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1、空调与供热工程 之 空气调节,2010年10月13日,第一章 绪论,1、空调技术发展概况,1.1 技术简史,美国的Willis H. Carrier 空调之父 80项发明专利 与爱迪生、贝尔等杰出发明家齐名，被美国“时代”杂志评为20世纪最有影响力的100位名人之一,1901年，建立世界上第一个空调试验研究室,1902年，为美国纽约市一家印刷厂设计了世界公认的第一套科学空调系统，这项发明视为空调业诞生的标志,一套科学的空调系统必须具备四项功能：控制温度、控制湿度、控制空气循环与通风，以及净化空气,1906年，获得“空气处理装置”的专利，这是世界上第一台喷淋式空气洗涤器（Spray Type A
2、ir Washer），即喷水室,1911年12月，绘制了湿空气焓湿图，将此提交给ASME，成为空调行业最基本的理论，它是空气调节史上的一个重要里程碑,1922年，发明了世界上第一台离心式冷水机组,1937年，发明了空气-水系统的诱导器装置，是目前常见的空调末端装置风机盘管的前身,1.1 技术简史,美国的多面手工程师Stuart W. Cramer 多面手工程师 纺织空调先驱,1904年，身为纺织工程师的他负责设计和安装了美国南部约三分之一纺织厂的空调系统。系统中开始采用集中处理空气的喷水室，装置了洁净空气的过滤设备,1906年，在一次美国棉业协会的会议上正式提出“空气调节”（Air Condi
3、tioning）术语，他对空气调节的定义是：应包括具有蒸发冷却效果的加湿以及净化空气、供热和通风功能,1.1 技术简史,美国的多面手工程师Stuart W. Cramer 多面手工程师 纺织空调先驱,1904年，身为纺织工程师的他负责设计和安装了美国南部约三分之一纺织厂的空调系统。系统中开始采用集中处理空气的喷水室，装置了洁净空气的过滤设备,1906年，在一次美国棉业协会的会议上正式提出“空气调节”（Air Conditioning）术语，他对空气调节的定义是：应包括具有蒸发冷却效果的加湿以及净化空气、供热和通风功能,1.1 技术简史,空调的发展,1930年起迅速增长,二战期间，首先用于电影院
4、、剧场、大型商店等公共场所，其次用于办公室以及深矿井,1930年后，由于小型制冷机的发展以及可靠性的提高，才扩大到各类商店、旅馆、餐厅以及交通运输工具,1945年后，进入住宅,1911年，第一座空调影院是在芝加哥,1922年，是在洛杉矶和纽约，纽约空调电影院是第一座真正可以调节空气各种性能的电影院,1919年，用于大型商店，第一家是布鲁克林商店,1927年，用于办公大楼，得克萨斯州的圣安东尼奥；1930年，费城一幢34层摩天大楼；1938年，华盛顿市府大厦,1936年在圣路易斯，1938年在弗吉尼亚，小教堂,1929年，巴尔的摩-俄亥俄运行线上的一辆火车餐车；1931年，纽约-华盛顿线路上一列
5、火车；1937年起，美国的公共汽车和大客车也开始采用空调；1945年后，私人小汽车空调,1.1 技术简史,空调的发展,1939年第一套空调导管系统，使得高楼大厦的空调发展得以突破,1945年世界上第一台溴化锂吸收式制冷机诞生；1952年第一套用于家庭的中央空调系统,1955年第一台完全以系统压力控制的自动变风量送风机，首先倡导节约能源,1962年第一套热电空调系统应用于太空空调方面,1972年第一台一万冷吨离心式冷水机组,1982年第一台应用于商业上的，采用太空金属钛为热交换器的离心式冷水机组，完全克服了管道遭受腐蚀的难题,1.1 技术简史,其他国家的情况,一战后，深矿井舒适空调，南非金矿,英
6、国，第一座空调旅馆是伦敦的Cumberland旅馆,德国，1927-1928年，卷烟厂和纺织厂，电影制片厂和电影院；1938年，慕尼黑美术馆,法国，1927年巴黎附近一座医院，1932年一家电话交换局,日本，关注空调较多，1917年一家私人住宅，1920年一家糖果厂，1927年一家剧场,1.1 技术简史,我国空调的发展,工业空调和舒适空调几乎同时起步,1931年，上海的许多纺织厂安装了带喷水室的空调系统，冷源为深井水。当时高层建筑装有空调装置，上海居亚洲之冠。,1937年抗战，空调事业的发展被迫中断。,解放后到改革开放前的三十年，其他专业的技术人员改行投身于空调方面的工程设计、施工安装，并根据
7、苏联标准制作空调系统设备和配件。,深井水空调，供水温度19，回水温度21.5，可保持房间温度在25-28之间，满足舒适性空调要求；当室外温度达到35以上时，经济效益、节能效果非常明显,1.1 技术简史,我国空调的发展,1952年，暖通专业老八校：哈工大、清华、同济、西安建筑科技大学、天大、太原工学院(太原理工大学)，重庆建工学院(重庆大学建筑城规学院)、湖南大学。,到2007年止，高校暖通博士点13个，哈工大最早，85年博士点，博导最多，毕业的博士最多。（西南交大、大连理工、中南大学、华中科大、东南大学、东华大学）,李猷嘉，首位燃气院士，1932年生，1953年毕业于同济大学，1956年哈工大
8、研究生毕业。1956-1978在哈工大，哈建工学院任教。1978-现在，在中国市政工程华北设计研究院工作。筹建了我国第一个燃气工程专业和最早的实验室建设工作 江亿院士，清华大学，1952年出生，建筑热环境模拟分析，地铁热环境仿真与控制，热网调节与优化，供热与空调系统的控制与管理，水果蔬菜的产地储存等方面都做出重要的研究成果,1.1 技术简史,我国空调的发展,中国建筑科学研究院空气调节研究所和合肥通用机械研究所具有专门从事空调研究的人员和研究条件,全国性学术团体：中国制冷学会空调热泵专业委员会、中国建筑学会暖通空调专业委员会、中国电子学会洁净技术学会,行业协会：中国制冷空调工业协会、中国家用电器
9、协会、中国安装协会；全国暖通空调技术信息网、冷暖通风设备信息网,1.1 技术简史,我国空调的发展,技术发展方面： 高精度恒温优于0.01； 高精度恒湿优于2%RH（Relative Humidity）； 超高性能洁净室，洁净度达到国标1级标准； 高大厂房分层空调技术，节省高大厂房空调用能，用于葛洲坝电站厂房空调工程，设计冷负荷比传统全空气空调减少46%； 两种新的空调冷负荷计算方法：谐波反应法和冷负荷系数法； 热环境特别是地下热环境模拟分析技术，成功用于北京、上海、广州等城市的地铁设计模拟分析； 建筑环境模拟软件，DeST。,1.1 技术简史,我国空调的发展,空调设备方面： 制冷空调设备生产位
10、居世界第三，仅次于美、日； 房间空调器产量位居世界第一； 吸收式冷（热）水机组产量世界第二； 风机盘管和空气处理机组性能和质量与国际同类产品相比相差不远，因此国内绝大多数工程中使用的这两种产品都是国产的； 户式集中空调方面，我国的水系统热泵冷热水系统，与日本的制冷剂系统VRV系统（Varied Refrigerant Volume）及美国的空气系统风管式系统成三足鼎立之势。,1.2 空调技术的发展趋势,能源的合理利用,空调技术发展的总目标：节约能源、保护环境和获取趋于自然条件的舒适健康环境,我国供暖空调所消耗的能源总量已超过一次能源总量的20，我国一次能耗总量约占世界总耗量的11%。 促进余热
11、、自然能源和可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能）的产品的开发与应用； 应大力发展热泵技术，能合理利用高品位能量，综合能源效率高，供暖区无污染，环保效益好，夏季供冷冬季供暖，一机两用，设备利用率高；我国100kW以下的中小型空调装置中，热泵占50%以上。,一次能源：自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源。又称天然能源。包括化石燃料（如原煤、原油、天然气等）、核燃料、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。一次能源又分为可再生能源和不可再生能源，前者指能够重复产生的天然能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生；后者用一
12、点少一点，主要是各类化石燃料、核燃料,加强标准化建设,加强信息技术和自动控制技术在空调行业的应用,1.2 空调技术的发展趋势,室内空气品质的改善,空气净化技术，纤维过滤技术、静电过滤技术、吸附技术、光催化技术、负离子技术、臭氧技术的综合运用 病态建筑综合症 SICK BUILDING SYNDROME 主要表现在：眼睛不适、鼻腔和咽喉不适、流鼻水或鼻塞、胸闷、空气有刺激性、头痛、精神无法集中和过敏，更有甚者，由于室内环境污染而导致中毒，直至出现癌症这种严重的疾病,自动控制技术与变频技术相结合，产生了变风量、变水量和变制冷剂流量系统 计算机技术与模糊控制技术相结合产生了模糊控制家用空调器,197
13、6年美国建国200周年之际，一批退伍老兵在费城“斯特拉福美景”饭店聚会，两天后与会人员中有180多人相继出现高烧、头痛、呕吐、咳嗽、浑身乏力等症状，90%的病例胸部光片都显示出肺炎迹象。大会总部所在宾馆附近的居民中有36人也出现了相同症状。共有34名患者因此死亡。 疫情发生后，医学专家从病死者肺组织中分离出了致病病菌，称为“军团菌”，此病也因此得名“军团病”。此后，军团病在全球共发生过50多次，近几年在欧洲、美国、澳大利亚等国家和地区均有流行。 城市中的军团病主要由孽生在空气加湿器、蓄水系统、空调系统等潮湿环境中的军团菌引起。,2、空气调节的定义及涉及到的学科,2.1 空气调节的定义,采暖通风
14、与空气调节术语标准给出的定义：使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度和气流速度等参数，达到给定要求的技术。,以传热学、热力学和流体力学为主要理论基础，还涉及到建筑、机电等工程学科,2.2 空气调节涉及到的学科,3、空调系统的类型及组成,3.1 空调系统的类型,舒适性空调,按空气调节的作用分为舒适性空调和工艺性空调,以室内人员为服务对象，目的是创造一个舒适的工作或生活环境，以利于提高工作效率或维持良好的健康水平。如住宅、办公室、影剧院、百货大楼的空调,工艺性空调,目的是满足生产过程和科学研究等的需要，此时空调设计是保证工艺要求为主，室内人员的舒适感是次要的。计算机房、电话总机房、精密电子车间和
15、某些特殊的实验室、博物馆等的空调。,3.2 空调系统的组成,空调冷源和热源,空调冷热源、空气处理设备、空调风系统、空调水系统及空调自动控制和调节装置五大部分组成,冷源：制备冷冻水，提供给空气处理设备，冷水机组，深井水 热源：用来提供加热空气所需的热量，热泵型冷热水机组、锅炉、电加热器,空气处理设备,将送风空气处理到规定的状态 常用的有空气过滤器、空气冷却器、空气加热器、空气加湿器和喷水室,3.2 空调系统的组成,空调风系统 包括送风系统和排风系统,送风系统：风机、风管系统、室内送风口装置 排风系统：室内排风口装置、风管系统、风机,空调水系统,基本组成：水泵、水管系统 空调水系统分为三大类：冷（
16、热）水系统、冷却水系统和冷凝水系统,空调的自动控制和调节装置,调节送风参数、送排风量、供水量和供水参数等，以维持所要求的室内空气状态,冷水供水管-即冷冻水出水管,指的是从冷水机组蒸发器出来流向空调末端(空气处理器,风机盘管等)的水管路,温度设计值To=7; 冷水回水管-即冷冻水回水管,指的是从空调末端(空气处理器,风机盘管等)流进冷水机组蒸发器的水管路,温度设计值Ti=12; 冷却水供水管-指的是从冷却塔出来流向冷水机组冷凝器的水管路,温度设计值Ti=32; 冷却水回水管-指的是从冷水机组冷凝器出来流向冷却塔的水管路,温度设计值To=37; 冷凝水管-指的是从空调末端(空气处理器,风机盘管等)表冷器冷却下来的空气中的水份的排泄管路; 补水管-指的是:1.自来水管接入冷冻水系统的管路(大量补水时用).2.膨胀水箱接入冷冻水系统的管路(少量补水时用);3.自来水管接入膨胀水箱的管路(由浮球阀控制水位);4.自来水管接入冷却塔水盘的管路(由浮球阀控制水位).,4、空气调节的应用,4.1 空调技术在工艺性空调方面的应用,降温性
