空调工作原理-空调维修必修课
栏目:行业资讯 发布时间:2020-04-16
介绍  采暖,通风和空调 (HVAC)通常意味着在建筑物内提供可接受的热环境。 它包括在合适的条件下加热,冷却,加湿,除湿,过滤和分配空气,以维持人类舒适度或进行特定过程。  为了设计空调系统,必须首先计算适当的加热,冷却和其他环境负荷,并且必须

  介绍

  采暖,通风和空调 (HVAC)通常意味着在建筑物内提供可接受的热环境。 它包括在合适的条件下加热,冷却,加湿,除湿,过滤和分配空气,以维持人类舒适度或进行特定过程。

  为了设计空调系统,必须首先计算适当的加热,冷却和其他环境负荷,并且必须评估各种其他因素,例如初始和运行成本,车间空间和分配空间,控制要求等。 实际上,存在多种可用的空调系统,并且选择通常取决于除空调负荷以外的因素。

  需要空调

  对空调的需求取决于空间内所需的条件和入射负载。 在进行过程调节的情况下,要求通常非常关键,即使温度或湿度的微小偏差都可能对过程造成灾难性的破坏。 实际上,如果不能将环境控制在狭窄的范围内,则根本无法生产当今的许多产品。

  另一方面,调节人的舒适性就不太重要,并且接受温度和湿度的昼夜波动可以大大节省工厂成本和运行期间的能源。 精心设计建筑织物的热质量和自然通风通常可以减少甚至完全不需要空调。

  直到最近,空调一直被认为是建筑物的重要组成部分,“完全空调”的建筑物的租金要远高于“加热和通风”的建筑物。 但是,在英国这样的气候中,人们对低能耗自然通风建筑的需求呈波动趋势。 再加上使用大型,集中式,享有声望的总部大楼而导致的工作方式的变化,导致在建筑物所有者和占用者眼中,对空调的重视程度降低。 但是,在更恶劣的气候下,总会需要空调,但即使在英国,如果在受限,嘈杂,污染严重的中心城市站点上进行建筑,都需要深度规划,高层建筑。 在这种情况下,日光无法穿透建筑物的中心,而持续使用人造照明会产生很高的制冷负荷。 此外,由于交通噪音和外部污染通常会禁止使用可打开的窗户,因此自然通风受到限制。 在ASHRAE手册《暖通空调应用量》(1991)中详细讨论了空调应用及其一般标准和设计注意事项。

  热舒适度和室内空气质量

  为建筑物的居住者提供热舒适性取决于气温,平均辐射温度,空气速度和蒸气压的正确平衡,以适合居住者的活动水平和穿着的衣服。 已经进行了大量研究来确定导致舒适环境的这六个因素的范围和组合。 Fanger(1972)对热舒适度进行了广泛的研究,并提出了一种计算建筑人员相对于其热舒适度的预测平均投票(PMV)的方法,其范围为-3至+3,零为舒适度平衡。 从该图可以确定不满意的预测百分比(PPD)。 已经开发出一种仪器来测量适当的因素,综合其对乘员舒适度的影响,并产生PMV和PPD的读数。

  HVAC系统控制的其他因素包括维护清洁,健康和无味的室内环境。 这些因素通常是术语室内空气质量或IAQ所预期的。 保持良好的室内空气质量需要将气态和颗粒污染物保持在可接受的水平以下。 McQuinston(1994)对常见污染物及其控制方法进行了描述。

  英国的特许建筑服务工程师学会(CIBSE)和美利坚合众国的美国供暖,制冷和空调工程师学会(ASHRAE)均发布了有关提高建筑物舒适度的建议。 CIBSE(1979)和ASHRAE(1993)第8章。

  建筑荷载

  需要空调系统来克服建筑物上的热负荷,以保持空间内可接受的舒适条件。 系统应提供热量以克服热量损失,并提供冷却以克服热量收益。

  热损失

  通常,使用由居住者的舒适度要求定义的内部设计温度和适合地理位置的外部设计温度,在稳态基础上计算建筑物的热量损失。

  建筑物的总稳态热损失是织物和通风热损失的总和(请参阅建筑物和热传递 )。 织物损失是通过建筑物的墙壁,地板和屋顶的热损失,并取决于每个组件的总传热率或“ U”值及其各自的表面积。 通风热量的损失取决于进入该空间的新鲜空气的通风速率以及将其提高到室温的需要(请参阅总传热系数 )。

  这些计算记录在CIBSE(1980),ASHRAE(1993)第8章和McQuinston(1994)中。 它们产生以千瓦为单位的计算出的热负荷,可用于为加热循环选择合适的锅炉设备和热交换器。

  发热量

  建筑物的热量获取更为复杂,必须在考虑到外部条件的变化以及流过建筑物结构的热量流的时间滞后的基础上动态计算。 由于太阳辐射的每小时变化会产生强烈的瞬态效应,因此进入条件空间的瞬时热量随时间变化很大。 在特定时间,结构的热增益与冷却设备排出的热量之间可能存在明显的差异。 这种差异是由于能量的存储和随后从结构和内含物到循环空气的传递而引起的。 忽略这些因素会导致设备的总体规模过大。

  除了通过太阳辐射和通风获得的外部热量外,还必须包括由乘员,照明和机械引起的内部热量 (请参见生理学和热传递 )。 内部收益可以根据占用和活动水平的密度以及经过调节的空间的预期照明和设备水平来确定。 但是,有必要预测未来的需求,尤其是对于在现代办公楼中迅速增长的设备。

  太阳辐射取决于入射太阳辐射的强度,其入射角和建筑物围护结构的属性(请参阅太阳能 )。 太阳增益可以大致分为直接分量和散射分量。 直接成分直接通过地球大气传输,因此在建筑物表面具有确定的入射角。 扩散成分被地球大气散射,并且没有可辨别的入射角。 然而,它在建筑物表面被吸收并且可以传导到内部。 此外,它还可以使外部温度变暖,从而增加了通过通风空气的吸入所获得的热量。

  建筑物外表面接收到的直接太阳辐射将被反射,吸收和直接传输,其比例取决于表面材料和入射角。 通过玻璃直接传递的成分对空调的冷却负荷至关重要。

  CIBSE指南CIBSE(1979a)中列出了使用不同类型的玻璃(透明,吸收,反射等)的不同配置的单层和双层玻璃的冷却负荷。

  除了上述的显热增益外,还需要根据乘员产生的水分,通风和空间内产生的任何过程水分来评估潜热增益。

  CIBSE(1986),CIBSE(1986a)和ASHRAE(1993)的第26章提供了估算热量增加的详细计算程序。 这些程序和其他程序已经计算机化,因此大多数热增益分析都是通过计算机计算或建模进行的。 McQuinston(1994)中描述了适用于手动计算的简单方法。

  能源消耗估算

  空调设备的选择是根据设计条件进行的,以确保该设备有足够的能力在该区域的正常气候条件范围内保持空间内所需的舒适条件。 另一方面,能源消耗的估算需要有关外部温度和入射太阳辐射的每日和季节性变化以及建筑物占用模式的详细信息。

  能源消耗将取决于空调设备的效率以及维持舒适条件所采用的控制措施。

  许多计算机代码可以很好地模拟建筑系统,并且可以与所有类型的结构一起使用。 通常在考虑供暖,制冷和其他能源需求的情况下对建筑物进行一年的模拟。 但是,在某些情况下,无法进行计算机模拟。 在这些情况下,可以使用McQuinston(1994)中描述的简单度日或仓方法获得合理的结果。 在ASHRAE基础手册ASHRAE(1993)的第28章中详细讨论了能量估计。

  空调空气计量学

  通过提供处于适当状态的调节空气以克服入射的热负荷和冷负荷,可以保持建筑物内的舒适度。 所需状态将具有指定的温度和水分含量条件,并且可以通过空调湿度计评估达到该供应状态所需的过程。 在CIBSE指南[CIBSE(1975)]的数据部分中可以找到定义潮湿空气湿度特性的列表数据。


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