湿负荷,外部湿源：湿空气。通过通风空调系统的新风供应或 维护结构的新风渗透传入或传出室内。,内部湿源：人体、用水设备、清洗、地面积水等。人 体通过呼吸和体表汗液蒸发散发湿量；其 它湿源通过表面水分的蒸发汽化散发湿量。,相对湿度即是影响人体舒适的重要参数，也是影 响人体健康的一个重要因素。相对湿度较高或较低会 影响人体的正常散湿，影响人体的正常热平衡。有利 于微生物及细菌生长。 相对湿度也是某些生产、工艺过程正常进行的必 备的环境条件。适当的相对湿度对于防止静电、保护 家具及书籍艺术品等是十分重要的。,湿源散湿过程中，伴随水汽的移动同时发生潜热 的迁移，热源和湿源以及热传递与湿传递这两个物理 概念在这里也 变得密不可分了。因此，在研究室内环境控制时，人们已习惯于将湿源视为一种广义的热源。并且将湿负荷对环境的影响同热负荷以及空气的流动一道归入热污