空调水系统基本知识
HVAC_基本知识
o o o o o o o o o
* 末端空气混合箱方式 与全空气诱导空调方式 近似
冷热源集中，无新风， 属于封闭系统
无新风，属于封闭系统
集中式空调系统分类
封闭式：
全部为循环空气，系统无新风； 它主要是给设备使用的空调，无人居留。
全部用新风，不使用循环空气； 它主要用于：室内有有害气体，不能循环使用的空调系统。 除部分使用新风外，使用相当数量的循环空气 在AHU 前混合 普通应用最多的全空气空调系统 除部分使用新风外，使用相当数量的循环空气 在AHU 前混合，在AHU 后再混合一次 为减小送风温差而又不用再热器时的空调方式
焓湿图
焓湿图的组成
红线：等焓线 水平的绿线：等温线（干球温度） 垂直的深蓝色线：等含湿量线 蓝色的弧线：等相对湿度线 等湿球温度线：在i-d 图上，从等温度线与100%相对湿度线的交点出发， 作ε = 4.19ts 的热湿比线，则可得等湿球温度线。在图上 它近似等于等焓线。 饱和温度线：空气中湿空气的含量达到饱和时的温度曲线 热湿比：ε =∆i / ∆d , 等焓线的ε =0 。单位：kj/kg,热湿比有正有负，它代 表湿空气状态变化的方向。
练习1
What is the RH of the air at all points on the saturation temperature line
ANS: RH = 100%
What is the dew point at 21°C dry bulb and 50% RH
Dew point = 10°C
空调系统分类
按负担室内热湿负荷所用的介质分：
暖通空调系统主机、水系统、风系统设计选型知识
暖通空调系统主机、水系统、风系统设计选型知识一、末端设备冷负荷指标：备注：1、选择末端设备时其参数按照“高档”选取，并适当考虑末端设备的噪音对房间使用功能带来的影响：家装卧室尽量选用FP-102以下的盘管；办公室、酒店类新风机、吊柜均选择3000m3/h风量以下吊柜；商场选择5000m3/h风量以下吊柜。
2、新风机一般选择4排管，回风工况一般选择6排管，2000m3/h以上的空调器均应在出风端设置消声静压箱；6000m3/h以上的空调器出风端宜采用阻抗复合消声器，并在回风端安装消声静压箱。
3、注意当西晒、大玻璃窗、角部房间、顶层房间等的负荷变化。
若四周为玻璃幕墙，则负荷为400w/m2及以上。
二、主机选型（负荷指标）：2.1办公楼：（1）、空面小于5000m2，有新风，主机按照200w/m2来选取。
没有新风，则可选180w/m2 (过道不算空调面积)。
（2）、空面大于5000m2，有新风，主机按照180w/m2来选取。
没有新风，则可选170w/m2 (过道不算空调面积)。
2.2商场、餐饮、茶楼：主机按照220-250w/ m2来选取，根据面积大小来取值，2000m2以上取下限。
2.3宾馆（纯客房）：（1）、空面小于10000 m2，有新风，主机按照180w/m2来选取。
没有新风，则可选170 =w/m2 (过道均不算空调面积，已考虑使用系数)。
（2）、空面大于10000m2，有新风，主机按照160-170w/m2来选取。
没有新风，则可选150-160w/m2 (过道均不算空调面积已考虑使用系数。
)（3）、空面大于20000m2，主机按照150w/m2来选取。
(过道均不算空调面积，已考虑使用系数)。
2.4餐饮+客房：主机负荷分别计算，可根据使用要求考虑或者不考虑同时使用系数，为了保证空调效果，同时使用系数不宜过低（≥70%）。
2.5建面与空面的关系：2.6负荷估算表(以上内容用表格表达)：注：新风负荷一般取值为15-25w/m2。
空调风系统和水系统运行原理
空调风系统和水系统运行原理
空调是一种常见且广泛使用的设备，用于调节室内温度、湿度
和空气质量。
它由空调风系统和水系统两部分组成，二者共同协
作运行，以提供舒适的室内环境。
空调风系统是指空调中与空气循环相关的部分。
它包含一个主
要的风机，该风机能够将室外空气通过空气过滤器进入室内。
过
滤器用于去除空气中的尘埃和污染物，以确保室内空气的质量。
进入室内后，空气通过蒸发器，也就是冷却器，这是一个含有制
冷剂的管道网格。
制冷剂进入蒸发器时处于低压态，通过吸收室
内空气的热量而发生蒸发，从而冷却空气。
与此同时，水系统也起着重要的作用。
它主要包括冷却剂、冷
却水泵和冷凝器。
冷却剂在蒸发后形成气体，并通过压缩机进行
压缩。
这一过程使冷剂的温度和压力都升高。
接下来，冷却剂进
入冷凝器，在这里它被冷却水泵供应的冷却水冷却。
冷凝过程中，冷却剂释放出热量，并变为高压液体。
随后，液体冷却剂通过节
流阀降低压力，形成低压液体，再次进入蒸发器循环。
这种通过空调风系统和水系统的协作运行，实现了室内温度的
调节。
通过循环不断将室内空气转化为冷空气，同时排除室内湿气，并通过冷却剂的循环来实现空调效果。
空调风系统和水系统的运行原理是通过空气和水的循环来调节
室内温度和湿度。
通过空调风系统中的风机和蒸发器，以及水系
统中的冷凝器和冷却泵等组件的协作运行，实现了室内环境的舒
适度和适宜性。
空调系统的主要设备组成基础知识
从本质上讲，均由空⽓处理设备，空⽓输送设备，空⽓分布装置三⼤部分组成。
此外还有制冷系统，供热系统及⾃动调节系统。
1、空⽓热湿处理设备空⽓热湿处理设备主要是对空⽓进⾏加热、加湿、冷却、除湿等处理。
（1）喷⽔室。
在民⽤建筑中不再采⽤，但在以调节湿度为主要⽬的的纺织⼚和卷烟⼚空调中仍⼤量使⽤。
（2）表⾯式换热器。
冷却器、加热器、蒸汽盘管统称为表⾯式换热器。
l）盘管表⾯式换热器有光管式和肋管式两种。
根据加⼯⽅法不同，肋⽚管⼜可分成绕⽚管、串⽚管和轧⽚管。
为了便于使⽤和维修，冷、热煤管路上应设阀门、压⼒表和温度计。
在蒸汽加热器的蒸汽管路上还要设蒸汽调节阀门和疏⽔器。
为了保证表⾯式换热器正常⼯作，在⽔系统的点应设排空⽓装置，⽽在最低点应设泄⽔阀门和排污阀门。
2）电加热器。
它有结构紧凑、加热均匀、热量稳定、控制⽅便的优点。
但是电加热器利⽤的是⾼品位的热能，它只宜在⼀部分空调机组和⼩型空调系统中使⽤。
在恒温精度要求较⾼的⼤型空调系统中，也常⽤电加热器控制局部加热或作末级加热使⽤。
常⽤的电加热器有*线式和管式两种。
为了确保安全，设计安装电加热系统特别是采⽤*线式电加热器时，必须满⾜下列要求： ①电加热器宜设在风管中，尽量不要放在空调器内。
②电加热器应与送风机联锁。
③安装电加热器的⾦属风管应有良好的接地。
④电加热器前后各0．8m范围内的风管，其保温材料均应采⽤绝缘的不燃材料。
⑤安装电加热器的风管与前后风管连接法兰中间须加耐热不燃材料的衬垫。
⑥暗装在吊顶内风管上的电加热器，在相对于电加热器位置处的吊顶上应开设检修孔。
⑦在电加热器后的风管中应安装超温保护装置。
（3）常⽤空⽓湿处理设备。
空⽓的加湿⽅法⼀般有喷⽔加湿、喷蒸汽加湿、电加湿、超声波加湿、远红外线加湿等。
利⽤外热源使⽔变成蒸汽和空⽓的混合过程为等温加湿过程，⽽⽔吸收空⽓本⾝的热量变成蒸汽的空⽓加湿过程为绝热加湿过程或等培加湿过程。
水系统空调的工作原理图
水系统空调的工作原理图
在水系统空调工作原理图中，水系统空调由几个核心组件组成，包括水冷却机组、冷却塔和水泵。
下面将介绍这些组件的工作原理。
首先，水冷却机组是水系统空调的核心部分。
它包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀。
蒸发器是用来吸收室内热量的部分。
当制冷剂经过蒸发器时，它会吸收室内空气的热量，并将制冷剂蒸发成气态。
这样，室内空气就被冷却下来。
冷凝器是用来排放热量的部分。
制冷剂经过压缩机被压缩成高温高压的气体，然后被送往冷凝器。
在冷凝器中，制冷剂会释放出热量，并冷却下来，变成液态。
水泵是用来循环冷却水的部分。
冷却水会从冷却塔中被吸引上来，经过水冷却机组的蒸发器和冷凝器，将热量带走，然后再回到冷却塔。
水泵会提供足够的压力，使冷却水能够顺利地循环。
冷却塔是用来冷却冷却水的部分。
冷却塔使用大量的通风设备和水喷淋系统，将热的冷却水和空气进行接触。
通过与周围空气的接触，冷却水中的热量会散发到空气中，使冷却水温度下降。
通过以上组件的配合工作，水系统空调能够实现将室内热量转移到室外的目的，从而使室内空气得到冷却。
中央空调水循环原理
中央空调水循环原理
中央空调的水循环原理是通过一系列的管道、泵和阀门来实现热量的传递和控制。
具体的水循环过程如下：
1. 冷却水循环：冷却水从中央空调机组中流出，经过冷冻水泵进入冷却塔。
2. 冷却塔：冷却塔是一个用于散热的设备，冷却水在塔内与空气进行热交换，使冷却水的温度降低。
3. 冷却水回流：冷却水从冷却塔排出后，经过冷却水回流泵，再次回到中央空调机组，继续循环使用。
4. 蒸发器：在中央空调机组内，冷却水经过蒸发器与蒸发器内的冷媒进行热交换，将空气中的热量吸收。
5. 冷媒回流：冷媒经过蒸发后变为气态，通过冷凝水泵进入冷凝器。
6. 冷凝器：冷凝器是一个热交换设备，冷媒在冷凝器内与冷却水进行热交换，将热量传递给冷却水。
7. 冷凝水回流：冷凝水从冷凝器排出后，通过冷凝水回流泵回流到中央空调机组，继续循环使用。
通过这样的水循环过程，中央空调系统能够循环利用冷却水，不断地吸收和释放热量，从而实现空调效果。
同时，通过控制冷却水的流量和温度，可以调节室内空气的温度和湿度，以满足不同的舒适需求。
空调水机原理
空调水机原理
空调水机利用制冷原理实现室内温度调节。
它主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成。
首先，室内空气通过蒸发器进入系统。
蒸发器中注入制冷剂，当空气经过蒸发器时，制冷剂吸收空气中的热量，使空气温度下降。
此时，制冷剂处于低压低温状态。
然后，制冷剂被压缩机抽吸并进行压缩。
压缩机将制冷剂压缩成高压高温的气体。
压缩过程使制冷剂的压力和温度增加。
接下来，高压高温的制冷剂进入冷凝器。
冷凝器外部通风循环，通过散热的方式，使高温制冷剂迅速冷却。
当制冷剂冷却至一定温度时，它会从气体状态转变为液体状态。
最后，制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器，降低压力和温度。
此时，制冷剂再次进入蒸发器，循环开始。
整个循环过程中，空调水机通过不断循环制冷剂，将室内热量带走，从而实现冷却空气和调节室内温度的目的。
需要注意的是，空调水机在制冷运行时会产生冷凝水。
冷凝水需要通过排水管道排出，以保持设备正常运行。
制冷系统基础知识
1
1.098
0.9811
3320
13174Biblioteka 3.8610.9108
1
0.9864
3024
12000
3.517
1.016
1.112
1
3373
13384
3.923
•小资料
家用空调“匹”的概念 •电功率：1P=735W
湿度的概念
•湿度又称为含湿量，为单位质量干空气所带的水蒸汽质量。 单位：g/kg
•绝对湿度：以单位体积空气中所含水蒸气的质量来计算，单位：kg/m3
•相对湿度：为湿空气中水气的分压与同温度、同总压下饱和空气中的水气分压之比。（ ％RH）
• 相对湿度是湿空气饱和程度的标志。相对湿度愈低，距饱和就愈远，该湿空气容纳 水气的能力就愈强。当相对湿度为100％时，湿空气中的水气已达饱和，该湿空气不再能 容纳水气，也就不能用途作干燥介质。绝对干空气的相对湿度为零。
1.3制冷量常用单位换算
•1kcal/h=1.163w •1w＝0.86Kcal/h •1USRt=3024kcal/h=3.517kw •1P≈2.5kw（家用空调） ★
•注：1美制冷吨就是使1短吨0℃的水在24h内变为0℃的冰所需要的制冷量。
常用冷负荷单位换算介绍
焦耳（J） 千瓦.小时 (kg.h) 2.778*10-7 2.724*10-6 1 千卡 (kcal) 2.389*10-4 2.341*10-3 859.9 英热单位 (Btu) 9.48*10-4 9.295*10-3 3412
常用制冷剂的性质
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• 扬程——水泵所输送的水单位体积所获得的能量， J/m3，即Pa，用压力P来表示。习惯上水泵扬程 用水柱高度H来表示，单位写成mH20，与SI制单 位换算关系是
1mH20=9.8×103Pa=9.8kPa ≈10kPa • 例1，
20mH20=20×9.8×103=19.6×103Pa=19.6kPa。 • 例2，100kPa=100/9.8=10.2mH20≈10mH20。
占总能耗 百分 比
平均
制冷机 空调机组 风机盘管 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔
热水泵
25%～ 37%
23%～ 39%
5%～10% 8%～12%
5%～9%
1%～3% 5%～10%
32%
32.75%
6.50%
10.75%
7.50%
1.75%
8.75%
冷热水泵占了空调总能耗的19.5%。
冷热水泵、冷却水泵能耗占空调总能耗的28%。
➢ 2.1 两管制和四管制系统
图3 两管制和四管制水系统原理图 （a）两管制水系统；（b）四管制水系统图 LC—冷水机组；HE—热交换器；P—水泵；FC—风机盘管 V—三通电磁阀；ET—膨胀水箱；AC—空调机组（或新风机组）
➢ 2.2 定流量与变流量系统
• 空调处理机组需要调节冷量或热量以适应房间负 荷的变化。
• 闭式水系统中水泵所提供的压力应等于水在环路 中循环一周的总压力损失。
图7 有几个支路的水系统 图上符号同图3
• 水泵的压力=通过支路①的环路总阻力
• 管路的摩擦阻力（单位Pa）
ΔPm
λ d
l
ρυ 2 2
• 局部阻力（单位Pa）
Pi
2
2
式中，λ—摩擦阻力系数； ζ—局部阻力系数；
l、d—分别为管长和管径，m； ρ—流体密度，kg/m3； υ—流速，m/s。
✓ 3.4.1 管路阀门调节
图12 水泵运行的工作点 1—管路特性曲线；2—调节阀门后的管路特性曲线；
空调水系统基本知识
1.概述
• 冷源或热源生产的冷量和热量通过能量传递介质 输送到室内的供冷或采暖设备，承担室内的冷负 荷或热负荷。
• 空调中常用的能量传递介质有： （1）制冷剂（如R22、R134a等） （2）水——传递冷量的称为冷冻水，也称冷 水；传递热量的称为热水。 （3）蒸汽——只用于传递热量。
• 图中A1→A2，B1 →B2，C1 →C2按3.2.4中关系式变 换。例如：原转速n1=1450rpm，变频转速 n2=1305rpm，固有
n 2 1305 0.9 n1 1450
则
•
•
V2 0.9V1
H 2 (0.9)2 H1
•
•
WS 2 (0.9)3 WS1
相应点的效率相等。
➢3.4 水系统工况调节
• 调节方法：质调—改变水的温度 量调—改变通过空气/水换热器（称盘 管）的水流量
• 水流量调节方法—两通阀调节和三通阀调节（旁 通调节）
图4 盘管变水量调节 1—盘管；2—两通电动阀；3—三通电动阀
• 定流量与变流量水系统的原理图
图5 定流量与变流量水系统原理图 1—旁通管；2—电动调节阀；其他符号同图3
• 工作压力——水泵可能承受的最大压力。两种标 识： （1）规定吸入压力≤某值。 （2）工作压力≤某值。例如工作压力 ≤1.6MPa，即要求吸入压力+扬程≤1.6MPa
➢ 3.3 水泵的性能曲线
✓ 3.3.1 单台性能曲线
• 有三种性能曲线
（1）H
•
f（V ）
常用的性能曲线
（2）W•S
•
f（V ）
（3）
•
f（V ）
• 水泵在设计工作点的效率最高，偏离它愈大，效 率愈低
✓ 3.3.2 两台相同性能水泵并联工作性能
图9 两台性能相同的泵并联工作性能曲线
✓ 3.3.3 两台不同性能水泵并联工作性能
图10 两台性能不同的泵并联工作性能曲线
✓ 3.3.4 转速改变时性能曲线的变化
图11 水泵转速改变时性能曲线的变化
• GB50189-2005公共建筑节能设计标准规定：
ER 0.002342H /(t )
式中 ER—输送能效比，泵的轴功率与输送冷量（或 热量）之比；
H—水泵设计扬程，mH20； △t—供回水温差，℃； η—设计工况下水泵效率。 • 标准规定了ER的限值，如冷冻水管段ER≤0.0241。
2.空调水系统种类
• 冷源向建筑供冷
图1 冷源向建筑供冷原理图 1—末端装置；2—冷冻水管路系统；3—冷却塔
4—冷却水管路系统
• 热源向建筑供冷
图2 热源向建筑供热原理图 1—末端装置；2—冷却水管路系统
• 冷冻水、热水循环流动的动力来自水泵。水泵将 原动机的机械能转换成水流动的机械能。
• 用电动机拖动的水泵消耗电能。在空调系统中水 泵的能耗（称输送能耗）占了不可不可忽视的份 额。
• 设管内流量为 V（• m3/s），则对同一管路系统有
•
P S V
式中，△P—管路总阻力，Pa；
S—管路特性系数。
• 空调水系统常用的水泵是离心式水泵
离心式水泵
单级泵
单吸离心泵和双吸离心 卧式和立式（又称管道
泵 泵）
多级泵
➢ 3.2 水泵主要性能参数
✓ 3.2.1 流量 单位m3/s，l/s；习惯上用m3/h。
➢ 2.3 单级泵和双级泵系统
图6 双级泵水系统原理图 P1—一次泵；P2—二次泵；其他符号同前
3.空调水系统中的水泵
➢ 3.1 概述
• 水在管内流动有摩擦阻力（又称沿程阻力或长度 阻力）和通过各个部件（如弯头、阀门、三通、 设备等）的阻力（称局部阻力），水泵提供的压 力（扬程）要克服这些阻力。
式中，η称为水泵效率，一般在0.5～0.8之间。 水泵配用电机的功率需考虑安全裕量。 水泵实际消耗的功率还应考虑电机效率。
✓ 3.2.4 转速
• 转速由n1→n2时，流量、扬程、功率的变化如下：
•
V2 n1
•
V1
n2
H2 (n2 )2 H1 n1
•
W2 （ n 2 ）3
•
W1
n1
✓ 3.2.5 工作压力
✓ 3.2.3 功率和效率
• 有效功率 W•（e 单位W）—水在水泵中获得的能量
•
•
•
We PV gH V
水泵功率单位常用kW，因此
•
• gH V
We 1000
注意：流量
•
V
的单位是m3/s。
• 轴功率 W•（s 单位为kW）——输入水泵的功率
•
•
•
•
WS
We
gH V 1000
H V 102