空调系统与气流组织设计参考手册

特点：没有风管，对层高要求低，一般大于3.0m。空气处理设备布置在空调房间。水系统相对复杂。没有新风，室内空气卫生条件差。

适用：主要应用在多房间分割的宾馆、办公、写字楼等，但因没有新风，现在很少使用。

典型代表：风机盘管系统。

③空-气水系统

定义：担负室内负荷的介质一部分为水，一部分为经过处理的空气。

特点：新风主要用于改善室内卫生条件，风管尺寸小，对层要求低，一般大于3.3m。空气处理设备布置在空调房间。水系统相对复杂。一般需要设新风机房。

适用：是目前广泛应用的形式之一，主要用在多房间分割的场合，如：宾馆，办公、写字楼等。

典型代表：风机盘管+新风系统。

④冷剂系统

定义：担负室内负荷的介质为制冷剂。

特点：冷剂管尺寸小，对安装空间要求低。空气处理设备布置在空调房间。没有水系统。没有新风，卫生条件差。

适用：是目前广泛应用的形式之一，主要用在多房间分割的场合，如：宾馆，办公、写字楼等。

典型代表：分体空调、多联空调系统（可以配新风系统）。

（2）按风量是否变划分（对全空气系统）

①定风量系统：系统风量不随空调负荷变化。

②变风量系统：系统风量随空调负荷变化。

（3）按水量是否变划分：

①定水量系统：系统水流量不随负荷变化。

②变水量系统：系统水流量随负荷变化。

（4）按风速高低划分

①低速风道系统：最大风速：8-10m/s。

②高速风道系统：最大风速：10-20m/s。

（5）按风道数量划分（全空气系统）

①单风道系统：只有1个风道，冬夏转换，冷热共用。

②双风道系统：2个风道，一个送冷风，一个送热风。

（6）其它系统

①蒸发冷却系统：利用水蒸发吸热处理空气，不需要制冷机，主要用在气候干燥的地区。

②温湿度独立调节系统：温度、湿度控制各自独立，一般新风担负湿负荷，常用溶液除湿，担负空调冷负荷的空气处理设备冷源水温可大幅度提高（提高蒸发温度），大大提高制冷机组能效比。

③布袋式空调、毛细管辐射空调。

④其它以冷热源形式命名的：如：热泵热泵空调（地源热泵、水源热泵空调）、蓄能空调（冰蓄冷、水蓄冷）、太阳能空调等。

全气空调系统

分类：

(1)按风量是否变化：定风量系统、变风量系统。

(2)风量数量不同：单风道系统、双风道系统。

(3)按风速高低分：低速系统、高速系统。

按处理空气来源不同

①直流式（全新风）系统

处理的空气全部来自室外。卫生条件最好，能耗最大。

主要用在室内空气不能循环利用的场所；春秋过度季节可以利用室外空气调节室内空气，（制冷机不运行）。

②循环式（封闭式）系统

处理的空气全部来自室内循环空气。卫生条件最差，能耗最小。主要用在没有人或人停留短暂的场所。

③回风式系统

处理的空气一部分来自室外，一部分部来自室内，新风的任务主要是改善室内卫生条件。

满足卫生条件的同时，为节能，应尽量利用室内空气。

回凤式系统又有：一次回风系统和二次回风系统，工程上广泛采用的是一次回风系统。

单风道定风量低速系统

（1）直流式：

①夏季-再热工况：

原理图式（设计空气处理方案），空气处理流程：

i-d图表示，系统计算：

系统冷量：QL=Gw(iw-iL)

新风冷量：Qw=Gw(iw-iN)

再热量：Qr=Gw(iO-iL)

室内冷负荷：QN=GW(iN-iO)，QL=QW+QN+Qr

系统冷量：选择空气处理设备的基本依据，一部分用来担负新风冷负荷，一部分用来再热，一部分用来担负室内冷负荷。

②夏季-露点工况

原理图式：

空气处理流程，i-d图：

如何确露点；水温的影响；室内参数的偏离。

计算：

QL=Gw(iw-iL)；Qw=Gw(iw-iN)

Qr=0；QN=GW(iN-iL)；QL=QW+QN+Qr

③冬季-再热工况：

原理图式，空气处理流程：

i-d图：露点控制、无露点控制。

系统计算：预热量；再热量；加湿量。

实现方法：

（2）循环式

①夏季-再热工况：

原理图式（设计空气处理方案）

空气处理流程；i-d图；

系统计算：

系统冷量：QL=G(iN-iL)

新风冷量：Qw=0

再热量：Qr=G(iO-iL)

室内冷负荷：QN=G(iN-iO)；QL=Qr+QN

②夏季-露点工况：

原理图式（设计空气处理方案）

空气处理流程；i-d图表示。

系统计算：

系统冷量：QL=G(iN-iL)

新风冷量：Qw=0

再热量：Qr=0

室内冷负荷：QN=G(iN-iO)；QL=QN

（3）一次回风系统

①夏季-再热工况：

原理图式（设计空气处理方案）。

空气处理流程；空气量平衡：

G=GW+Gh（对机组）

G=Gh+GP（对房间）

新风比：m=GW/G

i-d图，系统计算；

混合点计算：m=GW/G=(iC-iN)/(iW-iN)

iC=iN+(iW-iN).m%

系统冷量：QL=G(iC-iL)

新风冷量：QW=GW(iW-iN)

再热量：Qr=G(iO-iL)

室内冷负荷：QN=G(iN-iO)；QL=QW+Qr+QN

双风机系统：

②夏季-露点工况：

原理图及空气处理流程

i-d图；计算：

③冬季-再热工况：

原理图式，空气处理流程：

i-d图：

加热量、加湿量计算：

冬季新风比、新风量：

新风比：m'=GW/G=（iN-iC'）/（iN-iW'）

新风量：GW'=G.m'

A当m'>=m，取GW'作为冬季新风量。

B m'=QP

校核风量：GP′>=GP=QP/(iN-iO)

②修正：

工况不一致的修正（样本修正给出系数）

室内状态点分析。

新风供给方式

（1）新风不经处理：浴厕排风、开墙洞引入、风机集中引入等方式。

（2）新风集中处理：（独立新风系统）

①新风处理终态

新风处理到室内等温线 ，盘管担负一定的新风负荷，盘管湿工况。

新风处理到室内等焓线新风不担负室内负荷，盘管湿工况。

新风处理到室内等含湿量线，新风担负一定室内负荷，盘管湿工况。

新风处理到低于室内等含湿量线，新风担负湿负荷，盘管干工况。

②新风处理终态分析

水温要求：tW1>tW2>tW3>tW4

实验结果：tW1=tN

tW2=8-10℃；tW3=6-8℃；tW4=3-5℃。

结论：

处理到L1：要求水温高，盘管担负一定新风负荷。

处理到L2：要求水温略高于常规冷水机组出水温度（7℃），盘管不担负新风负荷，国内目前广泛使用的方法。

处理到L3：要求水温与常规冷水机组出水温度，基本一致，但新风担负一定室内负荷。

处理到L4：要求水温低于常规冷水机组出水温度，新风担负室内湿负荷。

③新风送入房间方式

新风直接送入房间，且与盘管合用出风口；

新风直接送入房间，不与盘管合用出风口；

新风送入盘管尾部。

新风机组、风机盘管选型

（1）新风机组选型

①计算新风系统新风量

②新风机组选型：

按新风量选机组（整体式、组合式）

表冷器：夏热冬冷地区，建议一般选用6排管。

③修正：设计工况与标准工况不一致的修正。

④校核新风冷量

新风冷量：QW=GW(iW-iN)

样本供修正后的新风冷量QW′>=QW

（2）风机盘管选型

以新风处理到室内等焓线，不担负室内负荷；新风直接送入房间并与盘管合用出风口为例。

①空气处理流程；②i-d图；③选型步骤：

计算热湿比：ε=Qn/W

确定送风状态O：过室内状态点N做ε线与相对湿度线90%的交点，作为送风状态点O（按露点送风确定）。

计算房间送风量：G=Qn/（iN-iO）

计算盘管处理终态LP：按2种不同状态空气混合计算，已知新风处理终态L（室内状态点的等焓线与相对湿度90或95%的交点）、混合状态点O（送风状态点），求LP。iLP=iO-GW/GP（iL-iO）

计算盘管风量：GP=G-GW

计算盘管冷量：QP=GP（iN-iLP）

风机盘管选型：按风量或冷量选。

修正与校核。

新风机组与新风机房

（1）新风机组

结构类型：与空调机组同（柜式、组合式）

技术参数：即空调机组的新风工况

选型：按风量选，校核冷量。

配管控制：同空调机组，区别是一般控制出风温度。

（2）新风机房

设置：随新风系统，1层1个，1层几个，几层1个。

位置：便于取新风、便于空气输送。

面积要求：同空调机房

新风入口：位置、高度、风速、防冻要求。

冷剂空调系统

类式：（1）房间空调器系统；（2）单元空调机系统

（3）变制冷剂流量系统；（4）水环热泵系统。

主要特点：

（1）体积小，自动化程度高，安装、使用简单；

（2）直接蒸发，换热效率高；

（3）一般为空气冷却，制冷性能系数低；冬季供热能力随室外温度降低减少，且需要除霜；

（4）计费方便，便于分户计量。

多联空调系统：

（1）原理

（2）组成：

①压缩机：涡旋式

变频：交流变频、直流变频

数码涡旋：通过负载和卸载的时间控制来实现能量调节的。

①凝器（供冷为冷凝器，供热为蒸发器）

风冷（空气冷却），水冷，地源；

②内机（供冷为蒸发器，供热为冷凝器）；

③媒管路：液管、汽管。

（3）室外机压缩机配置形式与能量调节

①变频：变频+定频；双变频。

②数码涡旋：数码+定频

变频压缩机：部分负荷时能效高；

数码：满负荷能效高。

（4）室外机容量范围与室内机形式

①室外机容量范围

单台容量：8HP、10HP、12HP、16HP，1HP≈3000W；

最大模块组合：64HP；

可连接室内数量：13-64个。

②室内机形式

卡嵌式：四面出风、两面出风；

卧式暗（明）装；立式暗（明）装；立式、壁挂。构造与风机盘管基本一样。

（5）工作环境要求：

制冷：-5~43℃；制热：-15~16℃

（5）多联机系统的主要特点

①不需要另设热源，欢迎关注微信公众号：郭鹏学暖通。不需要制制冷机房、空调机房，对建筑条件要求低。

②变频（或数码变容）调节，部分负荷能效高、运行节能，特别适合个别场合需要加班的场合（如：办公楼、写字楼等）。

③体积小，自动化程度高，安装、使用简单。

④直接蒸发，换热效率高。

⑤计费方便，便于分户计量。

⑥一般为空气冷却，制冷性能系数低；冬季供热能力随室室外温度降低减少，且需要除霜；

⑦随冷媒管长增加，能效衰减降低。

⑧变频有一定电磁干扰。

⑨单机组系统容量小。

⑩不适合室外温度过低的地区使用，一般高于-15℃。

（6）新风供给方式

①间歇开启门窗换气：不提倡

②风机直接引入：不提倡

③专用新风机组：（直接蒸发式，1拖1，或室外机带），按新风量选机组。

④热回收式新风机组：利用室内排风处理室外新风，有全热回收型（有吸湿性）和显热回收型（无吸湿性），选用原则：

室内外温差大，含湿量差小的情况选用显热型。

要求新风和排风不直接接触的，选用显热型。

其它情况应尽量选用全热型。

选型计算：按风量选，按效率校核回收量，详见：06K301。

注意：由于效率问，室内排风不能将室外新风处理到室内等焓线，室内机需要承担一部分新风负荷。

（7）多联机系统设计要点：

①配管：长度、高差：

a 最大连接管长：175m；

b 室内外机最大落差：

室外机在上方：50m；室外机在下方：30m；

c 室内机之间最大落差：15m。

② 室内机、室内外机冷量配比

所谓室内机、室外机冷量配比即一个系统的室内机容量与室外机容量之比，宜按同时使用率确定：

③ 室外机冷量衰减修正：温度、连接率、管长、高差修正。

④ 室外机制热量校核：冬季室外计算温度、除霜。

⑤ GB50736-2012、《措施》09规定：

室内机选型应在负荷计算的基础上进行温度、连接率、连接管长、高差修正。

在冬季供热时，应根据室外气象条件和融霜条件对室外机制热量进行校核。

系统划分时，宜将经常使用的和不经常使用的房间组合在一起，使系统同时使用率或满负荷率在40-80%。

应优化室外机与室内机的配管，配管等效长度不宜超过70m。

⑥ 室外机布置

屋顶、地面：不宜按厂家要求最小间距布置，保持气流畅通，避免短路。

不宜密集布置，避免夏季产生热岛效应。

空间受限时，应注意气流短路，适当抬高，必要时，应进行模拟。

设备阳台：

注意设导风，并应核算排风速度（宜>5m/s)。

条件允许时，应错位布置设备阳台或错位进风、排风路由，避免夏季形成热空气柱。

其它空调系统

辐射板空调：

(1)空调系统

以辐射板为末端与新风系统相结合的半集中式空调，辐射板一般以水作为冷媒，属于空气-水系统，新风一般采用置换通风。

(2)辐射板的分类

①冷辐射板：塑料或金属管埋在顶板或墙体中。

②模块化辐射板产品：以塑料或金属管制成的模块化辐射板产品，安装在室内，形成冷辐射吊顶或墙壁。如所谓毛细管空调（塑料管，管径2-3mm）。

（3）特点：

① 冷却吊顶的传热以辐射为主，可降低室内垂直温度梯度，提高人体舒适感。

② 供水温度较高，一般>16℃，可提高制冷机蒸发温度，从而提高制冷机能效。

③ 冷却吊顶担负显热负荷，新风担负除湿任务，也是一定意义上的温湿度独立控制系统。

④ 水温高、可用多种冷源形式，如天然冷源。

⑤ 冷却吊顶表面温度要高于室内空气露点温度。

⑥ 由于水温高，单位面积供冷能力受到一定限制，这种系统除湿、供冷能力较弱，不适合湿负荷大场合，一般适合冷负荷、湿负荷均较小的场所。

水环热泵空调：

（1）原理：属于冷剂系统。

（2）水环热泵机组：

① 整体分体式：压缩机、冷凝器、蒸发器（空气处理）；

② 分体式：压缩机+冷凝器、室内机（蒸发器）。

（3）应用形式

① 内区供冷、外区供热（或同时供热供冷）

② 辅助热源（热源怎么样选？）

③ 单冷

（4）特点

①水冷，能效相对高；②可实现同时供热供冷；③方便计量；④新风采用专用机组；⑤造价低。

蒸发冷却空调：

夏季室外计算湿球温度较低、干球温度日校差大的地区，空气冷却采用蒸发冷却处理空气。（如吐鲁番，干球35℃，湿球19℃）

(1)直接蒸发冷却：湿度偏大，温降有限。

(2)2级蒸发冷却（间接）：获得更大的温降。

温湿度控制系统：

(1)空度控制：以空调末端（如干式风盘，冷辐射板等）承担室内显热负荷，控制房间温度，大幅度提高冷水机组蒸发温度（一般18/23℃）从而大幅度提高冷水机组能效，达到节能的目的。

(2)湿度控制：以新风承担室内湿负荷，控制房间的相对湿度，新风除湿的方法主要有：

①溶液除湿：热泵式溶液除湿机组。

②冷冻除湿：常规的新风机组，也称为双冷源系统，低温（7/12℃）冷水机组承担新风除湿，高温（18/23℃）冷水机组承担显热负荷。

热泵式溶液除湿机组原理：

双冷源新风机组原理：

其它空调：

(1)与冷热源形式无关的其它空调系统

①低温送风系统：送风温度一般在4-12℃（常规14-18℃）。

一类低温送风：4-6℃，需用特出风口，一般不推荐。

二类低温送风：6-8℃，一般与冰蓄冷结合。

三类低温送风：9-12℃，一般与冰蓄冷结合，也可与常规空调结合。

②送风方式

诱导箱、混合箱：一次风与室内空气混合。

低温专用风口；VAV系统。

(2)与冷热源形式无关的空调系统

①热泵空调

空气源；水源；土壤源；污水源；太阳能。

②蓄能空调：冰蓄冷；水蓄冷。

③非电类空调：溴化锂吸收式；太阳能。

④大温差空调：水温：5/13℃。

节能：降低水泵流量-降低水泵功耗，大于机组能效降低带来的能耗增加，节能率可达15%左右。

空调区气流组织

气流组织（空气分部）的任务

（1）任务：合理地组织室内空气的流动与分布，使室内工作区的温度、相对湿度、和洁净度能更好的的满足人体舒适感要求和工艺要。

（2）方法：根据空调区对温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度、空气分布特性指标（ADPI）等要求，进行设计计算。

（3）影响气流组织的主要因素

①送风口的形式、位置；

②送风射流：形式、参数（送风温度、出口流速等）；

③回（排）风口的位置；

④房间的几何形状；

⑤污染源的位置、性质。

送风口气流运动规律

送风射流分类：

①根据雷诺数大小有：层流和紊流；

②根据射流与周围空气温度：等温射流和温差射流；

③根据射流发展是否受：自由射流、受限射流。

送风射流运动规律：

（1）等温自由紊流射流

①轴心流速衰减规律

vx/vo=0.48/(a.x/do+0.147)

vo：射流出口流速,m/s；

vx：射程x处的轴心流速，m/s；

x：计算断面距风口的距离m；

a：风口紊流系数，反映出口断面流速不均性；

do：送风口直径或当量直径。

②结论

提高出口流速或减小风口紊流系数，可以增大射程；

如需增大扩散角θ，即增大射流与周围空气的混合能力，可以选用a较大的风口。

(2)温差射流

①热射流与冷射流：射流出口温度高于室内空气温度为热射流，低于室内空气温度为冷射流。

②轴心温差衰减规律

ΔTx/ΔTo=0.35/(a.x/do+0.147)

ΔTo：射流出口温度与室内空气温度之差,K；

ΔTx：射程x处的轴心流速，m/s；

X：计算断面距风口的距离m；

③结论：

射流温度场与速度场有相似性；

热量扩散比动量扩散快：ΔTx/ΔTo=0.73（vx/vo）

①流弯曲

判据：阿基米德数：Ar=g do (To-Tn/(vo2 Tn )

a To>Tn，Ar >0，热射流，射流上弯；

b To0.1时，射流扩散受限，当x′=0.2时，射流流量达到最大，射流断面稍后达到最大，为第Ⅱ临界断面。

回流区最大回流平均流速

vhp/vo.Fn0.5/do=0.69

Fn：垂直射流的空间断面面积；

Fn0.5/do：射流自由度。

（4）多股平行射流：

回风口气流运动规律：

（1）点汇

回风口近似点汇，距点汇不同距离的各等速球面上流量相等，随着离开点汇的距离增大，流速呈二次方衰减：v1/v2=(r2/r1)2

（2）实际回风口vx/vo=0.75(10x+F)/F

对室内气流分布的要求与评价

要求：

（1）温度梯度要求

①ISO 7730标准：工作区内，距地面上方1.1m和0.1m之间的温差不应大于3℃。（坐立）

②ASHRAE 55-92标准：工作区内，距地面上方1.8m和0.1m之间的温差不应大于3℃。（站立）

（2）空调区允许风速

①舒适性空调：冬，≯0.2m/s；夏，≯0.3m/s。

②工艺性空调：冬，≯0.3m/s；夏，0.2-0.5m/s。

评价及指标

（1）吹风感和空气分布特性指标

①吹风感（有效吹风温度）

θ=（tx-tr)-7.8(vx-0.15)

tx、tr：室内某地点的温度与室内平均温度℃；

vx：室内某地点的风速,m/s。

θ=-1.7~1.1℃，vx