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潔凈室的設計計算--空調負荷的計算

更新時間:2020-10-15  |  點擊率:3694

1、外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷
外墻、屋頂屬不透明圍護結構,在日射和室外氣溫的共同作用下,由外墻、屋頂瞬變傳熱引起的逐時冷負荷均可按下式計算:

式中,CL為瞬變傳熱引起的逐時冷負荷(W);
    F為外墻、屋面面積(m2);
    tn為室內設計溫度(℃);
    t1n為外墻、屋面的冷負荷計算溫度的逐時值(℃);計算時刻的選取和一般空調相同,通常可在8時至18時中,每隔1h取一個計算時刻;有經驗者可根據具體情況,減少計算的時刻點,如可從12時算至17時;
    K為外墻、屋面的傳熱系數[W/(m2﹒℃)];如果潔凈室在內區,外墻引起的冷負荷為零;如果潔凈室靠近外墻,傳熱系數的計算應考慮內、外圍護結構之間空氣間隙的熱阻。若間隙間的空氣被裝修材料封閉,可按多層復合壁計算K值;當內層結構為彩鋼夾芯板,則計算K值時只考慮由夾芯材料、空氣層、外墻組成的復合壁,可忽略夾芯兩面的彩鋼板的熱阻影響。如果空氣間隙未被裝修材料封閉,把靠外墻的潔凈室按內區處理。這里的空氣間隙就變成非空調空間。這時,只需計算非空調空間對該潔凈室的傳熱負荷。
對于室溫允許波動范圍大于或等于±1℃的工藝性空調房間,其非輕型外墻傳熱形成的冷負荷,可近似按照穩態傳熱計算(參見《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003的規定)。
即:

式中,
CL、K、F、tn同式;
tzp為夏季空氣調節室外計算日平均綜合溫度(℃);
twp為夏季空氣調節室外計算日平均溫度(℃);
ρ為圍護結構外表面對于太陽輻射熱的吸收系數;
Jp為圍護結構所在朝向太陽總輻射照度的日平均值(W/m2);
αw為圍護結構外表面換熱系數[W/(m2﹒℃)]。
由于潔凈室特殊的雙層外圍護結構,外墻傳熱系數K值按多層復合壁計算用式CL=FK(tzp-tn)算出的非輕型外墻傳熱形成的冷負荷與采用冷負荷系數法算出的冷負荷相差不大。這就是前面所提到的當內層材料的保溫性能好時(如彩鋼夾芯板)不透明圍護結構引起的冷負荷可按穩定傳熱計算的依據之一。
潔凈室吊頂以上都留有足夠的夾層空間來安裝管道、設備,即使是位于頂層的潔凈室,由于這個夾層的存在,屋頂的瞬變傳熱引起的冷負荷可不必計算,而只需計算相當于非空調房間的夾層對潔凈室傳熱而產生的冷負荷。潔凈室的裝修,由于需要吸收土建施工的誤差,其墻板緊貼土建外圍護結構的很少,一般都留有較大的間隙。根據前面的分析,當把這個間隙按非空調房間對待時,對于非輕型外墻和屋頂瞬變傳熱形成的冷負荷可以不做計算,把該潔凈室按內區對待(緊貼土建外墻的潔凈室除外)。
2、內墻、樓板傳熱引起的冷負荷
當潔凈室與鄰室的夏季溫差大于3℃時,通過內墻、樓板傳熱引起的冷負荷可按下式計算:

式中,CL為內圍護結構傳熱形式的冷負荷(W);
    K為內圍護結構的傳熱系數[W/(m2﹒℃)];
    F為內圍護結構的傳熱面積(m2);
    tn為室內設計溫度(℃);
    t1s為鄰室計算平均溫度(℃);其值按下式計算:

式中,twp為夏季空調室外計算日平均溫度(℃);
   Δt1s為鄰室計算平均溫度與夏季空調室外計算日平均溫度的差值(℃);宜按下表選用:

3、外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷
許多潔凈室是不允許設計外玻璃窗的,對于潔凈度級別要求低的潔凈室,雖然允許設計外玻璃窗,但必須保證是密封固定窗。根據潔凈室的建筑結構特征,大多采用兩層固定密閉玻璃窗。當潔凈室按內區對待時,其玻璃窗傳熱按內窗考慮;當潔凈室的墻板緊貼土建外墻或土建外墻經表面涂層處理作為潔凈室墻面時,在室內外溫差作用下,通過外玻璃窗的瞬變傳熱引起的冷負荷可按下式計算:

式中,CL為外玻璃窗瞬變傳熱引起的逐時冷負荷(W);
   F為窗口面積(m2);
   K為外玻璃窗的傳熱系數[W/(m2﹒℃)];
   C為玻璃窗傳熱系數修正值;
   t1m為外玻璃窗冷負荷計算溫度的逐時值(℃);
   td為玻璃窗的地點修正值。
4、玻璃窗日射得熱引起的冷負荷
不考慮外遮陽時,透過玻璃窗進入室內的日射得熱形成的逐時冷負荷可按下式計算:

式中,CL為透過玻璃窗進入室內的日射得熱形成的冷負荷(W);
   F為玻璃窗的凈面積(m2);
   Cs為窗玻璃的遮陽系數,其定義為實際玻璃的日射得熱與標準窗玻璃的日射得熱之比;因為潔凈室的玻璃窗不允許設置窗簾之類的內遮陽設施,不考慮窗內遮陽設施的遮陽系數;
   DJ.max為日射得熱因素大值(W/m2
   CCL為無內遮陽的冷負荷系數,以北緯27°30′為界,以北的地區為北區,以南的地區為南區。
5、地面傳熱引起的冷負荷
參照《采暖通風與空氣調節設計規范》(GB 50019-2003)的規定,若潔凈室內的空調屬舒適性的,夏季可不計算通過地面傳熱引起的冷負荷;當潔凈室位于低層,下面無地下室且有外墻時,對工藝性空調,宜計算距外墻2m范圍內的地面傳熱形成的冷負荷。
6、室內熱源散熱形成的冷負荷
潔凈室內的熱源散熱主要是指室內工藝設備散熱、照明散熱、人體散熱等。設備種類較多,有些設備只能滿足生產工藝的功能,對保溫、隔熱等方面存在先天缺陷,在運行過程中散發大量的熱量、濕量及粉塵。在設計時應充分調研、仔細研究,不能單獨按相關計算公式進行冷負荷計算。否則,設備形成的冷負荷太大,即使是潔凈室的大風量也難以消除余熱余濕。因此,要求設計人員仔細了解工藝過程,通過隔熱、排熱等措施,在方案階段就考慮節能措施,不能等大量的熱散發至室內后再進行空調降溫。
在采用冷負荷系數法計算室內電動設備形成的冷負荷時,電動設備的額定功率只反映裝機容量,實際的大運行功率往往小于裝機容量,而實際的運行功率也要比大功率小。所以,在計算冷負荷時一定要考慮這些因素。
室內熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內的瞬時冷負荷,顯熱散熱中只有以對流形式散出的熱量成為室內瞬時冷負荷,而以輻射形式散出的熱量先被周圍壁面及物體的表面吸收,然后逐漸以對流方式散出,形成滯后的冷負荷。所以,應分析各種設備的散熱特點,采用相應的冷負荷系數。
(1)設備顯熱冷負荷
計算公式:CL=CCLQ
式中,CL為設備散熱形成的冷負荷(W);
   CCL為設備散熱冷負荷系數;
   Q為設備散熱量(W)。
當設備和電動機都在室內時:Q=1000n1n2n3N/η
當只有設備在室內時:Q=1000n1n2n3N
當只有電動機在室內時:Q=1000n1n2n3N(1-η)/η
式中,N為設備的安裝功率(kW);
   η為電動機效率;
   n1為同時使用系數,通過了解工藝過程來確定;
   n2為利用系數,反映安裝功率的利用程度,一般取0.7~0.9;
   n3為負荷系數,反映了平均負荷達到大負荷的程度;精密機床取0.15~0.4,一般可取0.4~0.5。
以上各系數對負荷計算影響較大,特別是安裝功率較大時,其影響更為明顯。所以在計算時應仔細分析,必要時現場考察同類設備的實際運行情況,以確定各項系數。
電熱設備散熱量:無保溫密閉罩時,計算公式為:Q=1000n1n2n3n4N(W)
式中,n4為排風帶走的熱量的系數,一般取0.5。
(2)照明散熱形式的冷負荷
計算公式:CL=CCLQ
式中,CL為照明散熱形成的冷負荷(W);
   CCL為照明散熱冷負荷系數;
    Q為照明設備散熱量(W)。
白熾燈:Q=1000N(W)
熒光燈:Q=1000n1n2N(W)
式中,N為照明設備所需功率(kW);
   n1為鎮流器消耗功率系數,當明裝熒光燈的鎮流器在室內時,取1.2;當暗裝熒光燈的鎮流器裝在頂棚內時取0.1;
   n2為燈罩隔熱系數,當罩的上部穿孔時取0.5~0.6,無孔時取0.6~0.8,潔凈室凈化燈無孔,故取0.6~0.8。
(3)人體散熱形成的冷負荷
計算公式:CL=CCLnqs
式中,CL為人體散熱形成的冷負荷(W);
   CCL為人體散熱的冷負荷系數;
   qs為不同室溫和勞動性質成年男子散熱量;
   n為室內人數。
(4)室內濕源散濕引起的潛熱冷負荷
如果潔凈室內有一個熱的濕表面,水分被熱源加熱而蒸發,那么該設施與室內空氣既有顯熱交換又有潛熱交換。顯熱交換取決于其表面與室內空氣的傳熱溫差和傳熱面積,散濕量可由下式計算:

式中,Pb為水表面溫度下的飽和空氣的水蒸氣分壓力(Pa);
   Pa為空氣中水蒸氣分壓力(Pa);
   F為水的蒸發表面積(m2);
   B0為標準大氣壓力,101325Pa;
    B為當地實際大氣壓力(Pa);
   β為蒸發系數[kg/(N.s)];β=(α+0.00363ν)10-5
   α為不同水溫下的擴散系數[kg/(N.s)],見下表:
   ν為水面上周圍空氣的流速(m/s)。

如果潔凈室內的濕表面是通過吸收空氣中的顯熱量蒸發的,而無其它的加熱源,則室內的總得熱量沒有增加,只有部分顯熱負荷轉化為潛熱負荷。
如果潔凈室內有一個蒸汽散發源,則散濕量即為散入室內的蒸汽量。
計算出潔凈室內各項散濕量Di后,總散濕量W=ΣDi,則室內散濕源引起的潛熱冷負荷為:
CL=(2500+1.84tn)W(W)