空调负荷与送风量计算

空调负荷：

为维持某一环境，单位时间内，从某一空间除去（ 或加进）的热量（显热和潜热），称为空调负荷。

空调房间的负荷来源于房间外部和内部，如：温差传热、太阳辐射热、设备散热散湿、人体散热散湿等。

空调负荷是空调工程设计中最基本的、也是最重要的数据之一，它的数值直接影响到空调方案的选择，空调和冷热源等设备容量的大小，进而影响到工程投资费用、设备能耗、系统运行费用以及空调的使用效果。

空调负荷计算步骤：

1 、确定室内外空气计算参数；

2 、计算空调室内负荷；

3 、计算空调室外负荷；

4 、计算总的空调负荷。

5 、选择冷热源设备、确定送风量等。

室内外空气计算参数：

室内外空气计算参数的确定：

在设计一个中央空调系统时，首先要明确设计目标和设计的条件，即：

空调系统要将室内空气控制在什么状态之下(表示这个状态的空气参数称为空调设计室内空气计算参数)；

空调系统需要在什么气象条件下运行(表示这个气象条件的空气参数称为空调设计室外空气计算参数)。

要消除空调房间内部和外部干扰源所造成的影响也与室内外空气参数有关，因此在讨论空调负荷的计算问题之前，首先要了解空调设计计算用的室内外空气参数及确定方法。

（一）空调室内空气参数的确定：

室内空气计算参数主要是指作为空调工程设计与运行控制标准而采用的空气温度、相对湿度和空气流速等室内空气的控制参数。

与空气有关的因素影响人的热舒适性原因：

1) 温度—人体对于温度较为敏感，而室内温度对人的热舒适性的影响是通过与人体表面皮肤的对流换热和导热来实现的。

2) 相对湿度—出汗是人体在任何气温下都存在的生理机能，只是在气温较低时出汗量较少，往往感觉不到出汗。而相对湿度主要影响人体表面汗液的蒸发，即影响蒸发散热量的多少。相对湿度过高不仅会使人感到气闷，而且汗液不易蒸发；相对湿度过低又会使人感觉干燥，引起皮肤干裂，而且易引发呼吸系统疾病。

3) 气流速度—气流速度对人的热舒适性最明显的影响是在夏季送冷风时，如果冷空气的流速过大，造成吹冷风的感觉时，会极不舒适，严重时还会致人生病。

室内空气计算参数可分为两类 ：

在民用建筑和工业企业辅助建筑中以保证人体舒适、健康和提高工作效率为目的的“舒适性环境空气参数”；

在生产厂房以及一些研究、试验环境或设施中以着重满足生产工艺过程和试验过程的空气环境需求为目的的“工艺性环境空气参数”。

1 、人体热平衡与舒适感

当人体散热和体内新陈代谢产热相平衡时，人的冷热感觉良好，体温会保持在36.5℃～37℃。

一般情况下，凡是有利于人体维持这种热平衡的环境，人就感到舒适；反之，就感到不舒适。

2 、舒适性空调室内空气计算参数的确定：

GB50736-2012 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》3.O.2 舒适性空调室内设计参数应符合以下规定：

1  人员长期逗留区域空调室内设计参数应符合表3. 0.2 的规定：

2  人员短期逗留区域空调供冷工况室内设计参数宜比长期逗留区域提高1℃-2℃供热工况宜降低1℃-2℃。短期逗留区域供冷工况风速不宜大于0.5m/s，供热工况风速不宜大于0.3m/s。

3.0.4  供暖与空调的室内热舒适性应按现行国家标准《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》GB/T18049的有关规定执行，采用预计平均热感觉指数CPMV)和预计不满意者的百分数CPPD)评价，热舒适度等级划分应按表3.O.4采用。

公共建筑空调系统室内空气计算参数：

常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数：

常见居住建筑与公共建筑内空调房间的室内空气参数：

3 、工艺性空调室内空气计算参数

由于工艺过程的千差万别，工艺性空调还可细分为：

一般降温性空调，恒温恒湿空调，净化空调，人工气候。

各种工艺性空调的特点：

1) 降温性空调

对室内空气温湿度的要求是保证夏季工人操作时手不出汗，因此一般只规定温度或湿度的上限，对空调精度没有要求。

如电子工业的某些车间，规定夏季室温不大于28℃，相对湿度不大于60%。

2) 恒温恒湿空调

对室内空气的温湿度基数和精度都有严格要求。如某些计量室，室温要求全年保持(20±0.1)℃，相对湿度保持(50±5)％。

也有的工艺过程仅对温度或相对湿度一项有严格要求，如纺织工业某些工艺对相对湿度要求严格，而空气温度则以劳动保护为主。

3) 净化空调

不仅对空气温、湿度有一定要求，而且对空气中所含尘粒的大小、数量，甚至微生物种类也有严格要求。

如医院的洁净手术室分为四个等级，每个等级对细菌浓度都有明确的指标要求。

4) 人工气候

模拟高温高湿或低温低湿，甚至高空气候环境。

不论何种工艺性空调，由于其服务对象为工业生产或科学实验，因此必须按工艺过程的特殊要求来确定室内空气计算参数。

当有人操作时，在可能的情况下应尽量兼顾考虑人体热舒适的需要。

对于夏季温度和相对湿度低于舒适性空调的场所，应尽量减小室内空气的流速，在工艺条件允许的前提下，应尽量提高空气温度，这样不仅可以节省设备投资和运行费用，而且还有利于操作人员的健康。

某些生产工艺过程所需的室内空气参数(摘录)：

4 、空调基数和空调精度

空调基数是指空调区域内，按设计规定所需保持的空气基准温度和基准相对湿度。

空调精度是指在空调区域内温度和相对湿度允许的波动范围。

例如，t=(22±1)℃和φ=(50±5)%。其中，空气温度22℃和相对湿度50%为空调基数；温度波动范围±1℃和相对湿度波动范围±5%为空调精度。

（二)空调室外空气参数的确定

通常建筑物为自然环境所包围，其内部必然处于外界大气压力、温度、湿度、风速、风向以及日照等气象参数的影响之中。空调系统设计与运行中所要用到的一些室外气象参数就称之为“室外空气计算参数”。

关系最密切的主要是一些温湿度参数，如计算通过围护结构传入室内或由室内传至室外的热量时，涉及到的室外空气(干球)温度；计算加热或冷却室外空气所需热、冷量以及确定室外新风状态时，要涉及到的室外空气湿球温度等参数。

1. 室外空气温、湿度的变化规律

室外空气的干湿球温度等参数都是随季节、昼夜和时刻不断变化的量。

2. 室外空气计算参数的确定

室外空气计算参数取什么值，会直接影响到室内空气状态的保证程度和设备投资。

例如，当夏季取用很多年才出现一次，而且持续时间较短(几小时或几昼夜)的当地室外空气最高干湿球温度作为室外空气计算参数时，就会因配置的设备和相关装置容量过大，长期不能全部投入使用而形成投资浪费。

设计规范中规定的室外空气计算参数值，通常不是取最不利条件时的数值，而是根据全年少数时间不保证室内温湿度在控制标准范围内的原则确定的数值。

详见GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》4.室外设计计算参数。

国内部分主要城市的部分室外空气气象参数：

（三）空调室内负荷的计算

室内负荷又分为冷负荷和热负荷。

冷负荷：维持一定室内热湿环境所需要在单位时间内从室内除去的热量。包括显热负荷和潜热负荷两个部分。潜热负荷为单位时间内排除的水分，又称为湿负荷。

热负荷：维持一定室内热湿环境所需要在单位时间内向室内加进的热量。包括显热负荷和潜热负荷两个部分。如果只控制温度，而不控制湿度，则热负荷只包括显热负荷。

1 、空调室内热湿负荷主要来自：

人体散热散湿；照明灯具散热；用电设备散热；其他设备散热。

（1）人体散热散湿：

（2）照明灯具电热器散热：

（3）用电设备散热；如电动机等。

空调室外热湿负荷的计算：

（1）通过玻璃窗进入室内的太阳辐射热；

（2）通过外墙和屋顶传入室内的热量：

空调室内外总热负荷的计算：

空调室内外总湿负荷的计算：

空调系统负荷：系统负荷的确定以房间负荷为主，另外再考虑新风负荷、其他附加负荷。

新风负荷及各附加冷热负荷，从理论上讲可以逐一计算出来，但很繁琐且不太准确，实际工程中通常以房间总负荷的10%～50%来统筹考虑。

空调负荷的概算：

在工程设计的方案设计或初步设计阶段，为了满足项目报审、招标等对设备容量、机房面积以及投资费用等方面的要求，往往需要大致了解空调系统的供冷量、供热量、用电量、用水量，以及空调机房、制冷机房、锅炉房等设备用房的面积。

Q= 概算指标×面积。

民用建筑和房间空调负荷概算指标：

由于概算指标的上下限差别较大，要合理选取只能靠设计人员的经验。

夏季空调房间的送风状态与送风量：

夏季空调送风状态与送风量：

送风状态点O的确定，也就是送风温差的确定要从经济和技术两个方面综合考虑。

确定送风温差时还要与拟采用的送风方式联系起来考虑，因为不同的送风方式有不同的合适送风温差。

空调系统常用的上送风方式的夏季送风温差，应根据送风口类型、安装高度和气流射程长度以及是否贴附等因素确定。在满足舒适和工艺要求的条件下，宜加大送风温差。

舒适性空调的送风温差，当送风口高度小于或等于5m时，不宜大于10℃；当送风口高度大于5m时，不宜大于15℃。

工艺性空调的送风温差，宜按表给出的数据采用。

工艺性空调的送风温差与换气次数

关于房间换气次数：

为了保证空调效果，需要对空调房间的最小送风量给予保护，一般是通过对房间换气次数的规定来体现的。

换气次数是房间送风量G(m ³ /h)和房间体积V(m ³ )的比值，用n(次/h)表示，即：

舒适性空调的房间换气次数每小时不宜小于5次，但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定。

已知空调房间冷负荷Q、湿负荷W和室内控制参数，可按照下列步骤确定夏季送风状态点和房间送风量。

1) 计算热湿比值ε= Q/W。

2) 在焓湿图上确定出室内状态点N后，过N点作热湿比线ε。

3) 按照规范要求选取送风温差Δt _O ，求出送风温度t _O =t _N -Δt _O ，并进行校核(为防止送风口产生结露滴水现象，一般要求夏季送风温度要高于室内空气的露点温度2-3℃)。

4) 根据送风温度t _O ，在热湿比线上找到送风状态点。

5) 计算送风量，校核换气次数。

某空调房间的夏季冷负荷Q=3314W，湿负荷W=0.264g/s。

要求室内全年保持空气状态为tN=(22±1)℃和 φN=(55±5)%，当地大气压为101325Pa。

1）求热湿比：

2) 根据tN=22℃，φN=55%在h－d图上确定室内空气控制状态点N，标出已知参数，查得 hN=45kJ/kg干，dN=9g/kg干。通过该点画出ε=12600的热湿比线。

3) 依题意，查表，取送风温差ΔtO=8℃，则送风温度tO=22－8=14℃。

查h－d图，得室内空气的露点温度tNl= 12.5℃，则tO-tNl=14-12.5=1.5℃＜2℃～3℃，说明送风温差取得过大，使送风温度偏低，不合适。

将ΔtO减小为7℃，显然就可满足防止送风口结露的要求，此时的送风温度tO=15℃。

4) 在h－d图上找到15℃等温线和ε线的交点O，查得hO=35kJ/kg干，dO=8.2g/kg干。

5) 计算送风量

或

冬季空调房间送风量和送风状态点的确定：

当冬季空调房间负荷为热负荷时，说明需要向房间送热风。此时，送风状态空气的温度和焓值均大于室内控制状态的温度和焓值。

从人的一般适应能力来看，耐受吹热风的能力比耐受吹冷风的能力强，因此空调送热风时的温差可比送冷风时的送风温差大，于是冬季送热风时的送风量就可以比夏季小。

送热风时的送风温度也不宜过高，一般应不超过45℃。

冬季减少送风量可以少用电，降低运行费用，尤其是较大的空调系统，减少送风量的经济效益更显著。

但是，减少送风量时要注意，送风量不能少于房间最少换气次数要求的送风量。

冬季空调也可以采用与夏季相同的送风量。全年采用固定的送风量运行管理方便，当负荷变化时只需调节送风参数即可。