空調水系統的節能方式與水泵調節

空調負荷

為維持某一環(huán)境，單位時(shí)間內，從某一空間除去（或加進(jìn)）的熱量（顯熱和潛熱），稱(chēng)為空調負荷。 空調房間的負荷來(lái)源于房間外部和內部：如：溫差傳熱、太陽(yáng)輻射熱、設備散熱散濕、人體散熱散濕等。

空調負荷是空調工程設計中最基本的、也是最重要的數據之一，它的數值直接影響到空調方案的選擇，空調和冷熱源等設備容量的大小，進(jìn)而影響到工程投資費用、設備能耗、系統運行費用以及空調的使用效果。

室內外空氣計算參數

在設計一個(gè)中央空調系統時(shí)，首先要明確設計目標和設計的條件，即：空調系統要將室內空氣控制在什么狀態(tài)之下(表示這個(gè)狀態(tài)的空氣參數稱(chēng)為空調設計室內空氣計算參數)；空調系統需要在什么氣象條件下運行(表示這個(gè)氣象條件的空氣參數稱(chēng)為空調設計室外空氣計算參數)。要消除空調房間內部和外部干擾源所造成的影響也與室內外空氣參數有關(guān)，因此在討論空調負荷的計算問(wèn)題之前，首先要了解空調設計計算用的室內外空氣參數及確定方法。

（一）空調室內空氣參數的確定：

室內空氣計算參數主要是指作為空調工程設計與運行控制標準而采用的空氣溫度、相對濕度和空氣流速等室內空氣的控制參數。

與空氣有關(guān)的因素影響人的熱舒適性原因：

1)溫度——人體對于溫度較為敏感，而室內溫度對人的熱舒適性的影響是通過(guò)與人體表面皮膚的對流換熱和導熱來(lái)實(shí)現的。

2)相對濕度——出汗是人體在任何氣溫下都存在的生理機能，只是在氣溫較低時(shí)出汗量較少，往往感覺(jué)不到出汗。而相對濕度主要影響人體表面汗液的蒸發(fā)，即影響蒸發(fā)散熱量的多少。相對濕度過(guò)高不僅會(huì )使人感到氣悶，而且汗液不易蒸發(fā)；相對濕度過(guò)低又會(huì )使人感覺(jué)干燥，引起皮膚干裂，而且易引發(fā)呼吸系統疾病。

3)氣流速度——氣流速度對人的熱舒適性最明顯的影響是在夏季送冷風(fēng)時(shí)，如果冷空氣的流速過(guò)大，造成吹冷風(fēng)的感覺(jué)時(shí)，會(huì )極不舒適，嚴重時(shí)還會(huì )致人生病。

室內空氣計算參數可分為兩類(lèi)：

1）在民用建筑和工業(yè)企業(yè)輔助建筑中以保證人體舒適、健康和提高工作效率為目的的“舒適性環(huán)境空氣參數”；

2）在生產(chǎn)廠(chǎng)房以及一些研究、試驗環(huán)境或設施中以著(zhù)重滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝過(guò)程和試驗過(guò)程的空氣環(huán)境需求為目的的“工藝性環(huán)境空氣參數”。

1、人體熱平衡與舒適感

當人體散熱和體內新陳代謝產(chǎn)熱相平衡時(shí)，人的冷熱感覺(jué)良好，體溫會(huì )保持在36.5℃～37℃。一般情況下，凡是有利于人體維持這種熱平衡的環(huán)境，人就感到舒適；反之，就感到不舒適。

2、舒適性空調室內空氣計算參數的確定

國家標準GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》規定，舒適性空調室內空氣計算參數應符合下表的規定。

常見(jiàn)居住建筑與公共建筑內空調房間的室內空氣參數
3、工藝性空調室內空氣計算參數

由于工藝過(guò)程的千差萬(wàn)別，工藝性空調還可細分為：一般降溫性空調、恒溫恒濕空調、凈化空調、人工氣候。

各種工藝性空調的特點(diǎn)：

1)降溫性空調：對室內空氣溫濕度的要求是保證夏季工人操作時(shí)手不出汗，因此一般只規定溫度或濕度的上限，對空調精度沒(méi)有要求。

如電子工業(yè)的某些車(chē)間，規定夏季室溫不大于28℃，相對濕度不大于60%。

2)恒溫恒濕空調：對室內空氣的溫濕度基數和精度都有嚴格要求。如某些計量室，室溫要求全年保持(20±0.1)℃，相對濕度保持(50±5)％。

也有的工藝過(guò)程僅對溫度或相對濕度一項有嚴格要求，如紡織工業(yè)某些工藝對相對濕度要求嚴格，而空氣溫度則以勞動(dòng)保護為主。

3)凈化空調：不僅對空氣溫、濕度有一定要求，而且對空氣中所含塵粒的大小、數量，甚至微生物種類(lèi)也有嚴格要求。暖通南社有大量課件，這里不再累述了。

如，醫院的潔凈手術(shù)室分為四個(gè)等級，每個(gè)等級對細菌濃度都有明確的指標要求。

4)人工氣候：模擬高溫高濕或低溫低濕，甚至高空氣候環(huán)境。

不論何種工藝性空調，由于其服務(wù)對象為工業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗，因此必須按工藝過(guò)程的特殊要求來(lái)確定室內空氣計算參數。

當有人操作時(shí)，在可能的情況下應盡量兼顧考慮人體熱舒適的需要。

對于夏季溫度和相對濕度低于舒適性空調的場(chǎng)所，應盡量減小室內空氣的流速，在工藝條件允許的前提下，應盡量提高空氣溫度，這樣不僅可以節省設備投資和運行費用，而且還有利于操作人員的健康。

某些生產(chǎn)工藝過(guò)程所需的室內空氣參數(摘錄)

4、空調基數和空調精度：

空調基數是指空調區域內，按設計規定所需保持的空氣基準溫度和基準相對濕度。

空調精度是指在空調區域內溫度和相對濕度允許的波動(dòng)范圍。   

例如，t=(22±1)℃和φ=(50±5)%。其中，空氣溫度22℃和相對濕度50%為空調基數；溫度波動(dòng)范圍±1℃和相對濕度波動(dòng)范圍±5%為空調精度。

（二)空調室外空氣參數的確定

通常建筑物為自然環(huán)境所包圍，其內部必然處于外界大氣壓力、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向以及日照等氣象參數的影響之中?？照{系統設計與運行中所要用到的一些室外氣象參數就稱(chēng)之為“室外空氣計算參數”。

關(guān)系最密切的主要是一些溫濕度參數，如計算通過(guò)圍護結構傳入室內或由室內傳至室外的熱量時(shí)，涉及到的室外空氣(干球)溫度；計算加熱或冷卻室外空氣所需熱、冷量以及確定室外新風(fēng)狀態(tài)時(shí)，要涉及到的室外空氣濕球溫度等參數。

室外空氣計算參數

1.室外空氣溫、濕度的變化規律：室外空氣的干濕球溫度等參數都是隨季節、晝夜和時(shí)刻不斷變化的量。

2.室外空氣計算參數的確定

室外空氣計算參數取什么值，會(huì )直接影響到室內空氣狀態(tài)的保證程度和設備投資。

例如，當夏季取用很多年才出現一次，而且持續時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾晝夜)的當地室外空氣最高干濕球溫度作為室外空氣計算參數時(shí)，就會(huì )因配置的設備和相關(guān)裝置容量過(guò)大，長(cháng)期不能全部投入使用而形成投資浪費。

設計規范中規定的室外空氣計算參數值，通常不是取最不利條件時(shí)的數值，而是根據全年少數時(shí)間不保證室內溫濕度在控制標準范圍內的原則確定的數值。

GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》4.1規定如下：

4.1.2 供暖室外計算溫度應采用歷年平均不保證5 天的日平均溫度。

4.1.3 冬季通風(fēng)室外計算溫度，應采用累年最冷月平均溫度。

4.1.4 冬季空調室外計算溫度，應采用歷年平均不保證1天的日平均溫度。

4.1.5 冬季空調室外計算相對濕度，應采用累年最冷月平均相對濕度。

4.1.6 夏季空調室外計算干球溫度，應采用歷年平均不保證50小時(shí)的干球溫度。

4.1.7 夏季空調室外計算濕球溫度，應采用歷年平均不保證50小時(shí)的濕球溫度。

4.1.8 夏季通風(fēng)室外計算溫度，應采用歷年最熱月14 時(shí)的月平均溫度的平均值。

4.1.9 夏季通風(fēng)室外計算相對濕度，應采用歷年最熱月14時(shí)的月平均相對濕度的平均值。

4.1.10 夏季空調室外計算日平均溫度，應采用歷年平均不保證5 天的日平均溫度。

國內部分主要城市的部分室外空氣氣象參數

空調室內負荷計算

室內負荷又分為冷負荷和熱負荷。

冷負荷：維持一定室內熱濕環(huán)境所需要在單位時(shí)間內從室內除去的熱量。包括顯熱負荷和潛熱負荷兩個(gè)部分。潛熱負荷為單位時(shí)間內排除的水分，又稱(chēng)為濕負荷。

熱負荷：維持一定室內熱濕環(huán)境所需要在單位時(shí)間內向室內加進(jìn)的熱量。包括顯熱負荷和潛熱負荷兩個(gè)部分。如果只控制溫度，而不控制濕度，則熱負荷只包括顯熱負荷。空調室內熱濕負荷主要來(lái)自：

（1）人體散熱散濕；

（2）照明燈具散熱；

（3）用電設備散熱；

（4）其他設備散熱。

空調室外負荷計算

空調室外熱濕負荷的計算

空調負荷計算

空調系統負荷：系統負荷的確定以房間負荷為主，另外再考慮新風(fēng)負荷、其他附加負荷。

新風(fēng)負荷及各附加冷熱負荷，從理論上講可以逐一計算出來(lái)，但很繁瑣且不太準確，實(shí)際工程中通常以房間總負荷的10%～50%來(lái)統籌考慮。

2.空調負荷的概算

在工程設計的方案設計或初步設計階段，為了滿(mǎn)足項目報審、招標等對設備容量、機房面積以及投資費用等方面的要求，往往需要大致了解空調系統的供冷量、供熱量、用電量、用水量，以及空調機房、制冷機房、鍋爐房等設備用房的面積。

Q=概算指標×面積

民用建筑和房間空調負荷概算指標



由于概算指標德上下限差別較大，要合理選取只能靠設計人員的經(jīng)驗。
夏季空調送風(fēng)狀態(tài)與送風(fēng)量

送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O的確定，也就是送風(fēng)溫差的確定要從經(jīng)濟和技術(shù)兩個(gè)方面綜合考慮。

確定送風(fēng)溫差時(shí)還要與擬采用的送風(fēng)方式聯(lián)系起來(lái)考慮，因為不同的送風(fēng)方式有不同的合適送風(fēng)溫差。

國家標準GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》規定。

空調系統常用的上送風(fēng)方式的夏季送風(fēng)溫差，應根據送風(fēng)口類(lèi)型、安裝高度和氣流射程長(cháng)度以及是否貼附等因素確定。在滿(mǎn)足舒適和工藝要求的條件下，宜加大送風(fēng)溫差。

舒適性空調的送風(fēng)溫差，當送風(fēng)口高度小于或等于5m時(shí)，不宜大于10℃；當送風(fēng)口高度大于5m時(shí)，不宜大于15℃。

工藝性空調的送風(fēng)溫差，宜按下表給出的數據采用。

表 工藝性空調的送風(fēng)溫差與換氣次數

關(guān)于房間換氣次數：為了保證空調效果，需要對空調房間的最小送風(fēng)量給予保護，一般是通過(guò)對房間換氣次數的規定來(lái)體現的。

換氣次數是房間送風(fēng)量G(m3/h)和房間體積V(m3)的比值，用n(次/h)表示，即：

舒適性空調的房間換氣次數每小時(shí)不宜小于5次，但高大空間的換氣次數應按其冷負荷通過(guò)計算確定。

工藝性空調的房間換氣次數不宜小于上表所列的數值。

已知空調房間冷負荷Q、濕負荷W和室內控制參數，可按照下列步驟確定夏季送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)和房間送風(fēng)量。

1)計算熱濕比值ε= Q/W。

2)在焓濕圖上確定出室內狀態(tài)點(diǎn)N后，過(guò)N點(diǎn)作熱濕比線(xiàn)ε。

3)按照規范要求選取送風(fēng)溫差ΔtO ，求出送風(fēng)溫度tO=tN-ΔtO，并進(jìn)行校核(為防止送風(fēng)口產(chǎn)生結露滴水現象，一般要求夏季送風(fēng)溫度要高于室內空氣的露點(diǎn)溫度2－3℃)。

4)根據送風(fēng)溫度tO，在熱濕比線(xiàn)上找到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。

5)計算送風(fēng)量，校核換氣次數。

例：某空調房間的夏季冷負荷Q = 3314W，濕負荷   W=0.264g/s。

要求室內全年保持空氣狀態(tài)為tN=(22±1)℃和 φN=(55±5)%，當地大氣壓為101325Pa。？求送風(fēng)狀態(tài)參數和送風(fēng)量。

冬季空調房間送風(fēng)量和送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的確定

當冬季空調房間負荷為熱負荷時(shí)，說(shuō)明需要向房間送熱風(fēng)。此時(shí)，送風(fēng)狀態(tài)空氣的溫度和焓值均大于室內控制狀態(tài)的溫度和焓值。

從人的一般適應能力來(lái)看，耐受吹熱風(fēng)的能力比耐受吹冷風(fēng)的能力強，因此空調送熱風(fēng)時(shí)的溫差可比送冷風(fēng)時(shí)的送風(fēng)溫差大，于是冬季送熱風(fēng)時(shí)的送風(fēng)量就可以比夏季小。送熱風(fēng)時(shí)的送風(fēng)溫度也不宜過(guò)高，一般應不超過(guò)45℃。

冬季減少送風(fēng)量可以少用電，降低運行費用，尤其是較大的空調系統，減少送風(fēng)量的經(jīng)濟效益更顯著(zhù)。

但是，減少送風(fēng)量時(shí)要注意，送風(fēng)量不能少于房間最少換氣次數要求的送風(fēng)量。

冬季空調也可以采用與夏季相同的送風(fēng)量。全年采用固定的送風(fēng)量運行管理方便，當負荷變化時(shí)只需調節送風(fēng)參數即可。



 

節能設計標準要求

GB50189-2015《公共建筑節能設計標準》要求如下：

4.1.1 甲類(lèi)公共建筑的施工圖設計階段，必須進(jìn)行熱負荷計算和逐項逐時(shí)的冷負荷計算。

4.1.2嚴寒A區和嚴寒B區的公共建筑宜設熱水集中供暖系統，對于設置空氣調節系統的建筑，不宜采用熱風(fēng)末端作為唯一的供暖方式；對于嚴寒C區和寒冷地區的公共建筑，供暖方式應根據建筑等級、供暖期天數、能源消耗量和運行費用等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合分析比較后確定。

4.1.3系統冷熱媒溫度的選取應符合現行國家標準《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》GB50736的有關(guān)規定。在經(jīng)濟技術(shù)合理時(shí)，冷媒溫度宜高于常用設計溫度，熱媒溫度宜低于常用設計溫度。

4.1.4當利用通風(fēng)可以排除室內的余熱、余濕或其它污染物時(shí)，宜采用自然通風(fēng)、機械通風(fēng)或復合通風(fēng)的通風(fēng)方式。

4.1.5符合下列情況之一時(shí)，宜采用分散設置的空調裝置或系統：

1 全年所需供冷、供暖時(shí)間短或采用集中供冷、供暖系統不經(jīng)濟；

2 需設空氣調節的房間布置分散；

3 設有集中供冷、供暖系統的建筑中，使用時(shí)間和要求不同的房間；

4 需增設空調系統，而難以設置機房和管道的既有公共建筑。

4.1.6 采用溫濕度獨立控制空調系統時(shí)，應符合下列要求：

1 應根據氣候特點(diǎn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析論證，確定高溫冷源的制備方式和新風(fēng)除濕方式；

2 宜考慮全年對天然冷源和可再生能源的應用措施；

3 不宜采用再熱空氣處理方式。

4.1.7 使用時(shí)間不同的空氣調節區不應劃分在同一個(gè)定風(fēng)量全空氣風(fēng)系統中。溫度、濕度等要求不同的空氣調節區不宜劃分在同一個(gè)空氣調節風(fēng)系統中。