帶轉輪除濕的空調系統設計(共74頁(yè))

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　　1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設計（論文）帶轉輪除濕的空調系統設計學(xué)生：陳召強學(xué)號：指導教師：楊穎專(zhuān)業(yè)：熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一二年六月專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityDesignofAirConditioningSystemwithWheelDehumidificationUndergraduate：ChenzhaoqiangSupervisor：YangyingMajor：ThermalEnergyandPowerEngineeringCo

　　2、llegeofPowerEngineeringChongqingUniversityJune2012摘要本文對一幢住宅設計了一套帶轉輪除濕的空調系統。轉輪除濕空調系統可以實(shí)現溫度和濕度的獨立調節，故可以達到節能的目的。通過(guò)計算，該住宅的夏季總熱負荷為W，單位面積的熱負荷為95W，總送風(fēng)量為6330m3/h，新風(fēng)量1452m3/h。本文提出了四種轉輪除濕方案，第一種：再生空氣和除濕空氣都是新風(fēng)；第二種：再生空氣是新風(fēng)，除濕空氣是新風(fēng)和一部分回風(fēng)的混合；第三種：再生空氣是新風(fēng)和部分排風(fēng)的混合，除濕空氣是新風(fēng)；第四種：再生空氣是新風(fēng)和部分排風(fēng)的混合，除濕空氣是新風(fēng)和一部

　　3、分回風(fēng)的混合。在新風(fēng)量相同(總除濕量相同)的條件下與傳統的冷凍除濕比較了系統所需制冷量和總能耗量。通過(guò)計算，四種轉輪除濕空調系統所需制冷量分別減少了38.3%、35.8%、44.3%、42.8%，總能耗分別減少了24.6%、20.0%、29.9%、26.2%。研究還發(fā)現，轉輪除濕的再生空氣的加熱量和系統所需制冷量都隨除濕空氣量的增加而增加。故選用了第三種作為空調系統的除濕方案，并選出了相關(guān)的空氣處理設備。與常規蒸汽壓縮空調系統相比，第三種帶轉輪除濕空調系統的制冷循環(huán)的COP提高了19%，熱力完善度提高了7%。最后，完成了相應的氣流組織形式的計算和風(fēng)管的設計布置。關(guān)鍵字：轉輪

　　4、除濕，制冷量，總能耗，空調系統ABSTRACTThispaperdesignsasetofairconditioningsystemwithwheeldehumidificationforaresidence.Theairconditioningsystemcanbeadjustedindependentlyofthetemperatureandhumidity,itcanachieveenergysaving.Throughcalculating,thetotalofheatloadofthisresiden

　　5、ceisWforsummer,andtheheatloadofunitareais95W,thetotalofsendaircapacityis6330m3/handthefreshaircapacityis1452m3/h.Thispapercameupwithfourwheeldehumidificationschemes,thefirstone:bothoftheregenerationairandthedehumidificationairarefreshair;

　　6、thesecondone:theregenerationairisfreshairandthedehumidificationairisablendoffreshairandpartofthereturnair;thethirdone:theregenerationairisablendoffreshairandpartofexhaustairandthedehumidificationairisfreshair;thefourthone:theregenerationairisa

　　7、blendoffreshairandpartofexhaustairandthedehumidificationairisablendoffreshairandpartofthereturnair.Andcomparedwiththetraditionalrefrigerateddehumidificationabouttheirrefrigeratingcapacityneededbythesystemandtotalenergyconsumptionquantityintheconditiono

　　8、fthatthefreshaircapacityisthesame(totaldehumidificationquantitysame).Throughcalculating,therefrigeratingcapacityneededbythefourairconditioningsystemswithwheeldehumidificationreducedby38.3%,35.8%,44.3%,42.8%andthetotalenergyconsumptionquantityreducedby24.

　　9、6%,20.0%,29.9%,26.2%,respectively.Thestudyalsofoundthattheheataddinregenerationairandtherefrigeratingcapacityneededbythesystemofthewheeldehumidificationincreasealongwiththeincreaseofthedehumidificationaircapacity.Sothethirdoneischosedasthewheeldehum

　　10、idificationschemesforairconditioningsystem,andtherelatedairtreatmentequipmenthavebeenselected.Comparedwiththeconventionalsteamcompressedairconditioningsystem,theCOPoftherefrigerationcirculationofthethirdairconditioningsystemwithwheeldehumidificationincreasedby

　　11、19%,thethermodynamicperfectdegreeincreasedby7%.Atlast,theoptionofthecorrespondingairfloworganizationanddesigncalculationofthetuyereandthedesignanddecorationofblastpipearecompleted.Keywords:wheeldehumidification,refrigeratingcapacity,totalenergyconsumption,a

　　12、irconditioning目錄1緒論改革開(kāi)放以來(lái)，中國的經(jīng)濟得到了飛速的發(fā)展，人民的物質(zhì)生活水平也得到了很大的提高。越來(lái)越多的人對生活質(zhì)量和環(huán)境衛生的要求也有了很大的提高。因此，對用于控制和調節室內溫濕度的空調及其系統的研究也引起了廣大專(zhuān)家學(xué)者的興趣，相應地，從事這一技術(shù)的科研、生產(chǎn)、教學(xué)、工程等的技術(shù)人員也日益增多。在改善生活條件的同時(shí)，環(huán)境污染和能源危機這兩大問(wèn)題也日漸凸顯并越來(lái)越嚴峻。為了響應可持續發(fā)展的要求，對于空調系統的設計主要從節約能源、環(huán)境友好、滿(mǎn)足舒適性或工藝性的要求等多方面綜合考慮。本文研究的內容是帶轉輪除濕的空調系統設計，設計的對象為一幢二層住宅。從節約能源方面考慮

　　13、，文中提出多種空氣調節方案，通過(guò)計算比較得出最佳方案用于空調系統設計；采用轉輪除濕則體現了此空調系統的環(huán)境友好型，因為轉輪除濕避免了在除濕過(guò)程中氟氯烴制冷劑的使用而對臭氧層的破壞；根據人體舒適度的要求和建筑的熱負荷來(lái)設計則可達到舒適性的要求。本文詳細展示了帶轉輪除濕的空調系統設計的整個(gè)過(guò)程，以及所需要計算的參數和方法，最后并得出了相應的結論。1.1研究目的和意義隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng )新和發(fā)展和社會(huì )的不斷進(jìn)步，國民經(jīng)濟水平得到了相當程度的提高，人們對周?chē)h(huán)境和生活質(zhì)量的要求也逐漸提高，制冷技術(shù)的應用也日益廣泛。因此，為了滿(mǎn)足人們對居住和工作環(huán)境舒適性或工藝性的要求，需要對室內空氣的溫度和濕度進(jìn)行

　　14、必要的控制和調節。與此同時(shí)，人們也逐漸意識到日益緊張的能源與環(huán)境的雙重危及以及社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的重要性。因此，對于空調系統的設計主要從節約能源型、環(huán)境友好型、滿(mǎn)足舒適性或工藝性的要求等多方面綜合考慮。目前廣泛使用的還是傳統的壓縮式空調系統。對于壓縮式空調系統，首先是讓空氣進(jìn)入冷卻器，降低空氣溫度并達到過(guò)冷狀態(tài)，從而實(shí)現了降低溫度和除濕的目的；但是空氣溫度過(guò)低不能滿(mǎn)足人體舒適度的要求，所以要對空氣進(jìn)行再熱處理以達到溫度和濕度的要求。系統中的再熱過(guò)程無(wú)疑是增加了能源的浪費，增加了整個(gè)壓縮制冷裝置的負荷，提高了空調系統的運行費用。同時(shí)，在系統中使用的氟氯烴制冷劑對大氣層的作用也導致了環(huán)境的惡化。除

　　15、此之外，在冷卻除濕時(shí)有凝結水出現，容易造成細菌滋生而影響室內空氣品質(zhì)1。從環(huán)境保護、節約能源和空氣品質(zhì)等方面考慮，固體除濕空調系統是一種很有發(fā)展潛力和研究意義的空氣調節方式。固體干燥劑主要是以轉輪為載體，使待除濕的空氣經(jīng)過(guò)轉輪被干燥劑吸濕，從而達到除濕的目的。轉輪除濕空調系統主要有一下優(yōu)點(diǎn)：該系統主要是利用固體干燥劑(氯化鋰、硅膠等2)與水蒸氣發(fā)生物理、化學(xué)反應來(lái)減少水蒸氣的量從而達到除濕的目的3。與傳統壓縮式空調系統相比，節省了將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度進(jìn)行除濕這個(gè)階段多消耗的制冷量；在該系統的除濕過(guò)程中沒(méi)有使用氟氯烴制冷劑，只用到了空氣、水蒸氣和固體干燥劑，從而消除了除濕過(guò)程中氟氯烴制冷劑對

　　16、臭氧層的破壞；該系統可以實(shí)現空氣溫度和濕度的單獨控制，能夠滿(mǎn)足多種用途的需要，擴大了系統的使用場(chǎng)合，提高了系統的重要性；該系統對再生能源品位的要求不高，因此加熱再生氣體所消耗的能源可以采用太陽(yáng)能、地熱能、燃氣(天然氣、液化石油氣、煤氣、沼氣等)、工業(yè)余熱等低品位熱源4，從而減少了大量能源的消耗，有效減少了把低品位熱能排入大氣造成的熱污染，保護了環(huán)境；該系統的溫度和濕度分開(kāi)調節，與常規空調系統的制冷循環(huán)相比，其蒸發(fā)溫度可以高出許多，故可以提高制冷循環(huán)的COP和熱力完善度。以上這些優(yōu)點(diǎn)使得國內外眾多專(zhuān)家學(xué)者都致力于固體除濕空調系統的研究，并取得了相當大的進(jìn)展。1.2轉輪除濕機的工作原理圖1

　　17、.1轉輪除濕機模型轉輪除濕機作為固體干燥劑的載體是固體除濕空調系統的主要部件之一，也是空氣除濕的有效工具，它利用硅膠、氯化鋰等除濕劑的良好親水性吸附空氣中的水蒸氣以達到除濕和滿(mǎn)足濕度要求的目的。轉輪除濕機由除濕轉輪、傳動(dòng)裝置、風(fēng)機、過(guò)濾器、再生電加熱器等組成(如圖1.1)。其主體結構除濕轉輪是一個(gè)不斷緩慢轉動(dòng)的干燥轉輪，采用載有固體除濕劑的特殊復合耐熱材料制成。轉輪內用隔板分隔為270和90的兩扇形區5。270扇形區用于干燥處理濕空氣，90扇形區用于除濕劑的再生。在常溫下，濕空氣進(jìn)入270扇形區時(shí)，由于除濕劑中的水蒸氣分壓力低于濕空氣中的水蒸氣分壓力，所以空氣中的水分子被轉輪內的除濕劑吸收，

　　18、干燥后的干空氣通過(guò)風(fēng)機送出進(jìn)行降溫處理達到合適溫度時(shí)送入空調房間。經(jīng)除濕處理的濕空氣可以全為室外新風(fēng)，也可以是室外新風(fēng)和室內回風(fēng)的混合。吸收了水分的轉輪扇區轉入90再生扇區，向再生扇區通入高溫的再生空氣，此時(shí)除濕劑中的水蒸氣分壓力高于再生空氣中的水蒸氣分壓力，所以除濕劑中的水分子進(jìn)入再生空氣中并被帶走，恢復了除濕劑的吸濕能力。再生空氣可以使室外新風(fēng)，也可以是室外新風(fēng)和室內排風(fēng)的混合，或者全為室內排風(fēng)。在轉輪除濕機中，除濕過(guò)程和再生過(guò)程中的空氣和除濕劑之間發(fā)生了復雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。在轉輪除濕機的固體除濕材料的參數和除濕轉輪的結構參數確定之后，除濕機的性能仍然受到除濕空氣的進(jìn)口狀態(tài)參數、再生空氣的

　　19、進(jìn)口狀態(tài)參數、除濕空氣的流量再生空氣的流量和轉輪轉速等許多因素的影響2。本文并沒(méi)有具體研究某個(gè)除濕轉輪的性能，而是把轉輪除濕技術(shù)融入到對具體建筑物的空調系統設計當中，設計多種空氣處理方案并計算比較得出其中的最佳方案用于空調系統設計中。1.3戶(hù)式中央空調簡(jiǎn)介戶(hù)式中央空調(又稱(chēng)家用中央空調)是一個(gè)小型化的獨立空調系統，它具有四季運行、舒適感好、衛生要求好、外形美觀(guān)、高效節能、運行無(wú)噪音、靈活方便、耐用等特點(diǎn)。同時(shí)，它結合了中央空調的便利、舒適、高檔次以及傳統家用空調機的多方面優(yōu)勢，適用面積多在m2之間，可實(shí)現與房間裝潢布置的和諧統一。在制冷方式與基本構造上類(lèi)似于大型中央空調。主要是由一

　　20、臺主機通過(guò)風(fēng)管或冷熱水管連接多個(gè)末端送風(fēng)口，將(冷)暖氣送到不同房間區域，來(lái)達到調節室內空氣的目的。它結合了大型中央空調的便利、舒適、高檔次以及傳統小型分體機的簡(jiǎn)單靈活等多方面優(yōu)勢，是適用于別墅、公寓、家庭住宅和各種工業(yè)、商業(yè)場(chǎng)所的暗藏式空調。中央空調是由一臺主機通過(guò)風(fēng)道或冷熱水管接多個(gè)末端的方式來(lái)控制不同的房間以達到室內空氣調節目的的空調。采用風(fēng)管送風(fēng)方式，用一臺主機即可控制多個(gè)房間并且可引入新風(fēng)，有效改善室內空氣的質(zhì)量，預防空調病的發(fā)生。家用中央空調的最突出特點(diǎn)是產(chǎn)生舒適的居住環(huán)境，其次從審美觀(guān)點(diǎn)和最佳空間利用上考慮，使用家用中央空調使室內裝飾更靈活，更容易實(shí)現各種裝飾效果。戶(hù)式中央空調(

　　21、又稱(chēng)家用中央空調)是指由一個(gè)室外機產(chǎn)生冷(熱)源進(jìn)而向各個(gè)房間供冷(熱)的空調，它是屬于(小型)商用空調的一種。家用中央空調分為風(fēng)系統和水系統兩種。風(fēng)系統由室外機、室內主機、送風(fēng)管道以及各個(gè)房間的風(fēng)口和調節閥等組成；水系統由室外機、水管道、循環(huán)水泵及各個(gè)室內的末端(風(fēng)機盤(pán)管、明裝等)組成。1.4國內外轉輪除濕的研究現狀轉輪式空調系統因其除濕性能好而廣泛應用于食品、藥品和夾層玻璃等濕度要求嚴格的生產(chǎn)廠(chǎng)房和倉庫以及鋰電池生產(chǎn)、聚酯切片、防濕、防腐、防潮等對空氣有低溫要求的場(chǎng)合。近年來(lái)，國外已把氯化鋰等固體除濕空調技術(shù)廣泛應用于軍工、鋼鐵、感光、化工、印刷、食品、制藥、電氣、火藥、文物保存等各行各

　　22、業(yè)。目前國內外有很多科研機構、學(xué)校以及公司都有從事轉輪除濕的工作人員。目前國內外主要有以下幾個(gè)方面的研究：建立除濕轉輪數學(xué)模型：除濕轉輪的數學(xué)模型的建立有助于從理論上對除濕轉輪進(jìn)行分析，并為實(shí)驗結果提供相應依據。文獻6中建立了一個(gè)比較合適的數學(xué)模型，該模型是在除濕轉輪中微元體的氣體區和固體區中的水分質(zhì)量守恒和能量守恒的基礎上建立起來(lái)的用于描述轉輪中吸收和再生過(guò)程的微分方程，并加上相應的邊界條件和補充方程才得到的。文獻中還對建立起來(lái)的數學(xué)模型進(jìn)行了驗證，通過(guò)對具體轉輪除濕機進(jìn)行試驗測試和用數學(xué)模型來(lái)計算，得出的結果是試驗測試值和計算值之間很相近，故證明此數學(xué)模型是很合適的。文獻7中提到了一種對

　　23、除濕轉輪模型的簡(jiǎn)化方法(即類(lèi)比法)。文中還對這個(gè)簡(jiǎn)化方法進(jìn)行了驗證，結果證明其試驗結果和通過(guò)廠(chǎng)家提供的性能軟件計算出的結果很相近，因此這個(gè)簡(jiǎn)化方法是可行的。轉輪效率的研究：轉輪效率是評價(jià)轉輪除濕機性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數。文獻2中提出了一種新的轉輪效率的定義，建立了相關(guān)的數學(xué)模型得到了不同條件下除濕轉輪的效率變化情況，并與其他關(guān)于轉輪效率的研究結果比較吻合。轉輪干燥劑的研究：干燥劑填充在轉輪中用于吸收空氣中的水蒸氣，干燥劑的好壞直接影響到轉輪的性能。故對干燥劑的研究也成了一個(gè)很熱門(mén)的課題。文獻8中把一種新型復合干燥劑和硅膠一起進(jìn)行了平衡吸附性能測試。文獻中還設計了一臺轉輪除濕機，測試了轉速和

　　24、再生溫度對采用新型復合干燥劑的轉輪除濕性能的影響。結果證明，新型復合干燥劑轉輪的除濕量高于硅膠轉輪的除濕量，其對應的除濕冷卻空調系統的性能系數也是遠高于采用硅膠轉輪的空調系統。轉輪動(dòng)態(tài)除濕特性：轉輪的動(dòng)態(tài)特性研究的是轉輪在達到穩定狀態(tài)之前的動(dòng)態(tài)除濕性能。文獻9中比較了兩種常見(jiàn)的轉輪(硅膠轉輪和氯化鋰轉輪)在相同工況下的動(dòng)態(tài)除濕特性，主要采用的評價(jià)指標有除濕量和除濕性能系數。結果表明，在相同工況下氯化鋰轉輪在非穩態(tài)過(guò)程中持續的時(shí)間比硅膠轉輪長(cháng)，但除濕量和除濕性能系數都比硅膠轉輪高。除濕空氣的風(fēng)量和進(jìn)口含濕量的增加都會(huì )延長(cháng)轉輪的非穩態(tài)過(guò)程時(shí)間。轉輪除濕空調系統：轉輪除濕空調系統因其能夠實(shí)現熱濕

　　25、獨立控制而受到了廣泛的研究。文獻1中對熱濕獨立控制空調系統的能耗進(jìn)行了分析，文中比較了兩種方式下的能耗差異，一種是再生溫度一定，一種是系統除濕量一定。最后經(jīng)過(guò)計算證明，再生溫度一定時(shí)的總能耗高于系統除濕量一定時(shí)的總能耗。太陽(yáng)能作再生熱源：太陽(yáng)能作為一種清潔能源用作帶轉輪的復合式空調系統的再生能源，極大的節約了電能的消耗，既保護了環(huán)境也充分地利用了低品位能源。文獻10中研究了兩種復合式空調系統(一種是轉輪除濕蒸汽壓縮，另一種是轉輪除濕蒸汽壓縮蒸發(fā)冷卻)，并與常規蒸汽壓縮式空調系統進(jìn)行了比較。計算結果證明，與常規蒸汽壓縮空調系統相比，復合式空調系統的制冷劑質(zhì)量流量減小、制冷系統COP增大、壓縮機

　　26、能耗減少，其中第二種體現得尤為突出。文中還研究得到，在其他條件相同時(shí)，復合式空調系統壓縮機能耗隨室內設計溫度提高而減少。變工況穩態(tài)性能：變工況是空調系統中經(jīng)常遇到的，故對系統變工況穩態(tài)性能的研究也受到了廣泛的關(guān)注。文獻11中建立了一個(gè)用于模擬轉輪和冷卻除濕組合式空調系統(DWCCDS)變工況穩定性能的數學(xué)模型。文中得出了在室外空氣含濕量、溫度、除濕空氣量對DWCCDS的影響規律，并得出了DWCCDS在低溫條件下的優(yōu)越性很高。1.5課題主要研究?jì)热?.5.1課題任務(wù)室內溫度、濕度的控制是空調系統設計的主要任務(wù)。固體除濕空調系統采用溫度與濕度兩套獨立的空調控制系統，分別控制室內的溫度與濕度

　　27、，避免了常規空調系統中熱濕聯(lián)合處理所帶來(lái)的能量損失。它可以滿(mǎn)足不同房間熱濕比不斷變化的要求，避免了室內相對濕度過(guò)高或者過(guò)低的現象，以及提高制冷系統COP，是一種高效節能的空調系統。轉輪除濕是用吸濕性強的鹽溶液或吸濕材料附著(zhù)于輕質(zhì)骨料制作的轉輪表面。待除濕的空氣通過(guò)轉輪的一部分表面，空氣中的部分水分被吸附于表面吸濕材料，實(shí)現除濕。吸了水的轉輪部分旋轉到另一側與加熱的再生空氣接觸，釋放出水分，使表面吸濕材料再生,再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。本課題要求設計一套帶獨立除濕的空調系統，新風(fēng)采用轉輪除濕設備。通過(guò)閱讀文獻資料確定出多種除濕方案，然后從處理的空氣量、結構復雜程度、經(jīng)濟性、系統能耗等多種方面計算分析確定

　　28、出其中的最佳方案用于整個(gè)空調系統的設計。確定除濕方案后，主要對戶(hù)式中央空調系統的冷量和除濕量的進(jìn)行計算，并確定具體建筑物的送風(fēng)量、回風(fēng)量、送風(fēng)狀態(tài)等。之后根據建筑物的結構形態(tài)進(jìn)行空調設計計算和風(fēng)管的設計與布置。最后進(jìn)行制冷系統的設計，完成整個(gè)固體除濕空調系統，并進(jìn)行成本核算。1.5.2課題重點(diǎn)研究?jì)热莞鶕治?，本課題的研究?jì)热葜饕幸韵聨讉€(gè)方面：新風(fēng)系統除濕方案的選擇和計算；戶(hù)式中央空調系統冷量和除濕量的計算；空調系統設計和風(fēng)管的設計布置；制冷系統的選型設計。其中最重要的研究?jì)热菔浅凉穹桨傅倪x擇和計算分析。2室內熱濕負荷及送風(fēng)量的確定空氣調節的目的是為了保持室內良好的空氣環(huán)境(即保

　　29、持室內一定的溫度和濕度)。因此，為了使室內的溫度和相對濕度能維持在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝或人體舒適度要求的范圍內，需要向室內送入經(jīng)過(guò)降溫除濕而具有合適溫度和相對濕度的空氣來(lái)消除室內多余的熱負荷和濕負荷?？照{房間內的熱負荷主要來(lái)源于室內和室外兩個(gè)方面，主要存在溫差傳熱、太陽(yáng)輻射熱、室內設備散熱和散濕、人體散熱和散濕等幾個(gè)部分12。由室外因素造成的室內熱、濕負荷的變化與室內、外空氣的狀態(tài)參數有很大的關(guān)系。當室外空氣溫度高于室內空氣溫度時(shí)，室外空氣的熱量就會(huì )通過(guò)溫差傳熱、輻射、對流等方式從墻壁、屋頂和窗戶(hù)傳入室內，若不采取一些降溫的措施，就會(huì )導致室內空氣溫度的升高；相反，當室外溫度低于室內溫度時(shí)，室內的熱量也

　　30、會(huì )傳向室外，如果不能及時(shí)補充室內流失的熱量，室內溫度就會(huì )下降。綜上，空調就是要維持室內溫度和濕度在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝和人體舒適度的要求的合適范圍內。2.1室內外空氣設計參數2.1.1室內空氣設計參數所謂室內空氣設計參數，主要是指空調工程設計與運行時(shí)作為控制標準的室內環(huán)境參數，這些參數主要包括室內空氣溫度、相對濕度以及空氣流速等13。室內空氣設計參數的確定，主要需要從室內環(huán)境參數是否滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝或人體舒適度的要求、工程所處地理位置、室外氣象、經(jīng)濟條件、冷源情況和節能政策等多種具體情況進(jìn)行綜合考慮。根據空調的使用場(chǎng)所和使用目的，主要可以把空調分為兩種類(lèi)型：舒適性空調和工藝性空調14。舒適性空調的作用

　　31、是通過(guò)送入具有一定溫度和濕度的空氣消除(補充)室內熱量和濕度以維持室內空氣處于合適的狀態(tài)，盡量使室內人員在此狀態(tài)下感到舒適，從而保證良好的工作和生活條件。工藝性空調的作用是通過(guò)送入具有一定溫度和濕度的空氣以維持室內空氣狀態(tài)在生產(chǎn)工藝過(guò)程(如制藥、電子、低溫要求的工程等)要求的范圍之內，保證生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行。本文是對一幢住宅進(jìn)行空調系統的設計，要保證室內人員舒適度的要求，故此空調系統屬于舒適性空調。根據GBJ規定，舒適性空調的室內環(huán)境參數要求范圍見(jiàn)表2.1。舒適性空調室內環(huán)境控制參數要求表2.1空調季節參數溫度/相對濕度/%風(fēng)速/(m/s)夏季.3冬季1

　　32、.2根據表2.1所示，本文的空調系統設計的室內環(huán)境控制參數取為：夏季室內空氣設計溫度：tN(261)夏季室內空氣設計相對濕度：N55%夏季室內空氣風(fēng)速：N0.3m/s2.1.2室外空氣設計參數在計算空調室內夏季冷負荷或冬季熱負荷(通過(guò)圍護結構進(jìn)入室內的熱(冷)量)時(shí)，需要相應的室外空氣參數。根據暖通空調設計規范可查出夏(冬)季室外空氣計算參數(即設計日的最高溫度)。設計日其他時(shí)刻的室外溫度值可通過(guò)下式計算15得到：(2.1)式中：tW設計日在時(shí)刻的室外空氣溫度()；tWmax室外空氣計算溫度()；時(shí)刻的計算系數；tW設計日室外最高溫度與最低溫度之差

　　33、。查暖通空調設計規范得出，重慶地區夏季的室外空氣設計參數為：夏季空調室外計算干球溫度：tWdb36.5夏季空調室外計算濕球溫度：tWwb27.3夏季空調室外平均風(fēng)速：W1.4m/s夏季空調室外大氣壓力：BPa2.2設計條件2.2.1工程概況該工程為重慶市某住宅，總面積為220m2，共兩層，層高為3m，住宅總體積為660m3，本文要求對整幢住宅安裝戶(hù)式中央空調。2.2.2圍護結構的熱工性能外墻外墻結構：如圖2.1所示外墻厚度：240mm外墻傳熱系數：1.97W/(m2)屋頂屋頂結構：如圖2.2所示(1)外表層5mm厚白色小石子(2)卷材防水層(3)

　　34、找平層20mm水泥砂漿(4)保溫層(5)隔汽層(6)水泥砂漿找平層(7)預制鋼筋混凝土空心板(8)內粉刷圖2.2屋頂的結構屋頂壁厚：150mm屋頂保溫材料：瀝青蛭石板(1)水泥砂漿(2)磚墻(3)白灰粉刷圖2.1外墻的結構屋頂保溫層厚度：25mm屋頂傳熱系數：1.57W/(m2)外窗1)天井處的玻璃結構：?jiǎn)螌?mm厚茶色玻璃，金屬窗框單層玻璃窗傳熱系數：5.94W/(m2)玻璃類(lèi)型修正系數：Cs0.71內外遮陽(yáng)設施：無(wú)2)其他玻璃結構：?jiǎn)螌?mm厚淺茶色玻璃，金屬窗框單層玻璃傳熱系數：5.94W/(m2)玻璃類(lèi)型修正系數：Cs0.71內遮陽(yáng)設施：淺色白

　　35、布簾，Cn0.5外遮陽(yáng)設施：無(wú)2.2.3室內人員、設備、照明室內人員人員數量：5個(gè)成年人個(gè)人顯熱量：61W個(gè)人潛熱量：73W個(gè)人散濕量：109g/h室內設備室內電器設備有：電視、電腦、冰箱等室內電器設備總功率：QW使用狀況：計算時(shí)所有電器同時(shí)使用室內照明照明密度或燈的安裝功率：11W/m2或QW使用狀況：計算時(shí)所有照明全部投入使用2.3熱濕負荷計算的數學(xué)描述2.3.1夏季冷負荷的計算通過(guò)外墻和屋頂得熱形成的冷負荷15當室內外空氣溫度不相等存在溫差時(shí)，熱量就會(huì )通過(guò)外墻和屋頂傳入或傳出室內。這一傳入或傳出的熱量的多少與多種因素有關(guān)系，如室內外空氣溫差大

　　36、小、外墻和屋頂的結構特性、傳熱系數、外墻和屋頂內外表面的空氣流速等。由于室外空氣溫度是逐時(shí)變化的，而且通過(guò)不同朝向的圍護形成的冷負荷也是不一樣的，故要得到通過(guò)外墻和屋頂得熱形成的冷負荷是很復雜的。但是可以簡(jiǎn)化為通過(guò)下式計算得到：(2.2)式中：Q1計算時(shí)刻通過(guò)屋頂或外墻得熱形成的冷負荷(W)；K外墻或屋頂的傳熱系數W/(m2)；F外墻或屋頂的傳熱面積(m2)；tlf外墻或屋頂冷負荷計算溫度()；td冷負荷計算溫度tlf關(guān)于地區的修正值()；tN室內空氣設計溫度()。通過(guò)外窗得熱形成的冷負荷15通過(guò)外窗得熱形成的冷負荷即是外窗瞬變傳導得熱形成的冷負荷，在室內

　　37、外溫差的作用下，可采用下式計算得到：(2.3)式中：Q2外窗瞬變傳導得熱形成的冷負荷(W)；K玻璃窗的傳熱系數W/(m2)，對于一般建筑，單層玻璃窗的傳熱系數取K5.94W/(m2)，雙層玻璃窗的傳熱系數K3.01W/(m2)；F外窗的傳熱面積(m2)；t計算時(shí)刻的負荷溫差()。本文設計采用的t如表2.2所示。重慶地區玻璃窗溫差傳熱的負荷溫差表2.2房間類(lèi)型計算時(shí)刻的逐時(shí)值t輕2.73.24.15.16.27.28.18.89.39.69.69.38.7通過(guò)窗戶(hù)進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷太陽(yáng)輻射到玻璃表面主要會(huì )產(chǎn)生三種

　　38、效果，一部分穿透玻璃進(jìn)入室內，一部分被玻璃吸收，還有一部分被玻璃反射回環(huán)境中，這幾部分占到達玻璃表面總輻射熱的比例分別稱(chēng)為穿透比、吸收比、反射比。這三個(gè)比例的大小主要與玻璃表面的太陽(yáng)輻射強度、玻璃層數、玻璃性質(zhì)、遮陽(yáng)設施和窗戶(hù)的有效面積系數等多種因素有關(guān)系。經(jīng)簡(jiǎn)化計算，太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷可采用下式計算得到：(2.4)式中：Q3通過(guò)窗戶(hù)進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷(W)；xg窗的有效面積系數，單層鋼窗取0.85，雙層鋼窗取0.75，單層木窗取0.7，雙層木窗取0.6；Cn玻璃窗的遮擋系數；Cs玻璃類(lèi)型修正系數；F玻璃窗的面積(m2)；J夏季通過(guò)單層3mm厚普通玻

　　39、璃進(jìn)入室內的太陽(yáng)輻射熱(W/m2)。人體散熱形成的冷負荷人體散熱取決于性別、年齡、活動(dòng)程度和環(huán)境溫度等因素?？刹捎孟铝泄接嬎愕玫剑猴@熱負荷Q顯人數個(gè)人顯熱量潛熱負荷Q潛人數個(gè)人潛熱量總熱負荷Q4Q顯+Q潛2.3.2濕負荷的計算人體散濕室內人員散濕量W人人數個(gè)人散濕量敞開(kāi)水槽表面散濕量敞開(kāi)水槽表面的散濕量可以下式計算得到：(2.5)式中：W水槽敞開(kāi)水槽表面的散濕量(kg/h)；F水槽的蒸發(fā)表面積(m2)；P2相應的水表面溫度下飽和空氣的水蒸氣分壓力(Pa)；P1室內環(huán)境空氣的水蒸氣分壓力(Pa)；不同水溫下水蒸氣的擴散系數kg/(m2hPa)；蒸發(fā)表面的

　　40、空氣流動(dòng)速度(m/s)；P標準大氣壓力，其值為Pa；B設計地點(diǎn)實(shí)際大氣壓力(Pa)。為簡(jiǎn)化計算，可直接查出在標準大氣壓力下，蒸發(fā)表面氣流速度為0.3m/s下不同室溫、不同水溫時(shí)，每平方米敞開(kāi)水槽表面的散濕量(P2P1)(0.0174)。本文設計的室內計算參數為：室溫26，相對濕度55%，室內風(fēng)速0.3m/s，平均水溫取40。查表得標準大氣壓力下每平方米水槽表面的散濕量為1.375kg/h16。重慶地區夏季的大氣壓力為Pa，設計對象的水槽面積為3m3。故總的水槽表面散濕量為4.336kg/h。2.4熱濕負荷的計算結果2.4.1夏季冷負荷計算結果通過(guò)

　　41、外墻和屋頂得熱形成的冷負荷1)北外墻得熱形成的冷負荷，如表2.3所示。北外墻得熱形成的冷負荷表2.3時(shí)刻tlf32.832.632.332.131.831.631.431.331.231.231.331.431.6K1.97F26.3td2.8tN26Q1北)南外墻得熱形成的冷負荷，如表2.4所示。南外墻得熱形成的冷負荷表2.4時(shí)刻tlf35..634.233.933.533.232.932.832.933.133

　　42、.433.9K1.97F38.07td0.4tN26Q1南)西外墻得熱形成的冷負荷，如表2.5所示。西外墻得熱形成的冷負荷表2.5時(shí)刻tlf38.638.237.837.336.836.335.935.535.234.934.834.834.9K1.97F75td2tN26Q1西)東外墻得熱形成的冷負荷，如表2.6所示。東外墻得熱形成的冷負荷表2.6時(shí)刻

　　43、tlf36.936..535..235.636.136.637.137.5K1.97F75td2tN26Q1東)屋頂得熱形成的冷負荷，如表2.7所示。屋頂得熱形成的冷負荷表2.7時(shí)刻tlf40.639.338..135.635..440.141.943.7K1.57F100td1.7tN26Q1屋頂

　　44、通過(guò)外窗和天井得熱形成的冷負荷，如表2.8所示。外窗和天井得熱形成的冷負荷表2.8時(shí)刻t2.73.24.15.16.27.28.18.89.39.69.69.38.7K5.94F54.07Q通過(guò)窗戶(hù)和天井進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷1)北外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷，如表2.9所示。北外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷表2.9時(shí)刻J

　　45、F27.7Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3北)南外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷，如表2.10所示。南外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷表2.10時(shí)刻JF15.93Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3南)東外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷，如表2.11所示。東外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷

　　46、負荷表2.11時(shí)刻JF1.08Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3東)天井處玻璃進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷，如表2.12所示。天井處玻璃進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱形成的冷負荷表2.12時(shí)刻JF9.36Cs0.71Cn1xg0.75Q3天井

　　47、人體散熱形成的冷負荷Q4561+W本文設計中夏季總的冷負荷，如表2.13所示夏季總的冷負荷表2.13時(shí)刻Q1北Q1南Q1西Q1東Q1屋頂

　　48、QQ3北Q3南Q3東Q3天井Q4670QQQ

　　49、由表2.13所示可知，本文中的住宅夏季最大冷負荷值為W，出現在13:00。故單位面積的冷負荷值為95W。2.4.2濕負荷計算結果總濕負荷為人體散濕量和敞開(kāi)水槽表面散濕量的總和。W1W人W水槽g/h1.356g/s2.5送風(fēng)量的確定熱濕比kJ/kg確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)圖2.3送風(fēng)狀態(tài)示意圖圖2.3所示為送風(fēng)示意圖，查焓濕圖可得到室內狀態(tài)點(diǎn)N，iN55.6kJ/kg，dN11.60g/kg。過(guò)N點(diǎn)作kJ/kg的過(guò)程線(xiàn)。本文取送風(fēng)溫差為to8

　　50、，則送風(fēng)溫度為tO18。送風(fēng)溫度tO線(xiàn)與過(guò)程線(xiàn)的交點(diǎn)就是送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，在焓濕圖上查得：iO45.7kJ/kg，dO10.96g/kg。送風(fēng)量按吸收余熱量計算kg/s按吸收余濕量計算kg/s由于查焓濕圖存在一定的誤差，導致兩種方法計算的結果有所差別。誤差大小為0.47%，在誤差范圍之內。故此住宅的送風(fēng)量為7596kg/h，單位面積的送風(fēng)量為34.5kg/h。2.6新風(fēng)量的確定新風(fēng)供應的作用主要是為了維持室內環(huán)境的空氣品質(zhì)，但是新風(fēng)會(huì )增加整個(gè)系統的除濕量和新風(fēng)負荷，增大了系統的能耗，故新風(fēng)的量盡量不要過(guò)大。在設計空調系統時(shí)，總送風(fēng)量中還是盡量多用室內回風(fēng)，少用新風(fēng)。雖然新風(fēng)量越小就

　　51、越經(jīng)濟，但也不能無(wú)限制的減小新風(fēng)量。太小的新風(fēng)量不能滿(mǎn)足室內人員對空氣品質(zhì)的要求，也不足以維持室內正壓的要求。在空調系統設計中，新風(fēng)量的合理確定通常要從以下兩個(gè)方面來(lái)考慮：滿(mǎn)足室內人員的衛生要求；能夠補充室內的局部排風(fēng)量并維持室內正壓的要求。通常情況下，新風(fēng)量的大小取兩者中的最大值。同時(shí)，為確保室內的環(huán)境安全和衛生，新風(fēng)量占總送風(fēng)量的百分比不應小于10%。本文設計中取人均新風(fēng)量為50m3/(h人)，故在滿(mǎn)足室內人員對空氣品質(zhì)的要求的條件下新風(fēng)量為250m3/h，即300kg/h。設計中室內的局部排風(fēng)量取為600m3/h，即720kg/h。若取新風(fēng)量為720kg/h，其占總送風(fēng)

　　52、量的百分比小于10%，也不能保證室內正壓的要求。設計中取新風(fēng)量為1453m3/h，即1743kg/h。此新風(fēng)量滿(mǎn)足室內的衛生要求，也保證了室內外的壓差在510Pa這個(gè)范圍內。綜上所述，設計中系統的新風(fēng)量GW1743kg/h。2.7本章結論本文空調系統設計對象的夏季最大冷負荷值為W，單位面積的冷負荷值為95W，出現在13:00?？倽褙摵蔀?881g/h(即1.356g/s)。本文空調系統設計的總送風(fēng)量為7596kg/h(即2.11kg/s，6330m3/h)，單位面積的送風(fēng)量為34.5kg/h。系統的新風(fēng)量為1743kg/h(1452m3/h)。3

　　53、空氣調節系統和空氣處理方案的確定空氣調節系統(空調系統)的主要作用是建立和保持室內的人工環(huán)境，保證室內人員的舒適和健康，以及維持室內的空氣品質(zhì)和溫濕度。為了維持室內空氣的溫度和濕度在合理的范圍內，空調系統中必須采用加熱、加濕、冷卻、除濕等基本措施以達到目的?？照{系統的組成部分主要有空氣處理設備、風(fēng)機、風(fēng)道以及送風(fēng)裝置等。3.1空調系統的分類(lèi)和選擇按空調系統中空氣處理設備的集中程度分，可分為：集中式空調系統、半集中式空調系統、分散式空調系統。集中式空調系統集中式空調系統就是空調系統的空氣處理設備(過(guò)濾器、冷卻器、加熱器、加濕設備、除濕設備以及風(fēng)機等)都集中布置在專(zhuān)用的空調機房?jì)?，空氣?jīng)過(guò)處理

　　54、后由風(fēng)管送入各空調房間以調節房間的溫濕度。在集中式空調系統中，各空調房間的冷負荷、熱負荷和濕負荷全部由經(jīng)過(guò)處理的空氣來(lái)承擔。優(yōu)點(diǎn)：集中進(jìn)行空氣的處理、輸送和分配，設備集中，易于管理和運行。缺點(diǎn)：集中供應處理過(guò)的空氣時(shí)各空調區域冷熱負荷變化不一致，無(wú)法進(jìn)行精確調節；各集中式系統均有風(fēng)管尺寸大、占據空間大等缺陷；各空調房間之間有風(fēng)管連通，容易使各房間相互污染。半集中式空調系統半集中式空調系統就是除了有用于集中空氣處理的空調機房外，還設有分散在各個(gè)被調房間的二次空氣處理設備(末端設備)。二次空氣處理設備通常是冷熱交換裝置，主要功能是在空氣進(jìn)入被調房間之前，對來(lái)自集中處理設備的空氣作進(jìn)一步補充處理。

　　55、在半集中式空調系統中，由于只需布置新風(fēng)管道，且新風(fēng)量所占的比例較小，故新風(fēng)管管徑較小。優(yōu)點(diǎn)：布置靈活，可實(shí)現各房間室溫的獨立調節，容易滿(mǎn)足各個(gè)房間各自的溫濕度控制要求，房間無(wú)人時(shí)可以直接關(guān)掉該房間的末端設備，不影響其他房間，從而節省了機組的運行費用。缺點(diǎn)：空調房間內設置有二次空氣處理設備，管理維修不方便，而且設備中的風(fēng)機運轉時(shí)會(huì )給室內帶來(lái)噪音；二次空氣處理設備布置分散，各種管線(xiàn)比較復雜，且水系統容易出現漏水現象。分散式空調系統分散式空調系統就是對室內空氣進(jìn)行熱濕處理的設備全部分散于各房間內。優(yōu)點(diǎn)：把冷熱源和空氣處理、輸送設備集中設置在一個(gè)箱體內，形成一個(gè)緊湊的空調系統，安裝方便，可靈活而分散

　　56、的設置在空調房間內。缺點(diǎn)：空調機組是由壓縮冷凝機組、蒸發(fā)器和通風(fēng)機等聯(lián)合工作的，盡管壓縮冷凝機組有較大的容量，如果蒸發(fā)器(包括風(fēng)機)的傳熱能力(面積、傳熱系數)不足，則可能使制冷機的冷量得不到應有的發(fā)揮，制冷壓縮機，風(fēng)機會(huì )給室內帶來(lái)噪音。按負擔熱濕負荷輸送的介質(zhì)分，可分為：全空氣系統、全水系統、空氣-水系統、制冷劑式系統。全空氣系統是指空調房間的室內負荷全部由經(jīng)過(guò)集中處理的空氣來(lái)承擔的空調系統。集中式空調系統就是全空氣系統。全水系統是指空調房間的冷熱負荷全部靠水作為冷熱介質(zhì)來(lái)承擔。它不能解決房間的通風(fēng)問(wèn)題，一般不單獨采用。無(wú)新風(fēng)的風(fēng)機盤(pán)管屬于這種全水系統?？諝?水系統是指空調房間的負荷由經(jīng)過(guò)集中處理的空氣負擔一部分，另一部分由經(jīng)過(guò)二次空氣處理設備處理的空氣負擔的系統。在二次處理設備中，用于處理(加熱、冷卻等)空氣的介質(zhì)是水。風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統就是這種系統。制冷劑式系統是指空調房間內的冷熱負荷直接由制冷系統中的制冷劑負擔。局部是空調系統就是此類(lèi)系統。經(jīng)過(guò)比較，本文設計采用全空氣系統，空氣通過(guò)集中處理通入室內以調節室內的溫濕度在合理范圍內。全空氣系統的空氣處理設備設置在專(zhuān)用的空調機房，管理和維修比較方便，使用壽命長(cháng)，初期投資和運行費用比較低。3.2空氣處理方案的選擇通過(guò)對轉輪除濕相關(guān)文獻的