空调第3章

系统特性不受时间变化。
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1、空调动态负荷 内容：空调动态负荷计算就是针对逐时变化的室外气象条件 和室内工作要求的空气温湿度条件，根据围护结构特性计算 出全年8760小时逐时的空调负荷值。 用途：
选择节能优化的空调方案及建筑方案 合理匹配设备 优化控制、运行、和管理 是蓄冷空调设计的基础
计算方法
以全年逐时室外气象参数和室内设计参数、围护结构特性、室内热 湿情况为依据， 采用热平衡法、反应系数法等方法，利用计算机编程求解（模拟计 算）。
室内空气计算参数 空调室内设计参数包括的内容 环境指标：
主要指标 温度、湿度、空气流速、清洁度 其他指标 压力、噪声、气味等

空调房间室内气象参数的确定原则
舒适性空调－－主要取决于人体热舒适要求 工艺性空调－－主要取决于生产工艺要求
空调房间室内温湿度标准的描述方法：温湿度基数空调精度。
室内温湿度基数是指空调区域内所要保持的空气基准温度和基准相 对湿度； 空调精度是指在要求的空调区域内和要求的持续时间内，空气温度 或相对湿度允许偏离室内温湿度基数的最大值。例如，tn=20±0.5℃， n=50±5%。 （空调区域是指离外墙0.5米，离地面0.3米至高于精密仪器设备或人的 呼吸区0.3～0.5米范围内的空间）
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9 10 11 12 0.16 0.29 0.29 0.4 21 22 23 24 -0.1 -0.17-0.28-0.29
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日较差法与余弦函数法计算结果比较
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设计计算参数
冬季采暖室外空气计算温度和冬季通风设计温度
采暖温度：采用历年平均不保证5天的日平均温度； 通风温度：采用累年最冷月平均温度
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模拟分析软件：欧洲，有限差分法
ESP
ESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组 1977－1984年间开发的建筑与设备系统能耗动态模拟软 件。负荷算法采用的是有限差分法求解一维传热过程， 而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可模拟具有 非线性部件的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombe wall) 或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长 通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较 高要求。
1、概述 得热量和冷负荷 计算方法综述
静态法：当量温差法；谐波分解法。 动态法：谐波反应法；传递函数法。
简化法：冷负荷系数法；谐波法。
动态法的应用假设
传热过程为一维非稳定过程，原理上都对得热、冷负荷、除热量 加以区别； 将传热过程看作常系数线性热力系统，其重要特征是：
2009-1-29 20 可以叠加，当受多种扰量时，输出响应等于各自响应之和；
得热量与冷负荷的关系
冷负荷：
维持一定室内热湿环境所需要的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部分。 如果把潜热负荷表示为单位时间内排除的水分，则又 可称作湿负荷。
热负荷：
维持一定室内热湿环境所需要的在单位时间内向室内 加入的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。
如果只控制室内温度，则热负荷就只包括显热负荷。
特点：15时为峰值，资料缺乏时作近似估算用。
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设计计算参数
设计日的逐时干球温度展开方法<2>
日较差法： 夏季室外逐时温度： 特点：高温短而峰值高，低温长而峰值小，14时为 峰值，9与20时为0。 时间 1 2 3 4 5 6 7 8 β1 -0.35-0.38-0.42-0.45-0.47-0.28-0.12 0.03 时间 13 14 15 16 17 18 19 20 β1 0.48 0.52 0.51 0.43 0.39 0.28 0.14 0
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建筑物模拟
方法：
热平衡法 权系数法
热网法
辅助系统的模拟
基本系统的模拟
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建筑物模拟的其他方面
现有建筑物。将建筑物模拟用于现有建筑物有时也被称 为是逆向模拟或者是校准模拟，ASHRAE手册基础卷 (ASHRAE Handbook,Fundamentals Volume）中对该项研究 做了非常好的综述。 自然通风和空气流动。在一些气象条件下，自然通风和 空气流动可以用来消除或极大地减少供冷系统的能耗。预 测气流速度和能量输送需要有某种形式的气流组织计算模 型，该模型可并入CFD 模型中。 照明、采光和可视化。分析采光对减少照明水平的作用 以及在设计阶段对照明和采光的效果作可视化分析对建筑 设计和照明设计是非常重要的 。
舒适＝中性 ×
Cool & Comfort !
舒适产生于不适的消除过程中。 “舒适”比“中性”更主观。
人体的温度感受系统
20世纪初发现人的皮肤上存 在对冷敏感的区域“冷点”和对 热敏感的区域“热点” 人体各部位的冷点数目明显 多于热点 为什么人对冷更敏感？
50mV
2、热舒适感 什么是热舒适？

“对热环境感到满意的心理状态”
Fanger教授提出热舒适的三个条件： 1） 人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等 于人体的体内产热量，并且蓄热量为零，即： M-W-C-R-E=0 （S=0） 2）皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平 3）人体应具有最佳排汗率
设计计算参数
设计计算参数
2、室外空气设计参数 夏季空调室外计算干球温度twg、湿球温度:
历年平均不保证50小时（不保证系针对室外气象） 确定新风状态（负荷）
夏季空调室外计算日平均温度twp：
历年平均每年不保证5天的日平均温度
设计日的逐时干球温度展开方法<1>
余弦函数法：
tw twp (twg twp ) cos(15o 225o )
夏季通风室外空气计算参数
通风计算温度：历年最热月14时的月平均温度的平均值 通风计算湿度：历年最热月14时的月平均相对湿度的平 均值
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得热量与冷负荷的关系
空调房间冷(热)，湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备 容量的基本依据。 在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一 个恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。 当得热量为负值时称为耗(失)热量。 在某一时刻为保持房间 恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为冷负荷，相反，为补偿房间失 热而需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内相对混度所需由 房间除去或增加的湿量称为湿负荷。 得热量通常包括以下几方面： 1．由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的 热量； 2．人体、照明设备、各种工艺设备及电气设备驶入房间的热量。 得湿量主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。 房间冷(热)，湿负荷量的计算必须以室外气象参敛和室内要求 维持的气象条件为依据。
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模拟分析软件：中国，状态空间法
DeST
90年代清华大学开发的建筑与HVAC系统分析和辅助设计软件。负 荷模拟部分采用状态空间法，即采用现代控制论中的“状态空间” 的概念，把建筑物的热过程模型表示成：
CT AT Bu
状态空间法的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于 多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此 可处理多房间问题。 其解的稳定性及误差与时间步长无关，因此求解过程所取时间步长 可大至1小时，小至数秒钟，而有限差分法只能取较小的时间步长以 保证解的精度和稳定性。但状态空间法与反应系数法和谐波反应法 相同之处是均要求系统线性化，不能处理相变墙体材料、变表面换 热系数、变物性等非线性问题。
GATE，60年代末，美国，稳态计算
现在
美国：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD
英国：ESP
日本：HASP 中国：DeST
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模拟分析软件：美国，反应系数法
DOE-2
由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发 布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最 普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到1000~2500 家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是 反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间 的相互影响。
可以同时进行建筑物和 HVAC 系统的仿真计算。另外， 该软件还有其他一些先进的特点，包括次小时的时间 步长、辐射采暖和供冷的模型、完整的气流模拟、建 筑材料的吸湿和脱附、由用户建立的HVAC系统等。
到目前为止，该软件还没有一个完全的图形用户界面， 而只能采用一些工具来帮助准备文本输入文件和后处 理的数据结果。
1、室内空气设计标准
舒适性空调：
夏 T=24～28℃，φ＝40 ～65％，v≤0.3m/s
冬 T=18～22℃，φ＝40 ～60％，v≤0.2m/s
温湿度、新风量、风速、空气含尘量、噪声等要求见 设计手册。
工艺性空调：
降温空调、恒温恒湿、净化空调 设计标准取决于生产工艺过程的要求，可查设计手册
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得热与冷负荷的关系
热量 蓄热量 瞬时得热量 瞬时冷负荷 需除去的蓄热量
照明得热量 蓄热量
实际冷负荷
需除去的蓄热量
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各种得热进入空气的途径
潜热得热、渗透空气得热
得热立刻成为瞬时冷负荷
通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室 内显热源散热
对流得热部分立刻成为：辐射的存在是延迟和衰减的根源！
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负荷的大小与去除或补充热量的方式有关
冷辐射板空调需要去 除的热量除了进入到空气 中的热量外，还包括贮存 在热表面上的热量。
常规的送风方式空调 需要去除的是进入到空 气中的得热量。