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1、单元9 空调房间冷 （热）、湿负荷,【知识点】空调房间室内、外空气计算参数的确定原则和方法；太阳热辐射对建筑物的热作用及处理方法； 冷负荷计算方法与步骤；热负荷与湿负荷计算方法； 【学习目标】了解空调房间室内、外空气计算参数的确定原则，掌握空调房间室内、外空气计算参数的选用方法；了解太阳热辐射对建筑物的热作用及处理方法； 了解冷负荷计算方法，掌握冷负荷系数法的计算步骤与方法；掌握热负荷与湿负荷计算方法；,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得热量和得湿量。当得热量为负值时称为耗(失)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冷负荷
2、；相反，为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内相对湿度而需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。空调房间冷(热)、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。 本单元主要介绍空调房间冷（热）、湿负荷的计算方法。,目 录,9.1,9.2,9.3,空调房间室内、外空气计算参数的确定,太阳辐射热对建筑物的作用,空调房间冷(热)、湿负荷,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,空调房间冷（热）、湿负荷的计算必须以室外气象参数和室内要求维持的空气参数为依据。,9.1.1 空调房间室内空气计算参数,空调房间室内温湿度标准的描述方法：温湿度基数空调精度。温湿度基数是指室内空气所要求
3、的基准温度和基准相对湿度；空调精度是指在空调区域内温度和相对湿度允许的波动范围。如：tN =261和N=605中，26和60是空调基数，1和5是空调精度。空调区域是指离外墙0.5m，离地面0.3m至高于精密仪器设备或人的呼吸区0.30.5m范围内的空间。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,空调系统根据所服务对象的不同，可分为舒适性空调和工艺性空调。舒适性空调是从人体舒适感的角度来确定室内温、湿度设计标准，一般对空调精度无严格要求，工艺性空调主要满足工艺过程对温、湿度基数和精度的特殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。 1.人体热平衡和舒适感 一般来说，人体是一个发热体，它不断释放热量，同时
4、对周围环境的温湿度有一定的要求。人体是靠摄取食物获得能量的，在人体的新陈代谢过程中食物被分解氧化，同时释放出能量以维持生命，其中一部分能量转化为热能散发到体外，并与周围环境发生热量交换。 人体为了维持正常的体温，必须使产热量和散热量保持平衡，根据能量转换和守恒定律可得人体热平衡方程式： S= MRCEW (9.1),9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,式中 S人体蓄热率，W/m2； M人体新陈代谢率，取决于人体的活动量的大小，W/m2； R穿衣人体与环境的辐射热交换，W/m2； C穿衣人体与环境的对流热交换，W/m2； E穿衣人体与环境的蒸发热交换，W/m2； W人体所作的机械功，W/
5、m2。 上式中各项采用的单位均为W/m2，是因为以上各项都与人体的外表面面积在一定程度上成线性关系，这样就可以忽略人的体形、年龄、性别等差别，使有关研究比较方便。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,在稳定的环境条件下，S应该为零，这时，人体保持了能量平衡。如果周围环境温度(空气温度及围护结构、周围物体表面温度)提高，则人体的对流和辐射散热量将减少，为了保持热平衡，人体会运用自身的自动调节机能来加强汗腺的分泌。这样，由于排汗量和消耗在汗液蒸发上热量的增加，在一定程度上会补偿人体对流和辐射散热的减少。当人体余热量难以全部散出时，余热量就会在体内蓄存起来，于是S变为正值，导致体温上升，人体
6、会感到很不舒服，体温增到40时，出汗停止，如不采取措施，则体温将迅速上升，当体温上升到43.5时，人即死亡。 汗液蒸发强度不仅与周围空气温度有关，而且和相对湿度、空气流动速度有关。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,在一定温度下，空气相对湿度的大小，表示空气中水蒸汽含量接近饱和的程度。相对湿度愈高，空气中水蒸汽分压力愈大，人体汗液蒸发量则愈少。所以，增加室内空气湿度，在高温时，会增加人体的热感；在低温时，由于空气潮湿增强了人体的导热和辐射，会加剧人体的冷感。 周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一，气流速度大时，由于提高了对流换热系数及湿交换系数，使对流散热
7、和水分蒸发散热随之增强，亦加剧了人体的冷感。 周围物体表面温度决定了人体辐射散热的强度。在同样的室内空气参数条件下，围护结构内表面温度高，人体增加热感，表面温度低则会增加冷感。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,综上所述，人体舒适感与下列因素有关： 室内空气的温度、相对湿度、人体附近的空气流速、围护结构内表面及其它物体表面温度。此外，人的舒适感除受上述四项因素影响外，还和人体的活动量、人体的衣着、生活习惯、年龄、性别等因素有关。图9.1是美国暖通、空调、制冷工程师学会（ASHRAE）根据以上几种影响因素的综合作用，用等效温度的概念提出的舒适图。 图中斜画的一组虚线称为等效温度线，它们
8、的数值标注在=50的相对湿度线上。如通过t=25、=50两等值线交点的虚线就称为25 等效温度，虽然在这条等效温度线上各点所表示的空气状态的干球温度和相对湿度都不相同，但是各个点的空气状态给人体的冷热感觉是相同的，都相当于t=25、=50条件下给人体的冷热感。从一条等效温度线可知，当相对湿度减小时，则维持同样冷热感觉所需要的温度增加，反之亦然。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,图9.1 等效温度图,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,在图9.1中还画出了两块舒适区，一块是菱形面积，它是美国堪萨斯州大学通过实验所得出的；另一块有阴影的平行四边形面积是ASHRAE标准55-74
9、所推荐的舒适区。两者的实验条件不同，前者适用于穿着0.60.8clo(clo是衣服的热阻，1clo=0.155m2K/W)服装坐着的人，后者适用于穿着0.81.0 clo服装但活动量稍大的人。两块舒适区重叠处则是推荐的室内空气设计条件。25的等效温度线正好通过重叠区的中心。需注意的是，由于不同地区的居民在生活习惯等方面的差异，以上研究推荐的舒适区及设计条件只作为参考，不宜直接套用。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,2.热舒适环境评价指标 图9.2 PPD与PMV的关系空调调节室内热舒适性采用预计的平均热感觉PMV和预计不满意者的百分数PPD评价。PMV指标代表了对同一环境绝大多数人
10、的冷热感觉，因此可用PMV指标预测热环境人体的热反应。由于人与人之间生理上的差异，故用预期不满意百分率PPD 指标来表示对热环境不满意的百分数。PPD 指标综合考虑了人体的活动程度、衣着情况、空气温度、平均辐射温度、空气流动速度和空气湿度等因素来评价人体对环境的舒适感。用PMVPPD指标评价环境的热舒适状况要比用等效温度法所考虑的因素全面。PMV和PPD之间的关系可用图9.2表示，在PMV=0处，PPD为5，这意味着：即使室内环境为最佳热舒适状态，由于人们的生理差别，还有5的人感到不满意。IS07730对PMVPPD指标的推荐值为：PPD10，相当于在人群中允许有10的人感觉不满意。,9.1
11、空调房间室内、外空气计算参数的确定,图9.2 PPD与PMV的关系,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,另外，由于PMV指标的提出是在稳定条件下利用热舒适方程导出的，而对于人们在不稳定情况下的多变环境，如由室外或由非空调房间进入空调房间，或由空调房间走出，人的热感觉不同。因此，国内外有人在进一步研究动态环境下的热感觉指标。 3.室内空气温湿度计算参数 室内空调设计参数的确定，除了需考虑人体的热舒适度外，还应根据室外空气参数、冷源情况、建筑的使用特点以及经济和节能等方面的因素综合考虑。根据我国的情况，在“采暖通风与空气调节设计规范”中规定，舒适性空调的室内设计参数见表9.1。 选用室内设
12、计参数关系到空调耗能量，按日本统计结果，改变室内设计参数的节能效果如表9.2所示。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,舒适性空调室内计算参数 表9.1,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,室内设计参数改变的节能效果 表9.2,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,由表9.2可见，适当提高夏季的室内空气温度和降低冬季的室内空气温度有显著的节能效果。为了改善热环境的舒适性，夏季在适当提高室内空气温度的同时，也可适当增加空气的流动性，尤其是采用周期性扫描式的送风口，不仅可以克服室内空气的沉闷感，而且还会给人吹自然风的感觉。 生活用空调的室内设计参数主要是由人体舒适度决定的，而
13、工艺性空调的室内空气计算参数由生产工艺过程的特殊要求决定，在可能的情况下，也要尽量考虑人体热舒适性的要求。夏季，大多数工艺空调房间的温度对人体舒适感来讲是偏低的，因此应尽量使室内空气流速小些，一般不应大于0.25m/s。如果工艺条件允许，应尽量提高夏季室内设计温度，这样即节能又舒适。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,9.1.2空调房间室外空气计算参数,室外空气参数对空调设计而言，主要会从两个方面影响系统的设计容量：一是由于室内外存在温差通过建筑围护结构的传热量；二是空调系统采用的新鲜空气量在其状态不同于室内空气状态时，需要花费一定的能量将其处理到室内空气状态。计算围护结构传热量和新
14、风负荷时，需要确定室外空气计算干、湿球温度值。由于室外空气的干、湿球温度是随着季节、昼夜、时刻而变化的，所以在确定应当采取什么样的空气参数作为设计计算参数之前，需要对室外空气温度、湿度的变化规律有所了解。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,1.室外空气温、湿度的变化规律 (1)室外空气温度的日变化 室外空气温度在一昼夜内的波动称为气温的日变化(或日较差) 。室外气温的日变化是由于太阳对地球的辐射引起的，在白天，地球吸收了太阳的辐射热量而使靠近地面的气温升高，在下午二、三点达到全天最高值；到夜晚，地面不仅得不到太阳辐射热而且还要向大气层和太空放散热量，一般在凌晨四、五点气温最低。在一段
15、时间内，可以认为气温的日变化是以24h为周期的周期波动。但室外气温并非呈等幅震荡的简谐波变化，这是因为全天的最低温度到最高温度的时间与最高温度到下一个最低温度的时间并非完全相等。工程计算时，把气温的日变化近似看作按正弦或余弦规律变化。 图9.3是北京地区1975年夏季最热一天的气温日变化曲线。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,图9.3 室外气温日变化曲线,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,(2)室外气温的季节性变化 室外气温的季节性变化也呈周期性的，。全国各地的最热月份一般在7、8月份，最冷月份在1月份。图9.4是北京、西安、上海三地区10年(19611970年)平均的月
16、平均气温变化曲线。 (3)室外空气湿度的变化 空气的相对湿度与空气的干球温度和含湿量有关，而通常认为室外大气中全天的含湿量保持不变。因此，室外空气相对湿度的变化规律正好与干球温度的变化规律相反，即干球温度升高时，相对湿度变小；干球温度降低时，相对湿度则变大。如图9.3所示。从图中还可以看出湿球温度的变化规律与干球温度相似，只是峰值出现的时间不同。,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,图9.4室外气温的季节性变化,9.1 空调房间室内、外空气计算参数的确定,2.夏季室外空气计算参数 为了保证室内空气温度、湿度的设计值，可以采用当地室外最高干、湿球温度作为计算依据，但是这种做法并不合理，因为最高温度出现的时间是极少的，而且持续时间很短，用这样的气温资料所确定的空调设备容量必然很大，造成不必要的浪费。因此，必须合理确定室外空气计算参数。 空调系统的设计计算中所用的室外空气计算参数，并非是某一地区某一
