第七章 空调负荷计算与送风量 第一节 室内外参数的确定

、室内参数 ● 空调房间室内温度、湿度用两组指标来规定，即温度湿度基数和空调精度。 ● 舒适性空调：主要从人体舒适感出发确定室内温湿度标准。 工艺性空调：主要满足工艺过程对温湿度基数和空调精度的特 殊要求，同时兼顾人体的卫生要求。

1.舒适性空调 设计参数 夏 季 冬 季 温度/℃ 22～28 18～24 相对湿度/% 40～65 30～60 风速/m/s ≯ 0.3 《采暖通风与空气调节设计规范》 （GB50019-2003）规定，我国民用建筑舒适性空调的室内计算参数为： 设计参数 夏 季 冬 季 温度/℃ 22～28 18～24 相对湿度/% 40～65 30～60 风速/m/s ≯ 0.3 ≯ 0.2

人体热平衡和舒适感 热平衡方程 M  W  C  R  E  S = 0

人体与外界的热交换 显热交换 对流散热 辐射散热 潜热交换 皮肤散湿 出汗蒸发 皮肤湿扩散 呼吸散湿

热感觉 热 暖 微暖 适中 微凉 凉 冷 PMV值 +3 +2 +1 -1 -2 -3 PMV预期平均评价： PMV=〔0.303exp(-0.036M)+0.028〕｛M-W-3.05*10-3〔5733- 6.99(M-W)- Pa〕-0.42〔(M-W)-58.15〕-1.72*10-5M(5867- Pa)-0.0014M(34-ta)-3.96*10-8 fcl*〔(tcl+273)4-(tr+273)4〕- fclhc(tcl-ta)｝ PMV 热 感 觉 标 尺 热感觉 热 暖 微暖 适中 微凉 凉 冷 PMV值 +3 +2 +1 -1 -2 -3

影响人体热舒适的主要因素 室内空气温、湿度 垂直温差 气流与吹风感（人体周围的空气流速） 辐射不均匀性 年龄、性别、季节、人种

美国供暖制冷空调工程师学会用等效温度来反映这些影响因素的综合作用。 等效温度图中两块舒适区（实验条件不同）： 平行四边形（ASHRAE舒适区） 菱形部分 推荐的室内环境设计条件为重叠部分

热舒适环境评价指标PMV-PPD PMV指标的7级分度 PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的感觉，比等效温度法所考虑的因素全面。

预测不满意百分比PPD (Predicted Percent Dissatisfied) 即便达到 PMV＝0，仍然有5％的人不满意。 ISO7730推荐：PPD<10%， -0.5<PMV<+0.5。

2.工艺性空调： 主要满足生产工艺过程对t、φ的特殊要求，同时兼顾工作员工的卫生要求。其设计条件一般按《工业企业设计卫生标准》等来确定，设计前一定要了解实际生产工艺过程对t、φ的具体要求。

1、夏季空调室外空气计算参数 2 、冬季空调室外空气计算参数 由干球温度t、湿球温度ts给出。 ●当夏季空调冬季采暖时，采用采暖室外计算温度。 ● 冬季室外空气含湿量远距夏季小，因而只给出室外相对湿度

！ 室内空气温湿度设计参数的确定，除了要考虑室内参数综合作用 下的舒适条件外不应根据室外气温、经济条件和节能要求进行综合考虑。 、室外参数 ●室外空气计算参数的取值，直接影响室内空气状态和设备投资。 ●设计规范中规定的设计参数是按照全年大多数时间里能满足室内参数要求而确定的。 。

二.室外空气计算参数 室外空气的温度、湿度随季节、昼夜、时刻变化。 例：北京地区夏季某一天的室外温度日变化曲线。从图上验证了：室外湿球温度任何时刻都低于干球温度，相对湿度的变化和干球温度的变化规律相反。

室外气温季节性变化曲线

太阳辐射热对建筑物的热作用 围护结构得热量中主要成份是太阳辐射带来的热量，要计算负荷，必然掌握太阳辐射热对建筑物的热作用。 太阳能是地球上生物最大的天然能源，从空气调节的角度看，冬季有利于室内采暖，而夏季使室内产生大量余热，不得不花费一定的代价来抵消它的作用。

中国太阳能资源区划 地区 类别 全年日照时数（h） 太阳辐射年总量 （103MJ/m2） 主要包括的地区和省份 世界上与之相当的其他国家或地区 一 3200-3300 6.72-8.40 宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏 印度和巴勒斯坦的北部 二 3000-3200 5.86-6.72 河北西北部、山西北部、内蒙古和宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部 印度尼西亚的雅加达一带 三 2200-3000 5.02-5.86 北京、天津、山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南等省及陕西北部、甘肃东南部、广东和福建的南部、海南、江苏和安徽的北部、台湾西南部 美国华盛顿地区 四 1400-2200 4.20-5.02 湖北、湖南、江西、浙江、广西等省、自治区以及广东北部、福建北部及陕西、江苏和安徽三省的南部、黑龙江、台湾东南部 意大利的米兰地区 五 1000-1400 3.35-4.20 四川和贵州两省 欧洲大部地区

室外空气综合温度tz 所谓综合温度是在室外空气温度的基础上增加了一个由太阳辐射转化的附加值后合成的温度。

tz作用下和实际的由于对流传热、太阳辐射共同作用下传给围护结构外表面的热量相等。并考虑存在长波辐射。 用公式表示：

由于△R的确定复杂，一般近似认为： 水平面 垂直面 △R=0 若不考虑长波辐射对围护结构外表面的热作用，夏季冷负荷计算偏安全。 建筑物的屋顶、各朝向的外墙表面有不同的综合温度值。

第二节 空调负荷计算

一、 概述 1 、空调负荷构成 围护结构传热量 外窗的日射得热 冷热负荷 总 负 荷 渗透空气带入室内热量（可忽略不计） 室内设备、照明等室内热源散热量 人体散湿 设备散湿 湿负荷 各种潮湿表面、液面散湿 渗透空气带入室内的时量（可忽略不计）

！夏季冷负荷按不稳定传热计算瞬时得热，冬季按稳定传热计算。 2 、得热量、冷负荷的基本概念 （1）得热量指某时刻室外和室内热源散入房间的热量的总和。 潜热 得热 对流 显热 辐射 （2） 冷负荷：为了维持室温恒定，空调设备在单位时间内必须自 室内取走的热量，也即在单位时间向室内空气供给 的冷量。 （3）二者关系：围护结构热工特性及得热量的类型决定了得热和 负荷的关系。 围护结构：蓄热能力增强 冷负荷衰减大 延迟时间长

潜热得热及显热得热中对流成分 瞬时冷负荷 得热量 辐射得热 被物体蓄存、吸收 物体温度上升 对流 热量 瞬时太阳辐射得热 蓄热量 实际冷负荷 蓄除去的蓄热量 时间 瞬时太阳辐射得热与房间实际冷负荷之关系

瞬时负荷 热量（W) 轻型结构实际负荷 中型结构实际负荷 重型结构实际负荷 时间 瞬时日射得热与轻、中、重型建筑实际冷负荷之关系

空调房间冷负荷的计算方法 前提：传热过程是非稳定过程，用一维不稳定导热偏微分方程。传热过程近似为系数线性热力系统，线性系统的特点是服从于叠加原理和不变性。

冷负荷计算 1 传递函数法计算空调的基本概念 ！ 将围护结构或空调房间连同室内空气视为热力系统，将外扰或室内得热作为系统的输入，而围护结构内表面得传导得热或房间冷负荷为系统的输出。 G(S)=O(S)/E(S) tz(S) Q(S) CLQ(S) G1(S) G2(S) 用z传函计算经围护结构传热的得热量 用z传函经围护结构温差传热形成得冷负荷 CLQτ=V0Qτ+V1Qτ-1-W1CLQτ-1

2 冷负荷系数法 （1） 用冷负荷温度计算围护结构传热形成的冷负荷 (a) 冷负荷温度：针对一些定型的围护结构，根典型条件，计算出 的冷负荷逐时值CLQt，然后逐时冷负荷再除以该 结构的传热系数和面积，得出温差值，从而得到一 组计算冷负荷的相 当的逐时温度值，称为“冷负荷 温度tlτ”。 (b )基本计算式：CLQz=KF(tlτ-tn) （2） 冷负荷系数法(a) 冷负荷系数 ：无因次量 (b )基本计算式： CLQz=FCSCNDτ. maxCLQ

Kρ——吸收系数修正，考虑城市大气污染，中浅颜色耐久性差等 以北京地区的气候条件为依据收集了302种墙体，324种屋面，分成六类，经过大量运算得出冷负荷温度值。修正公式： Kα——外表面放热系数修正值 Kρ——吸收系数修正，考虑城市大气污染，中浅颜色耐久性差等

②.内围护结构：当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热，视为稳定传热产生的冷负荷。 K——内墙、楼板等传热系数 F——内围护结构的面积 Δt——附加温升，可查资料得到

③.外玻璃窗（室内、外温差引起的瞬变传热） K——外玻璃窗传热系数 F——窗口面积 tl.τ——外窗的冷负荷温度逐时值 不同条件时修正公式：

透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷计算方法 Dτ.max——日射得热因数最大值， CLQ——冷负荷系数

将全国有日射强度值的40个城市夏季（以七月份为代表）的不同朝向的各日射得热因素作为得热输入量，经递推计算得出40个城市九个不同朝向的逐时冷负荷系数值。研究比较发现，同一纬度带各城市之间冷负荷系数值是接近的，于是以北纬27.5度划线，将全国分成南北两个区，分别给出各朝向逐时冷负荷系数值。

室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷 室 内 热 源 散 热 量 电动设备 电热设备 电子设备 照明得热 人体散热 日射得热

采用相应的冷负荷系数来简化计算 室内热源 潜热→瞬时冷负荷 对流 瞬时冷负荷 显热 围护结构表面吸收再缓慢逐渐散出 辐射 滞后冷负荷

一.室内热源散热量 （一）设备散热量： 1.电动设备 2.电热设备 3.电子设备 工艺设备散热得热中的对流、辐射成分比例很难给出统一的数据。大概范围为： βf=20-80% βd=80-20%

白炽灯Q=1000N βf=80% βd=20% (二)照明散热量 当电压一定，室内照明散热量是不随时间变化的稳定散热量。灯具类型、安装方式不同，散热量不同。 白炽灯Q=1000N βf=80% βd=20% 荧光灯Q=1000n1n2N βf=βd=50%

(三)人体散热量 与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件等多种因素有关。不同使用功能的建筑物中男子、女子、儿童数量是不同的。 为了计算的方便，以成年男子散热量为计算基础，引入群集系数n’，对不同功能建筑物中人员的不同组成进行修正。

不同条件成年男子散热散湿量

(三)人体散热量 q——不同室温和劳动性质时成年男子散热量 n——人数 散热量中：βf=40% βd=20%， 潜热40%。

二.室内散热形成的冷负荷工程计算法 Q——设备、照明、和人体的得热 T——设备投入使用时刻或开灯时刻或人员进入房间时刻 JXτ-T——指设备、照明、人体在τ-T时间的负荷强度系数（冷负荷系数）

三.室内湿源散湿量 1.人体散湿量：人体散热的同时向环境散湿 散湿量按散热量的方式计算 W′——成年男子的散湿量 W人 ——人体散湿量

三.室内湿源散湿量 2.敞开水表面散湿量

三.室内湿源散湿量 随着生产工艺流程不同，可能有各种材料表面蒸发水汽，象电镀车间，其散湿量按具体条件确定。 总的散湿量：

三 、送风量的确定 在已知空调热（冷）负荷基础上，确定送风的状态及送风量，以维持空调房间所要求的空气参数。 1、 夏季送风状态点及送风量 （1）送风点的确定 （a ）ε线的确定 Gi0+Q=GiN Gd0/1000+W=GdN ε=Q/W=(i N-i0)/(dN-d0)/1000

送风 i0 、d0 tN（ ℃ ）φN（%） ΣQ ΣW i N、 dN 排风 空 调 房 间 送 风

±0.1～0.2 ℃ 2 ～3 150 ～20 ±0.5 ℃ 3 ～6 >8 ±1.0 ℃ 6 ～10 ≥5 >±1 ℃ （b） ⊿t0 的确定：送风温差与恒温精度及换气次数有关。 送 风 温 差 与 换 气 次 数 室内允许波动范围 送 风 温 差（℃） 换 气 次 数（次/h） ±0.1～0.2 ℃ 2 ～3 150 ～20 ±0.5 ℃ 3 ～6 >8 ±1.0 ℃ 6 ～10 ≥5 >±1 ℃ 人工冷源：≤15 天然冷源：可能的最大 值 ！对有洁净度要求的净化厂房，换气次数有的高达每小时数百次， 此情况不受该表所限

（2）送风量G： G=Q/((i N-i0)=1000W/ (dN-d0) ！如果⊿t0 允许的条件下，可考虑露点送风 （3） 送风量及送风点确定步骤： 由ε、 ⊿ t 确定N点 确定送风点O 计算送风量G 冬季送风状态与送风量的确定 （1）采用与夏季相同的风量，即：G冬=G夏=G

冬季送风状态与送风量的确定 余热量远小于夏季 → ε很小或负值，余湿量一般冬夏相差不大。 冬季一般送热风（全年冷负荷除外），送风温度to’>tn 送热风时送风温差可以较大，所以冬季送风量可以小于夏季，但送风温度不能大于45℃，同时满足最小换气次数。 设计计算时，一般先确定夏季送风量，冬季可取风量相同，则运行管理方便；风量可减小，则节能。

送风状态点可由以下两种方法确定： （a） 作图法：因冬、夏的湿量相等则d0=d0’ ，则冬季送风状态 点 O/ 为等湿度线d=dL与冬季热湿比线的交点。 （b） 计算法：由i0/=IN+Q/G ，求得i0’，则冬季送风状态点为等焓 线i= i0/与冬季热湿比线的交点。 (2) 提高送风温度，减少送风量： ！送风温度一般以不超过45 ℃为宜。

Φ=100% O’’ O’ N to’’ t’ do tN