空调房间送风状态的确定与送风量的计算

3.7空调房间送风状态的确定及送风量的计算

在已知空调区冷(热)、湿负荷的基础上，确定消除室内余热、余湿，维持室内所要求的空气参数所需的送风状态及送风量，是选择空气处理设备的重要依据。

3.7.1空调房间送风状态的变化过程

在空调设计中，经常采用空气质量平衡和能量守恒定律来进行空调系统的一些能量问题分析 图3-10表示一个空调房间的热湿平衡示意图，房间余热量(即房间冷负荷)为Q (kW)，房间余湿量(即房间湿负荷)为W (kg ／s)，送入m q (kg/s)的空气，吸收室内余热余湿后，其状态由O(h O ，d O )变为室内空气状态N(h N ，d N )，然后排出室外。

图3-10 空调房间的热湿平衡 当系统达到平衡后，总热量、湿量均达到了平衡，即

总热量平衡 ??

???-==+O N m N m O m h h Q q h q Q h q (3-43) 湿量平衡 ??

???-==+O N m N m O m d d W q d q W d q (3-44)

式中 m q ——送入房间的风量（kg/s ）； Q ——余热量（kW ）；

W ——余湿量（kg/s ）；

O O d h ,——送风状态空气的比焓值（kJ/ kg ）和含湿量（kg/kg ）；

N N d h ,——室内空气比焓值（kJ/ kg ）和含湿量（kg/kg ）。

同理，可利用空调区的显热冷负荷和送风温差来确定送风量。

)(O N p m t t C Q

q -= (3-45)

式中 Q ——显热冷负荷（kW ）；

C p ——空气的定压比热容[ 1.01 kJ/ (kg ?K)]。

上述公式均可用于确定消除室内负荷应送入室内的风量，即送风量的计算公式。图3-11 为送入室内的空气(送风)吸收热、湿负荷的状态变化过程在h-d 图上的表示。图中N 为室内状态点，O 为送风状态点。热湿比或变化过程的角系数为

s

R O N d d h h W Q --==)(ε (3-46) 由上可得，送风状态O 在余热Q ，余湿W 作用下，在h-d 图上沿着过室内状态点N 点且/Q W ε=的过程线变化到N 点。

图3-11 送风状态的变化过程 3.7.2夏季送风状态的确定及送风量的计算

在系统设计时，室内状态点是已知的，冷负荷与湿负荷及室内过程的角系数ε也是已知的，待确定量是m q 和O x 的状态参数。从图3-10上可以看到，送风状态点在通过室内点N x 、角系数为εx 的线段上。如果预先选定送风温度，则送风状态点的其他参数就可以确定，继而可根据公式（3-43）或公式（3-44）确定送风量。

工程上常根据送风温差Ox x N O t t t -=?来确定O x 点。送风温差对室内温、湿度效果有一定影响，是决定空调系统经济性的主要因素之一。在保证既定的技术要求的前提下，加大送风温差有突出的经济意义。送风温差加大一倍，系统送风量可减少一半，系统的材料消耗和投资（不包括制冷系统）约减少40％，而动力消耗则可减少50％；送风温差在4℃～8℃之间，每增加1℃，风量可减少10％～15％。所以在空调设计中，正确的决定送风温差是一个相当重要的问题。但送风温度过低，送风量过小则会使室内空气温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响。因此，对于室内温、湿度控制严格的场合，送风温差应小些。对于舒适性空调和室内温、湿度控制要求不严格工艺性空调，可以选用较大的送风温差。根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）和《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中的规定，当送风口高度≤5m 时，5℃≤O t ?≤10℃；当送风口高度＞5m 时，10℃≤O t ?≤15℃。送风温差的大小与送风方式关系很大，对于不同送风方式的送风温差不能规定一个数字。所以确定空调系统的送风温差时，必须和送风方式联系起来考虑。对混合式通风可加大送风温差，但对置换通风方式，送风温差不受限制。目前，对于舒适性空调或夏季以降温为主的工艺性空调，工程设计中经常采用“露点”送风，即取空气冷却设备可能把空气冷却到的状态点，一般为相对湿度90％~95％的“机器露点”Lx(见图3-10)。工艺性空调的送风温差宜按表3-30确定。

量（m3/h ）与空气调节区体积（m3）的比值。用符号n （次/h ）表示。换气次数和送风温差之间有一定的关系。对于空调区来说，送风温差加大，换气次数即随之减小。采用推荐的送风温差所算得的送风量折合成换气次数应大于表3-30推荐的n 值。表中所规定的换气次数是和所规定的送风温差相适应的。

另外《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）上还规定，对于舒适性空调系统每小时的换气次数不应小于5次；但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定。实践证明，在一般舒适性空调和室温允许波动范围>±1.0℃工艺性空调区中，换气次数的多少，不是一个需要严格控制的指标，只要按照所取的送风温差计算风量，一般都能满足室内要求，当室温允许波动范围≤±1.0℃时，换气次数的多少对室温的均匀程度和自控系统的调节品质的影响就需考虑了。对于通常所遇到的室内散热量较小的空调区来说，换气次数采用规范中规定的数值就已经够了，不必把换气次数再增多，不过对于室内散热量较大的空调区来说，换气次数的多少应根据室内负荷和送风温差大小通过计算确定，其数值一般都大于规范中规定的数值。

选定送风温差之后，即可按以下步骤确定送风状态和送风量（见图3-12）：

1） 在h-d 图上找出室内空气状态点N x 。

2） 根据算出的余热Q 和余湿W 求出热湿比

Q W

，并过N x 点画出过程线ε。 3） 根据所选定的送风温差O t ?，求出送风温度O t x ，过O t x 的等温线和过程线εx 的交点O x 即为送风状态点。

4） 按式(3-43)或(3-44)计算送风量。

图3-12确定夏季送风状态的h-d 图 【例3-3】 某空调区夏季总余热量Q ＝3906W ，总余湿量W ＝0.310?10-3 kg/s ，要求室内全年保

持空气状态为：t Nx ＝（22±1） ℃，?Nx ＝（55±5）％，当地大气压力为101325Pa ，求送风状态和送风量。

【解】

(1) 求热湿比 12600310

.03906===W Q x ε (2) 在h-d 图上(图3-13)确定室内状态点N ，通过该点画出εx ＝12600的过程线。取送风温差 O t ?＝8℃，则送风温度Ox t ＝22℃-8℃=14℃，得送风状态点O x 。

在h-d 图上查得：

h Ox = 35.6 kJ/ kg ；d Ox = 8.5 g/kg ；h Nx = 45.7 kJ/ kg ；d Nx = 9.3 g/kg

(3) 计算送风量

按消除余热即式（3-43）计算：

kg/s 387.0kg/s 6.357.45906.3=-=-=x O Nx m h h Q q

按消除余湿即式（3-44）计算：

图3-13 例3-3d h - 图 kg/s 387.0kg/s 5

.83.9310.0=-=-=Ox Nx m d d W q 按消除余热和余湿所求送风量相同，说明计算无误。

送风温度确定后，不用查h-d 图的办法，通过联解以下三个方程式也可以求出m q 、h Ox 、d Ox 三个未知数，而且用计算法确定送风状态的参数和送风量更准确。联立方程式如下：

()????

?????++=-=-=100084.1250001.11000x O Ox Ox Ox Ox Nx m Ox Nx m d t t h d d W q h h Q q （3-47） 上式的已知参数为：Q 、W 、h Ox 、d Ox 、t Ox ，未知参数为m q 、h Ox 、d Ox 。读者可利用该方程式重新计算例题3-3。

3.7.3冬季送风状态的确定及送风量的计算

在冬季，通过围护结构的温差传热往往是由室内向室外传递，只有室内热源向室内散热。因此冬季室内余热量往往比夏季少得多，常常为负值，而余湿量则冬夏一般相同。这样冬季房间的热湿比值一般小于夏季，甚至出现负值，所以冬季空调送风温度t Od 大都高于室温t Nd 。

由于送热风时送风温差值可比送冷风时的送风温差值大，所以冬季送风量可以比夏季小，故空调送风量一般是先确定夏季送风量，冬季既可采取与夏季相同风量，也可少于夏季风量。这时只需要确定冬季的送风状态点。全年采取固定送风量的空调系统称为定风量系统。定风量系统调节比较方便，但不够节能。若冬季采用提高送风温度、加大送风温差的方法，可以减少送风量，节约电能，尤其对较大的空调系统减少风量的经济意义更突出。但送风温度不宜过高，一般以不超过45℃为宜，送风量也不宜过小，必须满足最少换气次数的要求。

【例3-4】 仍按上题基本条件，如冬季余热量Q = -1298.9 W ，余湿量W = 0.310 kg/s ，试确定冬季送风状态及送风量。

【解】

(1) 求冬季热湿比εd

kJ/kg 4190310

.09.1298-=-==W Q d ε (2) 全年送风量不变，计算送风参数

由于冬夏室内散湿量基本上相同，所以冬季送风含湿量取与夏季相同。即d Od = 8.5 g/kg 。

在h-d 图上过N 点作εd = -4190kJ/kg 的过程线(图3-14)，该线与d Od = 8.5 g/kg 的等含湿量线的交点O d 即为冬季送风状态点。由h-d 图查得：h Od = 49 kJ/kg ；t Od =27.1℃。

图3-14 例3-4 d h -图 另一种解法是，全年送风量不变，则送风量为已知，送风状态参数可由计算求得，即：

kJ/kg 49kJ/kg 387.02989.17.45=??

????+=+=W Q h h Nd Od

此时，在h-d 图上作kJ/kg 49 =Od h 的等焓线与d Od = 8.5 g/kg 的等含湿量线，两线的交点即为冬季送风状态点O d 。或者将kJ/kg 49 =Od h 和d Od = 8.5g/kg 代入比焓的定义式()Od Od Od Od d t t h 84.125001.01 ++=，即可求出t Od =27.1℃。

3.8新风量的确定和风量平衡

新风量的多少，是影响空调负荷的重要因素之一。新风量少了，会使室内卫生条件恶化，甚至成为“病态建筑”；新风量多了，会使空调负荷加大，造成能量浪费。

长期以来，普遍认为“人”是室内仅有的污染源。因此，新风量的确定一直沿用每人每小时所需最小新风量这个概念。

近年来人们发现建筑内还有其他污染源。因为，随着化学工业的飞速发展，越来越多的新型化学建材、装璜材料、家具……进入了建筑物内，并在室内散发大量的污染物。因此，确定新风量的观念应该有所改变，即再也不能单一地只考虑人造成的污染，而必须同时考虑室内其他污染源带来的污染。也就是说，室内所需新风量，应该是稀释人员污染和建筑物污染的两部分之和。

美国采暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE 在1996年8月提出了将人员污染和稀释建筑物污染

两个因素同时考虑的新的新风量计算公式，也就是说，最小新风量m in ,W L （m 3/h ）可由下式计算确

定

A L P L L b p W +=min , （3-48）

式中 p L — 每人每小时所需最小新风量，[m 3

/（人·h ）]； P — 室内人员数；

b L — 单位建筑面积每小时所需的最小新风量，见表3－31[m 3/(㎡·h)]；

A －通风房间建筑面积，㎡。

用途：一是稀释室内有害物质的浓度，满足人员的卫生要求；二是补充室内排风和保持室内正压。前者的指示物质是CO 2，使其日平均值保持在0.1％以内；后者通常根据风平衡计算确定。

参考美国采暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE 62-2001《Ventilation for acceptable indoor air quality 》第6.1.3.4条：对于出现最多人数的持续时间少于3h 的房间，所需新风量可按室内的平均人数确定，该平均人数不应少于最多人数的1/2。例如，一个设计最多容纳人数为100人的

会议室，开会时间不超过3h ，假设平均人数为60人，则该会议室的新风量可取：30m 3/(h ·p)

×60p

＝1800m 3/h ，而不是按30m 3/(h ·p)×100p ＝3000m 3/h 计算。另外假设平均人数为40人，则该会议

室的新风量可取：30m 3/(h ·p)×50p ＝1500m 3/h 。

《公共建筑节能设计标准》（50189-2005）给出的公共建筑主要空间的设计新风量，如表3-32所示。汇总了国内现行有关规范和标准的数据，并综合考虑了众多因素，一般不应随意增加或减少。

3.8.1 单个房间空调系统最小新风量的确定

一个完善的空调系统，除了满足对室内温、湿度控制以外，还必须给房间提供足够的室外新鲜空气(简称新风)，因此一般情况下，送风空气由新风和回风组成。从改善室内空气品质角度，新风量越多越好；由于空调系统中新风的热、湿处理消耗的能量很多，所以，使用的新风量越小，就越经济。但是不能无限制地减少新风量，因而在系统设计时，必须确定最小新风量，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人员长期停留的空调房间，由于人们呼出CO2气体量的增加，会逐渐破坏室内空气的正常成分，给人体健康带来不良影响。因此在空调系统的送风量中，必须掺入含CO2量少的室外新风来稀释室内空气中CO2的含量，使之合乎卫生标准的要求。《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）中规定，民用建筑人员所需最小新风量按国家现行有关卫生标准确定；工业建筑应保证每人不小于30m3/h的新风量；对于公共建筑，根据《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中的规定，其主要空间的设计新风量应符合表3-31的规定。

（2）按照补充室内燃烧所耗的空气或补偿排风(包括局部排风和全面排风)量要求如果建筑物内有燃烧设备时，系统必须给空调区补充新风，以弥补燃烧所耗的空气。燃烧所需的空气量可从燃烧设备的产品样本中获得，也可根据相关公式计算而得，本书不再详述。

如果空调房间有排风设备，为了不使房间产生负压，至少应补充与局部排风量相等的室外新风。

（3）按照保证房间的正压要求为了防止外界未经处理的空气渗入空调房间，有利于保证房间清洁度和室内参数少受外界干扰，需要使空调区保持一定正压值，即用增加一部分新风量的办法，使室内空气压力高于外界压力，然后再让这部分多余的空气从房间门窗缝隙等不严密处渗透出去。舒适性空调室内正压值不宜过小，也不宜过大，一般采用5Pa的正压值就可满足要求。当室内正压值为10Pa时，保持室内正压所需的风量，每小时约为1.0～1.5次换气，舒适性空调的新风量一般都能满足此要求。室内正压值超过50Pa时会使人感到不舒适，而且需加大新风量，增加能耗，同时开门也较困难。因此规定不应大于50Pa。对于工艺性空调，因与其相通房间的压力差有特殊要求，其压差值应按工艺要求确定。

在全空气系统中，通常按照上述三条要求确定出新风量中的最大值作为系统的最小新风量。若以上三项中的最大值仍不足系统送风量的10％，则新风量应按总送风量的10％计算，以确保卫生和安全。但净化程度要求高，房间换气次数特别大的系统不在此列，这是因为通常温、湿度波动范围要求很小或洁净度要求很高的空调区送风量一般都很大，如果要求最小新风量达到送风量的10％，新风量也很大，不仅不节能，大量室外空气还影响了室内温、湿度的稳定，增加了过滤器的负担；一般舒适性空调系统，按人员和正压要求确定的新风量达不到10％时，由于人员较少，室内CO2浓度也较低（O2含量相对较高），也每必要加大新风量。

值得指出的是，对舒适性空气调节和条件允许的工艺性空气调节，当可用室外新风作冷源时，应最大限度地使用新风，以提高空调区的空气品质。另外，有下列情况存在时，应采用全新风空调系统：

1）夏季空调系统的回风比焓值高于室外空气比焓值。

2）系统各空调区排风量大于按负荷计算出的送风量。

3） 室内散发有害物质，以及防火防爆等要求不允许空气循环使用。

4） 采用风机盘管或循环风空气处理机组的空调区，应含有集中处理新风的系统。

3.8.2 多房间空调系统最小新风量的确定

以上讨论的空调房间最小新风量的确定原则都是按照空调系统是单个房间的情况考虑的。当一个集中式空调系统包括多个房间时，由于同一个集中空气处理系统中所有空调房间的新风比都相同，因此，各个空调房间按比例实际分配得到的新风量就不一定符合以上讨论的最小新风量的确定原则。因此，对于一个空调系统为多个房间服务的场合，为了较合理地确定空调系统的最小新风量，做到保证人体健康的卫生要求，又尽可能的减少空调系统的能耗，需根据空调房间和系统的风平衡来确定空调系统的最小新风量。

多房间集中使空调系统最小新风量的确定可按步骤进行。

1）确定各空调房间的送风量。根据各房间的空调精度要求和热湿比确定出系统的送风温差O t ?，和送风状态点O 。采用定露点控制时，由于各空调房间送风状态点都在系统送风状态点O 的等含湿量线O d 上，当系统的送风温差确定之后，各房间的送风状态点i O 即被确定，位于该房间热湿比线与送风含湿量线的交点。这时，由各房间的余热i Q ，和送风焓差，即可求出各房间的送风量

Oi

N i mi h h Q q -= （3-50） 式中 mi q ——第i 个空调房间的送风量（kg/s ）；

N h ——空调房间设计状态的比焓（kJ/kg ）；

Oi h ——第i 个空调房间送风状态的比焓（kJ/kg ）。

2）根据前述的卫生要求和满足局部排风及正压排风要求，定出各空调房间所需的最小新风量。

3）算出各空调房间的最小新风百分比i m 。用i m 中的最大值作为系统的新风百分比。

在实际工程中，如果按以上方法所确定的空调系统的新风量不到总风量的10％时，新风量则应按总风量的10％计算（洁净室除外），同时排出一部分空调系统的回风量。

按以上方法确定出的新风量是最小新风量。对于全年允许变新风量的系统，在过渡季节，可增大新风量，利用新风冷量节约运行费用，同时也可得到较好的卫生条件。

在全年变风量的空调系统，为了在过渡季节多用新风量，应当设置可调风量的排风系统，以保证室内的正压恒定。如果不设置排风系统，室内正压将随新风量的变化波动，甚至会造成回风排不掉，新风抽不进的情况。系统排风量的大小等于各空调房间的回风量与空气处理室的回风量的差值。