楼宇智能化技术第6章楼宇基本设备及其控制特性课件.ppt

1、空调系统的功能和组成 空调系统空调系统就是完成对空气环境进行调节就是完成对空气环境进行调节和控制，也就是对空气进行和控制，也就是对空气进行加热、冷却、加热、冷却、加湿、减湿、过滤、输送加湿、减湿、过滤、输送等各种处理的等各种处理的设备装置。设备装置。空调系统的基本构成，由空调系统的基本构成，由冷热源系统、冷热源系统、空气处理系统、能量输送分配系统和自空气处理系统、能量输送分配系统和自动控制系统动控制系统等四个子系统组成。等四个子系统组成。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统湿空气热力学基础湿空气热力学基础6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统湿空气的状态参数湿空气的状态参数 wdtthd

2、tB、湿空气可以看作湿空气可以看作干空气干空气和和水蒸气水蒸气的混合物的混合物,湿空气的状态参数湿空气的状态参数:湿空气的独立状态参数应该是三个湿空气的独立状态参数应该是三个B:B:气压（一般讨论是在一个标准大气压下，气压（一般讨论是在一个标准大气压下，101325Pa101325Pa）t:t:干球温度（干球温度（-45-99)-45-99):相对湿度（相对湿度（5%-100%5%-100%）d:d:含湿量（含湿量（kg/Kgkg/Kg）h:h:焓（焓（J/KgJ/Kg），），h=1.01t+d(2500+1.84t)h=1.01t+d(2500+1.84t)td:td:露点露点()()twt

3、w:湿球温度湿球温度()()6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统湿空气的焓湿图（湿空气的焓湿图（h-d）等温线等焓线等压线（等含湿量线）等相对湿度线湿空气h-d图6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%0102040608010012010000010002000300040005000-1000-5000-10000dh1000+-td(g/Kg)h(kJ/Kg)大气压101325Pa湿空气热力学基础湿空气热力学基础空气的状态参数空气的状

4、态参数 t t、PcPc关系图关系图 相对湿度%t水汽分压力1020304050607080901002468101214161820222520181614121086Pc(100Pa)6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统等等PcPc加热升温过程加热升温过程 空气调节的过程空气调节的过程实际上是空气实际上是空气从一个状态变化到另一个状态从一个状态变化到另一个状态的过程，当被调节的的过程，当被调节的空气状态（温度、相对湿度）空气状态（温度、相对湿度）偏离了设定值时，就需要进行空气调节。偏离了设定值时，就需要进行空气调节。相对湿度%t水汽分压力102030405060708090100246

5、8101214161820222520181614121086Pc(100Pa)A至B是等Pc加热升温过程AB6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。等湿气温变化等湿气温变化051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%010204060801001201000001000200

6、0300040005000-1000-5000-10000dh1000+-td(g/Kg)h(kJ/Kg)大气压101325PaA AA AB BB BAABBtAtBtBtA等湿降温等湿升温湿空气热力学基础湿空气热力学基础表冷器冷却减湿表冷器冷却减湿 上述冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸上述冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。051015202530354045-5-100510152025303540454010

7、0%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%01020608010012010000010002000300040005000-1000-5000-10000dh1000+-td(g/Kg)h(kJ/Kg)大气压101325PaA AB BABtdtA等湿降温等湿升温露点结露凝水6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统不同状态空气的混合不同状态空气的混合051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%0102040608010012010000010002000300040

8、005000-1000-5000-10000dh1000+-td(g/Kg)h(kJ/Kg)大气压101325Pa2 21 1c c2ct1tct2hch2h1水凝结饱和区6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统热湿比热湿比dhddhhddhh10001000100012121212湿 空 气 h-d图 热 湿 比 四 个 区=100%（）（）（）（）实际湿空气的处理过程中，很少有含湿量不变的过程，往往在温度变化的同实际湿空气的处理过程中，很少有含湿量不变的过程，往往在温度变化的同时伴随着含湿量的变化，因此有必要定义一个新的参数来帮助解决问题。即时伴随着含湿量的变化，因此有必要定义一个新的参数

9、来帮助解决问题。即热湿比：热湿比：对 于对 于区区因此因此对 于对 于区区因此因此对 于对 于区区因此因此对于对于区区因此因此 0,0dh00,0dh00,0dh00,0dh06.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统根据(t,)计算其它参数)100/(ln()100/(ln(tbatatbatbtdtbatseP11.6tbatscePP11.6)()(11.611.6622.0tbattbateBed)84.12500(01.1tdtha=17.27,b=237.7a=17.27,b=237.7B=101325B=1013256.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统空气调节基础原理空气调节基

10、础原理6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统典型空气状态变化过程典型空气状态变化过程010203040-10010203040100%80%60%40%20%5%020406080100120td(g/Kg)h(kJ/Kg)A AB BC CD DE EF FG GA AB B电加热器A AC C表冷器冷媒A AE E喷水室A AF F加湿蒸气A AD D固体吸湿剂A AG G表冷器结露冷媒凝水空气调节基础原理空气调节基础原理流动空气状态过程流动空气状态过程h-d图的表示图的表示051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%6

11、0%50%40%30%20%10%5%01020608010012010000010002000300040005000-1000-5000-10000dh1000+-N NO ON NO O空气dh1000hdhohohnhndododndnQW=QhWd=风量热湿负荷6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统夏季空气处理过程夏季空气处理过程h-d图的表示图的表示051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%01020608010012010000010002000300040005000

12、-1000-5000-10000dh1000+-N NC CW WL LLLO ON NO OW WC CL LO O一次回风新风风机N N被调空气6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冬季空气处理过程冬季空气处理过程h-d图的表示图的表示051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%01020608010012010000010002000300040005000-1000-5000-10000dh1000+-N NC CW WL LO ON NO OW WC CL LO O一次回风新

13、风风机N N被调空气6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统夏季、冬季室内参数不同的处理过程夏季、冬季室内参数不同的处理过程051015202530354045-5-1005101520253035404540100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%01020608010012010000010002000300040005000-1000-5000-10000dh1000+-n nc cw wl lo oN NO OW WC CL LO O一次回风新风风机N N被调空气N NC CW WL LLLO O冬季夏季6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统空气状态调节过程

14、空气状态调节过程 t1020304050607080901002468101214161820222520181614121086Pc（100Pa)ABCDEA-B:加湿B-C:降温C-D:冷却去湿D-E:加热从A点调节到E点的过程：3757A点:气温22，相对湿度37%E点:气温18，相对湿度57%A点:气温22，相对湿度37%E点:气温18，相对湿度57%9.5相对湿度%6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统空气调节处理流程空气调节处理流程 加湿Pc1200Pa22相对湿度37%冷却、去湿表冷器为9.5加热至18相对湿度100%9.5相对湿度57%186.3 空调与冷热源系统空调与冷热源

15、系统冬季新空气加热加湿处理冬季新空气加热加湿处理 t1020304050607080901002468101214161820222520181614121086CDA-B:加热B-C:加湿至饱和C-D:加热从A点调节到D点的过程：3757D点:气温20，相对湿度60%A点:气温4.8，相对湿度70%A点(新风）:气温4.8，相对湿度70%D点（室内）:气温20，相对湿度60%ABPc（100Pa)相对湿度%6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统夏季新空气减温去湿处理夏季新空气减温去湿处理 t10203040506070809010024681012141618202225201816141

16、21086Pc（100Pa)CD从A点调节到D点的过程：3757D点:气温20，相对湿度60%A点:气温25，相对湿度60%A点(新风）:气温25，相对湿度70%D点（室内）:气温20，相对湿度60%ABA-B：降温B-C：降温去湿C-D：加温相对湿度%6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统空气加热空气加热/冷却方法冷却方法 空气热媒介/冷媒介换热器空调系统中所用的加热器一般是以热水或蒸汽为热媒的表面式空气加热器和电热丝发热加热器。空气的降温可以通过空气的降温可以通过表冷器表冷器来实现。以来实现。以制冷剂为冷媒制冷剂为冷媒的表冷器称为直接蒸的表冷器称为直接蒸发式表冷器（又称发式表冷器（又称蒸

17、发器蒸发器），多用于局部的分体空调中。以），多用于局部的分体空调中。以冷水冷水作为冷媒作为冷媒的表冷器称为水冷表冷器，多用于集中式空调系统和半集中式空调系统的的表冷器称为水冷表冷器，多用于集中式空调系统和半集中式空调系统的末端设备中。末端设备中。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统中央空调系统中央空调系统6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统空气调节系统空气调节系统 冷凝水管空调机新风7C制冷机的冷凝器制冷机的蒸发器32C37C12C冷却水循环泵空调房间制冷机房排风扇送风口冷冻水循环泵冷水管25C回风口24C房机调空18C送风管消声器热水循环泵热水管烟气冷却水管热湿空气冷却塔烟囱热水锅炉

18、60C55C热水管6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统集中空调系统集中空调系统 集中空调系统的所有空气处理设备（包括风机、冷集中空调系统的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等）都设在一个集却器、加热器、加湿器、过滤器等）都设在一个集中的空调机房内中的空调机房内 新风风机回风排风送风回风房间空气热湿处理系统空调机房集中处理房间房间其余房间6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统集中式空调集中式空调 分类分类热热热热湿湿湿湿进风进风回风回风冷热源（水）冷热源（水）制冷剂室外机室内机空调空调(a)全空气系统(b)全水系统(c)空气-水系统(d)制冷剂系统进风回风空调空间(

19、a)封闭式系统空调机进风回风空调空间(b)直流式系统空调机新风排出进风回风空调空间(c)混合式系统空调机新风混合(全新风，最健康)(零新风，最节能)(优化组合，最常用)6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统集中空调系统集中空调系统分类分类 新风风机新风送风空气热湿处理系统空调机房集中处理房间其余房间新风机组FCU房间FCU房间FCU冷热源系统供冷/热空气循环风机盘管风机盘管新风风机回风排风送风回风房间空气热湿处理系统空调机房集中处理房间房间其余房间房间其余房间FCU房间FCU房间FCU冷热源系统供冷/热空气循环风机盘管风机盘管集中空调（全空气系统）集中空调（全空气系统）半集中空调（空气半集中

20、空调（空气-水系统）水系统）半集中空调（全水半集中空调（全水/制冷剂系统）制冷剂系统）6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统集中空调（全空气系统）分类集中空调（全空气系统）分类 零新风，最节能零新风，最节能全新风，最健康全新风，最健康优化组合，最常用优化组合，最常用风机回风送风回风房间空气热湿处理系统全封闭方式房间房间其余房间新风风机回风送风房间空气热湿处理系统直流方式房间房间其余房间新风风机回风送风回风房间空气热湿处理系统混合方式房间房间其余房间排风排风6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统户式中央空调户式中央空调6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统大楼中央空调大楼中央空调6.3 空

21、调与冷热源系统空调与冷热源系统集中式空调的空气热湿处理系统集中式空调的空气热湿处理系统 回风过滤网热水盘管冷水盘管加湿喷头风机温度检测风压压差检测新风温度检测MMM热水冷却水新风量阀门回风量阀门启停控制12345678910模拟量输入（AI)模拟量输出（AO)数字量输入（DI)数字量输出（DO)11023679548DDC现场控制器ABCDE压差BDCAE湿度检测温度检测湿度检测湿度检测6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统定风量控制原理定风量控制原理051015202530354045-5-10051015202530100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%010

22、206080100N NC CW WL LLLO Otot1dN NO OW WC CL LO O一次回风N N被调空气)/(,sgdddQ是余湿量送风6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统定风量控制原理框图定风量控制原理框图N NO OW WC CL LO O一次回风N N被调空气加热器表冷器被调空气加热器参数测量加热控制器设定参数tn表冷器参数测量露点控制器露点设定td混合箱新风新风比控制tLhLtohotnhntotn)/(,sgdddQ是余湿量送风6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统末端加热定风量控制系统末端加热定风量控制系统 新风风机回风露点送风回风空气热湿处理系统房间其余房间

23、排风再热器房间房间未端加热装置再热器再热器再热器控制器控制器控制器控制器控制器现场总线6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统变风量控制原理变风量控制原理051015202530354045-5-10051015202530100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%5%010206080100N NL LL L O OtotndN NO OW WC CL LO O一次回风N N被调空气仅调风量不能保证仅调风量不能保证温湿度控制精度温湿度控制精度变风量控温，变露点控湿变风量控温，变露点控湿变风量控湿，再热器控温变风量控湿，再热器控温6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统末端

24、调节变风量系统末端调节变风量系统 新风风机回风送风回风空气热湿处理系统房间其余房间排风VAV Box房间房间VAV BoxVAV BoxVAV Box变风量未端装置变风量控制（TRAVTRAV，Terminal Regulation Air VolumeTerminal Regulation Air Volume），如图所示，根据末），如图所示，根据末端风量的变化实时控制送风机，末端装置（端风量的变化实时控制送风机，末端装置（VAV BoxVAV Box）随室内负荷的）随室内负荷的变化自动调节风量维持室温。变化自动调节风量维持室温。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统VAVVAV末端调加热

25、节系统末端调加热节系统 新风变频风机回风送风回风空气热湿处理系统房间排风VAV Box房间房间变风量未端装置再加热VAV Box再加热VAV Box再加热末端风压P6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统半集中空调系统半集中空调系统 新风风机新风送风空气热湿处理系统空调机房集中处理房间其余房间新风机组FCU房间FCU房间FCU冷热源系统供冷/热空气循环风机盘管风机盘管6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统半集中式空调运行控制半集中式空调运行控制 半集中式空调中的新风机组一般采用定风量控制方法，未端风机盘半集中式空调中的新风机组一般采用定风量控制方法，未端风机盘管可采用管可采用CAVCAV、V

26、AVVAV控制方法控制方法,系统运行控制方式如图所示。系统运行控制方式如图所示。FCU风机盘管新风送风回风两管制水系统集中送新风风道被调空气控制器FCU 实物图FCU风机盘管新风送风回风供水总管回水总管集中送新风风道被调空气控制器6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统集中供冷集中供冷/热，分散控制式空调系统热，分散控制式空调系统 房间其余房间FCU房间FCU房间FCU冷热源系统供冷/热空气循环风机盘管风机盘管6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冷热源系统冷热源系统 空气调节的过程是一个热湿交换过程，对空气升空气调节的过程是一个热湿交换过程，对空气升温或降温调节均离不开冷热源。温或降温调节

27、均离不开冷热源。最常用的冷热源是最常用的冷热源是冷冻水和热水冷冻水和热水。空调系统冷热源的能耗是建筑能耗的大户空调系统冷热源的能耗是建筑能耗的大户,应用应用热热泵技术泵技术制备智能化楼宇的冷冻水和热水是一项节制备智能化楼宇的冷冻水和热水是一项节能技术。有条件的地方可采用效率更高的能技术。有条件的地方可采用效率更高的地源热地源热泵技术、水源热泵技术泵技术、水源热泵技术。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统水冷螺杆冷水机风冷螺杆冷水机溴化俚空调冷水机全自动燃油/气卧式锅炉全自动燃油/气立式锅炉电锅炉冷源热泵技术冷源热泵技术 高水位低水位水泵高温区低温区热泵热量所谓所谓“热泵热泵”是一种是通过消

28、耗一定量的高品位能量（电能），能从自然界的空气、水是一种是通过消耗一定量的高品位能量（电能），能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，并提高其品位，提供可被人们所用的高品位热能的热力学装或土壤中获取低品位热能，并提高其品位，提供可被人们所用的高品位热能的热力学装置。置。冷源热泵技术冷源热泵技术 冷凝器蒸发器冷却水冷冻水冷媒（制冷剂）低压蒸汽高压蒸汽高压液体低压液体膨胀阀放热液化吸热汽化供水水温32 回水水温37回水水温12供水水温7压缩机压缩式制冷方式是“热泵”的工作方式。通过流动媒介(以前一般为氟利昂，现用氟利昂替代物)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部件中的气相变化(沸腾和凝结)的循

29、环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统热量传递过程热量传递过程冷凝器蒸发器冷却水冷冻水供水水温32 回水水温37回水水温12供水水温7冷水机组冷却塔空调系统冷却水泵冷冻水泵空调系统经冷冻水带回室内热量将热量传递给冷却水经冷却塔热量散发到户外大气压缩式制冷机根据压缩机的不同，分为离心式冷水机、螺杆式冷水机、活塞式冷水机，根据冷凝器的冷却介质不同，分为水冷式和风冷式两类。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统中央空调热量传递过程中央空调热量传递过程大气6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冷却塔实际图冷却塔实际图冷冻水泵机组实际图冷冻水泵机组实际图地源

30、热泵热量传递原理地源热泵热量传递原理 冷凝器蒸发器冷却水冷冻水 回水水温12供水水温7冷水机组空调系统冷却水泵冷冻水泵空调系统经冷冻水带回室内热量将热量传递给冷却水热量散发到大地地理管网大地如果最终的热量是散发到大气中,它就是气源热泵,家用分体空调机就是气源热泵。如果最终的热量是传递到大地中，它就是地源热泵 6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统溴化锂溴化锂吸收式制冷方式吸收式制冷方式冷凝器蒸发器冷却水冷冻水冷媒（水）低压水蒸汽高压水蒸汽高压液态水低压液态水节流阀放热液化吸热汽化 吸收器稀溶液浓溴化锂溶液加热发生器节流阀溶液泵吸收剂溴化锂溶液6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统直燃吸收式

31、溴化锂冷热水机组实物图 6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统直燃吸收式溴直燃吸收式溴化锂冷热水机化锂冷热水机组原理组原理 空调冷冻水卫生热水冷却塔卫生热水泵冷冻水泵冷却水泵自动水处理软水器燃料或热能发生器凝冷器蒸发器吸收器溴化锂6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统太阳能非电空调机组太阳能非电空调机组集热板集热管阳光追踪系统太阳能控制组太阳能集热系统夜间用燃料卫生热水冷冻水冷却水溴化锂6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冷、热、电联产系统冷、热、电联产系统燃气涡轮发电机烟气直燃机冷冻水6热水70电力烟气500天然气NG蒸汽涡轮发电机蒸汽吸发式制冷机冷冻水6热水70电力蒸汽蒸汽锅炉废热

32、工业废气锅炉烟气垃圾焚烧地热.热交换器高压蒸汽方式之一方式之二6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统燃气发动机驱动热泵系统燃气发动机驱动热泵系统 热水冷凝器蒸发器燃气发动机冷冻水制冷剂压缩机驱动排气热交换器冷却水热交换器高温的发动机废热回收（高温的发动机废热回收（80的发动机冷却水排热和的发动机冷却水排热和500600的排气排的排气排热），与热泵冷凝热一起用于供热，或者作为吸收式冷水机组的驱动热源，热），与热泵冷凝热一起用于供热，或者作为吸收式冷水机组的驱动热源，从而进一步提高系统的制热性能。从而进一步提高系统的制热性能。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冷源系统的监控冷源系统的监控

33、冷凝器蒸发器冷却水冷冻水 冷水机组冷却塔空调系统冷却水泵冷冻水泵分水器集水器供水管回水管P冷却风扇制冷机膨胀水箱6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统热源系统的监控热源系统的监控 热水 空调系统一次侧热源（蒸汽）热水泵分水器集水器供水管回水管P热交换器M电动调节阀差压调节阀锅炉，供热网等6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统冷量和热量计量冷量和热量计量 集中空调系统的冷量和热量计量和我国北方地区的采暖热计量一样，是一项重要的建筑节能措施。空调按用户实际用量收费是今后的一个发展趋势。它不仅能够降低空调运行能耗，也能够有效地提高公共建筑的能源管理水平。6.3 空调与冷热源系统空调与冷热源系统复习与思考题复习与思考题空调冷热水系统有哪些组成方式？特点如空调冷热水系统有哪些组成方式？特点如何？何？中央空调系统有哪些控制方式？特点如何？中央空调系统有哪些控制方式？特点如何？简述对智能楼宇节能的认识和设想。简述对智能楼宇节能的认识和设想。