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暖通空调复习思考题及计算题


第一章

绪论习题

1-1 空气调节可以分为哪两大类,划分这两类的主要标准是什么? 【答】 空调系统可以分为舒适性空调和工艺性空调两大类型,主要标准是按照空气调节的作用或服务 对象而划分的。舒适性空调作用是维持良好的室内空气状态,为人们提供适宜的工作或生活环境,以利于 保证工作质量和提高工作效率,以及维持良好的健康水平。而工艺性空调作用是

维持生产工艺过程或科学 实验要求的室内空气状态,以保证生产的正常进行和产品的质量。

第二章

室内热湿负荷计算

2-1 夏季空调室外计算干球温度是如何确定的?夏季空调室外计算湿球温度呢? 【答】 《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB 50019—2003)规定夏季空调室外计算干球温度采用历年 平均不保证 50 h 的干球温度,夏季空调室外计算湿球温度采用历年平均不保证 50 h 的湿球温度。 2-2 冬季空调室外计算温度是否与采暖室外计算温度相同?为什么? 【答】 不相同。冬季空调室外计算温度采用历年平均不保证 1 天的日平均温度,而采暖室外计算温度 取冬季历年平均不保证 5 天的日平均温度。 2-3 室内空气计算参数确定的依据是什么? 【答】 室内空气参数的确定主要依据室内参数综合作用下的人体热舒适、工艺特定需求和工程所处地 理位置、室外气候、经济条件和节能政策等具体情况。 2-4 室外空气综合温度的物理意义及其变化特征是什么? 【答】 建筑围护结构总是同时受到太阳辐射和室外空气温度的综合热作用,为方便计算建筑物单位外 表面得到的热量而引入室外空气综合温度概念,其相当于室外气温由空调室外计算温度增加了一个太阳辐 射的等效温度值,并减少了一个围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射的等效温度值。其主要 受到空调室外空气温度、围护结构外表面接受的总太阳辐射照度和吸收系数变化的影响,所以不同时间不 同地点采用不同表面材料的建筑物的不同朝向外表面会具有不同的逐时综合温度值。 2-5 在什么情况下对采暖室内外温差不需要进行修正? 【答】 当供暖房间并不直接接触室外大气时,围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的削弱而减少, 为此引入了围护结构的温差修正系数,其大小取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气状况。若邻 接房间或空间的保温性能差,易于室外空气流通,则该区域温度接近于室外气温,温差修正系数亦接近于

1。若已知冷测温度或用热平衡法能计算出冷测温度时,可直接用冷测温度代入,不再进行温差修正。 2-6 什么是得热量?什么是冷负荷?试简述二者的区别。 【答】 室内得热量是指某时刻由室内、室外各种热源散入房间的热量的总和,得热量可分为潜热得热 和显热得热,而显热得热又可分为对流热和辐射热;室内冷负荷是指某时刻当空调系统运行以维持室内温 湿度恒定时,为消除室内多余的热量而必须向室内供给的冷量;房间的除热量是指空调设备供给房间的实 际供冷量。 区别:大多数情况下,冷负荷与得热量有关,但并不等于得热。得热量中显热得热中的对流成分和潜 热得热(不考虑围护结构内装修和家具的吸湿与蓄湿作用情况下)立即构成瞬时冷负荷,而显热得热中的 辐射得热在转化成室内冷负荷的过程中,数量上有所衰减,时间上有所延迟,即冷负荷与得热量之间存在 相位差和幅度差,这与房间的构造、围护结构的热工特性和热源的特性有关。 2-7 什么情况下,任何时刻房间瞬时得热量总和的数值等于同一时刻的瞬时冷负荷? 【答】任一时刻房间的瞬时得热量的总和未必等于同一时刻的瞬时冷负荷,只有得热量中不存在以辐射 方式传递的得热量,或围护结构和室内物体没有蓄热能力的情况下,得热量的数值才等于瞬时冷负荷。

第三章

空调送风量的确定与空气热湿处理过程

3-1 空调房间夏季设计送风状态点和送风量是如何确定的?

【答】 根据房间热量平衡关系式 GiO

? Q ? GiN 得房间送风量为 G ?

Q iN ? iO

,或根据湿量平衡关系

式G

dO

1000

?W ? G

dN

1000

得房间送风量为 G ?

1000W

dN ? dO

。在系统设计时。空调冷、湿负荷、热湿比ε 已

知,室内状态点也是已知的,只要确定送风状态点,送风量即可确定。工程上常根据焓湿图和送风温差

?tO ? t N ? tO 来确定送风状态点,先确定送风状态点的温度,其所在的等温线与热湿比线的交点即为送风
状态点 O。送风量即可确定,如已确定出余热量中的显热量 QX ,也可根据 G

?

QX

c p (t N ? t O )

求空调送风

量。 3-2 冬、夏季空调房间送风状态点和送风量的确定是否相同,为什么? 【答】 不相同。夏季的确定如上题所述,但冬季通过围护结构的温差传热往往是由室内向室外传递, 只有室内热源向室内散热。因此冬季室内余热量往往比夏季少得多,常常为负值,而余湿量则冬夏一般相 同。这样冬季房间的热湿比值一般小于夏季,甚至出现负值,所以冬季空调送风温度 tO 大都高于室温 tN。 由于送热风时送风温差值可比送冷风时的送风温差值大,所以冬季送风量可以比夏季小,故空调送风量一

般是先确定夏季的送风量,冬季即可采取与夏季相同风量,也可少于夏季风量。由于冬夏室内散湿量基本 相同,所以冬季送风含湿量取值应与夏季相同。因此,过 d0 的等湿线和冬季的热湿比线的交点 Od 即为冬 季送风状态点。 故冬季送风量的确定通常有两种选择:① 冬夏送风量相同,这样的空调系统称为定风量系统。定风量 系统调节比较方便,但不够节能。② 冬季送风量减少,采用提高送风温度、加大送风温差的方法,可以减 少送风量,节约电能,尤其对较大的空调系统减少风量的经济意义更突出,但送风温度不宜过高,一般以 不超过 45℃为宜,送风量也不宜过小,必须满足最少换气次数的要求。 3-3 已知成都某工业车间为排除有害气体和维持正压的总排风量 G P =1kg/s,冬季工作地点温度要求保 持在 t N

? 16 0 C ,车间总的显热余热量 Q ? ? 62 kW ,假定这个车间设计有一套使用 80%再循环空气的

集中热风供暖系统来保证室内温度要求,其中设计新风量应能补偿全部排风量。要求确定该集中热风供暖 系统所需机械送风量 GO 和送风温度 t O 。 【解】 根据风量平衡关系,该系统新风量 G新 = GP =1 kg/s 由: GO = G新 + G回 , G回 =80%GO ,得 根据显热余热量 QX

GO =5 kg/s

? GO c p (t N ? tO ) 得

t0 ? t N ?

Qx G0C p

? 16?C ?

?62 kW 1.01kJ /(kg ? C) ? 5kg / s
o

? 28.28o C

3-4 假定 3-4 题所说车间夏季显热余热量 Q=65kW,并按与冬季相同风量的集中空调系统来维持室温

tN = 28 ℃。要求确定该集中空|调系统所需的送风温度 tO 。
【解】 由上题知: GO =5kg/s,其余步骤如上题,算得 tO =15.13
0

C

3-5 空调、通风房间新风供应的目的和意义是什么?房间设计最小新风量确定的原则和方法是什么? 【答】 通新风是改善室内空气品质的一种行之有效的方法,其本质是提供人所必需的氧气并用室外的 污染物浓度低的空气来稀释室内污染物浓度高的空气,对改善室内空气品质起着重要作用。但在设计工况 下处理新风十分耗能,因此在确定新风量时一方面要考虑改善室内空气品质,另一方面要考虑建筑能耗, 房间新风量的合理确定通常应符合以下主要原则:①满足人的卫生要求,主要在于补充人体呼吸过程的耗 氧量,同时将呼出的 CO2 或吸烟等产生的其他空气污染物稀释到卫生标准所允许的浓度范围;②足以补充 房间局部排风量并维持其正压要求,空调房间为防止室外或邻室空气渗入而干扰室内温湿度与洁净度,还 需要使用一部分新风来维持房间压力略高于外部环境“正压”状态。按以上原则确定的新风量中选出一个

最大值作为房间(或系统)所需的设计新风量。 3-6 对旅馆客房等的卫生间,当其排风量大于民用建筑的最小新风量时,新风量该如何取值? 【答】 新风量应该取两者中的较大值,即按排风量进行取值。 3-7 某空调房间有 10 人从事轻体力劳动,室内允许空气含 CO2 的体积浓度为 0.1%,室外空气中 CO2 的体积浓度为 0.04%,求室内每人所需新风量。 【解】 由有关资料表 5-17[3]查得从事轻体力劳动时,CO2 发生量为 0.023 m
3

/(h ? 人) (CO2 的密度为

1.977kg/ m3) ,即 12.6mg/s,房间内共有十人,共产生的 CO2 为 126mg/s,空气密度为 1.2kg/m3。 解法 1: 室内允许的 CO2 的体积浓度为 0.1%=0.1× 4 × 10 44/22.4,即 c2 =1964.29mg/m3 室外空气中的 CO2 的体积浓度为 0.04%,即 c0 =785.71 mg/m3

由公式: L ?

M 126mg/s ? 3600 ? ? 385 m3 / h c2 ? c0 1964.29mg/m3 ? 785.71mg/m3
1 10

故,平均室内每人所需新风量为 L1 ? 解法 2:

L ? 38.5 m3 /h

L?

M c2 ? c0

?

10 ? 0.023 (0.1 ? 0.04) /100

? 383(m3 / h)

故,每人所需新风量为 38.3 m

3

/h

注意:单位换算 1%=104ppm=10 L/m3,即 1m3 空气中含有 10L CO2。ppm 即一百万体积的空气中所含 污染物的体积数,温度为 25℃,压力为 760mmHg 时, 1mg / m
3

=1 ppm ? 分子量 / 22.4

3-8 某空调系统服务于三个空调房间,它们的最小送风换气次数、人数、房间空气容积见表 3.2:每人 最小新风量为 30 m
3

/ h ,试确定空调系统的总新风量和新风比。
表 3.2 题 3-9 表 乙 400 5 20 丙 100 5 4

房间 房间容积 最小换气次数 人数 m3 次/h 人

甲 200 8 4

【解】 将该空调系统作为集中空调系统进行处理,系统示意图大致如下:







各房间的送风量:

L甲 =200 m3 ? 8 次/h =1600 m3 / h L乙 =400 m3 ? 5 次/h =2000 m3 / h L丙 =100 m3 ? 5 次/h =500 m3 / h

所以系统的总风量: L = L甲 + L乙 + L丙 = 4100 所有房间的新风量之和: LW =30 m
3

m3 / h ,

/ h ? (4+20+4)=840 m3 / h
840m / h 4100m / h
3 3

未修正的系统新风量在送风量中的比例: X ?

? 20.5%

需求最大的房间的新风比: Z ?

30m / h ? 20
3

2000m / h
则修正后的系统新风比为: Y ?

3

? 30%

X 1? X ? Z

?

0.205 1 ? 0.205 ? 0.3

? 0.227
3

修正后的系统新风量为: LW? ? L ? Y ? 4100 ? 0.227 ? 931 m / h 3-9 空气处理热湿基本过程有哪些?试针对各种基本过程尽可能全面地提出采用不同设备、介质和必 要技术参数的各种热湿处理方案。 【答】 空气热湿处理基本过程见图 3.2。 ① 等湿加热( A ? B ) :使用以热水、蒸汽等作热媒的表面式换热器及某些换热 设备,通过热表面对湿空气加热,使其温度升高、焓值增大,而含湿量不变。这一过程 又称为“干加热” ,热湿比为+∞。 ② 等湿冷却( A ? C ) :使用以冷水或其它流体作热媒的表面式冷却器冷却湿空 气,当其冷表面温度等于或高于湿空气的露点温度时,空气温度降低、焓值减小而含湿 量保持不变。这一过程又称为“干冷却” ,其热湿比为-∞ G ε >0 A ε =﹣∞ D B ε <0 ε = +∞ ε >0 t=常数

F

E ε <0 C i=常数ε =0

d=常数

图 3.2 空气热湿处理过程

③ 等焓加湿( A ? E ) :使用喷水室以适量的水对湿空气进行循环喷淋,水滴及其表面饱和空气层 的温度将稳定于被处理空气的湿球温度 ts,空气温度降低、含湿量增加而焓值基本不变。水分在空气中自然 蒸发亦可使空气产生同样的状态变化。这一过程又称为“绝热加湿” ,热湿比近似为 0。 ④ 等焓减湿( A ? D ) :使用固体吸湿装置来处理空气,湿空气的含湿量降低、温度升高而焓值基 本不变,热湿比近似为 0。 ⑤ 等温加湿( A ? F ) :使用各种热源产生蒸汽,通过喷管等设备使之与空气均匀混合,空气含湿 量和焓值增加而温度基本不变,该过程近似等温变化。 ⑥ 冷却干燥( A ? G ) :利用喷水室或表冷器冷却空气,当水滴或换热表面温度低于湿空气之露点 温度时,空气将出现凝结、脱水,温度降低且焓值减小。 3-10 试在 i-d 图上分别画出下列各空气状态变化过程: a.喷雾风扇加湿 b. 硅胶吸湿 c. 潮湿地面洒水蒸发加湿 d. 电极式加湿器加湿 e. 电加热器加热 【答】 a、d 过程为等温加湿,见图 3.2 中的 A ? F 过程;b 过程为等焓减湿,见图 3.2 中的 A ? D 过程;c 过程为等焓加湿,见图 3.2 中的 A ? E 过程;e 过程为等湿加热,见图 3.2 中的 A ? B 过程 3-11 针对夏季空调传统热湿处理方案,构建一种无需使用人工冷源的低能耗节能空调方案,并与传统 方案进行技术、经济分析与比较。 【答】 夏季传统热湿处理方案在 i-d 图上的表示如图??中 W ? L ? O 过程,该处理过程分为喷水 室冷水喷淋或表冷器间接冷却( W ? L )和空气加热器干加热( L ? O )两个过程,其特点是两步过程,能 满足对环境参数的较高调控要求,使用和管理否很方便。但要求冷媒水温较低,需要人工冷源,相应的设备 投资与能耗也就更大些,并造成冷热量的相互抵消,导致能量的无益消耗。而对于处理方案 W ? 1 ? O , 先使用固体吸湿剂对空气进行等焓减湿处理到 1 点,然后再进行冷却处理。这一方案的优点就在于与传统 方案相比,不存在冷热抵消的能量浪费,况且后续干冷过程允许冷媒温度较高,可使制冷设备供冷量大幅 减小,甚至可以完全取消人工制冷,降低能耗。它的缺点就在于需要增设固体吸湿装置,有可能对初投资 和 运 行 管 理 带 来 不 利 。

第四章

空气净化处理

4-1 空气污染物通常包括哪些内容?

【答】 空气净化处理涉及的主要空气污染物包括:悬浮在空气中的固态、液态微粒,悬浮在空气中的 微生物,以及各种对人体或生产过程有害的气体。悬浮微粒主要包括灰尘(固态分散性微粒) 、烟、雾、烟 雾等。空气中的微生物主要包括细菌、病毒、真菌、花粉、藻类和噬菌体等。 4-2 空气中悬浮污染物的浓度表示方法有哪些? 【答】 通常有以下三种表示方法:① 质量浓度:单位体积空气中含有悬浮微粒的质量。② 计数浓度: 单位体积空气中含有各种粒径悬浮微粒的颗粒总数。③ 粒径计数浓度:单位体积空气中含有某一粒径范围 内的悬浮微粒的颗粒数 4-3 表征过滤器性能的主要指标有哪些? 【答】 ① 过滤效率:在额定风量下,经过过滤器捕集的尘粒量与过滤器前空气含尘量的百分比。它反 映的是被过滤器捕集下来的尘粒量的相对大小; ② 穿透率:过滤后的空气含尘浓度与过滤前空气含尘浓度的百分比。它反映的是经过过滤后的空气 含尘量的相对大小。对于效率较高的过滤器,过滤效率相差不大,但穿透率则有可能相差几倍,故常用穿 透率来评价高效过滤器的性能; ③ 面风速与滤速:面风速是指过滤器断面上所通过的气流速度,是反映过滤器通过能力和安装面积 的性能指标;滤速是指过滤器滤料面积上通过的气流速度,是反映滤料通过能力的指标; ④ 过滤器阻力:气流通过过滤器的阻力称为过滤器阻力,包括滤料阻力(与滤速有关)和结构阻力 (与框架结构形式和迎面风速有关) ,当然阻力越小过滤器性能越好; ⑤ 容尘量:额定风量下,过滤器的阻力达到终阻力时,过滤器所容纳的尘粒总质量。容尘量是和使 用期限有直接关系的指标,显然容尘量大过滤器性能较好。 4-4 已知空气流经某空气过滤器的初含尘浓度为 1.2 mg / m ,出口空气含尘浓度为 0.2 mg / m ,求 它的计重效率和穿透率? 【解】① 计重效率: ?
3 3

?

c0 ? c1 c0

? 100% =

1.2mg / m 3 ? 0.2mg / m 3 1.2mg / m 3
? 16.7%

=83.3%

② 穿透率: K

?

c1 c0

? 100% ?

0.2mg / m3 1.2mg / m 3

4-5 某空调系统采用三级空气过滤,过滤前入口含尘浓度为 1× 105 粒/升。三级过滤后含尘浓度为 150 粒/ 升,已知粗效过滤器计数效率为 25%,中效过滤器计数效率为 80%,求高效过滤器应具有的计数效率。 【解】 由题意,得

? z=
由 即 解得

c0 ? c1 c0

? 100% ?

1 ? 105 粒/升 ? 150粒/升 1 ? 105 粒/升

? 100% ? 99.85%

? z ? 1 ? (1 ?? ) (1 ?2 ) (1 3 ? ?? 1

)

99.85%=1-(1-25%) (1-80%) (1- ? 3 )

?3 ? 99%
即高效过滤器应具有的计数效率为 99%

4-6 某空调系统,如图 3.1 所示:新风量 100 m
3

3

/ h ,送风量 1000 m3 / h ,已知室外空气含尘浓度
3

为 1 mg / m ,室内空气允许含尘浓度为 0.05 mg / m ,室内产尘量为 40mg/h,新风过滤器计重效率为 45%。若忽略空气密度的变化及粗效过滤后粒径分布对循环过滤器的影响,试求再循环过滤器所需的计重 效率 ? ?

cw

?w c

?

w1

3 1 2

c0

C
1新风过滤器 2-再循环过滤器 3-房间

图 4.1 题 4-7 空调系统图

【解】 房间的全面通风量 L

?

M c2 ? c0



其中

L :全面通风量, m3 / h
M:室内污染物散发量,mg/h

c2 :室内污染物允许质量浓度, mg / m3 c0 :送风中含有该种污染物的浓度, mg / m3
cw :室外空气含有该种污染物的浓度, mg / m3
由题意知: c2 =0.05 mg / m
3

又根据风量平衡: L = L新 + L回 得:

L回 = L - L新 =1000 m3 / h -100 m3 / h =900 m3 / h

经过新风过滤器后新风含尘浓度: cw1

? cw (1 ? ?w ) ? 1mg/m3 ? (1 ? 45%) =0.55 mg / m3

则 c0 ?

cw1 L新 ? c2 L回 L

(1 ? ? )

?

0.55mg / m3 ? 100m3 /h ? 0.05mg / m3 ? 900m3 /h 1000m3 /h

(1 ? ? )

? 0.1(1 ? ? ) mg / m3
由L

?

M c2 ? c0

?

40mg / h 0.05mg / m ? 0.1(1 ? ? )mg / m
3 3

? 1000 m3 / h

解得 ?

? 90%

4-7 空气过滤器有哪些主要类型,各自有什么特点及适用什么场合? 【答】 空气过滤器按其过滤效率可分为粗效、中效、高中效、亚高效和高效五种类型。粗效过滤器主 要用于过滤≥5.0

μm 的大颗粒灰尘及各种异物,在空气净化系统中作为对含尘空气的第一级过滤,同时

也作为中效过滤器前的预过滤,对次级过滤器起到一定保护作用,一般置于空调处理设备的新风入口或新 风与回风混合之后;中效过滤器(包括高中效过滤器)主要用于过滤≥1.0

μm 的中等粒子灰尘,在净化

系统中用作高效过滤器的前级预过滤来保护高效过滤器,也在一些要求较高的空调系统中使用,以提高空 气的清洁度,一般集中置于空调系统正压端,空调处理箱送风机之后;高效过滤器(包括亚高效过滤器) 可过滤 0.5 ~ 0.1

μm 以上的微粒子灰尘,能有效滤除细菌,用于超净和无菌净化,通过高效过滤器的空气

必须经过粗、中效两级过滤器预过滤,一般位于系统末端送风口之前,作为三级过滤的末级过滤器。

第五章

建筑供暖

5-1 对室内供暖常用方式进行分类,并分析各自的特点。 【答】 ① 集中供暖与分散供暖:集中供暖方式是由单独设置的热源集中配置热媒,通过管道向各个房 间或各个建筑物供给热量。而分散供暖方式是将热源、热媒输配和散热设备构成独立系统或装置,向单个 房间或局部区域就地供暖。② 全面供暖与局部供暖:全面供暖是使整个供暖房间维持一定温度要求;局部 供暖使室内局部区域或局部工作地点保持一定温度。③ 连续供暖与间歇供暖:连续供暖使得全天使用的建 筑物的室内温度全天均达到设计温度;而间歇供暖仅使非全天使用的建筑物在使用时间内的室内平均温度 达到设计温度,而在其他时间自然降温。④ 值班供暖:在非工作时间或中断使用的时间内,使建筑物保持 最低室温要求的供暖方式。 5-2 供暖系统有哪些形式?并对其进行比较。 【答】见表 5-1

表 5-1 分类方 式 系统形式

供暖系统对比表 特点

高温水供暖(水温>100℃)和低温水供暖(水温≤100℃) 。热能利用率高、节 热水供暖系 统 热媒种 类 蒸汽供暖系 统 省燃料、热稳定性好、供暖半径大、卫生、安全。相同的供热量下所需供热设 备较多, 管道系统的管径较大, 造价高, 且热媒流量大, 输送热媒消耗电能多。 民用建筑和公共建筑的主要采暖形式。 应用范围广、热媒温度高、所需散热面积小。缺点:由于散热器表面温度高, 容易使其表面有机灰尘烤焦产生异味,卫生条件较差,且易烫伤,影响安全使 用。可用于供热以工艺用蒸汽为主的厂区。 升温快、设备简单、投资较少。缺点:风机设备和气流噪声较大,通常用于耗 热风供暖系 统 对流供暖 散热方 式 5-3 对散热器进行经济技术评价主要考虑哪些指标或参数?列表对比分析铸铁和钢制散热器的性能。 【答】 散热器性能评价指标是多方面的,主要有: ① 热工性能:主要指传热系数,传热系数越高,其热工性能越好。 ② 经济指标:主要考虑有单位散热量的成本越低,安装费用越低,使用寿命越长,其经济性越好;同 样材质的金属热强度越高,其经济性越好。 ③ 安装使用和工艺方面的指标:机械强度和承压能力;尺寸应较小,占地少;安装和使用过程不易破 损;制造工艺简单,适于批量生产。 ④ 卫生和美观方面的评价指标:表面应光滑,易于清除灰尘;外形应美观,与房间装饰协调。 5-4 散热器传热系数受哪些因素影响,并说明为什么要对其进行修正? 【答】 散热器的传热系数主要取决于散热器外表面空气侧的放热系数,而在自然对流情况下,放热系 数又主要与传热温差有关。另外,还会受到通过散热器的热水流量、散热器的片数、散热器的安装方式、 热媒种类和参数、室内空气温度和流速等因素的影响。而实验方法确定的传热系数是在特定的情况下测定 的,故在实际情况不同时需要对其进行修正。主要考虑的修正有散热器组装片数修正、散热器连接形式修 辐射供暖 热量大、所需供热面积较大、定时使用的大型公共建筑或有特殊要求的工业厂 房中。 利用对流换热器或以对流换热为主向房间散发热量。 利用受热面积释放的热射线,将热量直接投射到室内物体和人体表面。

正系、散热器安装形式,从相关表中查到各项修正系数值,将传热系数除之皆可修正。 5-5 散热器的布置与安装要考虑哪些问题? 【答】 ① 考虑散热效果问题。房间有外窗时,最好每个外窗下设置一组散热器,以便于散热器上升的 热气流能阻止和改善从玻璃窗下降的冷气流和冷辐射影响,同时也可迅速加热从窗缝隙渗入的冷空气。楼 梯间布置散热器时,考虑到因热流上升上部空气温度比下部高,应尽量把散热器布置在底层或按一定比例 分布在下部各层。② 考虑管道布置问题。应避免户内管路穿过阳台门和进户门,应尽量减少管路的安装。 ③ 考虑散热器防护问题。为防止冻裂散热器,两道外门之间不能设置散热器。在其他有冻结危险的场所, 其散热器应设单独的立、支管供热,且不得装设调节阀。托儿所、幼儿园散热器应暗装或加防护罩,以防 烫伤儿童。④ 散热器应明装,简单布置,内部装修要求高可采用暗装。散热器安装应保证底部距地面不小 于 60mm,通常取为 150mm,顶部距窗台板不小于 50mm,背部与墙面净距不小于 25mm。 5-6 热风采暖系统在哪些场合适用?哪些场合不适用? 【答】 根据《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019—2003)规定,符合下列条件之一时,应采用 热风采暖:① 能与机械送风系统合并时。② 利用循环空气采暖,技术、经济合理时。③由于防火、防爆 和卫生要求,必须采用全新风的热风采暖时。 属于下列情况之一时,不得采用空气在循环的热风采暖:① 空气中含有病原体(如毛类、破烂布等 分选车间) 、极难闻气味的物质(如熬胶等)及有害物质浓度可能突然增高的车间。② 生产过程中散发的 可燃气体、蒸汽、粉尘与采暖管道或加热器表面接触能引起的燃烧的车间。③ 生产过程中散发的粉尘受到 水、水蒸气的作用能引起自燃、爆炸以及受到水、水蒸气的作用能产生爆炸性气体的车间。④ 产生粉尘和 有害气体的车间,如落砂、浇筑、砂处理工部喷漆工部及电镀车间等。 5-7 分析暖风机采暖的特点。 【答】 优点:① 单机供热量大,相同热负荷下,所用末端设备的数量少;② 小型暖风机可以吊挂, 不占用建筑面积,大型暖风机落地安装,占地面积也有限;③ 启动升温快。 缺点:① 暖风机运行时风机有噪声。一般小型暖风机的噪声在 60dB(A)左右,大型暖风机的噪声还要 大些;② 暖风机都是置于采暖房间内,直接加热室内循环空气,不补充新风(室外空气) ,不能改善室内 的空气品质。 5-8 与对流供暖系统相比辐射供暖有什么优点?适宜用在哪些场合? 【答】 ① 由于有辐射强度和温度的双重作用, 造成真正符合人体散热要求的热状态, 具有最佳舒适感。 ② 利用与建筑结构相符合的辐射供暖系统,不需要在室内布置散热器,也不必安装连接水平散热器的水平 支管,不占建筑面积,也便于布置家具。③ 室内沿高度方向上的温度分布比较均匀,温度梯度较小,无效 热损失可大大减小。④ 由于提高了室内表面的温度,减少了四周表面对人体的冷辐射,提高了舒适感。⑤

不会导致室内空气的急剧流动,从而减少了尘埃飞扬的可能,有利于改善卫生条件。⑥ 由于辐射供暖系统 将热量直接投射到人体,在建立同样舒适感的前提下,室内设计温度可以比对流供暖时降低 2~3℃(高温 伏设施可降低 5~10℃) ,从而可以降低供暖能耗 10%~20%。⑦ 辐射供暖系统还可在夏季用作辐射供冷, 其辐射表面兼作夏季降温的供冷表面。辐射采暖可用于住宅和公共建筑。地面辐射采暖可用于热负荷大、 散热器布置不便的住宅以及公共建筑的入口大厅,希望温度较高的幼儿园、托儿所,希望脚底有温暖感的 游泳池边的地面,需解决局部玻璃幕墙建筑周边区域布置散热器有困难等处。还广泛用于高大空间的厂房、 场馆和对洁净度有特殊要求的场合,如精密装配车间等。 5-9 试分析哪些因素促使辐射采暖降低了采暖热负荷。辐射采暖热负荷应如何确定? 【答】设计辐射采暖时相对于对流采暖时规定的房间平均温度可低 1~3℃,这一特点不仅使人体对流放 热量增加,增加人体的舒适感,与对流采暖相比,室内设计温度的降低,使辐射采暖设计热负荷减少;房 间上部温度增幅的降低,使上部围护结构传热温差减少,导致实际热负荷减少;采暖室内温度的降低,使 冷风渗透和外门冷风侵入等室内外通风换气的耗热量减少。总之,上述多种因素的综合作用使辐射采暖可 降低采暖热负荷。 全面辐射采暖的热负荷的确定按正常计算出的热负荷乘以修正系数,中、高温辐射系统取 0.8~0.9, 低温辐射系统取 0.9~0.95;或将室内计算温度取值降低 2~6℃,低温辐射供暖系统取下限,高温辐射供暖系 统宜采用上限数值。大空间内局部区域辐射采暖的热负荷可按整个房间全面辐射采暖的热负荷乘以该区域 面积与所在房间面积的比值相应的附加系数。 5-10 某一房间采用地板辐射采暖,房间热负荷为 2000W,地板面积为 50 m2,室内温度要求 20℃。已 知加热管覆盖层为:60 mm 豆石混凝土,20 mm 水泥砂浆找平层,其平均导热系数 λ=1.2 W/(m ? K) , 初步确定加热管为间距为 200 mm。若地板表面温度取 26℃,则加热管热水平均温度为多少? 【解】 单位面积地板散热量为: q ?

Q 2000W ? ? 40 W/m2 F 50m2 2λ 2 ?1.2W/(m ? K) 辐射板内部传热系数为: K ? ? ? 8.57W/(m2 ? K) A? B 0.2m2 ? 0.08m2 q 40W/m2 加热管内热水平均温度为 t p ? tb ? ? 26 0 C ? ? 30.7 0C 。 K 8.57W/(m2 ? K)

5-11 论述重力循环和机械循环热水采暖系统的主要区别。 【答】 主要区别在于系统循环动力不同。重力循环系统靠水的密度差进行循环,不需要外来动力,作 用压头小,系统装置简单,运行时无噪声,不消耗电能,所需管径大,作用范围受限。机械循环系统的循 环动力来自于循环水泵,水流速大、管径小、升温快、作用范围大,但因系统中增加了循环水泵,维修工 作量大,运行费用增加。但其系统类型较多,适用场合更广泛。 5-12 对机械循环热水采暖系常见地系统形式进行比较和分析。

【答】 见表 5.2 表 5.2 题 5-15 图

5-13 同程式热水采暖系统有什么优缺点? 【答】 采暖系统按各并联环路水的流程划分为同程式系统和异程式系统。同程式系统沿各基本组合 体热媒流程基本相等,水力计算时各环路易于平衡,水力失调较轻,但有时可能要多耗费些管材,其耗量 决定于系统的具体条件和布管技巧。对于系统作用半径较大的系统宜采用同程式系统,减轻水力失调。 5-14 高层建筑热水供暖系统在结构形式上着重要解决什么问题?

【答】 由干建筑高度增加,使得水系统的水静压力很大,影响到楼内系统与外网的连接方式,同时系 统设备、管道的承压能力也需要考虑能否达到要求。另外,楼层数增加,致使自然作用压力的影响加大, 有可能使得垂直失调现象十分严重。针对上述问题,高层建筑热水供暧系统在结构形式上着重要解决水静 压力和垂直失调问题。 5-15 如何考虑热水供暖系统的排气和热膨胀问题?从原因、危害、措施等方面来分析。 【答】 热水供暖系统空气的来源主要有两条:① 充水运行前留存在管道设备之中的空气;② 水被加 热后,溶解气体析出。这些空气占据散热器空间,减少有效散热面积;堵塞管道,造成水流中断;腐蚀管 路,缩短系统寿命,必须及时迅速得排除掉。排气措施有干管设坡和设置集气罐、放气阀等放气装置。 水的热膨胀问题体现在受热膨胀和冷却收缩两方面,受热产生膨胀应力,损坏管路系统和设备;冷却 收缩使得系统产生倒空现象。用人为方法或设备,使因温升而加大的体积能排出系统;当发生冷却倒空时, 能够向系统补水。 5-16 膨胀水箱有哪些作用?其上连接有哪些管子及各自的用处? 【答】作用有容纳膨胀水、维持系统压力、可排除系统内的空气。水箱上连接有膨胀管、溢流管、排水 管、信号管和循环管。膨胀管将膨胀水箱与系统相连,系统加热后增加的膨胀水量通过膨胀管进入膨胀水 箱,系统停止运行水温降低后,膨胀水箱的水又通过膨胀管回馈到系统以防倒空,为防止偶然关闭阀门使 系统内压力过分增高而发生事故,膨胀管上不允许安装任何阀门。溢流管将水箱溢出的水就近排入排水设 施中,溢流管上也不允许设置阀门。排水管用来清洗、检修时放空水箱内的水,需装设阀门,平时关闭。 信号管用于检查膨胀水箱的充水情况,应接至便于管理人员观察控制的地方,末端需设置阀门,平时关闭, 检查时打开阀门,若没有水流出,表明膨胀水箱内水位未达到最低水位,需向系统补水。循环管与膨胀管 一起构成自然循环环路膨胀水箱中的水通过该环路形成缓慢流动,防止冻结。 5-17 蒸汽作为热媒在暖通空调系统中有哪些用途? 【答】 ① 作为采暖系统的热媒。② 加热通过热空气幕的空气。③ 制备热水。④ 加湿空气。⑤ 作热 能动力。 5-18 供热管网布置有哪些原则? 【答】 ① 经济上合理。主干线力求短直,主干线尽量走热负荷集中区。要注意管线上的阀门、补偿器 和某些管道附件(如放汽、防水、疏水等装置)的合理布置,因为这将涉及到检查室(可操作平台)的位 置和数量,尽量可能使其数量减少。② 技术上可靠 供热管线应尽量避开土质松软地区、地震断裂带、滑 供热管线应少穿主要交通线。一般

坡危险地带以及地下水位高等不利地段。③ 对周围环境影响少而协调

平行于道路中心线并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿街道的一侧敷设。地上敷设 的管道,不应影响城市环境美观,不妨碍交通。供热管道与各种管道、构筑物应协调安排,相互之间的距

离,应能保证运行安全、施工及检修方便。 5-19 分户热计量系统负荷计算需要注意哪些问题? 【答】 ① 由于用户的生活习惯、经济能力、对舒适性的要求不尽相同,因而分户热计量系统的室内设 计计算温度宜比常规供暖系统有所提高,通常分户热计量系统室内设计计算温度值比常规供暖系统室内计 算温度提高 2℃。②当相邻房间温差大与或等于 5℃时,应计算通过隔墙或楼板的传热量。由于用户对室内 温度的控制不确定,导致相邻房间温差值难以预测,由此产生的户间传热热负荷亦难以找到统一的计算方 法,目前主要采用两种计算方法:按相邻房间实际可能出现的温差计算传热量,再乘以可能同时出现的概 率;按常规方法计算出的热负荷再乘以一个附加系数。③ 提高户间隔墙、楼板的保温隔热性能,将减小通 过内围护结构传递的热量,从而减小房间热负荷,但增加了建造成本。因此需要对内围护结构的保温进行 热工性和经济性分析,确定其最小经济热阻。 5-20 分户热计量热水集中采暖系统计量方法有哪些? 【答】 ① 采用热水表直接测量水流量,不考虑供回水温的影响,假定供回水温各户相同,且不变。② 采用热量计量表计量,热量计量表由流量计、温度传感器和积算器三部分组成。流量计用来测量流经散热 设备的热水流量,安装在系统的供水管上。温度传感器用以测量供、回水温度,装在供、回水管路上。直 接测定用热量,原理上准确;价格较贵,安装复杂;在小温差时,计量误差较大,目前应用较少。③ 用热 量分配表计量。它不能直接计量用户的用热量,通过测量各散热器设备的散热比例,配合总热量表所测得 到建筑物总热量数据,计算出各散热器散热量,来达到分户计量的目的。热量分配表构造简单、成本低廉、 安装方便,常用于既有建筑传统供暖系统实行分户热计量。 5-21 某单管热水供暖系统,立管进水温度 tg =95 C ,出水温度 th =70 C ,采用四柱 813 型散热器,明 装无遮挡,供暖室内温度 tn =16 C ,试确定如图所示立管中,各组散热器的片数(热负荷见图 5.2) 。 【解】 ① 流出第一组散热器的温度:
0
0

0

tg=95℃
1700 W
0

t1 ? 95 C ?
0

1700 W 1700W ? 1100W ? 1500W

? (95 ? 70) C

t1 1100 W t2 1500 W

? 85.12 0 C
流出第二组散热器的温度:

t2 ? 950 C ?
0

1700W+1100W 1700W ? 1100W ? 1500W

? (95 ? 70) 0 C

th=70℃
图 5.2 题 5-25 图

? 78.72 C
② 查教材附录 28 得柱 813 型散热器的 K=2.237Δt0.302,每片散热器的面积 为 0.28m2,假定:β1=β2=β3=1.0(6~10 片) ;

③ ?t1 =

tg + t1 2

? tn =

950 C+ 85.120 C 2

? 160 C=74.06 0 C ,

则 F1 ?

Q1 K1?t1

?1? 2 ?3 ?

1700 W 2.237 ? 74.06
0.302

W/(m ? C) ? 74.06 C
2 0 0

? 1.0 ? 1.0 ? 1.0=2.796m2

故第一组散热器的片数为: n1 = ④ ?t2 =

2.796 m 2 0.28 m 2 /片

=9.99 ? 10 片 ,在假定的片数范围内;

t1 + t2 2
Q2

? tn =

85.120 C+78.720 C 2
2.237 ? 65.92

? 160 C=65.92 0 C
1100 W

同理: F2 ?

K 2 ?t2

?1? 2 ?3 ?

0.302

W/(m 2 ?0 C) ? 65.920 C

? 1.0 ? 1.0 ? 1.0=2.106 m2

故第二组散热器的片数为: n2 = ⑤ ?t2 =

2.106 m 2 0.28 m 2 /片

=7.52 ? 8 片 ,在假定的片数范围内;

th + t2 2

? tn =

700 C+78.720 C 2

? 160 C=58.36 0 C

同理: F3 ?

Q3 K3 ?t3

?1? 2 ?3 ?

1700 W 2.237 ? 58.360.302 W/(m 2 ?0 C) ? 58.360 C
3.365 m 2 0.28 m 2 /片

? 1.0 ? 1.0 ? 1.0=3.365 m2

第三组散热器的片数为: n3 =

=12.02>10 片 ,故另假设 β1=1.05(11~20 片)

F3? ?

Q3 K3 ?t3

?1? 2 ?3 ? F3 ? 1.05=3.365 ? 1.05m2 =3.533 m2
=12.62 ? 13 片 ,在假定的片数范围内。

故第三组散热器的片数为: n3 =

3.533 m 2 0.28 m 2 /片

5-22 将上题改为双管系统, 其余条件不变, 试确定各组散热器片数, 并进行对比分析单管和双管系统, 对散热选择的影响。 【解】 系统作用原理图如图 5.3:

t g ? 95 0 C
Q1
Q2
Q3

t h ? 70 C
0

图 5.3 题 5-26 图

各散热器的散热量分别为(按从上到下的顺序) Q1 :

? 1700W,Q2 ? 1100W,Q3 ? 1500W

由于各组散热器具有共同的进水温度和回水温度,因此各散热器的热媒平均温度均为:

t p1 ? t p 2 ? t p 3 ? 95+70)/2=82.5 0 C (
各散热器传热温差:

?t1 ? ?t2 ? ?t3 ? t p ? tn =82.5-16=66.5 0 C
查教材附录 28,四柱 813 型散热器的传热系数为:

K ? 2.237?t
修正系数:

0.302

? 2.237 ? 66.5

0.302

? 7.95W / (m ? C)
0

2

假定散热器组装片数修正系数: ?1 形式修正系数 ? 2

? 1.0 ;该散热器均异侧连接,上进下出,查教材附录

31,连接

? 1.004 ;散热器明装,无遮挡,查教材附录 32 安装形式修正系数 ? 3 ? 1.0 ;
F1? =
Q K ?t Q K ?t

所以散热器所需面积:

Q K ?t

?1 ? 2 ? 3 ?

1700 W 7.95W / m ? C ? 66.5 C
2
0 0

? 1.0 ? 1.004 ? 1.0 ? 3.23 m

2

F2? =

?1 ? 2 ? 3 ?

1100 W 7.95W / (m ? C) ? 66.5 C
2
0 0

? 1.0 ? 1.004 ? 1.0 ? 2.09 m

2

F3? =

?1 ? 2 ? 3 ?

1500 W 7.95W / (m ? C) ? 66.5 C
2
0 0

? 1.0 ? 1.004 ? 1.0 ? 2.85 m

2

查教材附录 28,四柱 813 型散热器每片散热面积为 0.28 m ,计算片数 n? 为:
2

n1? = F1? / f ? ? n2 = F2? / f ? ? n3 = F3? / f ?

3.23m 2 0.28m 2 /片 2.09m 2 0.28m 2 /片 2.85m 2

? 11.5 ? 12片

? 7.5 ? 8片

0.28m 2 /片

? 10.2 ? 11片

校核片数修正系数 ?1 的值:查教材附录 30,当散热器片数为 11~20 时, ?1 =1.05;当散热器片数为 6~10, ?1 =1.00。 因此,实际所需散热器面积为: F1 = F1?

?1 =3.23×1.05 = 3.39 m2

F2 = F2? ? 1 =2.09×1.00 = 2.0 m2

F3 = F3? ? 1 =2.85×1.05 = 2.99 m2
所以实际选用片数为: n1 = F1 /

f ?

3.39m 2 0.28m 2 /片 2.09m 2 0.28m 2 /片 2.99 m 2 0.28m 2 /片

? 12.1 ? 13片

n2 = F2 / f ?

? 7.5 ? 8片

n3 = F3 / f ?

? 10.7 ? 11片

单管和双管系统对散热器选择的影响: 对于单管系统, 最大的特点即每组散热器的出水温度是下一组散热器的进水温度, 经过散热器的散热, 每组散热器按进水先后顺序,其平均热媒温度逐渐下降,因而其传热系数逐渐降低,造成其传热面积在对 应的热负荷条件下相应增加。而对于双管系统,各散热器具有相同的进水温度和出水温度,因而具有相同 的平均热媒温度,即相同的传热系数,由于这个影响,双管系统的散热器总面积一般比单管系统稍小些。 5-23 某供暖系统热负荷为 70 kW,供水温度为 95℃,回水温度为 70℃,求系统所需水流量。若采用 低压蒸汽作热媒,蒸汽的汽化潜热为 2250 kJ/kg,求所需的蒸汽流量。 【解】 ① 对热水供暖系统,由 Q ? Gc?t 得系统所需水流量为:

G?

Q 70kW ? =0.67 kg/s c?t 4.19kJ/(kg ?0 C) ? (95 ? 70)0C 70kW =0.03 kg/s 2250kJ/kg

② 对于蒸汽供暖系统,所需蒸汽流量为: G ?

5-24 如图 5-5 所示热水供暖系统。已知 h1=2.0m,h2=3.5m;每个散热器的热负荷为 800W;供水温度 为 95℃,回水温度为 70℃,对应温度的水密度分别为 962kg/m3 和 978kg/m3。不考虑热水在沿途的冷却, 分别计算双管和单管系统的自然循环作用压力。

【解】 ① 求双管系统的重力循

图 5.5

题 5-29 图

环作用压力

双管系统属于并联环路,各层散热器所在环路的作用动力不同,需分别计算。 根据式(3-1-3)和(3-1-4)[4]的计算方法,通过各层散热器循环环路的作用动力,分别为: 第一层:

t2 , ? 2

?P ? gh1 ( ? h ? ? g ) 1 ? 9.81N/kg ? 2m ? (978kg/m ? 962kg/m )
3 3

=313.92 Pa
第二层:

?P2 ? g h1 +h2)? h ? ? g ) ? 9.81N/kg ? 2+3.5)m ? (978kg/m ? 962kg/m )=863.28 Pa ( ( (
3 3



求单管系统的重力循环作用压力:

第二层散热器流出管路中的水温:

t 2 ? tg ?

Q2 Q1 ? Q2
3

(tg ? th ) ? 95o C ?

800W (800+800)W

(95 C ? 70 C)=82.5 C
o o o

相应水的密度 ? 2 =970 kg/m

则 ?Ph ? gh1 ( ?1 ? ? g )+gh2 ( ? 2 ? ? g )

? 9.81N/kg ? 2m ? (978kg/m ? 962kg/m )+9.81N/kg ? 3.5m ? (970kg/m ? 962kg/m )
3 3 3 3

=588.6 Pa

第六章

建筑通风

6-1 按通风的功能与目的来分类,建筑的通风方式有哪几种?各自在应用上有何特点? 【答】 见表 6.1。 表 6.1 分类方式 通风方式 一般换气通 风 热风供暖 应用特点 旨在治理主要由在室人员及其活动说产生的各种污染物, 满足人的生命过程 的耗氧量及其卫生标准。 通常指在工业建筑中,将新风或混合空气经过滤、加热等处理,再送入建筑 物内,用来补充或部分补充全部或局部区域的热损失,改善其热环境。 排毒与除尘 通风目的 着重治理中各种生产工艺过程中产生的有害气体、蒸汽与粉尘,为保障人体 健康,维持正常生产所需的环境条件。 通风方式对比表

事故通风 防护式通风

为排除因突发事件产生的大量有燃烧、爆炸危害或有毒害的气体、蒸汽等 在人防地下室等特殊场所,以防御原子辐射及生化毒物污染, 保障战时指 挥、通信或医疗、救护等环境安全目的所进行的清洁式通风、过滤式通风或 隔绝式通风/。

建筑防排烟

为防止火灾时火势或烟气蔓延至走廊、前室及楼梯间等通道,以保证居民安 全疏散及消防人员顺扑救所设置的防烟与排烟设施。

自然通风

不使用通风机驱动, 依靠室外风力造成的风压和室内外空气温差所造成的热 压驱使空气流动。经济有效,应予以优先考虑

通风动力

机械通风

依靠通风机产生的压力驱使空气流动。 是特定建筑空间进行有组织通风的主 要技术手段,是通风系统广泛采用的一种通风方式。

送风 气流方向 排风 全面通风 通风服务范 围 局部通风

将室外新风或经必要处理后符合环控要求的空气经由通风管道等途径送入 室内 从室内将污染物随空气一道经由通风管道等途径排出室外。 以整个室内空间为对象进行送风与排风, 适用于建筑物内部污染源较为分散 或不确定情况,通风量较大。 针对建筑内部污染源集中在局部位置的情况, 仅以局部污染区域为对象进行 送风与排风。

6-2 通风系统划分的一般原则是什么?哪些情况下应当单独设置排风系统? 【答】 当建筑内在不同地点有不同的送、排风要求,或者服务面积过大,送、排风点较多时,需分设 多个送、排风系统。当服务区域的空气处理要求与环控参数要求相同,或者各区域处于同一生产流程、运 行班次和运行时断时,可以划分同一系统。 对于以下情况应单独设置排风系统:① 两种或两种以上有害物质混合后能引起燃烧或爆炸。② 两种 或两种以上有害物混合后能形成毒害更大或具腐蚀性的混合物或化合物。 两种或两种以上有害物质混合 ③ 后易使蒸汽凝结并积聚粉尘。④ 散发剧毒物质的房间及设备。⑤ 建筑内设有储存易燃、易爆物质或有防 火、防爆要求的单独房间。 6-3 通风系统中进、排风口的布置应满足哪些要求? 【答】 对于进风口,① 应设在室外空气较清洁的地点,进风口处室外空气中有害物浓度不应大于室内 工作地点最高容许浓度的 30%。② 应尽量设在排风口的上风侧,并且应低于排风口。③进风口的底部距室 外地坪不应低于 2m,当布置绿化地带时,不宜低于 1m。④ 降温用的进风口宜设在建筑物的背阴处。

对于排风口,① 一般情况下,通风排气主管至少应高出屋面 0.5m。② 通风排气中的有害物必需经大 气扩散稀释时, 排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正压区以上。 要求在大气中扩散稀释的通风排气, ③ 其排风口上不应设风帽,以防止雨水进入风机。④ 对于排除有害气体或含有粉尘的通风系统,其排风口上 宜设置锥形风帽或防雨风帽。 6-4 通风机运行时的工作点是如何决定的?运行过程中,如果用户所需风量发生变化,可采取哪些技 术措施来调节? 【答】风机接入管网运行时,其实际工况点是风机性能曲线和管网特性曲线的交点。 调节方法有:① 改变管网特性曲线。方法是在通风机转速不变的情况下,改变系统中的阀门等节流 装置的开度大小来增减管网压力损失而使流量发生改变。② 改变通风机特性曲线。通过改变通风机的转速 使得风机风量、风压随其转速的减小而降低,而效率基本不变。改变通风机进口导流叶片角度,使气流进 入通风机叶轮前旋转度发生改变,从而改变其风量、风压、功率和效率。 6-5 计算机械送风系统的空气加热器时,室外计算温度应采取何值?计算消除余热、余湿用的全面通 风耗热量呢? 【答】用于选择机械送风系统加热器的冬季室外计算温度应采用供暖室外计算温度。消除余热、余湿 用的全面全面通风耗热量采用冬季通风室外计算温度。 6-6 某一体积为 224m3 的车间中,设有全面通风系统,全面通风量为 0.14 m3/s,CO2 的初始体积浓度 为 0.05%, 室内有 15 人进行轻度劳动, 每人呼出的 CO2 的量为 12.5 mg/s, 进风空气中 CO2 的浓度为 0.05%, 达到稳定时车间内 CO2 的浓度为多少? 【解】CO2 的产生量为 M =15×12.5 mg/s=187.5 mg/s, 送入室内的空气中 CO2 的体积含量为 0.05%, (0.05%=0.05× 4 × 44 / 22.4 mg/m3) 即 c0 =982 mg/m3。 10 ,

由稳定状态时全面通风量计算式 L =

M 得达到稳定时车间内 CO2 的质量浓度为: c2 ? c0

c2 =c0 +

M 187.5 mg/s =982 mg/m3 + = 2321 mg/m3 L 0.14m3 /s

6-7 某地下室的体积 Vf =200 m3,设有机械全面通风系统。通风量 L=0.04 m3/s,有 198 人进入室内, 人员进入后立即开通风机,送入室外空气。假定室内人员活动可视为轻作业,经过多长时间后,该房间内 的 CO2 浓度达到 5.9g/m3。 【解】由有关资料表 5-17[3]查得从事轻体力劳动时,CO2 发生量为 0.023 m
3

/(h ? 人) (CO2 的密度为

1.977kg/ m3) ,即 12.6mg/s,房间内共有 198 人,共产生的 CO2 为 2.5 g/s,即 M = 2.5 g/s。 送入室内的空气中 CO2 体积含量为 0.05%,即 c0 =0.98 g/m3,风机启动前室内空气中 CO2 浓度与室外

相同,即 c1 =0.98 g/m3。

因此

??

L ? c1 ? M ? L ? c0 Vf In L L ? c2 ? M ? L ? c0

200 0.04 ? 0.98 ? 2.5 ? 0.04 ? 0.98 In s 0.04 0.04 ? 5.9 ? 2.5 ? 0.04 ? 0.98 =468.56 s = 7.81 min =
6-8 某车间散发醋酸乙酯蒸汽量为 320 mg/s,要求室内卫生标准为 200 mg/m3,苯的散发量为 40 mg/s 要求室内卫生标准为 6 mg/m3,则车间的全面通风量为多少?(空气密度取 1.2kg/ m3) 【解】送风空气中上述污染物的浓度为 0,取安全系数为 6,分别计算出稀释每种蒸汽到最高容许浓度 以下所需的风量:

醋酸乙酯:

G1 ? ? L ? ?

KM 6 ? 320 3 ? 1.2kg/m3 ? m /s ? 11.5 kg/s c ? c0 200 ? 0 KM 6 ? 30mg/s ? 1.2kg/m3 ? ? 36 kg/s c ? c0 6mg/m3 ? 0

苯:

G2 ? ? L ? ?

两种溶剂污染有叠加作用,全面通风量应为各自所需风量之和,即:

G ? G1 +G2 = 47.5 kg/s
6-9 同上题条件,若同时还有余热量 150kW,已知夏季通风室外计算温度为 30℃,要求车间内温度不 超过 35℃,车间的全面通风量为多少? 【解】 消除余热所需通风量为:

G?

Q 150kW ? ? 29.7 kg/s cP (t P ? t j ) 1.01 kJ/(kg ? 0 C) ? (350 C ? 300 C)

全面通风量应取消除空气污染物和消除余热所需风量两者之中的较大者,即全面通风量为 47.5 kg/s。 6-10 通风设计如果不考虑风量平衡和热平衡,会出现什么现象? 【答】 通风房间的风量平衡、热量平衡是自然界的客观规律。设计中欲维持室内设计温度、湿度或有 害物质浓度稳定不变,就必须建立起某种确定的热湿平衡或有害物量平衡,如果不遵循相关规律,实际运 行中将会在新的室内状态下达到平衡,则无法保证预期的设计温度、压力及气流组织等环控要求。 6-11 什么情况下必须采用局部送风?局部送风系统形式有哪些? 【答】 对于一些面积大、人员稀少、大量散发余热的高温车间,采用全面通风降温既困难,也没有必 要,应采用局部送风。按我国现行暖通空调设计规范规定,在工作人员经常停留或长时间操作的工作地点, 当其环境达不到卫生要求或辐射照度不小于 350 W/m2 时,应当设置局部送风。局部送风系统分为分散式和

系统式两种类型,分散式局部送风一般采用轴流风机、喷雾风扇等形式以再循环空气作岗位送风。系统式 局部送风又称空气淋浴,借助完整的机械送风系统,将经过一定程度集中处理的空气送至各个局部的工作 岗位。 6-12 局部排风设计的一般原则是什么?画出其系统示意图。 【答】 在散发热、湿、蒸汽或有害物质的建筑物内,应首先考虑采用局部排风。 局部排风系统通常由局部排风罩、风机、通风管路、净化设备和排风口组成。为防 止风机的腐蚀与磨损,风机通常布置在净化设备之后。为防止大气污染,当排风中 有害物量超过排放标准时,必须经过设备处理,达标后才能排入大气。净化处理设 备种类主要根据被处理有害物的理化性质等加以选择。图 6-2 为局部机械送风系统 的示意图。 6-13 分析下列各种局部排风罩的工作原理和特点。 (1)防尘密闭罩; (2)外部吸气罩; (3)接受罩 【答】 ① 防尘密闭罩原理:将粉尘源全部密闭罩罩内,使罩内保持负压,从罩外吸入空气并进行排 风。特点:优点是只需要较小的排风量就能最为有效地捕集并排除局部污染源产生的有害物质,且排风性 能不受周围气流的影响;缺点是不便维修,大容积装置占地面积大。 ② 外部吸气罩:利用设在污染源附近的排风罩的抽吸作用,在有害物发生地点造成一定的气流运动, 使有害物吸入罩内。 特点: 污染源基本上是敞开的, 而排风罩只在污染源附近进行吸气, 必须在距罩口 x 米 造成必要的控制风速克服有害物的流动速度以引导其至排风罩。 ③ 接受罩:利用生产设备本身产生或诱导一定的气流流动而使得有害物随之直接进入罩内。特点:罩 口处的气流运动时生产过程本身造成的,接受罩只起接受作用。它的排风量取决于接受的污染空气量的大 小。接受罩的断面尺寸应不小于罩口处污染气流的尺寸,否则污染物不能全部进入罩内,影响排风效果。 6-14 何为一次尘化、二次尘化?为什么说二次尘化作用为污染车间空气环境的主要原因? 【答】 把各种使尘粒由静止状态进入空气中浮游的尘化作用称为一次尘化作用,一次尘化作用给予粉 尘的能量不足以使粉尘扩散飞扬,它只造成局部地点的空气污染。由于通风或冷热气流对流所造成的室内 二次气流带着局部地点的含尘气体在整个车间内流动,即二次尘化作用,使粉尘散步到整个车间内,造成 粉尘进一步扩散,污染车间空气环境,故说二次尘化作用为污染车间空气环境的主要原因。 6-15 一个完整的除尘系统应包括哪几个过程,其系统由哪些部件与设备组成? 【答】 过程包括① 用捕尘罩捕集含尘气体;②捕集的含尘气体在风机的作用下沿风道输送到除尘设备 中;③ 在除尘设备中将粉尘分离出来;④ 进化后的气体排至大气;⑤ 收集与处理分离出来的粉尘。工业 建筑的除尘系统主要由排尘罩、风道、风机、除尘设备等组成。 1— 排风罩; 2—风机; 3—净化设备; 4—风道;5—排风口;6—污染源

图6-2 局部机械送风系统

6-16 除尘风管的设计原则是什么? 【答】 ① 除尘系统风管由于风速较高,通常采用圆形风道,而且直径较小,但为防堵塞,不宜小于相 关规定值。② 除尘系统的风道因风速较高,管壁磨损严重,通常多用壁厚为 1.5 ~ 3 mm 的普通钢板加工制 作。③ 如果吸尘点较多,常采用大断面的集合管连接各支管。集合管分垂直、水平两种形式,管内风速不 宜超过 3 m/s,集合管下部应设卸灰装置。④ 为防止粉尘在风管内沉积,除尘系统的风管除在管内保持较 大风速外,还要求尽可能垂直或倾斜敷设。倾斜敷设时,与水平角的夹角最好大于 45°;如必须水平敷设, 需设置清扫口。⑤ 除尘风道系统设计中,对管网水力平衡性要求较严格。对于并联管路进行水力计算时, 除尘系统要求两支管的压力损失差不超过 10%。 风速的大小除了要考虑对系统经济性的影响外, ⑥ 还要考 虑到风速过大对设备和风管磨损加快;过小会使粉尘沉积,堵塞管道。 6-17 常用除尘设备有哪些类型?指出其相应的除尘机理。 【答】 ① 重力沉降室。依靠重力作用使气流中的尘粒自然沉降,将尘粒从气流中分离出来。② 惯性 除尘器。通过在内部设置挡板、百叶等构件,使含尘气流方向急剧变化或与障碍物碰撞,利用尘粒自身惯 性力使之从含尘气流中分离出来。③ 旋风除尘器。时含尘气流在筒体内作旋转运动,借助气流旋转过程中 作用于尘粒上的惯性离心力,使尘粒得以从气流中分离出来并加以捕集。④ 袋式除尘器。利用纤维织物加 工的袋状过滤元件对尘粒的筛滤、接触阻留、拦截、碰撞、扩散和静电吸引等效应而使粉尘阻流在滤袋上 加以捕集。⑤ 静电除尘器。利用静电力将气体中粉尘分离出来。⑥ 湿式除尘器。通过含尘气流与液滴相 对高速运动时的相互作用实现除尘净化,主要除尘机理包括惯性碰撞、接触阻留、扩散效应、凝聚效应和 凝结核效应。 6-18 表征除尘器性能的主要指标有哪些? 【答】 ① 除尘效率,表征了除尘器捕集粉尘的能力,包括全效率、除尘率和分级效率几种形式。全效 率是在一定的运行工况下,单位时间内除尘器的粉尘量与进入除尘器的粉尘量的百分比。穿透率为单位时 间内除尘器排放的粉尘量与进入除尘器的粉尘量的百分比。 分级效率为除尘器对某一代表粒径 d c 或粒径在

dc ?

?dc 范围内粉尘的除尘效率。② 压力损失,为除尘器进、出口处气流的全压的绝对值之差,表示流 2

体流经除尘器所耗的机械能,关系到除尘器的能量消耗和除尘系统中风机的合理选择。③ 处理气体量,表 示除尘器处理气体量的大小。④ 负荷适应性,反映除尘器性能可靠性的技术指标。负荷适应性良好的除尘 器,当处理的气体量或污染物浓度在较大范围内波动时,仍能保持稳定的除尘效率。 6-19 在使用袋式除尘器时应注意什么问题? 【答】 ① 袋式除尘器的应用范围要受滤料的耐温耐腐蚀性等性能的限制。如目前常用的滤料适用于 80~140℃,如用袋式除尘器处理更高温度的烟气,必须预先冷却。② 不适宜于黏性强及吸湿性强的粉尘,

特别是烟气温度不能低于露点温度,否则会产生结露,导致滤袋堵塞。③ 处理高温、高湿气体时,为防止 水蒸气在滤袋凝结,应对含尘空气进行加热并对除尘器保温。④ 不能用于有爆炸危险和带有火花的烟气。 ⑤ 处理含尘浓度高的气体时,为减轻袋式除尘器的负担,应采用二级除尘系统。用低阻力除尘器进行预处 理,袋式除尘器作为二级处理设备。 6-20 袋式除尘器的阻力和过滤风速主要受哪些因素影响? 【答】 袋式除尘器的压力损失不但决定着它的能耗,还决定着它的除尘效率和清灰时间间隔,它与除 尘器结构形式、滤料特性、过滤风速、粉尘浓度、清灰方式、气体温度及气体粘度等因素有关。其过滤风 速的大小与除尘器的清灰方式、清灰制度、粉尘特性、入口含尘浓度等因素密切相关。 6-21 你能说出几种工业通风过程中常用的袋式除尘器吗? 【答】 ① 机械振动清灰除尘器。利用机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框架,使滤袋产生振动而清除积 灰。该方式适用于以表面过滤为主的滤袋,宜采用较低过滤风速。② 气流反吹清灰除尘器。利用与过滤气 流反向的气流,使滤袋变形,粉尘层受挠曲力和屈曲力的作用而脱落。反吹风时气流在整个滤袋上分布较 均匀,振动也不强烈,但清灰强度小。③ 脉冲喷吹类。借助各种脉冲控制供气系统,将压缩空气在短暂的 时间内经喷嘴高速喷射进入滤袋顶部的文氏管,同时诱导数倍于喷射气流的空气进入滤袋,造成滤袋内较 高的压力峰值和较高的压力上升速度,使袋壁获得很高的向外加速度,从而清落灰尘。此类除尘器的清灰 能力最强,效果最好,可允许较高的过滤风速并保持低的压力损失,发展迅速。 6-22 有一两级除尘系统,系统风量为 2.22 m3/s,工艺设备产尘量为 22.2 m3/s,除尘器的除尘效率分别 为 80%和 90%,计算该系统的总效率和排空浓度。 【解】 总效率: ?

? 1 ? (1 ? ?1 )(1 ? ?2 ) ? 1 ? (1 ? 0.8)(1 ? 0.9) ? 98% ? 22.2 g/s

已知进入除尘器的粉尘量 M1 由效率的定义式 ?

=

M1 ? M 2 可得除尘器出口粉尘量 M 2 ? M1 ? M1 ?? ? 0.444 g/s M1

即得排空浓度: c2

?

M 2 0.444 g/s ? = 0.2 g/m3 L 2.22m3 /s
kg/m3 ,在标准大气压力、20℃的静止空气中自由沉降,计算粒径

6-23 金钢砂尘的真密度 ? p =3100

dp = 2、5、10、40 ? m 时尘粒的沉降速度。 【解】 在标准大气压、20℃温度下空气的动力粘度为 18.1×10-6 N· 2,忽略空气与粒径的密度差值, s/m 尘粒在静止空气中只有沉降时,其末端沉降速度计算公式为:

vch =

? p gd p 2 18?

dp = 2 ?

m 时, vch =

2 ?p gd p 2 3100 kg/m3 ? 9.8 m/s2 ? 2 ? 10-6 m) ( = =0.37 ? 10-3 m/s 18? 18 ? 18.1 ? 10-6 Pa/s

同理,dp = 5 ? m 时, vch

= 2.33 ?10-3m/s ;dp = 10 ? m 时, vch = 9.32 ?10-3 m/s ;dp = 40 ? m 时,

vch = 0.15 m/s 。
由以上计算可知,当粒径直径较小时,其沉降速度很小,重力沉降作用不明显,因此重力沉降室仅适 用于 50 ? m 以上的粉尘。 6-24 某旋风除尘器在实验过程中测得下列数据: 粒径 分级效率 实验粉尘的分散度 0~5 70 14 5 ~ 10 92.5 17 10 ~ 20 96 25 20 ~ 40 99 23 >40 100 21

求该除尘器的全效率。 【解】 全效率与分级效率的关系为: ? =?c1n1 ? ?c2 n2 故该除尘器的全效率为: ?

? ?????? ??cn nn

= 0.7 ? 0.14+0.925 ? 0.17 ? 0.96 ? 0.25 ? 0.99 ? 0.23 ? 1? 0.21 ? 0.93

6-25 结合湿式除尘器的优点和缺点,说明在湿式除尘器使用中应注意什么问题? 【答】 ① 湿式除尘器的优点是结构简单,投资抵,占地面积小,除尘效率高,很多有害气体都可采用 湿法净化,因此湿式除尘器同时用以除尘和净化有害气体。② 湿式除尘器适宜用于处理捕集非纤维尘和非 水硬性的各种粉尘,尤其适宜用于净化高温、易爆和易燃的气体。③ 湿式除尘器的缺点是有用物料不能干 法回收,泥浆处理比较困难;它的洗涤废水中,除固体微粒外,还可能有各种可溶性物质,若将洗涤废水 直接排入江河或下水道,会造成水系污染。因此,对洗涤废水要进行处理,否则会造成二次污染。高温烟 气洗涤后,温度下降,会影响烟气在大气中的扩散。④ 在寒冷地区使用使用要有必要的技术措施,防止冬 季结冰。 6-26 何为粉尘比电阻?为什么粉尘的比电阻过大或过小都会降低电除尘器的效率? 【答】 粉尘比电阻是评定粉尘导电性能的一个指标,对除尘器的有效运行具有显著的影响。其定义式 为

Rb ?

UA , 为施加在粉尘层上的电压, 为通过粉尘层的电压, 为粉尘层面积,? 为粉尘层的厚度。 U I A I?

粉尘按比电阻值大小分为低阻型(< 104 ? ? cm ) 、正常型(104 ~ 1011 ? ? cm ) 、高阻型(> 1011 ? ? cm ) 粉尘的比电阻过大使得尘粒放电缓慢,易导致“反电晕”现象;粉尘的比电阻过小,粉尘放电迅速,可能

导致二次扬尘;唯有正常型尘粒才能以正常速度放出电荷,一般都能获得较高的除尘效率。 6-27 除尘器的选择应考虑哪些因素? 【答】 ① 含尘气体的化学成化、腐蚀性、爆炸性、温度、湿度、露点、气体量和含尘浓度。② 粉尘 的化学成分、密度、粒径分布、腐蚀性、亲水性、磨琢度、比电阻、黏结性、纤维性和可燃性、爆炸性。 ③经除尘器净化处理后的气体的容许排放标准。④ 除尘器的压力损失与除尘效率。⑤ 粉尘的回收价值和 回收利用形式。⑥ 除尘器的设备费、运行费、使用寿命、场地布置及外部水源、电源条件等。⑦ 维护管 理的繁简程度。

第七章

建筑空气调节

7-1 完整的空调系统应由哪些设备、构件所组成? 【答】 完整的空调系统应由空调及其冷热源设备、介质输配系统、调控系统和受控环境空间这几部分 所组成。 7-2 试述封闭式系统、直流式系统和混合式系统的系统形式及其优缺点。 【答】 全部循环使用空气调节区的回风,不补充新风的系统称为封闭式空调系统;全部使用新风不使 用回风的系统称为直流式空调系统;而使用部分新风部分回风的系统称为混合式空调系统。封闭式系统可 以节能,但不符合卫生要求,主要用于工艺设备内部的空调和很少有人愿出入但对温度、湿度有要求的物 资仓库等;直流式系统能量损失很大,只在有特殊要求的放射性实验室、散发大量有害(毒)物的车间及 无菌手术室等场合应用。封闭式和直流式系统都只在特定情况下使用,对于绝大多数场合,往往需要综合 两者的利弊,即采用混合式空调系统。 7-3 分别表示出一、二次回风集中空调系统的装置原理图示、夏冬季节设计工况下的 i-d 图分析及其相 应空的气处理流程的完整表述。 【答】 对于一次回风集中空调系统, 装置原理图示见图 7-2, 夏冬季节设计工况下的 i-d 图分析见图 7-3 与 7-4。

一次回风集中空调系统 图 7-2 装置原理比较图

二次回风集中空调系统

一次回风集中空调系统 图 7.3 夏季工况 i-d 图示 夏季工况处理流程图: 一次回风:

二次回风集中空调系统

二次回风:

一次回风集中空调系统 图 7.4 冬季工况 i-d 图示

二次回风集中空调系统

冬季工况处理流程图: 一次回风:

二次回风:

7-4 对一、二次回风空调系统中的两种新风预热方案及其适用性进行比较, 并阐明这两种方案预热量的关系。 【答】 如图 7.5 中,两种预热方案是指:方案一,新风与回风先混合后再预 热方案, W? 点与 N 点混合到 C? 点后预热到 C 点;方案二,新风先预热后再与 回风混合方案, W? 点预热到 W 点后再与 N 点混合到 C 点,两种方案的预热量 是相同的。 方案二是针对一些寒冷地区温度较低, 尤其当室内要求有较大的相对 湿度(如纺织车间)时提出来的方案,如果采用方案一,其混合点有可能处于过 C

O

??
N

L

W

C?

iN
iL =iCO

iC?
W?

O

iW
O

O

饱和区(雾状区)内产生结露现象,如图 7.6 中的 C1 点,这时水汽会立即凝结 析出,空气成饱和空气(状态 B) ,对空气过滤器的工作极其不利。 两种方案的预热量计算式分别为:方案一, Q1 ? G(iC ? iC? ) ;方案二,

iW ?
O 图 7.5 一次回风新风预热方案

Q2 ? GW (i W ? i W? ) , 在 图 中 可 看 出 两 种 过 程 正 好 构 成 了 两 个 相 似 三 角 形 , 由 相 似 关 系
CC ? iC ? i C NC G W ? 得 G(iC ? iC? )=GW (iW ? iW? ) ,即 Q1 =Q2 ,两种方案的预热量相等。 = ? = G ? iW ? iW? NW WW
N

B

? ? 100%

C1

W1

图 7.6 混合点在雾区

N

C

W

?to

ε
O

? ? 95% ? ? 100%

iC
L W

iW
O

iN
iL

O

iO
O

O

O 图 7.7 一次回风系统夏季处理过程 7-5 某空调房间,室内设计空气参数为 t N =20℃, ? N =60%;夏季室外空气计算参数为 t W =37℃,

t s =27.3℃,大气压力 B=98659Pa(740mm) 。室内冷负荷 Q=83800kJ/h,湿负荷 W=5kg/h。若送风温差
?to =4℃,新风比 m 为 25%,试设计一次回风空调系统,作空调过程线并计算空调系统耗冷量及耗热量。
【解】 ① 计算热湿比 ε 并作空调过程线:

? =

Q W

?

83800kJ / h 5kg / h

? 16760 kJ / kg

根据送风温差 ?to =4℃得送风温度为 16℃,在相应大气压力的 i-d 图上,过 N 点作 ? 线,与 16℃等 温线交点即为送风状态点 O;再由 O 点作等湿线,交 ?=95% 线于 L 点;在图上作出 W 点,在 NW 线上 由新风比为 10%作出 C 点,连接各点即得空调过程线,如图 7.7。 各点状态参数:

t N =20℃, iN ? 43.0 kJ / kg ;

t W =37℃, iW ? 88.3 kJ / kg ;
t O =16℃ , iO ? 38.1 kJ / kg ;

t L =12.3℃, iL ? 34.3 kJ / kg
② 计算空调送风量:

G?

Q 83800 kJ / h ? ? 4.751 kg / s iN ? iO 3600(43.0 kJ / kg ? 38.1 kJ / kg)

③ 求混合点 C 的焓值: 由 iC =(1-m)iN + m

iW ,得 iC ? 54.3 kJ / kg

④计算系统再热量:

QZr ? G (iO ? iL ) ? 4.751kg / s ? (38.1kJ / kg ? 34.3kJ / kg) ? 18.05 kW
⑤计算系统耗冷量:

Q0 ? G(iC ? iL ) ? 4.751kg / s ? (54.3kJ / kg ? 34.3kJ / kg) ? 95.02 kW
室内冷负荷: 新风负荷: QW

Q=

83800

3600

kJ/s ? 23.28 kW

? mG(iW ? iN ) ? 0.25 ? 4.751kg / s ? (88.3kJ / kg ? 43.0kJ / kg) ? 53.81 kW

室内冷负荷、新风负荷、再热量三者之和应该等于系统冷 量。 7-6 条件同 7-5 题,要求设计二次回风空调系统,作空调过 程线,并计算空调系统耗冷量。 【解】 二次回风式空调系统的空调过程线如图 7.8 中实线部 分: ① 确定露点参数

N

C?

C

W

?t0

?
O

C

L?
L2

? ? 95% ? ? 100%

由题 7-11 得: iW

? 88.3 kJ / kg , iN ? 43.0 kJ / kg ,
图 7.8 二次回风系统夏季处理过程

iO ? 38.1 kJ / kg ,空调送风量 G=4.751 kg/s。
ε 线与相对湿度 95%线相交于 L 点,查得 iL2 ② 求第一次混合风量与回风量 新风量 G新 =mG=25%× 4.751 kg/s =1.188 kg/s, 第一次混合总风量:

? 33.1 kJ / kg

GL2 ?

NO NL

G?

iN ? iO i N ? iL 2
Q

G ? 4.751 kg / s

?

43.0 kJ / kg ? 33.1 kJ / kg
= 2.351 kg/s

第一次混合回风量:

G回1 = GL2 ? G新 =2.351 kg/s–1.188 kg/s =1.163 kg/s
③ 求一次混合点的焓值

由 GL 2 iC =G回1iN +G新iW 得, iC =

G回1iN +G新iW GL 2

= 65.9 kJ/kg

④ 求系统耗冷量

Q0 ? GL 2 (iC ? iL2 )
= 2.351 kg/s ? (65.9kJ/kg-33.1kJ/kg) =77.1 kW 7-7 试比较 7-5 及 7-6 题两种系统的能耗量,并分析形成这种差别的原因 【答】 7-11 题中的一次回风系统能耗量为 95.02 kW,与 7-22 题中的二次回风系统能耗量 77.11 kW 相 比,多消耗 18 kW,基本等于一次回风系统中的耗热量。造成这种差别的原因是二次回风系统并未设再热 过程,而是以回风的第二次混合来取代了一次回风系统的再热过程,通过系统热量平衡和风量平衡可知系 统能耗量等于室内冷负荷、新风负荷、再热负荷三项之和,而二次回风系统就省去了再热这一过程,这一 节省量正好等于已能节省的相当于一次回风系统的再热量。 7-8 如题 7-11 中的空调房间, 冬季房间热负荷 12570KJ/h, 余湿量 5kg/h, 冬季室外空气状态参数为 t W =-6℃, ? W =80%,设计采用一次回风与二次回风的集中式空调系统,绘制空气处理过程线,计算空调系 统耗热量,并作比较。 【解】 Ⅰ.一次回风冬季工况: ① 计算冬季热湿比并确定冬季送风状态点:

? ?=

Q W

=

?12570kJ / h 5kg / h

= ? 2514 kJ/kg

冬季采用与夏季相同的送风量,室内点(N) 、夏季送风点(O)、露点(L1)与夏季相同,题 7-11 已确 定, iN

? 43.0 kJ / kg , iL1 ? 34.3 kJ / kg , iW1 ? -1.4 kJ / kg 。在焓湿图上,L1 点所在的等湿线与冬

季热湿比线的交点即为冬季送风状态点

O? , 查 得

N

??
? ? 95%
O

iO? ? 4 3 . 7 k J / k g
C11
② 确定混合状态点 C1: 由 iC1 =(1-m)iN + m iW 得
1

C22
C1 C2 W L2

? ? 100%

L1 W

iC1 =(1-0.25) 43 kJ/kg+ 0.25 ? (-1.4kJ/kg) ? =31.9kJ/kg

iL2 W =iC
O

iO
22

iL1 =iC11 O
O

W1

图 7.9 一、二次回风系统冬季处理过程

则 iC1

? iL1 ,需要对混合空气预加热。

预热量为: Qyr ? G (iC11 ? iC1 )

? 4.751kg / s ? (34.3kJ / kg ? 31.9kJ / kg) ? 11.40 kW
过 C1 作等湿线与 L1 点所在的等焓线相交与 C11 点,则可确定冬季处理全过程。参看图 7.9。 ③ 计算系统耗热量 再热量: Qzr ? G (iO? ? iL1 )

? 4.751kg / s ? (43.7kJ / kg ? 34.3kJ / kg) ? 44.66 kW
系统所需总加热量: QZ ? Qyr +Qzr =11.40 kW+44.66 kW=56.06 kW Ⅱ 二次回风冬季工况: 冬季采用与夏季相同的送风量,室内点(N) 、夏季送风点(O)、露点(L2)与夏季相同,题 7-12 已确 定, iN

? 43.0 kJ / kg , iL2 ? 33.1 kJ / kg , iW1 ? -1.4 kJ / kg 。

① 确定第二、第一次混合过程:由于冬季与夏季第二次混合过程完全相同,冬季的送风量和夏季也相 同,所以两次混合过程的混合比均相同。题 7-12 中夏季二次回风系统第一次混合比为:

m1 ?

G新 GL 2

=

1.188 kg/s =50.5% 2.351 kg/s

即冬季一次混合比也为 50.5%,则一次混合点 C2 的焓值为:

iC2 =(1-m1)iN + m1 iW =(1-0.505) 43 kJ/kg+ 0.505 ? (-1.4kJ/kg)=20.58 kJ/kg ?
1

即可确定 C2 点。 由于 iC2

? iL2 ,需要对混合空气预加热。

预热量为: Qyr ? GL2 (iL2 ? iC2 )=2.351kg / s ? (33.1kJ / kg ? 20.6kJ / kg)=29.39 kW ② 过 C2 作等湿线与 L2 点所在的等焓线相交与 C22 点,则可确定冬季处理全过程。 ③ 计算再加热量

Qzr ? G (iO? ? iO )=4.751kg / s ? (43.7kJ / kg ? 38.1kJ / kg)=26.61 kW
④ 冬季所需总热量为
QZ ? Qyr +Qzr =26.61 kW+19.39kW=56.00 kW

⑤ 与一次回风系统比较:在焓湿图中,二次回风系统的机器露点沿 ?

? 95% 曲线将略有下降,而一

次混合状态点则会向左下方有所偏移。从能源消耗方面看,二者中的耗热量却是相等的。 7-9 概述一次回风与二次回风集中空调系统的区别并分析其适用性。 【答】 二次回风空调系统与一次回风空调系统的区别就在于二次回风空调系统采用了在喷水室或空气 冷却器后与回风再混合一次来代替再热器(夏季工况)或减少再热量(冬季工况)的系统形式,直接导致 其机器露点偏低。从能源消耗方面来看,夏季工况下二次回风系统比一次系统节省冷量,节省的部分正好 等于一次系统中的再热量;冬季工况二次回风系统节省了部分再热量,但总的耗热量却是相等的,即二次 回风系统在冬季并无节能效果。 相对而言,一次回风空调系统处理流程简单,操作管理方便,机器露点较高,有利于冷源选择与运行 节能;不利之处在于采用了再热过程——若非确保 N,O 状态所必需,则将造成能量浪费。但是,对于室 内状态和送风温差并无严格要求的工程,完全可以取消人为的再加热(采用露点送风) ,采用一次回风系统 将收到良好的综合效益。正因如此,一次回风系统极其广泛地应用于各种建筑物,尤其是大量以舒适要求 为主的空凋场所。二次回风空调系统则不同,它以二次混合取代再热过程,带来显著节能效益,但其设备、 管理趋于复杂,且机器露点偏低,这不仅导致制冷系统运转效率变差,还可能限制天然冷源的利用。因此, 它只适合用于对室内温湿度参数要求严格、送风温差小而送风量大的恒温恒湿或净化空调之类的工程。 7-10 将风机盘管加新风系统与全空气系统进行比较,指出其优缺点。 【答】 优点:① 使用方便,能进行局部区域的温度控制,且手段简单。② 根据房间负荷调节运行方 便,如果房间不用时,可停止风机盘管运行,有利全年节能管理。③ 风、水系统占用建筑空间小,机房面 积小,风机盘管机组体积较小,结构紧凑,布置灵活,适用于改、扩建工程。④水的密度比空气大,输送 同样能量时水的容积流量不到空气流量的千分之一,水管比风管小得多。 缺点:① 末端设备多且分散,运行维护工作量大。② 风机盘管运行时有噪声,通常机组余压甚小, 气流分布受到限制。③ 对空气中悬浮颗粒的净化能力、除湿能力和对湿度大控制能力比全空气系统弱。 7-11 当采用风机盘管机组系统时,在焓湿图上绘制下述四种情况下的夏季空气处理过程,并写出它们 的空气处理流程: (1)新风靠渗透进入室内; (2)室外空气直接引入风机盘管; (3)处理后的新风直接进入室内; (4)处理后的新风送入风机盘管。 【解】 (1)第一种情况:

夏季空气处理过程图:

空气处理流程为:

N

W N M W O

ε
M O

ε

? ? 90% ? ? 100%

N

(2)第二种情况: 夏季空气处理过程图: 空气处理流程为:

C N ε L

W W ε C L N N

? ? 90% ? ? 100%

(3)第三种情况: 夏季空气处理过程图: 空气处理流程为:

W N ε M O L
空气处理流程为:

W

L O M

ε

? ? 90% ? ? 100%

N

N
(4)第四种情况: 夏 季 空 气













N

W C

ε

? ? 90% ? ? 100%
L

O W L C N
7-19 某旅馆房间采用风机盘管及单独送新风空调系统,新风量 100 m
3

O

ε N W N

/h ,
O

由室外状态 t W =36℃, ? W =45.9%,处理至 t W1 =19.1℃, ? W1 =90%后送入

ε
L

? ? 90% ? ? 100%

M

图 7.10 风机盘管加集中新风系统 夏季空调过程

房间。 客房要求 t N =25℃, N =50%, 房间冷负荷 Q =1200 Kcal/h, 湿负荷 W=220g/h, 送风温差 ?t 0 =10℃。 ? 试设计空气调节过程线,并计算风机盘管表冷器负荷。 Kcal/h=1.163W) (1 。 【解】 由题意: ① 计算热湿比 ε 和确定送风状态点 O:

??

Q W

?

(1200 ? 1.163 ? 3600)J / h 220g / h

? 22837 kJ / kg

在相应大气压力的 i-d 图上,由 t W =36℃,? W =45.9%与 t N =25℃,? N =50%分别在 i-d 图上画出点 W、N,过 N 点作 ? 线,根据送风温差 ?t 0 =10℃得出送风状态点温度为 15℃,则 15℃等温线与 ? 线交点 即为送风状态点 O 再由

t W1 = 19.1℃ , ? W1 = 90% 确 定 L 点 并 查 得 : iN ? 50.5kJ / kg , iO ? 38.2kJ / kg ,

iL ? 50.7 kJ / kg
② 计算房间总送风量:

G?

Q iN ? iO

?

1200 ? 1.163 ? 10 kW 50.5kJ / kg ? 38.2kJ / kg

?3

? 0.113kg / s

③ 计算风机盘管处理风量: 新风量 GW 为 100 m
3

/ h ,即 0.033 kg / s

则风机盘管处理风量 G f ? G ? GW ? 0.080kg / s ④ 确定 M 点并计算风机盘管表冷器负荷: 由混合方程 GiO =G f iM +GW iL 得

iM ?

GiO ? GW iL Gf

?

0.113kg / s ? 38.2kJ / kg ? 0.033kg / s ? 50.7kJ / kg 0.08kg / s

? 33.0 kJ / kg
由 iM 等值线与 LO 的交点即可确定风机盘管处理空气的终状态点 M。 风机盘管表冷器负荷:

Q0f ? Gf (iN ? iM ) ? 0.080kg / s ? (50.5kJ / kg ? 33.0kJ / kg) ? 1.4 kW

7-12 某双管风道定风量空调系统,已知室外参数为 35℃、50%,室内参数为 27℃、65% ,气压 101,325N/m2, 热风道旁通风量为 1000m3/h, 送风量 4000m3/h, 新风比为 0.3。 冷却器出口参数 12℃、 95%, 冷风道温升 1℃,送风机温升 1℃。最大送风温差 12℃,试求夏季设计状态下可消除的室内冷负荷和湿负 荷。 【解】 ① 确定第一次混合点 M 及 H 点 在 i-d 图上确定 N 点、W 点,N 点状态参数为: t N =27℃, iN

? 64.5 kJ / kg , d N = 14.6 g/kg 。

并根据新风比 m

?

MN NW

在 NW 连线上确定 M 点; 又冷风道温升 1℃, H 点则由 M 点沿等湿线提高 1℃ 则

而确定,其状态参数为: t H =30.4℃, iH ② 确定机器露点 L 与 L′点

? 70.5 kJ / kg 。

室内风与新风混合后,被分为俩路分别进入冷风道与热风道,风量分别 为 3000m /h 和 1000m /h 。冷风道里的风经过降温减湿到机器露点 L,并有 N 温升 1℃,到达 L′点。在 i-d 图上可分别确定 L 与 L′点。L′点状态参数为 t L ? = 30.4℃, iL?
3 3

H

W

M

? 34.1 kJ / kg
O

? ? 95% ? ? 100%

③ 确定第二次混合点 0 与 ε 线 冷热风道风量和焓值均已知, 则根据混合关系可在 L? H 连线上确定 O 点, O 点状态参数为 d = 10 g/kg , iO 连接 O 点与 N 点即可确定 ε 线。 ④ 求可消除的室内冷负荷和湿负荷。 室内冷负荷: Q ? G(iN 由? =

L?
L

? 42.8 kJ / kg 。各状态点点均已确定,

图 7-11 双风道系统夏季工况

? iO )=

4000m3 /h ?1.2kg/m3 ? 64.5 kJ / kg ? 42.8 kJ / kg) ( =28.9 kW 3600

iN ? iO 64.5kJ / kg ? 42.8kJ / kg 得?= =4717 kJ / kg (d N ? d O ) /1000 (14.6g/kg ? 10.0g/kg) /1000

又? =

Q Q 28.9 kW ,则 W = = = 0.0061 kg/s ? 4717 kJ/kg W

7-13 已经某空调系统空气处理装置如下,房间余热量为 Q,余湿量为 W,请在 I-d 图上绘出其夏季空 气处理的变化过程,并确定送风量 G、新风比 m 和需冷需热量 Q 冷、Q 再热。(各状态点参数值均已确定)

回风 再热器 送风 O 旁通道 C1 C2 送风机 水泵 L 回风机 过滤器 新风 N

图 7-12 题 7-21 图
【解】 其夏季空气处理过程在 i-d 图上为:

C1 N

W

ε
O L C2

? ? 90% ? ? 100%

其处理流程为:

W N

C1

L C1
新风比:m=

C2

ε O N

送风量: G

?

Q iN -iO

C1 N iC1 -iN = WN iW -iN
C2 L iC2 -iL = C1L iC1 -iL

第二次混合旁通风量比:

m2 =

G旁 G

?

所需冷量: 所需再热量:

Q冷 ? 1 ? m) G iC1 ? iL ) ( ?(

Q再热 ? G iO ? iC2 ) (

??
O?

N
?

7-14 阐述变风量空调系统的经济性。 【答】 普通集中空调系统的设计送风量是按照房间最大热湿负荷加以确定的, 并维持全年不变,被称之为定风量系统。实际中,室内热湿负荷经常处于部分负荷而 非最大值。当室内负荷变化时,定风量空调系统保持送风量不变,而靠改变送风状态 来满足室内温湿度的设计要求。如图 7-13 中,当室内显热冷负荷减少时,定风量系统

O
L

? =95%
? =100%

图 7-13 室内负荷变化调节图

通过增加再热量来提高送风状态点 O 点的位置,以保证 N 点要求,这势必造成冷量、热量的双重浪费。变 风量空调系统则保持送风参数不变,通过变风量末端装置调节送风量也能达到室内温湿度的设计要求,它 能充分利用允许的最大送风温差,节约再热量及与之相当的冷量,加上风机电耗的节省,使其系统运行经 济性有明显的增加, 7-15 变风量空调系统适用于什么场合?系统设计时需要注意哪些问题? 【答】 《公共建筑节能设计标准》 (GB 50189-2005)5.3.4 规定下列全空气空调系统宜采用变风量空调 系统:① 同一个空气调节系统中,各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长,且需要分 别控制各空调区温度;② 建筑内区全年需要送冷风。 在系统设计时应注意以下几个问题:1)系统风量确定。变风量空调系统集中式空调机组送风量根据系 统总冷负荷逐时最大值计算确定;区域送风量按区域逐时负荷最大值计算确定;房间送风量按房间逐时最 大计算负荷确定。因此,各空调房间末端装置和支管尺寸按空调房间最大送风量设计;区域送风干管尺寸 按区域最大送风量设计;系统总送风管尺寸按系统送风量设计。变风量系统送风管按中压风管要求制作。 2) 气流分布问题。 由于风口的变风量, 会影响到室内气流分布的均匀性和稳定性, 从而影响人体的舒适感。 宜采用扩散性能好的风口(喷射型风口扩散性能较差) 。此外,配置多个风口比用少量风口的效果为好。 3)风机控制。使用节流弄末端装置时,在节流过程中管道内的静压增加,特别是在过量节流后,会引起噪 声增加,甚至风机进入不稳定区工作。另外,如果管道同静压力超过末端装置的容许静压,则调节失灵。 故必须在风管内设置静压控制器,根据风管内静压的变化控制送风机的风量,比较经济和合理的措施是调 节风机的转速或风机的进口导叶装置,才能实现节约动力的效果。 7-16 结合空调热水系统与采暖热水系统的差异,分析空调热水系统在设计方面需要特殊考虑哪些问 题? 【答】 两者主要区别就在于工作介质的温度参数各不相同,热水系统受到空调场所较高卫生标准和空 调设备内自控原件环境温度的控制,比采暖热水系统温度低的多,对于同一台兼做冷冻的设备其热水温度 也受到限制。就供回水温差而言,增大温差可减少系统流量,但会使系统水力稳定性计算,所以空调热水 系统供回水温差也小。水温不同除影响系统的热工性能、流量大小外,还会使水的密度、运动粘度等物性 参数发生变化,从而引起系统阻力的改变,另外对管道材料的化学物理特性也有影响。 鉴于以上差异,空调热水系统在设计方面需要特殊考虑以下问题:① 由于受水温和水温差的限制,空 调水系统的自然作用压力较小,故空调水系统通常都是采用机械循环方式;另外,常用于供暖热水系统中 的单管式系统,在空调水系统中由于水温差较小通常不采用。②在相同热能条件下,空调水系统的流量较 大,对提高系统的水力稳定性、减轻系统水力失调有利。③空调系统水流量的增加,导致水泵输送能耗加 大,降低水泵能耗对节约系统运行总能耗显得更为突出。④空调系统中各用户负荷差异大,运行期间负荷

变化大,采用合理的控制调节方式是空调水系统正常运行、降低能耗的重要保证。 7-17 开式循环和闭式循环水系统各有什么优缺点? 【答】 开式系统是管道与大气相通的一种水系统。其优点在于夏季可采用喷水室冷却空气以及水池的 蓄冷能力,可以减少冷热源设备的开启时间,增加能量调节能力,且水温波动小。缺点是水泵扬程大、停 泵后的管道腐蚀问题严重以及水力平衡困难。在开式系统中,还应注意水泵的吸入侧应有足够的静水压头, 尤其是热水系统,应确保吸入侧不至于发生汽化现象。 闭式水系统管道内没有任何部分与大气相通,仅在系统的最高点设膨胀水箱。解决了开式系统的腐蚀 问题,但是需要设置定压设备。水泵扬程小,因为不设水池,中央机房占地面积小。处理空气时只能采用 封闭式冷、热盘管,且系统本身几乎不具备蓄冷能力,对制冷机组的要求较高。 7-18 按供、回水管数分类水系统有哪些形式?各自的特点是什么? 【答】 可分为两管制、三管制、四管制及分区两管制水系统。 两管制系统:一根供水管,一根回水管,各组换热设备井联在供、回水管之间。两管式系统各换热设 备流量可单独控制,使用灵活,调节方便,初投资省,应用广泛。 三管制水系统:两根供水管分别供冷水和热水,一跟回水管冷、热水共用,各组换热设备并联在供、 回水管之间。这种系统型式虽比四管制经济,但共用回水管会造成冷量和热量的混合损失,同时调节控制 也较复杂。 四管制水系统:采用两根供水管、两根回水管,分别供热水和冷水,各组换热设备并联在供、回水管 之间。适应于一些负荷差别比较大,供冷和供热工况交替频繁或同时使用的场合。这种系统型式初投资较 高,但运行很经济,对冷热转换和室温调节均具有良好的供应性,往往应用于对舒适性要求较高的建筑物。 分区两管制系统:系统空气处理装置采用双管制连接,根据用户需要进行环路分区,各分区分别与冷、 热水干管并联。适用于当建筑物内供冷和供暖工况不是频繁转变,但有些区域需要全年供冷时,对于过渡 季节或冬季可根据需要,向不同区域分别供冷或供热,比四管制系统节省投资和空间尺寸,但调节能力不 如四管制,投资比普通两管制高。 7-19 什么是定流量和变流量系统? 【答】 定流量系统是指保持输配管路中的循环水量为定值的系统,空调房间热湿负荷变化可通过改变 整个系统和末端设备的供、回水温度来控制室内温湿度,或者通过在换热设备处装设电动三通阀,借助改 变进入末端设备的水量来实现用户局部调节,而系统流量保持不变,各用户间不互相干扰,运行稳定好, 但系统始终处于大流量运行,增加水泵能量消耗。变水量系统则是保持供水温度在一定范围内,通过电动 二通阀改变末端设备和系统的循环水量来满足空调用户的的冷热负荷要求,水泵运行能耗大幅减少,但控 制系统较为复杂。

7-20 高层建筑空调水系统设计应着重解决哪些工程技术问题? 【答】 ① 由于系统承压能力带来的技术问题。高层建筑高度较高,水系统内的水静压力有可能超过管 道、设备的承压能力;另外,建筑设计客观上形成低区群房和高区塔楼两大功能区。所以要依据设备、管 道的承压能力进行合理的竖向分区。② 由于空调用户负荷特性差异带来的技术问题。高层建筑使用功能日 趋复杂,商业服务用户所占比例很大,空调系统大多为间歇使用;大型建筑客观存在内区和外区,内区空 调负荷几乎不受室外气象参数影响,需要全年供冷,而外区根据室外温度、湿度变化,有时需要供冷,有 时需要供暖;建筑内不同朝向的房间太阳辐射的热作用是不一样的,会引起过渡季节南向房间需要供冷, 而北向房间需要供暖。 7-21 空调水系统的主要附属设备有哪些?分析各自的作用。 【答】 ① 分水器与集水器:便于连接通向各个空调分区的供水管和回水管,有利于各空调分区的流量 分配,便于调节和运行管理,同时在一定程度上有均压的作用。② 平衡阀:主要功能有测量流量、调节流 量、隔断功能、排污功能。③ 过滤器或除污器,应安装在用户入口供水总管、热源(冷源) 、用热(冷) 设备、水泵、调节阀等入口处,用于阻留杂物和污垢,防止堵塞管道与设备。④ 压力表和温度计。 7-22 空调冷凝水系统设计中应注意哪些问题? 【答】 ① 管道腐蚀问题。冷凝水管道可采用聚氯乙烯塑料管和镀锌管道,不宜采用镀锌钢管。采用镀 锌钢管时,为防止冷凝水管道表面结露,通常需设置保温层。 ② 冷凝水排放问题。应沿着冷凝水流向设置足够的管道坡度,其支管坡度不宜小于 0.01,干管坡度不 宜小于 0.005,不应有积水的部位;冷凝水积水盘位于机组内的负压区时,为避免冷凝水倒吸,集水盘的出 水口处必须设置水封。冷凝水立管顶部应设计通大气的透气管;冷凝水管管径应该按冷凝水流量和冷凝水 管最小坡度确定。

第八章

空调房间的气流组织

8-1 送风口和回(排)风口的气流分布规律有哪几种?对比分析三者各自的特点。 【答】 规律有三种,分别为:等温自由紊流射流、非等温自由射流、受限射流。 等温自由紊流射流:空气从喷嘴以较大的速度射入相对静止的空气中形成一股紊流射流,当送风口的 长宽比小于 10,并且周围房间的空间相对于射流断面大很多,气流流动不受任何固体壁面的限制时,这种 条件下称的射流为等温自由紊流射流。射流与周围的气流进行动量、质量交换。射流轴线速度在一段长度 内保持不变,然后随距离增大而减小。 非等温自由射流:区别于等温自由紊流射流的是送风温度与房间的温度不相同。送风温度高于室温的 称为“热射流” ;反之,称为“冷射流” 射流与周围的气流不仅进行动量、质量交换,还进行热量交换。 。 由于射流是温度与周围空气的不同,故而密度不同,会是射流轴线产生弯曲。热射流时,射流轴线向上偏 斜;冷射流时,射流轴线向下偏斜。 受限射流(有限空间射流) :射流边界的扩展受到房间壁面的影响,不能自由的扩展。射流扩展时不断 卷吸周围的空气,周围远处的空气必然要来补充,但由于壁面的影响,会产生涡旋现象。同时由于回流范 围有限,是射流外逸,使得射流与回流合并形成大涡旋。 8-2 常用的全空气系统形式之一是“均匀布置送风口,回风口采用集中” ,为什么此形式具有较强的实 用性? 【答】 在回(排)风口流速分布图中,由 vx ? 5% 的等速面查的,在排风口的无因次距离

x d0

v0

? 1 处,

回(排)风口的速度衰减极快。回(排)风口的速度衰减块的特点,决定了它的作用范围有限。因次,在 研究气流组织时,主要考虑送风口出流射流的作用,兼考虑回(排)风口的合理位置。 8-3 常见送风口形式有哪些?各自的应用范围和特点? 【答】 (1)侧送风口:横向送出气流。优点:射程长、射流温度和速度衰减充分。常用侧送风口形式有: ① 格栅送风口:应用普遍,用于一般的空调工程。② 单层百叶送风口:叶片活动,可根据冷热射流调节 出风角度,用于一般的空调工程。③ 双层百叶送风口:叶片活动,内层对开叶片用于调节风量,外层叶片 用于调节出流角度,用于较高精度的空调工程。④ 三层百叶送风口:有对开的叶片调节风量,又有水平、 垂直叶片可调上下倾角射流扩散角,用于高精度的空调工程。⑤ 带出口隔板的条形送风口:常设于工业车 间的截面变化的均匀送风管上,用于一般的精度的空调工程。⑥ 条形送风口:常配合消声静压箱使用,常 作为风机盘管、诱导器的出风口,适用于一般精度的民用建筑的可调工程。 (2)散流器:安装在顶棚上的送风口。送风和回风的射程均比侧送方式短,射流扩散好。其送风气流 形式有:① 平送方式:在商场、餐厅等大空间中应用广泛。②下送方式:射流流程短,工作区有较大的横

向区域温差,管道布置复杂,使用于少数工作区域保持平行流和建筑层高较大的空调房间。 (3)孔板送风口:空气经过若干小孔的孔板进入房间。射流扩散和混合效果好,混合过程短,温度和 速度衰减快,因而工作区温度和速度分布均匀。适用于对区域温差和工作区风速要求不严格、单位面积送 风量大、室温允许波动范围小的空调房间。 (4)喷射式送风口:射程远,系统简单,投资较省,一般能满足工作区舒适条件。适用于像体育馆、 剧院、候车(机)大厅、工业厂房等高大空间的大型建筑。 (5)旋流送风口:气流一面旋转一面向周围空气扩散送出。混合和衰减效果好,常用灰尘量小的计算 机放一类的地面送风。 8-4 空调房间的气流组织形式有哪些?各自的能效特性和对室内环境的影响如何? 【答】① 上送下回:送风有房间的上部(顶棚或墙壁上部)送入,回风口布置在房间下部。冬季运行 时易使热风下降。顶棚孔板送风下部回风的系统,适用于温、湿度和洁净度要求高的洁净室。 ② 上送上回:是常用的一种方式。可以将送、回风口全部集中布置在上部,且设吊顶,使管道安装, 便于装潢。 ③ 下送上回:置换送风是其中一种形式,其排风温度高于工作区的温度,具有一定的节能效果,而且 室内的空气质量效果好。 ④ 中送风:适用于高大空间,主要控制工作区温度,此方式节能,但是存在温度“分层”现象。 8-5 已知某空调房间体积较大,天花板附近有一园筒形送风口,风口轴线与天花板平行。室内温度为 26℃,送风速度为 4m/s,送风口直径为 0.4m。问在何种送风温度时可形成贴附射流流型?(注:Ar≤0.0097 则可形成贴附) 【解】 由题意可得:室内温度为 TN =299K ,射流出口速度 v0

? 4 m/s ,送风口直径 d0 ? 0.4 m ,

由教材(8.6)式得阿基米德数 Ar ?

gd 0 (T0 ? TN )
2 v0 TN

若要形成贴附射流,需 Ar ? 0.0097
2 0.0097v0 TN

即 T0 ?

gd 0

? TN ?

0.0097 ? 42 ? 299 ? 299 ? 310.8 K 9.8 ? 0.4

t0 ? 37.80 C
故当送风温度不大于 37.8
0

C 时可形成贴附射流流型。

8-6 已知某空调房间宽 8m,高 3m,送风口和回风口位于同一面墙上,采用直径为 0.2m 的园筒形送风 口,安装高度为 2.5m,水平安装。若送风温差很小,送风口平均风速为 4m/s,试求:

(1) 工作区的最大平均风速; (2) 第一邻界断面至送风口的水平距离。 (3) 若该房间高 5m,喷口安装在距地 3m 高处,假定送风射流可满足工作区风速 Vg≤0.3m/s.问送 风可达射程 X 应为多少? 【解】 ⑴ 求工作区最大平均风速: 由题意已知射流出口速度 v0

? 4 m/s,送风口直径 d0 ? 0.2 m ,垂直于射流的空间断面面积为

Fn ? 3 ? 8=24 m2 。
vn v0 ? Fn d0 ? 0.69 得
0.69v0 d 0 Fn

由教材(8-7)式

vn ?

=

0.69 ? 4m/s ? 0.2m 24m 2

=0.11 m/s

(2)第一临界断面至送风口的水平距离 x0 房间高度 H=0.7 m,送风口高度 h 为 2.5m,由于 h≧0.7H,所以认为其为贴附射流。查教材表 8.1 对 于圆断面射流圆管喷嘴紊流系数 ? 当x

? 0.076
x 0.1? 24 Fn ? ? 6.45 m a 0.076

?

ax0 Fn

? 0.1 时,其为第一临界断面,得 x0 ?

(3)当房间高度为 5m,喷口距地 3 米处时,h<0.7H,可近似认为其为全射流。

对于全射流,当 x0

?

ax0 0.5Fn

? 0.2 时,其断面为第二临界断面,在第二临界断面处回流平均流速

达到最大值。 则送风可达射程 x0

?

x 0.2 ? 0.5 ? 8 ? 5 0.5Fn ? ? 11.77 m a 0.076

8-6 一个面积为 6× 4=24m2, 高度为 3.2m 的空调房间, 室温要求 20± 0.5℃, 工作区风速不得大于 0.25m/s, 夏季显热冷负荷为 5400kJ/h,试进行侧送风的气流组织计算。 【解】 ① 定送风口类型,确定射程。 由于室温要求 20± 0.5℃,空调精度要求较高,由教材 8.2 选定送风口形式为三层活动百叶送风口,由 教材表 8.1 知其紊流系数 ?

? 016 。

风口布置在房间宽度方向上,射程 x ?

A ? 0.5 ? 6 ? 0.5 ? 5.5 m

② 选定送风温差,计算送风量并校核换气次数。

由表 3.1 选送风温差 ?t0

? 50 C ,所以

L?

Q

? c?t0
L ABH

?

5400kJ/h 1.2kg/m ? 1.01kJ/(kg ? C) ? 5 C
3
0 0

? 891 m3 / h

n?
③ 确定送风速度。

?

891m3 /h 6m ? 4m ? 3.2m

? 11.6 次 / h > 8 次 / h ,合理。

为防止噪声的要求,送风速度应限制在 2~5m/s,现假定送风速度 ?0

? 3.5m / s ,得
? 11.9

Fn d0
则有送风速度 ?0

? 53.17

H ? B ? ?0 L

? 53.17

3.2m ? 4m ? 3.5m/s 891m 3 /h

? 0.36

Fn d0

? 0.36 ? 11.9 ? 4.28 m/s ,因为 ?0 ? 3.5 m/s ? 4.28 m/s ,且满足
? 3.5 m/s

防噪音要求 2~5m/s,所以取 ?0 ④ 确定送风口数目。

考虑到空调精度要求较高,因而轴心温差 ?t x 取为空调精度的 0.6 倍,即

?t x ? 0.6 ? 0.50 C ? 0.30 C

?t x ?t0
由教材图 8.12 查得无因次距离 x

?

Fn d0

? 0.714

? 0.32 ,所以送风口数目为
H ?B

N?

??x ? ? ? ? x ?

2

?

3.2 ? 4

? 0.16 ? 5.5 ? ? ? ? 0.32 ?

2

? 1.69

取整数,N=2 个 ⑤ 确定送风口尺寸。

每个送风口面积为

f ?

L 3600?0 N

?

891 3600 ? 3.5 ? 2

m 2 ? 0.035 m 2

确定送风口尺寸为:长× 宽=0.2m× 0.15m

面积当量直径为: d 0

?

4f

?

?

4 ? 0.035

?

m ? 0.211 m

⑥ 校核贴附长度。

由教材式(8.6)计算得 Ar

?

gd 0 ? T0 ? Tn ?

?0 2Tn

? ? 0.00288 0 2 (3.5m/s)? ? 273 ? 20 ? C

9.81m/s 2 ? 0.211m ? 50 C

由教材图 8.12 查得 x / d0 设计要求

? 36 ,贴附长度 x ? 36d0 ? 36 ? 0.211 ? 7.6m ,大于射程 5.5m,所以满足

⑦ 校核房间高度,设定风口底边至顶棚距离为 0.5m,则

H ? h ? s ? 0.07 x ? 0.3 ? 2 ? 0.5 ? 0.07 ? 5.5 ? 0.3 ? 3.19 m
给定房间高度 3.2m 大于设计要求房高 3.19,所以满足设计要求。 8-7 某空调房间,要求 tn=20± 0.2℃, ? n =50± 10%,当地大气压为 B=101 325Pa。室内显热冷负荷 为 Q=6200kJ/h,湿负荷为 W=0.5kg/h。房间尺寸为长 7m,宽 6m,高 3.2m。采用圆形直片式散流器径向 送风,散流器喉部直径取 d0=220mm。试进行气流组织计算。 【解】 由题设知该送风形式为散流器平送流型。 ① 该空调房间长度比近似 1:1,且房间精度高,所以可将房间划分为 4 个小区,即将房间划分为 4 个 3.5× 的区域,将散流器置于各小区中央。 3 ② 查 教 材 附 录 33 , 在 A=3.0m , H=3.2m 时 , 室 内 平 均 风 速

vpj =0.12 m/s 由 于 送 冷 风

vpj =1.2 ? 0.12 m/s=0.144 m/s<0.3 m/s ;A=4m,H=3.2m 时,室内平均风速 vpj =0.15 m/s ,送冷风 vpj =1.2 ? 0.15 m/s=0.18 m/s<0.3 m/s ,所以 A=3.5m,H=3.2m 时 vpj 小于 0.3 m/s,满足夏季空调区域
风速小于 0.3 m/s 的要求。 ③ 计算每个小区的送风量 由教材表 3.1,空调精度± 0.2℃时,送风温差 ?t0 ? 2 ? 3 C ,换气次数 n=150 ?
0

20 次 / h ,取送风

温差 ?t0 ? 2 C ,则
0

LS =

Q 6200kJ/h = =0.178 m3 /s 3 ? cp ?t0 4 ? 1.2kg/m ? 1.01kJ/(kg ?0 C) ? 20 C ? 3600

④ 确定送风速度和散流器尺寸。 查同一张表得 LS =0.18 m /s , vS =2.59 m/s , F =0.07 m , D=300 mm 其出口风速是允许的,不会产生较大的噪声。 ⑤ 选散流器型号并校核射程。
3

2

查教材附录 34 圆形散流器性能表,选用颈部名义直径 D=300 mm 的散流器,当 LS =800 m /h ,射程

3

x=1.84 m ,相当于小区宽度的一半的 1.05 倍。由于实际计算送风量略小于所选散流器名义风量,射程有
所下降,但也能满足散流器实际射程接近达到小区宽度一半的要求。 8-8 如何评价空调房间的气流组织的优劣? 【答】评价方法有:① 不均匀系数:采用数理统计的数学方法,在工作区内均匀的选择 n 个点,测点 的选择要符合相关规范。测得各点的温度 ti 和速度 vi,计算算术平均值和均方差,计算不均匀系数(相对 均方差误差) 。 ② 空气分布特性指标:忽略湿度对人体的影响,考虑空气温度和风速对人体的综合作用。将空气温度 与风速对人体的综合作用用有效温度差来表示: ?ET

? ? t i ? tN ? ? B ? vi ? 0.15? ,当 ? ET 在-1.7~+1.1 时,多

数人感到舒适。因此空气特性指标 ADPI 应为: ADPI ADPI≥80%。

?

?1.7 ?Δ ET ? 1.1倍的测点数 ,通常应该使 总测点数

③ 换气效率:无论是还是整个房间中的某一点,其空气寿命越短,意味着被更新的有效性更好,对整 个房间的空气寿命测定通常是在回(排)风口处。换气效率是可能最短的空气寿命与平均空气龄之比。 ④ 能量利用系数:夏季空调时用来考虑气流组织形式的能量利用有效性。能量利用系数 ?

?

t p ? t0 t N ? t0



其中 tp,tN,t0 分别为排风温度、工作区温度和送风温度。当 tp > tN 时,? >1,说明该形式的能量利用的 有效性比较高;当 tp < tN 时, ? <1,说明该形式的能量利用的有效性比较低。


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