变风量空调系统1

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1、第一章 变风量空调系统第一节 概 述一、什么是变风量空调系统 全空气空调系统设计的基本要求，是要决定向被空调房间输送足够数量的、经过一定处理的 空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。它的基本计算公式是：式中L送风量，m3/h；Qq、Qx。一一空调送风所要吸收的总全冷负荷和总显冷负荷，w；p 一窄气密度，kg / m3，可取p=l. 2；c空气定压比热容，kJ/kgC，可取c=l. 01；hn，hs室内空气焙值和送风状态空气焙值，kJ/kg；cn、ts 一室内空气温度和送风温度，C。从公式（1一 1）中可以看出，当室内总显冷负荷发生变化而又需要使室内温度tn保持不变时，

2、 可将送风量L固定，而改变送风温度乙；也可将送风温度乙固定，而改变送风量I。那种 固定送风量而改变送风温度的空调系统，一般便称其为定风量系统，而固定送风温度，改变 送风量的空调系统，则称其为变风量系统。因此， 变风量系统就是随着室内冷负荷不断变 化，而相应地改变送风量，从 而达到维持室内所需要温度的一种全空气空调系统。对于服务于多个房间（或区域）的定风量空调系统来说，由于经过空调设备处理过的空气其送 风温度一定，为了适应某个房间（或区域）的负荷变化，在出现部分负 荷时，送进这些房间（或 区域）去的空气往往需要进行再热，才能维持该房间（或区域）的温湿度在所要求的范围内。 否则，因为送到各房间（或

3、区域）去的风量是 按它们的最大负荷求得的风量，且送风温度相 同，在这些房间（或区域）出现部分负荷时，势必产生过冷现象。迫使经过冷却去湿处理过的 空气又需进行再热处理， 然后送进房间（或区域），方可维持其需要的温湿度，这种冷热抵 消的处理过程，显然是一种能量的浪费。而事实上，对于多数舒适性空 调要求来说，并 不需要十分严格的温度和湿度的控制。变风量系统则可以克服止述缺点，它可以通过改变送 到房间（或区域）里去的风量的办法，来满足这些地方负荷变化的需要，当然，整个系统的总 风量也在发生变化。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。在一幢大型民用建筑中，各个朝向的房间一天中最大负荷并不出现在同

4、一时刻。对于 定风量系统来说，由于它送到房间去的风量和系统总风量都是固定的，因而只能 按各房间 的最大负荷来设计送风量。而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷并不 都处于最大值的需要，空调系统输送的风量（实际上输送的是热 能）可以在建筑物内各个朝 向的房间之间进行转移，从而系统的总设计风量可以减少。实际工程的设计计算表明，在负 荷相同的情况下，与定风量空调系统相比较，变风量系统的总设计风量可减少10%20%。 这样，各种空调设备的容量都可以减小，既可节省设备费用的一次投资，也可进一步降低系 统的运行费用。二、建筑物的内区和外区及其负荷分析（一） 负荷分析负荷计算是空调系统设计的基

5、础。而在作一幢大楼的变风量空调负荷计算之前，对负 荷特点进行分析，则更是变风量空调系统设计的基础。负荷分析的日的，是为了指导系统设计和设备选择，即根据负荷分析结果，选择一个 合理的变风量系统型式，选择与之相适应的设备。负荷分析的方法，是要建立供热、供冷负荷与室外温度变化之间的关系，反映出供热、 供冷负荷如何去适应变化的需要。室外温度在全年是不断变化的，这种变化的 幅度大，它 可以使建筑物从得热状态变成失热状态，或者相反。为适应全年室外温度的变化，需要在系 统设计时考虑如何实现相应的供冷、供热的改变。室外温度在 一天中也是不断变化的，它 也会影响到室内温度的变化，但相对于全年室外温度的变化来说，

6、这种变化的幅度显得要小 一些，可以在变风量系统的运行过程中，通过 采用各种调节手段，来适应这种变化，而与 系统设计关系不大。因此，所谓负荷分析，主要是针对全年室外温度变化而言。（二 ）内区、外区及其负荷特点 一幢大型民用建筑物，都包括有热上意义上的内区和外区（又称周边区），而内区和外 区的空调负荷特点是不相同的。我们把在不考虑新风负荷变化这一条件下，空 调负荷随室 外温度的变化而变化的空调区称为外区，与此相对应，空调负荷不随室外温度变化的空调区， 称为内区。一幢建筑物的内区，其空调负荷是由人员、灯光和各种机械设备产生的得热而形成的。 这些负荷在全第二章 变风量空调系统设计前期研究 当我们着手为

7、一幢建筑物做变风量空调系统设计时，在设计前期，对将要涉及到变风 量系统设计的几个关键技术问题作仔细分析研究，是十分重要的。在前期设计中 多花费一 小时，在后面的设计过程中就可以节省几个星期，甚至数月的时间（因为可以避免不必要的 设计返工），同时，可获得一个既节省一次投资，又可减少运行 费的高性能变风量系统设计， 从而赢得顾客的赞誉和信任。第一节 关于整体综合设计概念 一项建筑工程的设计，往往被人为分割为各有关专业的设计过程，各专业设计工程师 们都基本上只在自己的专业范围内做设计。在设计过程中虽然也有专业之间的协 调配合， 但整体设计的概念不强。整体综合设计是一个更加协调的多学科、各专业的共同研

8、究过程， 以实现建筑设计、结构设计、各机电设备专业系统设计和自动控 制系统设计的更好一体化。 这是现代建筑丁程设计的要求和发展趋势。而这种整体综合设计，对变风量空调系统的设计 和应用来说，显得尤为重要。例如，一幢建筑物，由建筑师选择的将要采用的外窗玻璃，就不仅会影响到空调系统 的负荷大小，而且也要考虑防止在周边区内的人们由于视觉眩光和外表面冷、热 辐射产生 不平衡所带来的不舒适感。选用高性能的玻璃，或采取各种有效遮阳措施，就可以显著地减 少暖通空调系统的负荷，降低各类机械设备的容量，并同时改善 人们的舒适度。同样，如 果照明、各种机械设备和空调设备的控制也能与整个建筑物的能源管理与控制系统一体

9、化， 那么，就可以减少建筑的一次投资和改进运行管 理水平。为了实现空调系统的最佳节能效果，不仅要选择更有效的空调设备及其控制方案，还 要对早期的建筑（结构）设计方案作仔细分析，并对各专业之间的设计协作进行 研究。经过 整体综合设计所建造的建筑物，将可以改善建筑物里的人们的舒适度，提高他们的工作效率， 降低建筑物的运行费用，节约能源。设计一幢高性能的建筑 物，需要设计团队中各专业人 员之间的高水平合作。空调设计与建筑设计在各个方面都彼此互相影响着，下面列举了在前期设计中应该研 究和协调的一些主要内容。1空气竖井的大小和位置 较大尺寸的空气竖井可以降低空气流通时的压力损失，从而降低风机能耗。 尽早

10、与建筑师和结构工程师协调好空气竖井的位置和大小，以免在将来要从竖井接出 或接进风管时，产生一些特殊的困难和约束。2集中空气处理装置或空调机房的位置和大小 无论是现场安装的土建式集中空气处理装置，还是组装式空调机，能使它们的表面冷 却器盘管和空气过滤器的迎风面积都较大，就可以减少风机的压力损失。送风机 出风口要 有足够的空间，以利于送风气流均匀流畅，减少紊流状态，降低送风的局部阻力，提高风机 运行效率。为此，机房应该有合适的、足够大的面积，才有可能 做到这一点。3确定房间吊顶高度 主风管的安装，风管与设备的流畅连接，都需要有一定大小的空间，为此，应尽早与 建筑师和结构工程师进行协调。4回风通道

11、一般说，采用吊顶空间回风要比用管道回风更有效，但此时，需要有较大的安装风阀（如 防火阀，因为吊顶空间有可能跨越防火分区）的地方，这对建筑设计的影响不可忽视。是否 可以采用吊顶回风方式，应尽早与建筑师协调一致。5新风人口 在新风、排风之间采用热回收装置时，新风阀的位置和大小的确定，就显得特别重要。 热回收装置的安装也需要足够的空间位置。6噪声问题 要与建筑师，可能的话还要与声学工程师尽早协调并确定建筑物内的噪声要求标准， 以及确定哪些区域对噪声敏感，应采取措施尽可能避免或减少在暖通空调设计中去作过多的 消声处理。7窗户遮阳 减少或限制外窗的太阳直接照射，会带来多方面的好处，特别是可直接减少空调冷

12、负 荷。同时，可减少最大风量值，为周边区域服务的空调风管尺寸和变风量末端装置也可变得 较小，一次投资可以节省。更重要的是，可以改善靠近窗户的人们的舒适性。8窗户的朝向 有利的窗户朝向，是控制太阳得热量的最有效的手段。因此，要避免东、西向的外窗 数量和面积，北窗最为有利，而南窗不宜采用飘窗形式。9窗玻璃种类 当外窗既没有外遮阳，朝向又不好时，要特别注意选用太阳得热效果较低的窗玻璃。 第三章 变风量空调系统负荷计算第一节 冷负荷计算 变风量系统属于全空气空调系统的范畴，在负荷计算的原理上，它与全空气空调系统 没有区别，但在计算方法和步骤上，有其自身的特点。冷负荷计算的目的，是为了确定建筑物每一模数

13、，或每一房间的最大负荷值，进而求 得它们需要的最大送风量。在此基础上，再求得整个系统，乃至整幢建筑物所需要的负荷值。由于变风量系统能够为单台末端装置，或一群末端装置提供温度控制，所以，在模数 化的建筑物内应用这种系统非常合理，因此，要计算单个建筑模数的冷负荷。但如果建筑平 面几何形状不规则，难以模数化，则应逐个房间计算冷负荷。多房间、多层建筑物的负荷值会重复出现，所以，只要计算出建筑物各个朝向外围护 结构上每个典型房间或典型模数的负荷，再将屋顶负荷加到顶层相应房间或模数的负荷中 去，就能够很快得到顶层房间或顶层模数的负荷值。我们知道，各朝向外围护结构的高峰负荷并不会在同一时间出现，因此，还应该

14、作每 一个空调系统（或每一建筑物分区）的综合冷负荷计算，以及整个建筑物的综合 冷负荷计算。 空调系统（或分区）的负荷值将决定着空气处理设备的容量大小，而整个建筑物的负荷值将决 定着制冷设备容量的大小。这是变风量空调系统在负荷计 算中的一个特点。冷负荷计算的方法多种多样，可以用传统的手算法，但要广泛使用的，应该是利用已 知的程序，采用计算机进行运算。这里着重介绍冷负荷系数计算法。在应用这一 计算方法 时，透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷和外围护结构瞬变传热引起的冷负荷应分朝向逐时 计算，而内部热源（如人员、灯光等）带给室内的得热造成的冷 负荷，也应该按冷负荷系数 法进行计算。一、单个房间（或单个

15、建筑模数）的冷负荷计算单个房间冷负荷包括来自太阳、传热、灯光、人员以及室内各种机械设备等得热而形 成的冷负荷。在作变风量系统设计时，可先算单个房间的显热负荷，而潜热负荷和新风负荷 则可作为建筑分区负荷或一个空调系统的负荷的一部分进行第 61 页计算。在作单个房间冷负荷计算时，应注意当房间只有一个朝向的外围护结构时，该房间的 最大冷负荷应是与该朝向外围护结构的瞬时最大得热相一致。这时，应该取该朝 向外围护 结构的瞬时最大得热值形成的冷负荷。当房间有两个以上朝向的外围护结构时，则应计算各 朝向围护结构的瞬时综合最大得热值形成的冷负荷。（一 ）在日射和室外气温的综合作用下，通过外墙和屋顶瞬变传热形成

16、的逐时冷负荷：式中CL。一通过外墙和屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷，W；F。一外墙和屋顶的面积，m2；K。一外墙和屋顶的传热系数，W/（m2C）,根据外墙和屋顶的不同构造和厚度，查有关手册得到；tn室内设计温度，C；11。一外墙和屋顶的冷负荷计算温度的逐时值，C,根据外墙和屋顶的不同类型，查有关手册得到；1 1。一外墙和屋顶的综合冷负荷计算温度的逐时值，C；tm外墙和屋顶的地点修正值，C；Ca一外表面放热系数修正值；C外表面日射吸收系数修正值。上述公式中的 Ko、t10、td1、ca、cp 值均可见全国民用建筑工程设计技术措 施 暖通空调动力中的有关表格。（二）在室内外温差作用下，通过外窗瞬变传热形成的逐时冷负荷：式中CLch1：通过外窗瞬变传热形成的逐时冷负荷，W；Fch外窗口面积，m2；Kc