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1、精选优质文档-倾情为你奉上重庆大学本科学生毕业设计（论文）带转轮除湿的空调系统设计学生：陈召强学号：指导教师：杨颖专业：热能与动力工程专业重庆大学动力工程学院二O一二年六月专心-专注-专业GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityDesignofAirConditioningSystemwithWheelDehumidificationUndergraduate：ChenzhaoqiangSupervisor：YangyingMajor：ThermalEnergyandPowerEngineeringCo
2、llegeofPowerEngineeringChongqingUniversityJune2012摘要本文对一幢住宅设计了一套带转轮除湿的空调系统。转轮除湿空调系统可以实现温度和湿度的独立调节，故可以达到节能的目的。通过计算，该住宅的夏季总热负荷为W，单位面积的热负荷为95W，总送风量为6330m3/h，新风量1452m3/h。本文提出了四种转轮除湿方案，第一种：再生空气和除湿空气都是新风；第二种：再生空气是新风，除湿空气是新风和一部分回风的混合；第三种：再生空气是新风和部分排风的混合，除湿空气是新风；第四种：再生空气是新风和部分排风的混合，除湿空气是新风和一部
3、分回风的混合。在新风量相同(总除湿量相同)的条件下与传统的冷冻除湿比较了系统所需制冷量和总能耗量。通过计算，四种转轮除湿空调系统所需制冷量分别减少了38.3%、35.8%、44.3%、42.8%，总能耗分别减少了24.6%、20.0%、29.9%、26.2%。研究还发现，转轮除湿的再生空气的加热量和系统所需制冷量都随除湿空气量的增加而增加。故选用了第三种作为空调系统的除湿方案，并选出了相关的空气处理设备。与常规蒸汽压缩空调系统相比，第三种带转轮除湿空调系统的制冷循环的COP提高了19%，热力完善度提高了7%。最后，完成了相应的气流组织形式的计算和风管的设计布置。关键字：转轮
4、除湿，制冷量，总能耗，空调系统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目录1绪论改革开放以来，中国的经济得到了飞速的发展，人民的物质生活水平也得到了很大的提高。越来越多的人对生活质量和环境卫生的要求也有了很大的提高。因此，对用于控制和调节室内温湿度的空调及其系统的研究也引起了广大专家学者的兴趣，相应地，从事这一技术的科研、生产、教学、工程等的技术人员也日益增多。在改善生活条件的同时，环境污染和能源危机这两大问题也日渐凸显并越来越严峻。为了响应可持续发展的要求，对于空调系统的设计主要从节约能源、环境友好、满足舒适性或工艺性的要求等多方面综合考虑。本文研究的内容是带转轮除湿的空调系统设计，设计的对象为一幢二层住宅。从节约能源方面考虑
13、，文中提出多种空气调节方案，通过计算比较得出最佳方案用于空调系统设计；采用转轮除湿则体现了此空调系统的环境友好型，因为转轮除湿避免了在除湿过程中氟氯烃制冷剂的使用而对臭氧层的破坏；根据人体舒适度的要求和建筑的热负荷来设计则可达到舒适性的要求。本文详细展示了带转轮除湿的空调系统设计的整个过程，以及所需要计算的参数和方法，最后并得出了相应的结论。1.1研究目的和意义随着科学技术的不断创新和发展和社会的不断进步，国民经济水平得到了相当程度的提高，人们对周围环境和生活质量的要求也逐渐提高，制冷技术的应用也日益广泛。因此，为了满足人们对居住和工作环境舒适性或工艺性的要求，需要对室内空气的温度和湿度进行
14、必要的控制和调节。与此同时，人们也逐渐意识到日益紧张的能源与环境的双重危及以及社会经济可持续发展的重要性。因此，对于空调系统的设计主要从节约能源型、环境友好型、满足舒适性或工艺性的要求等多方面综合考虑。目前广泛使用的还是传统的压缩式空调系统。对于压缩式空调系统，首先是让空气进入冷却器，降低空气温度并达到过冷状态，从而实现了降低温度和除湿的目的；但是空气温度过低不能满足人体舒适度的要求，所以要对空气进行再热处理以达到温度和湿度的要求。系统中的再热过程无疑是增加了能源的浪费，增加了整个压缩制冷装置的负荷，提高了空调系统的运行费用。同时，在系统中使用的氟氯烃制冷剂对大气层的作用也导致了环境的恶化。除
15、此之外，在冷却除湿时有凝结水出现，容易造成细菌滋生而影响室内空气品质1。从环境保护、节约能源和空气品质等方面考虑，固体除湿空调系统是一种很有发展潜力和研究意义的空气调节方式。固体干燥剂主要是以转轮为载体，使待除湿的空气经过转轮被干燥剂吸湿，从而达到除湿的目的。转轮除湿空调系统主要有一下优点：该系统主要是利用固体干燥剂(氯化锂、硅胶等2)与水蒸气发生物理、化学反应来减少水蒸气的量从而达到除湿的目的3。与传统压缩式空调系统相比，节省了将空气冷却到露点温度进行除湿这个阶段多消耗的制冷量；在该系统的除湿过程中没有使用氟氯烃制冷剂，只用到了空气、水蒸气和固体干燥剂，从而消除了除湿过程中氟氯烃制冷剂对
16、臭氧层的破坏；该系统可以实现空气温度和湿度的单独控制，能够满足多种用途的需要，扩大了系统的使用场合，提高了系统的重要性；该系统对再生能源品位的要求不高，因此加热再生气体所消耗的能源可以采用太阳能、地热能、燃气(天然气、液化石油气、煤气、沼气等)、工业余热等低品位热源4，从而减少了大量能源的消耗，有效减少了把低品位热能排入大气造成的热污染，保护了环境；该系统的温度和湿度分开调节，与常规空调系统的制冷循环相比，其蒸发温度可以高出许多，故可以提高制冷循环的COP和热力完善度。以上这些优点使得国内外众多专家学者都致力于固体除湿空调系统的研究，并取得了相当大的进展。1.2转轮除湿机的工作原理图1
17、.1转轮除湿机模型转轮除湿机作为固体干燥剂的载体是固体除湿空调系统的主要部件之一，也是空气除湿的有效工具，它利用硅胶、氯化锂等除湿剂的良好亲水性吸附空气中的水蒸气以达到除湿和满足湿度要求的目的。转轮除湿机由除湿转轮、传动装置、风机、过滤器、再生电加热器等组成(如图1.1)。其主体结构除湿转轮是一个不断缓慢转动的干燥转轮，采用载有固体除湿剂的特殊复合耐热材料制成。转轮内用隔板分隔为270和90的两扇形区5。270扇形区用于干燥处理湿空气，90扇形区用于除湿剂的再生。在常温下，湿空气进入270扇形区时，由于除湿剂中的水蒸气分压力低于湿空气中的水蒸气分压力，所以空气中的水分子被转轮内的除湿剂吸收，
18、干燥后的干空气通过风机送出进行降温处理达到合适温度时送入空调房间。经除湿处理的湿空气可以全为室外新风，也可以是室外新风和室内回风的混合。吸收了水分的转轮扇区转入90再生扇区，向再生扇区通入高温的再生空气，此时除湿剂中的水蒸气分压力高于再生空气中的水蒸气分压力，所以除湿剂中的水分子进入再生空气中并被带走，恢复了除湿剂的吸湿能力。再生空气可以使室外新风，也可以是室外新风和室内排风的混合，或者全为室内排风。在转轮除湿机中，除湿过程和再生过程中的空气和除湿剂之间发生了复杂的传热传质过程。在转轮除湿机的固体除湿材料的参数和除湿转轮的结构参数确定之后，除湿机的性能仍然受到除湿空气的进口状态参数、再生空气的
19、进口状态参数、除湿空气的流量再生空气的流量和转轮转速等许多因素的影响2。本文并没有具体研究某个除湿转轮的性能，而是把转轮除湿技术融入到对具体建筑物的空调系统设计当中，设计多种空气处理方案并计算比较得出其中的最佳方案用于空调系统设计中。1.3户式中央空调简介户式中央空调(又称家用中央空调)是一个小型化的独立空调系统，它具有四季运行、舒适感好、卫生要求好、外形美观、高效节能、运行无噪音、灵活方便、耐用等特点。同时，它结合了中央空调的便利、舒适、高档次以及传统家用空调机的多方面优势，适用面积多在m2之间，可实现与房间装潢布置的和谐统一。在制冷方式与基本构造上类似于大型中央空调。主要是由一
20、台主机通过风管或冷热水管连接多个末端送风口，将(冷)暖气送到不同房间区域，来达到调节室内空气的目的。它结合了大型中央空调的便利、舒适、高档次以及传统小型分体机的简单灵活等多方面优势，是适用于别墅、公寓、家庭住宅和各种工业、商业场所的暗藏式空调。中央空调是由一台主机通过风道或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。采用风管送风方式，用一台主机即可控制多个房间并且可引入新风，有效改善室内空气的质量，预防空调病的发生。家用中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境，其次从审美观点和最佳空间利用上考虑，使用家用中央空调使室内装饰更灵活，更容易实现各种装饰效果。户式中央空调(
21、又称家用中央空调)是指由一个室外机产生冷(热)源进而向各个房间供冷(热)的空调，它是属于(小型)商用空调的一种。家用中央空调分为风系统和水系统两种。风系统由室外机、室内主机、送风管道以及各个房间的风口和调节阀等组成；水系统由室外机、水管道、循环水泵及各个室内的末端(风机盘管、明装等)组成。1.4国内外转轮除湿的研究现状转轮式空调系统因其除湿性能好而广泛应用于食品、药品和夹层玻璃等湿度要求严格的生产厂房和仓库以及锂电池生产、聚酯切片、防湿、防腐、防潮等对空气有低温要求的场合。近年来，国外已把氯化锂等固体除湿空调技术广泛应用于**、钢铁、感光、化工、印刷、食品、制药、电气、火药、文物保存等各行各
22、业。目前国内外有很多科研机构、学校以及公司都有从事转轮除湿的工作人员。目前国内外主要有以下几个方面的研究：建立除湿转轮数学模型：除湿转轮的数学模型的建立有助于从理论上对除湿转轮进行分析，并为实验结果提供相应依据。文献6中建立了一个比较合适的数学模型，该模型是在除湿转轮中微元体的气体区和固体区中的水分质量守恒和能量守恒的基础上建立起来的用于描述转轮中吸收和再生过程的微分方程，并加上相应的边界条件和补充方程才得到的。文献中还对建立起来的数学模型进行了验证，通过对具体转轮除湿机进行试验测试和用数学模型来计算，得出的结果是试验测试值和计算值之间很相近，故证明此数学模型是很合适的。文献7中提到了一种对
23、除湿转轮模型的简化方法(即类比法)。文中还对这个简化方法进行了验证，结果证明其试验结果和通过厂家提供的性能软件计算出的结果很相近，因此这个简化方法是可行的。转轮效率的研究：转轮效率是评价转轮除湿机性能优劣的一个重要参数。文献2中提出了一种新的转轮效率的定义，建立了相关的数学模型得到了不同条件下除湿转轮的效率变化情况，并与其他关于转轮效率的研究结果比较吻合。转轮干燥剂的研究：干燥剂填充在转轮中用于吸收空气中的水蒸气，干燥剂的好坏直接影响到转轮的性能。故对干燥剂的研究也成了一个很热门的课题。文献8中把一种新型复合干燥剂和硅胶一起进行了平衡吸附性能测试。文献中还设计了一台转轮除湿机，测试了转速和
24、再生温度对采用新型复合干燥剂的转轮除湿性能的影响。结果证明，新型复合干燥剂转轮的除湿量高于硅胶转轮的除湿量，其对应的除湿冷却空调系统的性能系数也是远高于采用硅胶转轮的空调系统。转轮动态除湿特性：转轮的动态特性研究的是转轮在达到稳定状态之前的动态除湿性能。文献9中比较了两种常见的转轮(硅胶转轮和氯化锂转轮)在相同工况下的动态除湿特性，主要采用的评价指标有除湿量和除湿性能系数。结果表明，在相同工况下氯化锂转轮在非稳态过程中持续的时间比硅胶转轮长，但除湿量和除湿性能系数都比硅胶转轮高。除湿空气的风量和进口含湿量的增加都会延长转轮的非稳态过程时间。转轮除湿空调系统：转轮除湿空调系统因其能够实现热湿
25、独立控制而受到了广泛的研究。文献1中对热湿独立控制空调系统的能耗进行了分析，文中比较了两种方式下的能耗差异，一种是再生温度一定，一种是系统除湿量一定。最后经过计算证明，再生温度一定时的总能耗高于系统除湿量一定时的总能耗。太阳能作再生热源：太阳能作为一种清洁能源用作带转轮的复合式空调系统的再生能源，极大的节约了电能的消耗，既保护了环境也充分地利用了低品位能源。文献10中研究了两种复合式空调系统(一种是转轮除湿蒸汽压缩，另一种是转轮除湿蒸汽压缩蒸发冷却)，并与常规蒸汽压缩式空调系统进行了比较。计算结果证明，与常规蒸汽压缩空调系统相比，复合式空调系统的制冷剂质量流量减小、制冷系统COP增大、压缩机
26、能耗减少，其中第二种体现得尤为突出。文中还研究得到，在其他条件相同时，复合式空调系统压缩机能耗随室内设计温度提高而减少。变工况稳态性能：变工况是空调系统中经常遇到的，故对系统变工况稳态性能的研究也受到了广泛的关注。文献11中建立了一个用于模拟转轮和冷却除湿组合式空调系统(DWCCDS)变工况稳定性能的数学模型。文中得出了在室外空气含湿量、温度、除湿空气量对DWCCDS的影响规律，并得出了DWCCDS在低温条件下的优越性很高。1.5课题主要研究内容1.5.1课题任务室内温度、湿度的控制是空调系统设计的主要任务。固体除湿空调系统采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制室内的温度与湿度
27、，避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的能量损失。它可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，避免了室内相对湿度过高或者过低的现象，以及提高制冷系统COP，是一种高效节能的空调系统。转轮除湿是用吸湿性强的盐溶液或吸湿材料附着于轻质骨料制作的转轮表面。待除湿的空气通过转轮的一部分表面，空气中的部分水分被吸附于表面吸湿材料，实现除湿。吸了水的转轮部分旋转到另一侧与加热的再生空气接触，释放出水分，使表面吸湿材料再生,再进行下一个循环。本课题要求设计一套带独立除湿的空调系统，新风采用转轮除湿设备。通过阅读文献资料确定出多种除湿方案，然后从处理的空气量、结构复杂程度、经济性、系统能耗等多种方面计算分析确定
28、出其中的最佳方案用于整个空调系统的设计。确定除湿方案后，主要对户式中央空调系统的冷量和除湿量的进行计算，并确定具体建筑物的送风量、回风量、送风状态等。之后根据建筑物的结构形态进行空调设计计算和风管的设计与布置。最后进行制冷系统的设计，完成整个固体除湿空调系统，并进行成本核算。1.5.2课题重点研究内容根据分析，本课题的研究内容主要有以下几个方面：新风系统除湿方案的选择和计算；户式中央空调系统冷量和除湿量的计算；空调系统设计和风管的设计布置；制冷系统的选型设计。其中最重要的研究内容是除湿方案的选择和计算分析。2室内热湿负荷及送风量的确定空气调节的目的是为了保持室内良好的空气环境(即保
29、持室内一定的温度和湿度)。因此，为了使室内的温度和相对湿度能维持在满足生产工艺或人体舒适度要求的范围内，需要向室内送入经过降温除湿而具有合适温度和相对湿度的空气来消除室内多余的热负荷和湿负荷。空调房间内的热负荷主要来源于室内和室外两个方面，主要存在温差传热、太阳辐射热、室内设备散热和散湿、人体散热和散湿等几个部分12。由室外因素造成的室内热、湿负荷的变化与室内、外空气的状态参数有很大的关系。当室外空气温度高于室内空气温度时，室外空气的热量就会通过温差传热、辐射、对流等方式从墙壁、屋顶和窗户传入室内，若不采取一些降温的措施，就会导致室内空气温度的升高；相反，当室外温度低于室内温度时，室内的热量也
30、会传向室外，如果不能及时补充室内流失的热量，室内温度就会下降。综上，空调就是要维持室内温度和湿度在满足生产工艺和人体舒适度的要求的合适范围内。2.1室内外空气设计参数2.1.1室内空气设计参数所谓室内空气设计参数，主要是指空调工程设计与运行时作为控制标准的室内环境参数，这些参数主要包括室内空气温度、相对湿度以及空气流速等13。室内空气设计参数的确定，主要需要从室内环境参数是否满足生产工艺或人体舒适度的要求、工程所处地理位置、室外气象、经济条件、冷源情况和节能政策等多种具体情况进行综合考虑。根据空调的使用场所和使用目的，主要可以把空调分为两种类型：舒适性空调和工艺性空调14。舒适性空调的作用
31、是通过送入具有一定温度和湿度的空气消除(补充)室内热量和湿度以维持室内空气处于合适的状态，尽量使室内人员在此状态下感到舒适，从而保证良好的工作和生活条件。工艺性空调的作用是通过送入具有一定温度和湿度的空气以维持室内空气状态在生产工艺过程(如制药、电子、低温要求的工程等)要求的范围之内，保证生产过程的顺利进行。本文是对一幢住宅进行空调系统的设计，要保证室内人员舒适度的要求，故此空调系统属于舒适性空调。根据GBJ规定，舒适性空调的室内环境参数要求范围见表2.1。舒适性空调室内环境控制参数要求表2.1空调季节参数温度/相对湿度/%风速/(m/s)夏季.3冬季1
32、.2根据表2.1所示，本文的空调系统设计的室内环境控制参数取为：夏季室内空气设计温度：tN(261)夏季室内空气设计相对湿度：N55%夏季室内空气风速：N0.3m/s2.1.2室外空气设计参数在计算空调室内夏季冷负荷或冬季热负荷(通过围护结构进入室内的热(冷)量)时，需要相应的室外空气参数。根据暖通空调设计规范可查出夏(冬)季室外空气计算参数(即设计日的最高温度)。设计日其他时刻的室外温度值可通过下式计算15得到：(2.1)式中：tW设计日在时刻的室外空气温度()；tWmax室外空气计算温度()；时刻的计算系数；tW设计日室外最高温度与最低温度之差
33、。查暖通空调设计规范得出，重庆地区夏季的室外空气设计参数为：夏季空调室外计算干球温度：tWdb36.5夏季空调室外计算湿球温度：tWwb27.3夏季空调室外平均风速：W1.4m/s夏季空调室外大气压力：BPa2.2设计条件2.2.1工程概况该工程为重庆市某住宅，总面积为220m2，共两层，层高为3m，住宅总体积为660m3，本文要求对整幢住宅安装户式中央空调。2.2.2围护结构的热工性能外墙外墙结构：如图2.1所示外墙厚度：240mm外墙传热系数：1.97W/(m2)屋顶屋顶结构：如图2.2所示(1)外表层5mm厚白色小石子(2)卷材防水层(3)
34、找平层20mm水泥砂浆(4)保温层(5)隔汽层(6)水泥砂浆找平层(7)预制钢筋混凝土空心板(8)内粉刷图2.2屋顶的结构屋顶壁厚：150mm屋顶保温材料：沥青蛭石板(1)水泥砂浆(2)砖墙(3)白灰粉刷图2.1外墙的结构屋顶保温层厚度：25mm屋顶传热系数：1.57W/(m2)外窗1)天井处的玻璃结构：单层6mm厚茶色玻璃，金属窗框单层玻璃窗传热系数：5.94W/(m2)玻璃类型修正系数：Cs0.71内外遮阳设施：无2)其他玻璃结构：单层6mm厚浅茶色玻璃，金属窗框单层玻璃传热系数：5.94W/(m2)玻璃类型修正系数：Cs0.71内遮阳设施：浅色白
35、布帘，Cn0.5外遮阳设施：无2.2.3室内人员、设备、照明室内人员人员数量：5个成年人个人显热量：61W个人潜热量：73W个人散湿量：109g/h室内设备室内电器设备有：电视、电脑、冰箱等室内电器设备总功率：QW使用状况：计算时所有电器同时使用室内照明照明密度或灯的安装功率：11W/m2或QW使用状况：计算时所有照明全部投入使用2.3热湿负荷计算的数学描述2.3.1夏季冷负荷的计算通过外墙和屋顶得热形成的冷负荷15当室内外空气温度不相等存在温差时，热量就会通过外墙和屋顶传入或传出室内。这一传入或传出的热量的多少与多种因素有关系，如室内外空气温差大
36、小、外墙和屋顶的结构特性、传热系数、外墙和屋顶内外表面的空气流速等。由于室外空气温度是逐时变化的，而且通过不同朝向的围护形成的冷负荷也是不一样的，故要得到通过外墙和屋顶得热形成的冷负荷是很复杂的。但是可以简化为通过下式计算得到：(2.2)式中：Q1计算时刻通过屋顶或外墙得热形成的冷负荷(W)；K外墙或屋顶的传热系数W/(m2)；F外墙或屋顶的传热面积(m2)；tlf外墙或屋顶冷负荷计算温度()；td冷负荷计算温度tlf关于地区的修正值()；tN室内空气设计温度()。通过外窗得热形成的冷负荷15通过外窗得热形成的冷负荷即是外窗瞬变传导得热形成的冷负荷，在室内
37、外温差的作用下，可采用下式计算得到：(2.3)式中：Q2外窗瞬变传导得热形成的冷负荷(W)；K玻璃窗的传热系数W/(m2)，对于一般建筑，单层玻璃窗的传热系数取K5.94W/(m2)，双层玻璃窗的传热系数K3.01W/(m2)；F外窗的传热面积(m2)；t计算时刻的负荷温差()。本文设计采用的t如表2.2所示。重庆地区玻璃窗温差传热的负荷温差表2.2房间类型计算时刻的逐时值t轻2.73.24.15.16.27.28.18.89.39.69.69.38.7通过窗户进入的太阳辐射热形成的冷负荷太阳辐射到玻璃表面主要会产生三种
38、效果，一部分穿透玻璃进入室内，一部分被玻璃吸收，还有一部分被玻璃反射回环境中，这几部分占到达玻璃表面总辐射热的比例分别称为穿透比、吸收比、反射比。这三个比例的大小主要与玻璃表面的太阳辐射强度、玻璃层数、玻璃性质、遮阳设施和窗户的有效面积系数等多种因素有关系。经简化计算，太阳辐射热形成的冷负荷可采用下式计算得到：(2.4)式中：Q3通过窗户进入的太阳辐射热形成的冷负荷(W)；xg窗的有效面积系数，单层钢窗取0.85，双层钢窗取0.75，单层木窗取0.7，双层木窗取0.6；Cn玻璃窗的遮挡系数；Cs玻璃类型修正系数；F玻璃窗的面积(m2)；J夏季通过单层3mm厚普通玻
39、璃进入室内的太阳辐射热(W/m2)。人体散热形成的冷负荷人体散热取决于性别、年龄、活动程度和环境温度等因素。可采用下列公式计算得到：显热负荷Q显人数个人显热量潜热负荷Q潜人数个人潜热量总热负荷Q4Q显+Q潜2.3.2湿负荷的计算人体散湿室内人员散湿量W人人数个人散湿量敞开水槽表面散湿量敞开水槽表面的散湿量可以下式计算得到：(2.5)式中：W水槽敞开水槽表面的散湿量(kg/h)；F水槽的蒸发表面积(m2)；P2相应的水表面温度下饱和空气的水蒸气分压力(Pa)；P1室内环境空气的水蒸气分压力(Pa)；不同水温下水蒸气的扩散系数kg/(m2hPa)；蒸发表面的
40、空气流动速度(m/s)；P标准大气压力，其值为Pa；B设计地点实际大气压力(Pa)。为简化计算，可直接查出在标准大气压力下，蒸发表面气流速度为0.3m/s下不同室温、不同水温时，每平方米敞开水槽表面的散湿量(P2P1)(0.0174)。本文设计的室内计算参数为：室温26，相对湿度55%，室内风速0.3m/s，平均水温取40。查表得标准大气压力下每平方米水槽表面的散湿量为1.375kg/h16。重庆地区夏季的大气压力为Pa，设计对象的水槽面积为3m3。故总的水槽表面散湿量为4.336kg/h。2.4热湿负荷的计算结果2.4.1夏季冷负荷计算结果通过
41、外墙和屋顶得热形成的冷负荷1)北外墙得热形成的冷负荷，如表2.3所示。北外墙得热形成的冷负荷表2.3时刻tlf32.832.632.332.131.831.631.431.331.231.231.331.431.6K1.97F26.3td2.8tN26Q1北)南外墙得热形成的冷负荷，如表2.4所示。南外墙得热形成的冷负荷表2.4时刻tlf35..634.233.933.533.232.932.832.933.133
42、.433.9K1.97F38.07td0.4tN26Q1南)西外墙得热形成的冷负荷，如表2.5所示。西外墙得热形成的冷负荷表2.5时刻tlf38.638.237.837.336.836.335.935.535.234.934.834.834.9K1.97F75td2tN26Q1西)东外墙得热形成的冷负荷，如表2.6所示。东外墙得热形成的冷负荷表2.6时刻
43、tlf36.936..535..235.636.136.637.137.5K1.97F75td2tN26Q1东)屋顶得热形成的冷负荷，如表2.7所示。屋顶得热形成的冷负荷表2.7时刻tlf40.639.338..135.635..440.141.943.7K1.57F100td1.7tN26Q1屋顶
44、通过外窗和天井得热形成的冷负荷，如表2.8所示。外窗和天井得热形成的冷负荷表2.8时刻t2.73.24.15.16.27.28.18.89.39.69.69.38.7K5.94F54.07Q通过窗户和天井进入的太阳辐射热形成的冷负荷1)北外窗进入的太阳辐射热形成的冷负荷，如表2.9所示。北外窗进入的太阳辐射热形成的冷负荷表2.9时刻J
45、F27.7Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3北)南外窗进入的太阳辐射热形成的冷负荷，如表2.10所示。南外窗进入的太阳辐射热形成的冷负荷表2.10时刻JF15.93Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3南)东外窗进入的太阳辐射热形成的冷负荷，如表2.11所示。东外窗进入的太阳辐射热形成的冷
46、负荷表2.11时刻JF1.08Cs0.71Cn0.5xg0.85Q3东)天井处玻璃进入的太阳辐射热形成的冷负荷，如表2.12所示。天井处玻璃进入的太阳辐射热形成的冷负荷表2.12时刻JF9.36Cs0.71Cn1xg0.75Q3天井
47、人体散热形成的冷负荷Q4561+W本文设计中夏季总的冷负荷，如表2.13所示夏季总的冷负荷表2.13时刻Q1北Q1南Q1西Q1东Q1屋顶
48、QQ3北Q3南Q3东Q3天井Q4670QQQ
49、由表2.13所示可知，本文中的住宅夏季最大冷负荷值为W，出现在13:00。故单位面积的冷负荷值为95W。2.4.2湿负荷计算结果总湿负荷为人体散湿量和敞开水槽表面散湿量的总和。W1W人W水槽g/h1.356g/s2.5送风量的确定热湿比kJ/kg确定送风状态点图2.3送风状态示意图图2.3所示为送风示意图，查焓湿图可得到室内状态点N，iN55.6kJ/kg，dN11.60g/kg。过N点作kJ/kg的过程线。本文取送风温差为to8
50、，则送风温度为tO18。送风温度tO线与过程线的交点就是送风状态点，在焓湿图上查得：iO45.7kJ/kg，dO10.96g/kg。送风量按吸收余热量计算kg/s按吸收余湿量计算kg/s由于查焓湿图存在一定的误差，导致两种方法计算的结果有所差别。误差大小为0.47%，在误差范围之内。故此住宅的送风量为7596kg/h，单位面积的送风量为34.5kg/h。2.6新风量的确定新风供应的作用主要是为了维持室内环境的空气品质，但是新风会增加整个系统的除湿量和新风负荷，增大了系统的能耗，故新风的量尽量不要过大。在设计空调系统时，总送风量中还是尽量多用室内回风，少用新风。虽然新风量越小就
51、越经济，但也不能无限制的减小新风量。太小的新风量不能满足室内人员对空气品质的要求，也不足以维持室内正压的要求。在空调系统设计中，新风量的合理确定通常要从以下两个方面来考虑：满足室内人员的卫生要求；能够补充室内的局部排风量并维持室内正压的要求。通常情况下，新风量的大小取两者中的最大值。同时，为确保室内的环境安全和卫生，新风量占总送风量的百分比不应小于10%。本文设计中取人均新风量为50m3/(h人)，故在满足室内人员对空气品质的要求的条件下新风量为250m3/h，即300kg/h。设计中室内的局部排风量取为600m3/h，即720kg/h。若取新风量为720kg/h，其占总送风
52、量的百分比小于10%，也不能保证室内正压的要求。设计中取新风量为1453m3/h，即1743kg/h。此新风量满足室内的卫生要求，也保证了室内外的压差在510Pa这个范围内。综上所述，设计中系统的新风量GW1743kg/h。2.7本章结论本文空调系统设计对象的夏季最大冷负荷值为W，单位面积的冷负荷值为95W，出现在13:00。总湿负荷为4881g/h(即1.356g/s)。本文空调系统设计的总送风量为7596kg/h(即2.11kg/s，6330m3/h)，单位面积的送风量为34.5kg/h。系统的新风量为1743kg/h(1452m3/h)。3
53、空气调节系统和空气处理方案的确定空气调节系统(空调系统)的主要作用是建立和保持室内的人工环境，保证室内人员的舒适和健康，以及维持室内的空气品质和温湿度。为了维持室内空气的温度和湿度在合理的范围内，空调系统中必须采用加热、加湿、冷却、除湿等基本措施以达到目的。空调系统的组成部分主要有空气处理设备、风机、风道以及送风装置等。3.1空调系统的分类和选择按空调系统中空气处理设备的集中程度分，可分为：集中式空调系统、半集中式空调系统、分散式空调系统。集中式空调系统集中式空调系统就是空调系统的空气处理设备(过滤器、冷却器、加热器、加湿设备、除湿设备以及风机等)都集中布置在专用的空调机房内，空气经过处理
54、后由风管送入各空调房间以调节房间的温湿度。在集中式空调系统中，各空调房间的冷负荷、热负荷和湿负荷全部由经过处理的空气来承担。优点：集中进行空气的处理、输送和分配，设备集中，易于管理和运行。缺点：集中供应处理过的空气时各空调区域冷热负荷变化不一致，无法进行精确调节；各集中式系统均有风管尺寸大、占据空间大等缺陷；各空调房间之间有风管连通，容易使各房间相互污染。半集中式空调系统半集中式空调系统就是除了有用于集中空气处理的空调机房外，还设有分散在各个被调房间的二次空气处理设备(末端设备)。二次空气处理设备通常是冷热交换装置，主要功能是在空气进入被调房间之前，对来自集中处理设备的空气作进一步补充处理。
55、在半集中式空调系统中，由于只需布置新风管道，且新风量所占的比例较小，故新风管管径较小。优点：布置灵活，可实现各房间室温的独立调节，容易满足各个房间各自的温湿度控制要求，房间无人时可以直接关掉该房间的末端设备，不影响其他房间，从而节省了机组的运行费用。缺点：空调房间内设置有二次空气处理设备，管理维修不方便，而且设备中的风机运转时会给室内带来噪音；二次空气处理设备布置分散，各种管线比较复杂，且水系统容易出现漏水现象。分散式空调系统分散式空调系统就是对室内空气进行热湿处理的设备全部分散于各房间内。优点：把冷热源和空气处理、输送设备集中设置在一个箱体内，形成一个紧凑的空调系统，安装方便，可灵活而分散
56、的设置在空调房间内。缺点：空调机组是由压缩冷凝机组、蒸发器和通风机等联合工作的，尽管压缩冷凝机组有较大的容量，如果蒸发器(包括风机)的传热能力(面积、传热系数)不足，则可能使制冷机的冷量得不到应有的发挥，制冷压缩机，风机会给室内带来噪音。按负担热湿负荷输送的介质分，可分为：全空气系统、全水系统、空气-水系统、制冷剂式系统。全空气系统是指空调房间的室内负荷全部由经过集中处理的空气来承担的空调系统。集中式空调系统就是全空气系统。全水系统是指空调房间的冷热负荷全部靠水作为冷热介质来承担。它不能解决房间的通风问题，一般不单独采用。无新风的风机盘管属于这种全水系统。空气-水系统是指空调房间的负荷由经过集中处理的空气负担一部分，另一部分由经过二次空气处理设备处理的空气负担的系统。在二次处理设备中，用于处理(加热、冷却等)空气的介质是水。风机盘管加新风系统就是这种系统。制冷剂式系统是指空调房间内的冷热负荷直接由制冷系统中的制冷剂负担。局部是空调系统就是此类系统。经过比较，本文设计采用全空气系统，空气通过集中处理通入室内以调节室内的温湿度在合理范围内。全空气系统的空气处理设备设置在专用的空调机房，管理和维修比较方便，使用寿命长，初期投资和运行费用比较低。3.2空气处理方案的选择通过对转轮除湿相关文献的
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