1、第11章空气调节 11.1概述概述 11.2空调系统的组成与分类空调系统的组成与分类 11.3 空调负荷与送风量空调负荷与送风量 11.4 空调房间的气流组织空调房间的气流组织 11.5 空气处理设备空气处理设备 11.3 空调水系统空调水系统 11.3 空调冷源空调冷源 11.3 空调系统的消声减振空调系统的消声减振11.1概述概述11.1.1空气调节的任务和作用空气调节的任务和作用空气调节是采用技术手段把某一特定空间内部的空气环境控制在一定状态下,以满足人体舒适和工艺生产过程的要求,简称空调。所控制的内容包括空气的温度、湿度、空气流动速度及洁净度等。现代技术发展有时还要求对空气的压力、成分
2、、气味及噪声等进行调节与控制。所以,采用技术手段创造并保持满足一定要求的空气环境,乃是空气调节的任务。11.1概述概述众所周知,对这些参数产生干扰的来源主要有两个:一是室外气温变化、太阳辐射及外部空气中的有害物的干扰;二是内部空间的人员、设备与生产过程所产生的热、湿及其他有害物的干扰。因此需要采用人工的方法消除室内的余热、余湿,或补充不足的热量与湿量,清除室内的有害物,保证室内新鲜空气的含量。根据空气调节服务对象的不同,把为保证人体舒适的空调称为“舒适性空调”,而把为生产或科学实验过程服务的空调称为“工艺性空调”。工艺性空调往往同时需要满足人员的舒适性要求,因此两者又是相互关联的。11.1概述
3、概述众所周知,对这些参数产生干扰的来源主要有两个:一是室外气温变化、太阳辐射及外部空气中的有害物的干扰;二是内部空间的人员、设备与生产过程所产生的热、湿及其他有害物的干扰。因此需要采用人工的方法消除室内的余热、余湿,或补充不足的热量与湿量,清除室内的有害物,保证室内新鲜空气的含量。11.1概述概述根据空气调节服务对象的不同,把为保证人体舒适的空调称为“舒适性空调”,而把为生产或科学实验过程服务的空调称为“工艺性空调”。工艺性空调往往同时需要满足人员的舒适性要求,因此两者又是相互关联的。舒适性空调的作用是为人们的工作和生活提供一个舒适的环境,目前已普遍应用于公共与民用建筑中,如会议室、图书馆、办
4、公楼、商业中心、酒店和部分民用住宅。此外,舒适性空调也广泛应用于交通工具中,如汽车、火车、飞机、轮船等。11.1概述概述工艺性空调一般对新鲜空气量没有特殊要求,但对温湿度、洁净度的要求比舒适性空调高。在这些工业生产过程中,为避免元器件由于温度变化产生胀缩及湿度过大引起表面锈蚀,一般严格规定了温湿度的偏差范围,如温度不超过0.1,湿度不超过5%。在电子工业中,不仅要保证一定的温湿度,还要保证空气的洁净度。制药行业、食品行业及医院的病房、手术室则不仅要求一定的空气温湿度,还需要控制空气洁净度和含菌数。11.1概述概述现代农业的发展也与空调密切相关,如大型温室、禽畜养殖、粮食储存等都需要对内部空气环
5、境进行调节。此外,在宇航、核能、地下设施及军事领域,空气调节也都发挥着重要作用。因此可以说:现代化发展需要空气调节,空气调节技术的提高与发展则依赖于现代化。空气调节具有广阔的发展前景。11.1概述概述11.1.2空调基数和空调精度空调基数和空调精度不同使用目的的空调系统的空气状态参数控制指标是不同的,一般情况下,主要是控制空气的温度和相对湿度。空调房间室内温度、湿度通常用空调基数和空调精度两组指标来规定。空调基数是指在空调房间所要求的基准温度与相对湿度。空调精度是指空调房间的有效区域内空气的温度、相对湿度在要求的连续时间内允许的波动幅度。例如温度tn=(201)和相对湿度n=50%5%,其中2
6、0和50%是空调基数,1和5%是空调精度。就室内温度而言,按允许波动范围的大小,一般分为tn1、tn=0.5和tn=(0.10.2)三类精度级别。11.1概述概述根据我国的情况,GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范中规定,舒适性空调室内计算参数如下:夏季:温度应采用2428;相对湿度应采用40%70%;风速不应大于0.25m/s。冬季:温度应采用1824;相对湿度应采用30%60%;风速不应大于0.2m/s。对于工业建筑,室内空气参数是由生产工艺过程的特殊要求决定的,所以,工艺性空调的室内计算参数应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件确定。11.2空调系统的组成与分空调系统的
7、组成与分类类11.2.1空调系统的基本组成空调系统的基本组成如图11-1所示,完整的空调系统通常由以下四个部分组成:图11-1空调系统原理图(1)空调房间被空调的空间可以是封闭式的,也可以是敞开式的;可以是一个房间或由多个房间组成,也可以是一个房间的一部分。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(2)空气处理设备空气处理设备是由过滤器、表冷器、空气加热器、空气加湿器等空气热湿处理和净化设备组合在一起的,是空调系统的核心,室内空气与室外新鲜空气被送到这里进行热湿处理与净化,达到要求的温度、湿度等空气状态参数,再被送回室内。(3)空气输配系统空气输配系统是由送风机、送风管道、送风口、回风
8、口、回风管道等组成。把经过处理的空气送至空调房间,将室内的空气送至空气处理设备进行处理或排出室外。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(4)冷(热)源空气处理设备的冷源和热源。夏季降温用冷源一般用制冷机组,在有条件的地方,也可用深井水作为自然冷源。空调加热或冬季加热用热源可以是蒸汽锅炉、热水锅炉、热泵等。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类11.2.2空调系统的分类空调系统的分类空调系统有很多类型,可以采用不同的方法对空调系统进行分类。1.按空气处理设备的位置来分类按空气处理设备的位置来分类(1)集中式空调系统是指空气处理设备(加热器、冷却器、过滤器、加湿器等)以及通风
9、机全部集中放置在空调机房内,空气经过处理后,经风道输送和分配到各个空调房间。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类集中式空调系统可以严格地控制室内温度和相对湿度;可以进行理想的气流分布;可以对室外空气进行过滤处理,满足室内空气洁净度的不同要求;空调风道系统复杂,布置困难,而且空调各房间被风管连通,当发生火灾时会通过风管迅速蔓延。集中式空调系统的冷、热源一般也是集中的,集中在冷冻站和锅炉房或热交换站。对于大空间公共建筑物的空调设计,如商场,可以采用这种空调系统。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(2)半集中式空调系统是指空调机房集中处理部分或全部风量,然后送往各房间,由分
10、散在各被空调房间内的二次设备(又称末端装置)再进行处理的系统。半集中式空调系统可根据各空调房间负荷情况自行调节,只需要新风机房,机房面积较小;当末端装置和新风机组联合使用时,新风风量较小,风管较小,利于空间布置;对室内温湿度要求严格时,难以满足;水系统复杂,易漏水。对于层高较低,又主要由小面积房间构成的建筑物的空调设计,如办公楼、旅馆饭店,可以采用这种空调系统。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(3)分散式空调系统(局部空调系统)分散式空调系统又称局部空调系统,是指把空气处理所需的冷热源、空气处理设备和风机整体组装起来,直接放置在被空调房间内或被空调房间附近,控制一个或几个房间的
11、空调系统。因此,这种系统不需要空调机房,一般也没有输送空气的风道。分散式空调系统布置灵活,各空调房间可根据需要起停;各空调房间之间不会相互影响;室内空气品质较差;气流组织困难。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类2.按负担室内负荷所用介质来分类按负担室内负荷所用介质来分类(1)全空气系统是指室内的空调负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统。集中式空调系统就属于全空气系统。由于空气的比热容较小,需要用较多的空气才能消除室内的余热余湿,因此这种空调系统需要有较大断面的风道,占用建筑空间较多。(2)全水系统是指室内的空调负荷全部由经过处理的水来负担的空调系统。11.2空调系统的组成与分
12、空调系统的组成与分类类由于水的比热容比空气大得多,因此在相同的空调负荷情况下,所需的水量较小,可以解决全空气系统占用建筑空间较多的问题,但不能解决房间通风换气的问题,因此不单独采用这种系统。(3)空气水系统是指室内的空调负荷由空气和水共同负担的空调系统。风机盘管加新风的半集中式空调系统就属于空气水系统。这种系统实际上是前两种空调系统的组合,既可以减少风道占用的建筑空间,又能保证室内的新风换气要求。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(4)制冷剂系统是指由制冷剂直接作为负担室内空调负荷介质的空调系统。如窗式空调器、分体式空调器、多联机等就属于制冷剂系统。这种系统是把制冷系统的蒸发器直
13、接放在室内来吸收室内的余热余湿,通常用于分散式安装的局部空调。由于制冷剂不宜长距离输送,因此不宜作为集中式空调系统来使用。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类3.按空调系统使用的空气来源分类按空调系统使用的空气来源分类(1)直流式系统这种系统使用的空气全部来自室外,吸收余热、余湿后又全部排掉,因而室内空气得到百分之百的交换。所以,这种系统适用于产生剧毒物质、病菌及散发放射性有害物的空调房间。它是一种耗费能量最多的系统。(2)封闭式系统与直流式系统刚好相反,封闭式系统全部使用室内再循环空气。因此,这种系统最节能,但是卫生条件也最差,它只适用于无人操作、只需保持空气温、湿度的场所及很少
14、进人的库房。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(3)回风式系统该系统使用的空气一部分为室外新风,另一部分为室内回风。所以,它具有既经济又符合卫生要求的特点,使用比较广泛。在工程上根据使用回风次数的多少又分为一次回风系统和二次回风系统。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类11.2.3常用空调系统简介常用空调系统简介1.一次回风系统一次回风系统(1)工作原理一次回风系统属于典型的集中式空调系统,也属于典型的全空气系统。该系统是由室外新风与室内回风进行混合,混合后的空气经过处理,经风道输送到空调房间。这种空调系统的空气处理设备集中放置在空调机房内,房间内的空调负荷全部由输送
15、到室内的空气负担。空气处理设备处理的空气一部分来自于室外(这部分空气称为新风),另一部分来自于室内(这部分空气称为回风),所谓一次回风是指回风和新风在空气处理设备中只混合一次。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(2)系统的应用一次回风系统具有集中式空调系统和全空气系统的特点。从它具体的特点分析,这种空调系统适用于空调面积大,各房间室内空调参数相近,各房间的使用时间也较一致的场合。会馆、影剧院、商场、体育馆,还有旅馆的大堂、餐厅、音乐厅等公共建筑场所都广泛地采用这种系统。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类根据空调系统所服务的建筑物情况,有时需要划分成几个系统。建筑物的
16、朝向、层次等位置相近的房间可合并在一个系统,以便于管路的布置、安装和管理;工作班次和运行时间相同的房间可划分成一个系统,以便于运行管理和节能;对于体育馆、纺织车间等空调风量特别大的地方,为了减少和建筑配合的矛盾,可根据具体情况划分成几个系统。商场的空调经常采用集中式全空气系统,这是商场空调的典型方式。采用这种方式是因为空调处理设备放置在机房内,运转、维修方便;能对空气进行过滤,能减小振动和噪声的传播。但机房占用面积大。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类图11-2所示为商场空调最常用的标准空调方式的系统图。图11-2商场基本方式空调系统图11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分
17、类类2.风机盘管加新风空调系统风机盘管加新风空调系统(1)工作原理风机盘管加新风空调系统属于半集中式空调系统,也属于空气水系统。它由风机盘管机组和新风系统两部分组成。风机盘管设置在空调系统内作为系统的末端装置,将流过机组盘管的室内循环空气冷却、加热后送入室内;新风系统是为了保证人体健康的卫生要求,给房间补充一定的新鲜空气。通常室外新风经过处理后,送入空调房间。这种空调系统主要有三种新风供给方式:1)靠渗入室内新鲜空气补给新风,这种方法比较经济,但是室内的卫生条件较差。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类2)墙洞引入新风直接进入机组,这种做法常用于要求不高或旧建筑中增设空调的场合。3
18、)独立新风系统,由设置在空调机房的空气处理设备把新风集中处理到一定参数,然后送入室内。新风一般单独接入室内,如图11-3所示。图11-3新风与风机盘管送风各自送入室内11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类(2)系统的应用风机盘管+独立新风空调系统具有半集中式空调系统和空气水系统的特点。目前这种系统已广泛应用于宾馆、办公楼、公寓等商用或民用建筑。对于大型办公楼(建筑面积超过1万m2)的周边区往往采用轻质幕墙结构,由于热容量较小,室内温度随室外空气温度的变化而波动明显。所以空调外区一般冬季需要供热,夏季需要供冷。内区由于不受室外空气和日射的直接影响,室内负荷主要是人体、照明和设备发热,全
19、年基本上是冷负荷,且全年负荷变化较小,为了满足人体需要,新风量较大。所以针对负荷特点,内区可以采用全空气系统或全新风系统,外区采用风机盘管系统。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与分类类对于中小型办公楼,由于建筑面积较小或平面形状呈长条形,通常不分内外区,可以采用风机盘管加新风系统空调方式。对于客房空调一般多采用风机盘管加新风系统的典型方式。客房风机管道常用的有四种方式:1)卧室暗装型。一般安装在客房过厅的吊顶内,通过送风管道及风口把处理后的空气送入室内,对室内特别是吊顶的装修较为有利;但是检修困难,尤其是吊顶不可拆卸时,必须预留专门的检修人孔。11.2空调系统的组成与分空调系统的组成与
20、分类类2)立式明装型。一般安装于窗下地面上,安装方便,检修时可直接拆下面板。其水管通常从该层楼板下穿上来,在机组内留有专门的接管空间。这种方式占用部分室内面积。3)卧式明装型。它不占用地板面积和吊顶空间,但是它的水管连接较为困难,因此通常靠近管道竖井隔墙安装。4)立式暗装型。由于装修的要求,机组被装修材料遮掩,对机组外表面的美观要求较低,但是检修工作量相对大一些,需要与装修工程配合。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量11.3.1影响空调负荷的因素影响空调负荷的因素消除室内得热量而需要提供的冷量称为冷负荷,消除室内热损耗而需要提供的热量称为热负荷,室内多余而需要消除的湿量称为湿负荷。影响室
21、内冷热负荷的内、外干扰因素包括:1)通过围护结构传入的热量。2)通过外窗进入的太阳辐射得热量。3)人体散热量。4)照明散热量。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量5)设备、器具、管道及其他内部热源的散热量。6)食品或物料的散热量。7)渗透空气带入的热量。8)伴随各种散湿过程产生的潜热量。影响室内湿负荷的内、外干扰因素包括:1)人体散湿。2)渗透空气带入的湿量。3)化学反应过程的散湿量。4)各种潮湿表面、液面或液流的散湿量。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量5)食品或其他物料的散湿量。6)设备散湿量。在确定空调设备容量时除了要考虑以上各种因素形成的负荷,还需要考虑新风的冷负荷与湿负荷,
22、以及风机与水泵温升造成的附加负荷。一般来说空调房间的室内散热、散湿量在一天中不是恒定不变的,随室内人员数量、设备使用情况的变化而变化。围护结构传热与日射得热、新风等形成的负荷随室外气候参数的逐时变化而变化。而空调负荷一般是由总负荷变化的最大值来确定。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量由于建筑围护结构与室内各种物体具有一定的蓄热能力,有些物体与家具还具有蓄湿能力,所以由室内外各种扰量形成的瞬时空调负荷与空调实际负荷存在一定的时间延迟和峰值衰减,因此空调的实际负荷并不简单等于室内产热量、室外传入热量等各项之和。在空调系统设计中准确计算各种负荷以确定空调设备容量与冷热源容量是必要的,其计算方法
23、和过程比较复杂,下面仅介绍利用设计概算指标进行设备容量概算的方法。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量11.3.2空调设备容量概算方法空调设备容量概算方法空调负荷设计概算指标是根据不同类型和用途的建筑物、不同使用空间,单位建筑面积或单位空调面积负荷量的统计值,在可行性研究或初步设计阶段用来进行设备容量概算的指标数。表11-1所示是国内部分建筑的单位空调面积冷负荷设计指标的概算值。表11-2所示是按整个建筑考虑的单位建筑面积空调冷负荷概算指标。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量空调系统的冷热源设备容量也可通
24、过类似方法进行概算。根据我国50多个高层旅游旅馆的统计,单位建筑面积空调制冷设备容量的设计指标R的最大变化范围为R=65132W/m2,平均值为89W/m2,其中R=75110W/m2的旅馆约占总统计数的75%。现在国内常用的一种方法是以旅馆为基层,其他建筑的制冷机容量可用旅馆的基数乘以修正系数求出。表11-3给出几种建筑的值,旅馆的制冷机容量按8093W/m2计。不同类型的建筑的空调面积的百分比见表11-4。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量表11-3制冷机容量概算指标修正系数建筑类型值备注建筑类型值备注办公楼图书馆商店商店体育馆1.20.50.81.53.0只在营业厅设空调全楼设空调
25、按比赛馆面积计算体育馆大会堂影剧院影剧院医院1.522.51.21.51.60.81.0按总建筑面积计算放映厅空调表11-4不同类型的建筑的空调面积的百分比建筑类型空调面积占建筑面积的百分比(%)旅馆、饭店办公楼、展览中心影剧院、俱乐部医院百货商店7080658075851535506511.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量11.3.3空调系统风量的确定空调系统风量的确定1.送风量的确定送风量的确定 空调系统的送风量大小决定了送回排风管道的断面积大小,从而决定了风道所需占据建筑空间的大小。由于空调风道与水管、电缆等相比断面尺寸要大得多,所以对于有吊顶的建筑,空调送风管道的尺寸是决定吊顶空间最
26、小高度的主要因素。对于集中空调系统,空调系统的总处理风量取决于空调负荷以及送风温度与室内空气温度,见下式11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量式中L送风量,单位为m3/s;Q空调显热负荷,单位为W;空气的密度,单位为kg/m3;cp空气的比定压热容,单位为J/(kg);tn室内设计温度,单位为;to送风温度,单位为。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量如果减小送风量、增大送风温差,使夏季送风温度过低,则可能使人感受冷气流作用而感到不适,同时室内温湿度分布的均匀性与稳定性也会受影响,因此夏季送风温差值需受限制。由于冬季送热风时的送风温差值可以比送冷风时的送风温差值大,所以冬季送风量可以比夏
27、季小。所以空调送风量一般是先用冷负荷确定夏季送风量,在冬季采用与夏季相同的送风量,也可小于夏季。冬季的送风温度一般以不超过45为宜。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范规定了夏季送风温差的推荐值,见表11-5和表11-6。由于送风温差对送风量及空调系统的初投资与运行费用有显著的影响,因此宜在满足规范要求的前提下尽量采取较大的送风温差。送风口高度/m送风温差tn-to/5.05105.01015表11-5舒适性空调送风温差室温允许波动范围/送风温差tn-to/1.0151.0690.5360.10.223表11-5舒适性空调送风温差表
28、11-6工艺性空调送风温差11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量2.新风量的确定新风量的确定保证空调房间内有足够的新风量(即新鲜空气量),是保证室内人员身体健康与室内卫生标准的必要措施。新风量不够,会造成房间内空气质量下降,会使室内人员产生憋闷、头痛、精神不振、昏睡等症状。但增加新风量将会带来较大的新风负荷,从而增加了空调系统的运行费用,因而也不能无限制地增加新风在送风量中所占百分数。民用建筑供暖通风与空气调节设计规范对公共建筑主要房间最小新风量做出了相应的规定,见表11-7。11.3空调负荷与送风量空调负荷与送风量建筑房间类型新风量办公室30客房30大堂、四季厅10表11-7公共建筑主要房
29、间每人所需最小新风量单位:m3/(h人)11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织经过空调系统处理的空气经送风口进入空调房间,与室内空气进行热质交换后由回风口排出,必然引起室内空气的流动,形成某种形式的气流流型和速度场。速度场往往是其他场(如温度场、湿度场和浓度场)存在的基础和前提,所以不同恒温精度、洁净度和不同使用要求的空调房间,往往也要求不同形式的气流流型和速度场。例如,要求恒温精度很高的计量室,总是要求有回流的气流流型,以便计量部分能处在回流区;洁净度要求很高的集成电路车间,则要求做成平行流流型;至于体育馆内的乒乓球比赛大厅,限制室内速度场就更严格了。11.4空调房间的气流组织空调房间
30、的气流组织影响气流组织的因素很多,如送风口位置及形式,回风口位置,房间几何形状及室内的各种扰动等。其中以送风口的空气射流及其参数对气流组织的影响最为重要。11.4.1送、回风的运动规律送、回风的运动规律1.送风口空气流动规律送风口空气流动规律空气经喷嘴向周围气体的外射流动称为射流。射流按流态不同,可分为层流射流和湍流射流;按其进入空间的大小,可分为自由射流和受限射流;按送风温度与室温的差异,可分为等温射流和非等温射流;按喷嘴形式不同,还可分为圆射流和扁射流。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织空调中遇到的射流均属于湍流非等温受限(或自由)射流。(1)等温自由湍流射流设射流温度与房间温度
31、相同,房间体积比射流体积大得多,送风口长宽比小于10,射流呈湍流状态。当射流进入房间后,射流边界与周围气体不断进行动量、质量交换,周围空气不断被卷入,射流流量不断增加,断面不断扩大。而射流速度则因与周围空气的动量交换而不断下降,当射流边界层扩散到轴心时,射流发展到了主体段,随着射程的继续增大,速度继续减小,直至消失。等温自由射流的发展过程如图11-4所示。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织(2)非等温自由射流当射流出口温度与房间空气温度不相同时,称为非等温射流。在空气调节中,采用的正是这种非等温射流。送风温度低于室内空气温度时为冷射流,高于室内空气温度时为热射流。图11-4等温自由射
32、流的发展过程11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织非等温射流由于密度与周围空气密度不同,所受的重力与浮力不相平衡,使整个射流将发生向下或向上弯曲,气流产生偏移。弯曲射流的轴线轨迹如图11-5所示。图11-5弯曲射流的轴线轨迹图11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织(3)受限射流当射流边界的扩展受到房间边壁影响时,就称为受限射流。不管是受限射流还是自由射流,都是对周围空气的扰动,它所具有的能量是有限的,它能引起的扰动范围也是有限的,不可能扩展到无限远去。而受限射流还要受到房间边壁的影响,因此形成了受限射流的特征。当射流不断卷吸周围空气时,周围较远处空气流必然要来补充,由于边壁的存在与
33、影响,势必导致形成回流(见图11-6)。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织而回流范围有限,则促使射流外逸,于是射流与回流闭合,形成大涡流。在所谓的第I临界断面处,将出现极值:射流断面最大,射流流量最大,回流流速最大。图11-6有限空间射流流场11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织(4)旋转射流气流通过具有旋流作用的喷嘴向外射出,气流本身一面旋转,一面又向静止介质中扩散前进,这种射流称为旋转射流。由于射流的旋转,使得射流介质获得向四周扩散的离心力。和一般射流相比,旋转射流的扩散角要大得多,射程短得多,并且在射流内部形成了一个回流区。正因为旋转射流有如此特点,所以,对于要求快速混合
34、的通风场合,用它作为送风口是很合适的。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织2.回风口空气流动规律回风口与送风口的空气运动规律是完全不同的。送风射流以一定的角度向外扩散,而回风气流则从四面八方流向回风口,流线向回风点集中形成点汇,等速面以此点汇为中心近似于球面,如图11-7所示。实验结果表明,吸风气流作用区,气流速度迅速下降,吸风影响范围很小。图11-7回风点汇图11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织11.4.2气流组织的形式气流组织的形式按照送、回风口布置位置和形式的不同,可以有各种各样的气流组织形式。大致可以归纳为以下五种:侧送侧回,上送下回,中送下上回,下送上回及上送上回。1
35、.侧送侧回侧送风口布置在房间的侧墙上部,空气横向送出,气流吹到对面墙上转折下落到工作区并以较低速度流过工作区,再由布置在同侧的回风口排出。根据房间跨度大小,可以布置成单侧送单侧回和双侧送双侧回,如图11-8所示。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织侧送侧回形式使工作区处于回流区,具有以下优点:由于送风射流在到达工作区之前,已与房间空气进行了比较充分的混合,速度场和温度场都趋于均匀和稳定,因此能保证工作区气流速度和温度的均匀性。所以对于侧送侧回来说,容易满足设计对于速度不均匀系数的要求。图11-8侧送风气流流型11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织此外,由于侧送侧回的射流射程比较长
36、,射流来得及充分衰减,故可加大送风温差。基于上述优点,侧送侧回是用得最多的气流组织形式。2.上送下回上送下回散流器送风和孔板送风是常见的上送下回形式。散流器送风如图11-9所示。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织密布散流器送风可以形成平行流流型,涡流少,断面速度场均匀。对于温湿度要求精度高的房间,特别是要求洁净度很高的房间,则是理想的气流组织形式。图11-9散流器上送下回流型11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织3.中送下上回中送下上回图11-10所示是中部送风下部回风或下部上部同时回风的气流流型图。图11-10中送风气流流型对于高大房间来说,送风量往往很大,房间上部和下部的温
37、差也比较大,因此将房间分为上下两部分对待是合适的。下部视为工作区,上部视为非工作区。采用中部送风,下部和上部同时排风,形成两个气流区,保证下部工作区达到空调设计要求,而上部气流区负担排走非空调区的余热量。11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织4.下送上回下送上回这种形式的送风口布置在下部,回风口布置在上部,如图11-11a所示,也有送回风口都布置在下部的,如图11-11b所示。对于室内余热量大,特别是热源又靠近顶棚的场合,如计算机房、广播电台的演播大厅等,采用这种气流组织形式是非常合适的。图11-11下送风气流流型11.4空调房间的气流组织空调房间的气流组织5.上送上回上送上回这种气流组
38、织形式是将送风口和回风口叠在一起,布置在房间上部,如图11-12所示。对于因各种原因不能在房间下部布置回风口的场合是相当合适的。但应注意气流短路的现象发生,如果气流短路,则经济性差。图11-12上送上回气流流型11.5空气处理设备空气处理设备11.5空气处理设备空气处理设备11.5.1空气的基本处理方法空气的基本处理方法在空调系统中,通过使用各种设备及技术手段使空气的温度、湿度等参数发生变化,最终达到要求的状态。对空气的主要处理过程包括热湿处理与净化处理两大类,其中热湿处理是最基本的处理方式。11.5空气处理设备空气处理设备最简单的空气热湿处理过程可分为四种:加热、冷却、加湿、除湿。所有实际的
39、空气处理过程都是上述各种单一过程的组合,如夏季最常用的冷却去湿过程就是除湿与降温过程的组合,喷水室的等焓加湿过程就是加湿与降温的组合。在实际空气处理过程中有些过程往往不能单独实现,如降温有时伴随着除湿或加湿。1.加热加热单纯的加热过程是容易实现的。主要的实现途径是用表面式空气加热器、电加热器加热空气。如果用温度高于空气温度的水喷淋空气,则会在加热空气的同时又使空气的湿度升高。11.5空气处理设备空气处理设备2.冷却冷却采用表面式空气冷却器或温度低于空气温度的水喷淋空气都可使空气温度下降。如果表面式空气冷却器的表面温度高于空气的露点温度,或喷淋水的水温等于空气的露点温度,则可实现单纯的降温过程;
40、如果表面式空气冷却器的表面温度或喷淋水的水温低于空气的露点温度,则空气会实现冷却去湿过程;如果喷淋水的水温高于空气的露点温度,则空气会实现冷却加湿的过程。11.5空气处理设备空气处理设备3.加湿加湿单纯的加湿过程可通过向空气加入干蒸汽来实现。直接向空气喷入水雾可实现等焓加湿过程。4.除湿除湿除了可用表冷器与喷冷水对空气进行减湿处理外,还可以使用液体或固体吸湿剂来进行除湿。液体吸湿是利用某些盐类水溶液对空气的水蒸气的强吸收作用来对空气进行除湿,方法是根据要求的空气处理过程的不同(降温、加热或等温),用一定浓度和温度的盐水喷淋空气。固体吸湿剂是利用有大量孔隙的固体吸附剂(如硅胶)对空气中的水蒸气的
41、表面吸附作用来除湿的。但在吸附过程中固体吸附剂会放出一定的热量,所以空气在除湿过程中温度会升高。11.5空气处理设备空气处理设备11.5.2典型的空气处理设备典型的空气处理设备1.表面式换热器表面式换热器表面式换热器是空调工程中最常用的空气处理设备,它的优点是结构简单、占地少、水质要求不高,水侧的阻力小。目前应用的这类设备都由肋片管组成,管内流通冷水、热水、蒸汽或制冷剂,空气掠过管外通过管壁与管内介质换热。制作材料有铜、钢和铝。使用时一般用多排串联,便于提高空气的换热量;如果通过的空气量较大,为避免迎风风速过大,也可以多个并联。11.5空气处理设备空气处理设备表面式换热器可分为表面式空气加热器
42、与表面式空气冷却器两类。1)表面式空气加热器用热水或蒸汽做热媒,可实现对空气的等湿加热。2)表面式空气冷却器用冷水或制冷剂做冷媒,因此又可分为冷水式与直接蒸发式两种。其中直接蒸发式冷却器就是制冷系统中的蒸发器。使用表面式冷却器可实现空气的干式冷却或湿式冷却过程,过程的实现取决于表面式冷却器的表面温度是高于还是低于空气的露点温度。11.5空气处理设备空气处理设备表面式换热器的冷热水管上一般装有阀门,用来根据负荷的变化调节水的流量,以保证出口空气参数符合控制要求。风机盘管机组中的盘管就是一种表面式换热器,空调机组中的空气冷却器是直接蒸发式冷却器。2.喷水室喷水室的空气处理方法是向流过的空气直接喷淋
43、大量的水滴,被处理的空气与水滴接触,进行热湿处理,达到要求的状态。喷水室由喷嘴、水池、喷水管路、挡水板、外壳等组成,如图11-13所示。11.5空气处理设备空气处理设备它的优点是能够实现多种空气处理过程,具有一定的空气净化能力,耗费金属少,容易加工,缺点是占地面积大,对水质要求高,水系统复杂,水泵耗电量大等,而且要定期更换水池中的水,耗水量比较大。目前在一般建筑中已很少使用,但在纺织厂、卷烟厂等以调节湿度为主要任务的场合仍大量使用。图11-13喷水室构造原理11.5空气处理设备空气处理设备3.加热与除湿设备加热与除湿设备(1)喷蒸汽加湿蒸汽喷管是最简单的加湿装置,它由直径略大于供汽管的管段组成
44、,管段上开有多个小孔。蒸汽在管网压力作用下由小孔喷出,混入空气中。为保证喷出的蒸汽中不夹带冷凝水滴,蒸汽喷管外有保温套管,如图11-14所示。11.5空气处理设备空气处理设备使用蒸汽喷管需要由集中热源提供蒸汽,它的优点是节省动力用电,加湿稳定迅速,运行费用低,因此在空调工程中应用广泛。图11-14干蒸汽加湿器11.5空气处理设备空气处理设备(2)电加湿器电加湿器是一种喷蒸汽的加湿器,它是利用电能使水汽化,然后用短管直接将蒸汽喷入空气中,电加湿器包括电热式和电极式两种。电热式加湿器是由管状电热元件置于水槽中做成的。电热元件通电后加热水至沸腾产生蒸汽。为了防止断水空烧,补水通常采用浮球阀自动控制;
45、为了避免蒸汽中夹带水滴,在电热式加湿器的后面应装蒸汽过热器;为了减少加湿器的热耗和电耗,电热式加湿器的外壳应做好保温。11.5空气处理设备空气处理设备电极式加湿器是利用三根不锈钢棒或镀铬铜棒做电极,插入水容器中组成。以水做电阻,通电之后水被加热产生蒸汽;蒸汽由排气管送到空气里,水位越高、导热面积越大,通过电流越强,产生的蒸汽也越多;通过改变溢流管的高低来调节水位的高低,从而调节加湿量。使用电极式加湿器时,应注意外壳要有良好的接地,使用中要经常排污和定期清洗。这两种电加湿器的缺点是耗电量大,电热元件与电极上易结垢,优点是结构紧凑,加湿量易于控制,经常应用于小型空调系统中。11.5空气处理设备空气
46、处理设备(3)冷冻除湿机冷冻除湿机是由制冷系统与送风装置组成的。其中制冷系统的蒸发器能够吸收空气中的热量,并通过压缩机的作用,把所吸收的热量从冷凝器排到外部环境中去。冷冻除湿机的工作原理是由制冷系统的蒸发器将要处理的空气冷却除湿,再由制冷系统的冷凝器把冷却除湿后的空气加热。这样处理后的空气虽然温度较高,但湿度很低,适用于只需要除湿,而不需要降温的场合。(4)氯化锂转轮除湿机这是一种固体吸湿剂除湿设备,如图11-15所示。11.5空气处理设备空气处理设备它利用含有氯化锂和氯化锰晶体的石棉纸来吸收空气中的水分。吸湿纸做的转轮缓慢转动,要处理的空气流过3/4面积的蜂窝状通道被除湿,再生空气经过滤器与
47、加热器进入另1/4面积通道,带走吸湿纸中的水分排出室外。这种设备吸湿能力强,维护管理简单,是比较理想的除湿设备。图11-15转轮除湿机工作原理11.5空气处理设备空气处理设备(5)电加热器电加热器是让电流通过电阻丝发热来加热空气的设备。其优点是加热均匀、热量稳定、易于控制、结构紧凑,可以直接安装在风管内,缺点是电耗高。因此,一般用于温度精度要求较高的空调系统和小型空调系统,加热量要求大的系统不宜采用。11.5空气处理设备空气处理设备电加热器有裸线式和管式两种类型。裸线式电加热器的电阻丝直接暴露在空气中,空气与电阻丝直接接触,加热迅速,结构简单,但容易断丝漏电,安全性差。管式电加热器是将电阻丝装
48、在特制的金属套管内,中间填充导热性能好的电绝缘材料,如结晶氧化镁等。这种电热管有棒形、蛇形和螺旋形等多种形式。通过电加热器的风速不能过低,以避免造成电加热器表面温度过高。通常电加热器和通风机之间要有启闭连锁装置,只有通风机运转时,电加热器才能接通。11.5空气处理设备空气处理设备11.5.3组合式空调机组组合式空调机组组合式空调机组也称为组合式空调器,是将各种空气热湿处理设备和风机、阀门等组合成一个整体的箱式设备。箱内的各种设备可以根据空调系统的组合顺序排列在一起,能够实现各种空气的处理功能。可选用定型产品,也可自行设计。图11-16所示是一种组合式空调机组。图11-16组合式空调机组的形式1
49、1.5空气处理设备空气处理设备11.5.4局部空调机组局部空调机组局部空调机组属于直接蒸发表冷式空调机组。它是由制冷系统、通风机、空气过滤器等组成的空气处理机组。根据空调机组的结构形式分为整体式、分体式和组合式三种。整体式空调机组是指将制冷系统、通风机、空气过滤器等组合在一个整体机组内,如窗式空调器。分体式空调机组是指将压缩机和冷凝器及冷却冷凝器的风机组成室外机组,蒸发器和送风机组成室内机组,两部分独立安装,如家用壁挂式空调器。11.5空气处理设备空气处理设备组合式空调机是指压缩机和冷凝器组成压缩冷凝机组,蒸发器、送风机、加热器、加湿器、空气过滤器等组成空调机组,两部分可以装在同一房间内,也可
50、以分别装在不同房间内。相对于集中式空调系统而言,局部空调机组投资低、设备结构紧凑、体积小、占机房面积小、安装方便。但设备噪声较大,对建筑物外观有一定影响。局部空调机组不带风管,如需接风管,用户可自行选配。局部空调机组一般无防振要求,可直接放在一般地面上或混凝土基础上;有防振要求时,要做防振基础或垫橡胶垫、弹簧减振器等减振。若机组安装在楼板上,则楼板荷重不应低于机组荷重。11.5空气处理设备空气处理设备11.5.5空调机房空调机房空调机房是放置集中式空调系统或半集中式空调系统的空气处理设备及送回风机的地方。1.空调机房的位置空调机房的位置空调机房尽量设置在负荷中心,目的是缩短送、回风管道,节省空
