第六章　全空气系统与空气 —— 水系统

第六章　全空气系统与空气——水系统 • §6-1 全空气系统与空气——水系统的分类 • §6-2 湿空气的焓湿图及其应用 • §6-3 全空气系统的送风量和送风参数的确定 • §6-4空调系统的新风量

§6-1 全空气系统与空气——水系统的分类 • 一全空气系统 • 1.定义：完全由空气来承担房间冷热湿负荷的系统 • 2.工作方式:向房间输送冷热空气，来提供显热冷量、潜热冷量和热量 • 3.空气处理：冷却、去湿处理空气集中空调机房内空气处理机来完成。在房间内不再进行补充冷却：但加热可在机房或房间完成，称为集中空调系统. • 4.机房、热源、冷源，机房一般设于空调房间外，如地下室，房顶间全空气空调系统的分类和辅助用房；热、冷源可邻近机房或较远。

5按送风参数的数量分类 • ①单系数系统—空气处理机只处理出一种送风参数，供一个房间或多个区域应用，也称为单风道系统，但不是指只有一条送风管。 • ②双参数系统—处理出两种不同参数，供多个区域房间应用，有两种形式： • 双风道系统—分别送出不同参数的空气，在各房间按一定比例混合送入室内； • 多区系统—在机房内根据各区的要求按一定比例混合后，送到各个区域或房间采用多区机组。

2）按送风量是否恒定分类 定风量系统——送风量恒定的系统变风量系统——送风量根据要求而变化的全空气系统。 • 3）按所使用的来源分类 ① 全新风系统（又称直流系统）—全部采用室外新鲜空气（新风）的系统，新风经处理后送入室内，消除冷热湿负荷直接排走。 ②再循环式系统（又称封闭式系统）—全部采用再循环空气的系统，即室内空气经处理后，再送向室内。 ③回风式系统（又称混合式系统）—一部分新风和室内空气混合介于上述两系统之间。

二空气—水系统 • 1. 工作原理： • 由空气和水共同承担室内冷、热湿负荷的系统。除了向室内送入处理后的空气，还在室内设有以水为介质的未端空气处理设备。全空气系统中为调节房间温度设有末端设备，不算为空气——水系统 • 2.系统形式：（1）空气-水风机盘管系统－在房间内设风机盘管（2）空气-水诱导系统——在房间内设诱导器（带盘管）（3）空气-水辐射管系统——在房间内设辐射板

§6-3 全空气系统的送风量和送风参数的确定 • 一．空调房间的热湿平衡 • 设有一空调房间，送入一定量经处理的空气，消除室内负荷后排出，如图6-4，假定送入的空气吸收热量和湿量后，水态变化为室状态，且房间温湿度均匀，排除空气参数为室内空气参数。系统达到平衡后，全热量，显热量和湿量均达平衡即 • 1. 全热平衡及送风量 • 全热平衡 (6-1) • 送风量（6-2）

2.显热平衡及送风量 • 显热平衡（6-3）送风量（6-4） • 3.湿平衡及送风量 • 湿平衡：（6-5）送风量：（6-6） • 式（6-2）（6-4）（6-6）都可用于确定消除室内负荷的送风量。即送风量计算方式。

二．送风状态变化及角系数。 • 1．送风状态变化：　图6—2为送风吸收热湿负荷的变化过程在h- d图上的表示。R为室内状态点。S为送风状态点。 • 2.角系数（热湿比） kj/kg • 根据式（6-2）（6-6）有

三，送风状态及机器露点 • 1.送风状态的确定：设计时，室内状态已知，冷负荷，湿负荷及　已知，送风状态点在点R，　线段上。工程上常根据送风温差　　　　　来确定S点。显然，　温差愈大，风量愈小。设备和管路也小，初投资与运行费低。但，小风量会影响室内温湿度分布均匀和稳定，送风温度过低影响舒定性。原则上，温湿度要求严格，小温差，不严格，大温差。规范规定，送风的高度小于等于5米，　　　　　　　≯10℃,高度大于5米，　　≯15℃。 • 2.机器露点：空气冷却设备可能把空气冷却到的状态点，相对湿度90-95%。见图6-5D点，露点送风

3.冬季送风状态确定 • （１）负荷问题对全年应用的全空气空调系统，送风量取夏季条件确定的送风量。需供热，热负荷主要是建筑维护结构热负荷。当室内有稳定热源，湿源时，应扣除热源散热量，还应考虑散热量。但当热源和湿源随机性很大时，就不宜考虑。如商场，人多散热量和湿量很大，系统不需加热和加湿，但在刚开门和未营业时，不同。 • （２）状态确定：图6-6为冬季需供热的空调系统在室内状态变化过程。室内有热负荷和湿负荷，送风在室内变化一般是减焓增湿过程，根据式（6-7）　为负值。式（6-2），（6-4）。（6-8）中分子项均用全热负荷或显热热负荷取代，并取负值。

送风温度为 • （6-9）式中　　为室内显热热负荷，冬季送风量也可以与夏季不同，取较大温差和小风量。 • 例6-1某空调房间室内全热冷负荷为75kw湿负荷为8.6g/s。室内状态为25℃，60%，当地大气压力为101.3kpw求送风量和送风状态 • 解（1）根据式（6-8）求热湿比 • =1000*75/8.6=8721kj/kg • （2）在h-d图上确定室内状态点R（附录6-1），做过程线，若采用露点送风取　线与　=90%线交点D为送风状态点s查得　=42kj/kg，　=16℃，　=10.25g/kg，，　　 =55.5j/kg，　　=11.8g/kg

（3）利用式（6-2）计算送风量： =75/(55.5-42)=5.56kg/s=20000kg/h • 　也可利用式（6-6）计算 • =8.6/(11.8-10.25)=5.55kg/s=19974kg/h 有误差 • 系统送风温差25-16=9 ℃

6.4空调系统的新风量1最小新风量确定的原则 • 在系统设计时，一般必须确定最小新风量，此新风量通常应满足以下三个要求； • （1)稀释人群本身和活动所产生的污染物，保证人群对空气品质的要求(在8.2中详细阐述)。按卫生标准和暖通规范规定的人员所必需最小新风量。 • （2)补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量； • （3)保证房间的正压。

2.补充排风或燃烧需要的空气量 • 排风量的大小将在第8章中讨论 • 燃烧需要的空气量燃烧所需的空气量可从燃烧设备的样本或说明书中获得，如无确切资料时，可根据燃料的种类和消耗量来估算 • 估算公式

3.保持正压新风量 • 计算法此新风量等于在室内外一定压差下，通过门窗缝隙渗出的风量，可按下式计算 • 工程上常按换气次数估算。有外窗的房间，正压新风量可取1-2次/h换气次数（根据窗的多少取值）；无窗和无外门房间取0.5-0.75次击换气次数。

6.5定风量单风道空调系统 • 一、露点送风系统 • 1系统图

夏季工况 • 送风在机房内经冷却去湿处理后，送到室内，消除室内的冷负荷和湿负荷； • 回风机从室内吸出空气（称回风），一部分空气用于再循环（称再循环回风），并与新风混合，经处理后再送入房间，另一部分直接排到室外，称为排风。

冬季工况 • 送风在机房内经过滤、加热、加湿后，送到房间，其循环方式同夏季。图中回风机可以设置，也可以不设置，不设置时系统无排风（图中虚线）。

双风机系统.单风机系统 • 设有回风机的称为双风机系统，这种系统可根据季节调节新、回风量之比，在春秋过渡季可以充分利用室外空气的自然冷量，实现全新风经济运行，从而节约能耗；而在夏季和冬季可以采用最小新风量。 • 不设回风机的称单风机系统，这种系统在过渡季难于实现全新风运行，除非在房间内设排风系统，否则会造成房间内正压太大，导致门启闭困难。

系统中风量之间存在的关系

2工况分析 • 系统夏季的设计工况

系统最小新风量Mo按6.4节的方法确定 • 根据式（6-15）即可确定再循环回风量Mr • 最小新风量Mo与送风量Ms之比称为最小新风比m • 根据两种空气混合的原理，在h-d图上，混合点M应位于RO线上，且满足

设备需提供的制冷量 • 设备需提供的制冷量Qp.c（kW）应为

系统冬季工况 • h-d图

3全新风系统和再循环系统 • 送风全部采用新风的系统称为全新风系统，或称直流系统。 • 全新风系统的夏季工况如图所示。室外新风O，直接处理到送风状态点S（机器露点），再送人空调房间消除室内的冷负荷和湿负荷。

再循环系统 • 送风全部采用回风（无新风）的系统称再循环系统，或称封闭式系统。 • 室内空气（状态R）处理到S，再送到室内消除室内冷、热负荷（参见图6-10).不难看到，这个系统无新风负荷，节省能量。但是室内无新风供应，卫生条件差。因此在有人员的空调房间不应采用这样的系统。可用于间歇运行的系统，如体育馆、剧场等的空调系统

4.风管温差传和风机得热量对系统的影响 • （1）风管温差传热的影响 • 温差，得热 • 送风温升问题：按下式计算 • 回风管在空调房间内时，可不考虑传热温差，而在非空调房间内时，也应按上式计算温升。 • 冬季运行工况，送风温度高于环境温度，应考虑热损失，方法同上。

（2）风机得热量的影响 • 机械能转化为热能 • 温升问题，当风机的电动机不在输送的空气中时，引起温升为： • 风机的电动机在输送的空气时，引起温升为： • 单风机系统，风机全压有一部分用于克服回风管阻力，导致回风温升， • 双风机，近似看成送风机引起送风温升，回风机引起回风温升。

（3）温差传热与风机得热对处理过程的影响 • 原来的夏季处理过程（图6-8）将变为图6-11所示过程。是考虑风管和送风温升；是考虑回风机温升。考虑温升后，夏季空气处理设备的冷量增加了。冬季风管温降使系统的热负荷增加了。 • 考虑风管和风机温升确定送风温度时，可先取送风温差的15%作为风管和风机温升估算值，待风管系统和风机设计选择完后再较核。

二、再热式系统 • 1.系统图 • 单风道定风量再热式空调系统

2.工况分析 • 下图6-10为再热式系统夏季工况在h-d图上的表示。图上的室内、外状态点R、O的确定办法与露点送风空调系统一样。通过R点按室内负荷的热湿比（角系数)画出送风在室内状态变化的过程，再根据送风温差和空气冷却设备可能处理到的露点，确定送风状态点S。夏季工况的过程是：

从图上可以看到，对冷却后的空气进行再加热，既多消耗了制冷量，又多消耗了热量。多消耗的制冷量和热量应为从图上可以看到，对冷却后的空气进行再加热，既多消耗了制冷量，又多消耗了热量。多消耗的制冷量和热量应为 • 当送风温差越小，冷、热量抵消越多，不经济，但送风量大，对温、湿度均匀性和稳定性有利。总体上看大一些好，制冷量仍可按式（6-20）计算。但它包含三项能量-室内冷负荷，新风冷负荷，和再热加热量，后两项负荷分别可按式（6-21）（6-26）进行计算。

冬季工况：图6-11为再热式空调的冬季工况在h-d图上表示。冬季工况：图6-11为再热式空调的冬季工况在h-d图上表示。 • MH为空气混合后的加热过程； • HS’为喷蒸汽的等温加湿过程； • S’S为再加热过程 • 当为多个房间服务时，可根据各房间温度调节再加热量。如只为一个房间服务，可在机房集中调节，当各房间散湿量相差较大，并需对湿度严格控制时，可在再加热盘管有增设加湿器。送风量取夏季确定送风量。送风状态点S与露点送风一样，加湿量可按式（6-22）计算。

3再热式空调系统与露点送风空调系统的比较 • 再热式空调系统与露点送风空调系统相比的优点是： • （1）调节性能好，可实现对温、湿度较严格的控制，也可对各个房间进行分别控制； • （2)送风温差较小，送风量大，房间温度的均匀性和稳定性较好 • （3)空气冷却处理所达到的露点较高，制冷系统的性能系数较高。 • 主要缺点是冷、热量抵消，因此能耗较高

6.7定风量双风道空调系统 暖通规范6.3.3条规定：全空气空气调节系统应采用单风管式系统。全空气空气调节系统中不采用分别送冷风和热风的双风管系统的理由：该系统热量互相抵消，不符合节能原则。一、定风量双风道空调系统工作原理：定风量双风道（双参数）系统。有两条送风道，分别送冷风和热风。冷风和热风在每个房间的混合箱内按一定比例混合，送入室内。混合箱功能： ①根据房间设定的温度和负荷调节冷、热风比例； ②保持送风量恒定。

二、多区机组系统 • 1．定义：采用多区的空调系称为多区机组空调系统，是双参数系统的一种形式。 • 2．工作原理：每个房间或区域的送风都集中于多区机组内由冷、热风混合而成。机组内设表冷器和加热盘管。 • 3．空气处理：夏季部分空气通过表冷器冷却去湿—冷风，另一部分未经处理（通过上部加热器）—热风；冬季，部分空气经加热盘管—热风，各一部分未经处理（通过表冷器）—冷风。有2个风仓—冷风仓（下部）和热风仓（上部）。冷、热风仓均没有若干个出口，装有混合风门，控制冷热风混合比。

6.8变风量空调系统 • 1.定义：变风量（Variable Air Volume-VAV）系统是利用改变送入室内的送风量来对室内温度调节的全空气系统,送风状态保持不变. • 2. 类型：单风道，双风道，风机动力箱式和诱导器四种

变风量空调系统 • 一、变风量单风道空调系统 • 1.工作原理：空气处理机组与定风量空调系统一样。送入每区或房间的送风量由变风量末端机组（VAV Terminal Unit）控制，当室内负荷变化时，由末端机组根据室温调节送风量。 • 2.夏季调节：夏季调节过程。由于室内显热冷负荷与湿负荷变化不一定同步，随负荷变化，热湿比在变，根据温度调节，不一定满足温度调节要求，如图6-29中R1R2湿度偏离了原R点的温度。

变风量单风道空调系统 • 3.小负荷问题：当房间负荷很小时，有可能使送风量过小，不满足最小新风要求，或导致室内气流分配不均匀。因此末端机组有定位装置。限制风量减少到一定值。通常可减少到30%~50%。但在最小风量时，还有可能出现室温过低（负荷小）。可设再加热器

变风量单风道空调系统 • 4.末端机组：有节流型和旁通型两类。 • 节流型工作原理：利用节流机构（风门）调节风量。 • 旁通型工作原理：将部分风送风旁通到回风顶棚或风道中，减少送风量，浪费冷热量，系统总风量不变，不节能。 • 节流型再热式变风量末端机组结构示意图6—30，内贴保温吸声材料，蝶型风门调风量调节还有文丘里管式双套筒式和气囊式，再加热器是一或两排热水盘管。出口端不同方位有出口接管，还可外接多出口静压箱或直接接风道。

变风量单风道空调系统 • 5.末端机组按调节方式分：两类压力有关型和压力无关型。 • 压力有关型：恒温控制器直接控制风门的角度，末端机组的送风量将随系统的静压变化被动。 • 压力无关型：风门角度根据风量给定值（有上、下限）调节。在入口处设风量传感器（如图6—30）。传感器由两根测压管（全压和静压）组成，可测质速（即流量），风量控制器根据实测风量与给定值之差值来控制风门，而恒温控制器根据温度变化设定风量给定值。不因系统静压变化而变化

变风量单风道空调系统 • 6.调节的不利后果及处理：调节后，使整个管道系统阻力增加，风量减少，管道内静压增加，导致漏风增加，还可能使风机处于不稳定状态工作；还因阀门关的过小而调节失灵。过度节流导致噪声。处理：同时对系统风机进行调节，使总风量适应变风量所要求的风量，且维持一定的静压。

变风量单风道空调系统 • 风机风量调节方法：改变风机转速，变风机入口导叶角度，出口风门调节，旁通风量调节。 • 出口风门调节：增加阻力，不改变风机特性，可能会导致风机在不稳定区工作。 • 旁通调节：不节能。 • 改变风机入口导叶角度，使空气进入叶轮时预旋一个角度，从而改变风机特性。 • 变转速：变频，也改变特性。 • 后两种方法好，尤其变转速。

7．系统总风量的控制： • 两种策略：⑴定静压控制—保持风道内静压恒定，根据静压控制风机转速或入口导叶的角度实际上只能保持安装静压传感器处的静压恒定，目前通常安装在风机到最远端的2/3处。 • ⑵变静压控制—风道内静压根据末端机组风门开度来调整。自控系统测定每个末端机组阀位，风道内静压应使最大开度机组的风门接近全开位置。当之开度小于某一下限值时，减少风道静压设定值；反之，当开度大于某一上限值时，则增加静压设定值。风机转速式入口导叶角度根据静压变化的设定值调节 • 控总风量控制法，不通过静压控制总风量，而根据压力无关型VAV机组设定的风量。确定系统总风量。计算出风机的转速，调节。

8.回风机的控制：当系统回风机时，应进行控制，使回风量与送风量匹配，维持正压，几种策略：8.回风机的控制：当系统回风机时，应进行控制，使回风量与送风量匹配，维持正压，几种策略： • ⑴回风机由同一个系统静压控制，使回风量与送风量按同一比例变化。随负荷变化，新回风量差值减少，房间适压将变化。因此，此法只宜用于变风量调节比例不太大的场合。 • ⑵根据室内正压控制。缺点是房间静压差（正压）很小，易受干扰，测量静压差困难。 • ⑶测量送回风风量，控制回风机使送回风差值在一定范围内。但风量测量有时测不准。

9.VAV系统根据室外气象参数的运行调节。除了适应负荷调节，还需根据室外参数调节。策略与单风道定风量系统类似。

10.单风道VAV系统优点 ⑴在部分负荷下工作，可节省风机能耗。 ⑵一个系统可同时对很多负荷不同。温度要求不同的房间或区域实现温度控制。 ⑶各房间高峰负荷参差分布时（时间上）系统的总风量及相应设备（冷却，加热盘管）和送风管路都较小。 ⑷当某房间无人时，可停止送风，节省冷、热量；又不破坏系统平衡。不影响其他房间送风量。 ⑸当实际负荷达不到设计负荷或系统有余量，可很容易增加新空调区域或房间，不影响原系统风量分配，也容易适应建筑格局变化对系统改造。

11.单风道VAV系统缺点 • ⑴低负荷时，送风量减少会造成新风量不足影响气流分布。造成温度不均匀，影响舒适感。 • ⑵末端机组有噪声，主要在全负荷时，宜取稍大机组；或使机组负担区域小一些，可造小机组，噪声水平低。 • ⑶初投资较高。 • ⑷控制复杂，包括室温控制，送风和排风量控制，送回风匹配控制和送风温度控制，这些控制互相影响，有时产生控制不稳定。

二、风机动力型变风量系统 • 1.定义：在单风道VAV系统的变风量末端机组上串或并联风机的VAV系统，称为风机动力型变风量系统。 • 2.工作原理：图6—31是串联型风机动力箱示意图。由一套压力无关型变风量装置和一台离心风机组合而成。一次风与吸入箱内空气混气后，由风机送出。一次风风量根据室温进行控制，变风量；由动力箱送出风量是恒定的，从而保证了室内气流分布的均匀性。 • 如果一次风不经箱内风机，而与风机并联，风机只抽吸室内空气，移为并联型。风相出口装加热盘管，即为再热型。

风机动力型变风量系统 • 3.优缺点：系统变风量、送风恒定，避免小负荷时送风量小带来气流分布不稳定和温度分布不均。但比常规变风量系统能耗高，有噪声。 • 串并联型比较：并联型箱内风机可间歇运行。即只在一次风量达到某一最小值才运行。减少不利因素。串联型适合用于低温送风空调系统，如冰蓄冷，这种系统送风温差大，风量小，风机动力箱正好弥补。

第六章 全空气系统与空气 —— 水系统