2.1 暖通空调系统概述
2.1.1 采暖系统概述
采暖(Heating):采暖就是用人工的方法向室内供给热量,使室内保持一定的温度,以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。我国北方冬季气候寒冷,为了保持室内适当的温度,一般设置采暖系统。
采暖系统由热源(热媒制备)、热循环系统(管网或热媒输送)及散热设备(热媒利用)三个主要部分组成。
热源:主要是指生产和制备一定参数(温度、压力)热媒的锅炉房或热电厂。
供热管道:将热媒输送到各个用户或散热设备。
散热设备:将热量散发到室内的设备。
热媒:是可以用来输送热能的媒介物,常用的热媒是热水、蒸汽。
采暖系统的基本工作原理是将低温热媒在热源中加热,低温热媒吸收热量后,变为高温热媒(高温水或蒸汽),经输送管道送往室内,通过散热设备放出热量,使室内温度升高;高温热媒散热后温度降低,变成低温热媒(低温水),再通过回收管道返回热源,进行循环使用。如此不断循环,从而不断地将热量从热源送到室内以补充室内的热量损失,使室内保持一定的温度。
采暖系统的分类和组成:
采暖系统有很多种不同的分类方法,按照热媒的不同可以分为:热水采暖系统、蒸汽采暖系统和热风采暖系统。
热水采暖系统:以热水为热媒,把热量带给散热设备的采暖系统。当热水采暖系统的供水温度为95℃,回水为70℃的时候,称为低温热水采暖系统;供水温度高于100℃的称为高温热水采暖系统。低温热水采暖系统多用于民用建筑的采暖系统,高温热水采暖系统多用于生产厂房。
蒸汽采暖系统:以蒸汽为热媒,把热量给散热设备的采暖系统,称为蒸汽采暖系统。蒸汽相对压力小于70kPa的,称为低压蒸汽采暖系统;蒸汽相对压力为70~300kPa的,称为高压蒸汽采暖系统。
热风采暖系统:用热空气把热量直接传送到房间的采暖系统,称为热风采暖系统。
根据三个主要组成部分的相互位置关系来分,采暖系统又可分为局部采暖系统和集中采暖系统。
局部采暖系统:热媒制备、热媒输送和热媒利用三个主要组成部分在构造上都在一起的采暖系统,称之为局部采暖系统。如火炉采暖、户用燃气采暖、电加热器采暖等。虽然燃气和电能从远处输送到室内来,但热量的转化和利用都是在这间采暖房内实现的。
集中采暖系统:锅炉在单独的锅炉房内,热媒通过管道系统送至一栋或多栋建筑物的采暖系统,称为集中采暖系统。
2.1.2 通风系统概述
通风(ventilation):通风是为了改善生产和生活条件,采用自然或机械的方法,对某一空间进行换气,以形成安全、卫生等适宜空气环境的技术。换句话说,通风是利用室外空气(称新鲜空气或新风)来置换建筑物内的空气(简称室内空气)以改善室内空气品质。通风的主要功能有:①提供人呼吸所需要的氧气;②稀释室内污染物或气味;③排除室内生产过程产生的污染物;④除去室内多余的热量(余热)或湿量(称余湿);⑤提供室内燃烧设备燃烧所需的空气。建筑中的通风统可能只完成其中的一项或几项任务。其中利用通风除去室内余热和余湿的功能是有限的,它受室外空气状态的限制。
根据服务对象的不同通风可分为民用建筑通风和工业建筑通风。民用建筑通风是对民用建筑中人员活动所产生的污染物进行治理而进行的通风。工业建筑通风是对生产过程中的余热、余湿、粉尘和有害气体等进行控制和治理而进行的通风。
根据提供的动力条件不同通风可分为自然通风与机械通风。
自然通风系统利用建筑物内设置的门、窗、无动力通风器进行通风换气,是一种既经济又有效的通风方式。自然通风系统适用于室内空气的温度、湿度、洁净度、气流速度等参数无严格要求的场所。
机械通风是依靠风机产生的风压强制室内外空气流动进行换气的通风方式。按通风系统的作用范围不同,通风系统可分为局部通风和全面通风。局部通风系统又分为局部机械送风(图2.1.1)、局部机械排风(图2.1.2)。全面通风系统也称为稀释通风,它是对整个车间或房间进行通风换气,是将新鲜的空气送入室内以改变室内的温、湿度和稀释有害物的浓度,同时把污浊空气不断排至室外,使工作地带的空气环境符合卫生标准的要求。全面通风按照通风系统形式分为全面机械送风(图2.1.3)、全面机械排风(图2.1.4)、全面机械送排风系统(图2.1.5)。
图2.1.1 局部机械送风
图2.1.2 局部机械排风
图2.1.3 全面机械送风
图2.1.4 全面机械排风
图2.1.5 全面机械送排风
通风系统一般应由进排风装置、风道及空气净化设备几个主要部分组成,见表2.1.1。
表2.1.1 通风系统的组成
2.1.3 空气调节系统概述
空气调节(Air Conditioning):使房间或封闭空间的空气温度、湿度、洁净度和流动速度(俗称“四度”)等参数达到给定要求的技术。空气调节可对某一房间或空间内的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等参数进行调节控制,并提供足够量的新鲜空气。空气调节简称空调。空调可以对建筑热湿环境、空气品质进行全面控制,它包含了通风的部分功能,以保证生产工艺和科学实验过程或人们温度舒适度需要。在某些场合,也需要对空气的压力、气味、噪声等进行控制。
空气调节系统一般均由空气处理设备、冷热介质输配系统(包含风机、水泵、风道、风口与水管等)和空调末端装置组成,完整的空调系统尚应该包括冷热源、自动控制系统以及空调房间,如图2.1.6所示。空调系统的种类很多,在工程上应根据空调对象的性质和用途、热湿负荷特点空内设计参数要求,可能为空调机房及风道提供的建筑面积和空间、初投资和运行费等许多方面的具体情况,经过分析和比较,选择合理的空调系统。下面首先介绍空调系统的分类情况。
2.1.3.1 根据空气处理设备的集中程度分类
集中式空调系统
这种系统的所有空气处理设备(加热器、冷却器、过滤器、加湿器等)以及通风机全都集中在空调机房。通常,把这种由空气处理设备及通风机组成的箱体称为空调箱或空调机,把不包括通风机的箱体称为空气处理箱或空气处理室。集中式空调系统的冷、热源一般也是集中的,集中在冷冻站和锅炉房或热交换站。单风道空调系统、双风道空调系统以及变风量空调系统均属此类。
图2.1.6 空调系统的组成
半集中式空调系统
这种系统除有集中在空调机房的空气处理设备可以处理一部分空气外,还有分散在被调房间内的空气处理设备,它们可以对室内空气进行就地处理或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理。全水系统、空气-水系统、水环热泵系统、变制冷剂流量系统都属这类系统。半集中式系统在建筑中占用的机房少,可以容易满足各个房间各自的温湿度控制要求,但房间内设置空气处理设备后,管理维修不方便,如设备中有风机还会给室内带来噪声。
分散式空调系统
分散式空调系统又称局部空调系统。这是指将空气处理设备全分散在被调房间内的系统。空调房间使用空调机组者属于此类。空调机组把空气处理设备、风机以及冷热源都集中在一个箱体内,形成了一个非常紧凑的空调系统,只要接电源就能对房间进行空调。因此,这种系统不需要空调机房,一般也没有输送空气的风道。如家庭中常用的房间空调器、电取暖器等都属于此类系统。这种系统在建筑内不需要机房,不需要进行空气分配的风道,但维修管理不便,分散的小机组能量效率一般比较低,其中制冷压缩机、风机会给室内带来噪声。
2.1.3.2 根据负担室内热湿负荷所用的介质不同分类
全空气系统
这是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统。上面介绍的集中式空调系统属于此类,如图2.1.7(a)所示。“全空气”诱导器系统也属此类。由于空气的比热容及密度都小,所以这种系统需要的空气量多,风道断面尺寸大。全空气系统又可以分为定风量式系统(单风道式、双风道式)和变风量式系统。
全水系统
如果空调房间的热湿负荷全部由冷水或热水来负担则称为全水系统,如图2.1.7(b)所示。风机盘管及辐射板系统属于此类。由于水的比热容及密度比空气大,所以在室内负荷相同时,需要的水管断面尺寸比风道小,不过靠水只能消除余热和余湿,解决不了空调房间的通风换气问题,空气品质较差,用得较少。
空气-水系统
它是由空气和水共同负担空调房间的热、湿负荷,如图2.1.7(c)所示。根据设在房间的末端设备形式可分为以下三种系统。
1) 空气-水风机盘管系统:指在房间内设置风机盘管的空气-水系统。
2) 空气-水诱导器系统:指在房间内设置诱导器(带有盘管)的空气-水系统。
3) 空气-水辐射板系统:指在房间内设置辐射板(供冷或采暖)的空气-水系统。
空气-水系统的优点是既可以减小全空气系统的风道占用建筑空间较多的矛盾,又可向空调房间提供一定新风换气,改善空调房间的卫生要求。
制冷剂系统
这是指空调房间的负荷由制冷剂直接负担的系统。安装在空调房间或其邻室的空调机组属于这类系统,如图2.1.7(d)所示。空调机组按制冷循环运行可以消除房间余热、余湿;空调机组按热泵循环运行可为房间供暖,因此使用非常灵活、方便。
图2.1.7 空调系统
(a) 全空气系统;(b) 全水系统;(c) 空气-水系统;(d) 制冷剂系统
2.1.3.3 根据所使用空气的来源分类
全回风式系统(又称封闭式系统)
全回风式系统处理的空气全部取自空调房间本身,没有室外新鲜空气补充到系统中来,全部是室内的空气在系统中周而复始地循环。因此,空调房间与空气处理设备由风管连成了一个封闭的循环环路,如图2.1.8(a)所示。
全新风系统(又称直流式系统)
全新风系统处理的空气全部取自室外,即室外的空气经过处理达到送风状态点后送入各空调房间,送入的空气在空调房间内吸热吸湿后全部排出室外,如图2.1.8(b)所示。
新、回风混合式系统(又称混合式系统)
因为全回风式系统没有新风,不能满足空调房间的卫生要求,而全新风式系统消耗的能量又大,不经济,所以全回风式系统和全新风式系统只能在特定的情况下才能使用。对大多数有一定卫生要求的场合,往往采用新、回风混合式系统。新、回风混合式系统综合了封闭式系统和直流式系统的优点,既能满足空调房间的卫生要求,又比较经济合理,故在工程实际中被广泛应用。图2.1.8(c)即为新、回风混合式系统。
图2.1.8 全空气空调系统
(a) 封闭式;(b) 直流式;(c) 混合式
2.1.3.4 按空调系统用途或服务对象不同分类
舒适性空调系统
简称舒适空调,指为室内人员创造舒适健康环境的空调系统。舒适健康的环境令人精神愉快,精力充沛,工作、学习效率提高,有益于身心健康。
工艺性空调系统
又称工业空调,指为生产工艺过程或设备运行创造必要环境条件的空调系统,工作人员的舒适要求有条件时可兼顾。
实际上空调系统还可以根据另外一些原则进行分类。例如根据系统的风量固定与否,可以分为定风量和变风量空调系统;根据系统风道内空气流速高低,可以分为低速(=8~12m/s)和高速(=20~30m/s)空调系统;根据系统的控制精度不同,可以分为一般空调系统和高精度空调系统。根据系统的运行时间不同,可以分为全年性空调系统和季节性空调系统。
上面几种分类原则,可将各种空调系统分类如图2.1.9所示。
图2.1.9 空调系统分类