建筑电气控制技术－窦晓霞.文字版.pdf

银领工程系列 建筑电气控制技术 窦晓霞 主 编 孙炳海 副主编 高等教育出版社 内容提要 本书是楼宇智能化专业主干课程系列教材之一。为 适应技 术应用型人才培养的特点和需要，理论 知识以 必需、够用为度，在内容组织与结构设计上注意突出工程系统的技术应用特征。 全书分为空气调节控制系统、电梯控制系统、给水 排水控 制系统三篇，在阐明各系 统基本 工作原 理基础 上，介绍了主要元件及设备的选型、调试及故障 排除方 法，并配有相应 的控制 系统实 例，内容丰富，涉及面 广。同时，为便于教师施教与读者自学，针对各章节的重点、难点与特点进行了小结，编写了思考与练习题。 本书可作为楼宇智能化及相关专业的教材，亦可供其他相关专业师生和建筑电气工程技术人员参考。 图书在版编目 建筑电气控制技术 ／ 窦晓霞主编．北京高等教育 出版社， ２ ０ ０ ４ ． １ １ Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ７ － ０ ４ － ０ １ ５ ７ ６ ２ － ４ Ⅰ ．建． ． ． Ⅱ ．窦． ． ． Ⅲ ．房屋建筑设备－电气控制 －高等学校－教材 Ⅳ ． Ｔ Ｕ ８ ５ 中国版本图书馆Ｃ Ｉ Ｐ数据核字 策划编辑 孙 杰 责任编辑 曲文利 封面设计 王凌波 责任绘图 朱 静 版式设计 王艳红 责任校对 俞声佳 责任印制 出版发行 高等教育出版社 购书热线 ０ １ ０ － ６ ４ ０ ５ ４ ５ ８ ８ 社 址 北京市西城区德外大街４号免费咨询 ８ ０ ０ － ８ １ ０ － ０ ５ ９ ８ 邮政编码 １ ０ ０ ０ １ １网 址 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｈ ｅ ｐ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 总 机 ０ １ ０ － ５ ８ ５ ８ １ ０ ０ ０ ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｈ ｅ ｐ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ 经 销 新华书店北京发行所 印 刷 开 本 ７ ８ ７ １ ０ ９ ２ １ ／ １ ６版 次 年 月第１版 印 张 ２ ７印 次 年 月第 次印刷 字 数 ６ ６ ００ ０ ０定 价 ３ ３ ． ５ ０元 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。 版权所有 侵权必究 物料号 １ ５ ７ ６ ２ － ０ ０ 出 版 说 明 为了认真贯彻 育振兴行动计划 自２ ０ ０ １年１ ０月以来，教育部在永州、武汉和无锡连续三次召开全国高等职业教育产学研经验 交流会，明确了高等职业教育要 “ 以服务为宗旨，以就业为导向，走产学研结合的发展道路” ， 同时明确了高等职业教育的主要任务是培养高技能人才，这类人才，既要能动脑，更要能动 手，他们既不是白领，也不是蓝领，而是应用型白领，是 “银领” ，为我国高等职业教育的进 一步发展指明了方向。 培养目标的变化直接带来了高等职业教育办学宗旨、教学内容与课程体系、教学方法与手 段、教学管理等诸多方面的改变，与之相应，也产生了若干值得关注与研究的新课题。对此， 我们组织有关高等职业院校进行了多次探讨，并从中遴选出一些较为成熟的成果，组织编写了 “ 银领工程” 丛书。本丛书围绕培养符合社会主义市场经济和全面建设小康社会发展要求的 “ 银领” 人才的这一宗旨，结合最新的教改成果，反映了最新的职业教育工作思路和发展方向， 有益于固化并更好地推广这些经验和成果，很值得广大高等职业院校借鉴。同时，我们的想法 和做法还得到了教育部领导的肯定，教育部副部长吴启迪也专门为首批 “ 银领工程 ” 丛书提笔 作序。 “ 银领工程 ” 丛书适用于高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院校举办的二级 职业技术学院、继续教育学院和民办高校使用。 高等教育出版社 ２ ０ ０ ４年９月 前 言 楼宇智能化为建筑电气工程技术的应用开辟了新的发展空间，也为设备生产制造、工程设 计施工、物业经营管理等行业开拓了巨大的市场，已经逐渐成为一种工程特点鲜明、技术内涵 丰富的新行业，极大地促进了社会对智能建筑控制技术专业人才的需求。为适应经济增长与社 会发展的新形势，很多院校创办、设置了智能建筑控制工程或相关的专业，致力于培养建筑电 气技术及其应用方面的专门人才。本书作为楼宇智能化专业主干课程系列规划教材之一，本着 理论知识必需、够用的原则，在内容组织与结构设计上力求突出技术应用特征、反映建筑电气 工程实践方面的最新成果。 本书分为 “ 空气调节控制系统 ” 、“ 电梯控制系统 ” 、“ 给水排水控制系统 ” 三篇，在介绍各 类系统构成、主要设备特性、工作过程原理和典型控制方法的基础上，对重要技术环节、关键 技术方法、核心技术问题进行了比较充分的讨论，既以自动化专业相关基础知识为前导，又涉 及许多新技术、新设备、新概念，内容丰富，涉及面广，兼有 “ 实体控制 ” 类型课程体系工程 特点及专门自动化特征。为便于教师施教和读者学习，各篇均配有相应的控制系统实例，同时 针对各章节的重点、难点、特点进行了小结，设计编写了思考与练习题。在条件允许的情况 下，还可以根据需要增加相应的实验、实训或课程设计等教学环节，以使学生获得更充分的专 业综合能力训练，提高分析解决工程实际问题的能力。 本书既可作为楼宇智能化及相关专业的教材，亦可供其他相关专业师生和建筑电气工程技 术人员参考。 承担编写任务的编者来自几个不同院校，具有丰富的一线教学与工程实践经验。北京联合 大学窦晓霞老师担任主编并编写前言及第二篇的第６ 、 ７ 、１ ０章；河南平顶山工学院孙炳海老 师担任副主编并编写第三篇；第一篇由北京联合大学曹丽婷老师编写；第二篇的第８ 、９章由 昆明冶金高等专科学校金瑞老师编写，第１ １章由金瑞、窦晓霞老师共同编写。 北京联合大学具有多年智能建筑控制工程专业建设与教学实践经验的童启明副教授对全书 进行了仔细审阅，并提出了有价值的修改建议和意见，在此谨致诚挚的谢意。本书编写得到了 业内人士的鼎力相助，李春明高级工程师对编写大纲等提出了宝贵意见并提供了资料，给予了 热情支持。另外，本书编写期间参考了有关的专业技术文献资料，在此向这些编者和所有给予 热情帮助的同志一并表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，加之时间比较仓促，书中难免有不 妥和疏漏之处，恳请读者批评 指正。 编 者 ２ ０ ０ ４年７月 目 录 第一篇 空气调节控制系统 第１章 空气调节工程基础３⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ． １ 空气调节的基本知识３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ． ２ 空气处理方法和空气处理设备７⋯⋯⋯⋯ １ ． ３ 空气调节系统１ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ． ４ 空气调节的负荷估算３ ２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结３ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习３ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第２章 空气调节系统常用控制装置３ ６⋯⋯ ２ ． １ 传感器与变送器３ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ２ ． ２ 控制器４ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ２ ． ３ 执行器５ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结６ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习６ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第３章 空气调节自动控制６ ５⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ３ ． １ 空气调节自动控制系统概述６ ５⋯⋯⋯⋯ ３ ． ２ 空气调节与空气处理过程自动 控制 ７ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ３ ． ３ 常用空气调节控制系统７ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结９ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习９ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第４章 空气调节系统设备选择与 测定调整１ ０ ０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ４ ． １ 空气调节系统设备选择原则１ ０ ０⋯⋯⋯⋯ ４ ． ２ 空气调节系统测定调整的主要内容、 原理和方法１ ０ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ４ ． ３ 测试调整中问题的分析及改进 办法１ １ ３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结１ １ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习１ １ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第５章 空气调节系统控制实例１ １ ９⋯⋯⋯ ５ ． １ 空气调节控制系统设计简述１ １ ９⋯⋯⋯⋯ ５ ． ２ 空气调节控制系统工程实例分析１ ２ ２⋯⋯ 本章小结１ ３ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习１ ３ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二篇 电梯控制系统 第６章 电梯概述１ ３ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ６ ． １ 电梯的定义与发展概况１ ３ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ６ ． ２ 电梯的分类、型号及主要性能 指标１ ３ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ６ ． ３ 电梯的基本结构１ ４ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ６ ． ４ 电梯的运行过程１ ５ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结１ ５ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习１ ５ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第７章 电梯的电力拖动系统１ ５ ８⋯⋯⋯⋯ ７ ． １ 电梯拖动系统的要求和功能１ ５ ８⋯⋯⋯⋯ ７ ． ２ 电梯拖动系统的动力学基础１ ５ ９⋯⋯⋯⋯ ７ ． ３ 电梯的运行速度给定曲线１ ６ ２⋯⋯⋯⋯⋯ ７ ． ４ 电梯拖动系统常用电动机１ ６ ４⋯⋯⋯⋯⋯ ７ ． ５ 直流调速电梯电力拖动系统１ ７ ０⋯⋯⋯⋯ ７ ． ６ 交流调速电梯电力拖动系统１ ７ ４⋯⋯⋯⋯ 本章小结１ ８ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习１ ９ ０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第８章 电梯的电气控制系统１ ９ １⋯⋯⋯⋯ ８ ． １ 概述１ ９ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ２ 电梯门的控制系统１ ９ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ３ 电梯的继电－接触器控制系统１ ９ ５⋯⋯⋯ ８ ． ４ 电梯的可编程控制器 控制系统２ ０ ２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ５ 电洼的微机控制系统２ ０ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ６ 电梯的群控系统２ ０ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ７ 电梯的电气安全保护系统２ ０ ７⋯⋯⋯⋯⋯ ８ ． ８ 电梯的监控系统２ １ ３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结２ １ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习２ １ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第９章 自动扶梯及自动人行道２ ２ １⋯⋯⋯ ９ ． １ 概述２ ２ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ９ ． ２ 自动扶梯的组成和工作原理２ ２ ２⋯⋯⋯⋯ ９ ． ３ 自动扶梯的电气控制系统２ ３ １⋯⋯⋯⋯⋯ ９ ． ４ 自动扶梯的安装、维护和检修２ ３ ９⋯⋯⋯ ９ ． ５ 自动人行道简介２ ４ ３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结２ ４ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习２ ４ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ ０章 电梯系统的选型、安装 调试及维护检修２ ４ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ０ ． １ 电梯系统配置选择的主要内容２ ４ ６⋯⋯⋯ １ ０ ． ２ 电梯系统交通参数的分析与计算２ ４ ８⋯⋯ １ ０ ． ３ 电梯系统配置选择的基本步骤与 Ｃ Ａ Ｄ的应用２ ５ ３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ０ ． ４ 电梯的工程管理及安装调试２ ５ ７⋯⋯⋯ １ ０ ． ５ 电梯的维护及故障检修２ ６ ８⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结２ ７ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习２ ７ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ １章 电梯的电气控制系统实例２ ７ ８⋯⋯ １ １ ． １ 电梯典型电气控制系统实例２ ７ ８⋯⋯⋯ １ １ ． ２ 电梯控制系统实训２ ８ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ １ ． ３ 电梯控制系统参考实验项目２ ９ ３⋯⋯⋯ 本章小结２ ９ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习２ ９ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第三篇 给水排水控制系统 第１ ２章 给水排水系统基础２ ９ ９⋯⋯⋯⋯⋯ １ ２ ． １ 给水排水系统概述２ ９ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ２ ． ２ 建筑给水排水系统３ ０ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ２ ． ３ 城市给水排水管网系统３ ０ ７⋯⋯⋯⋯⋯ １ ２ ． ４ 水与废水处理系统３ １ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结３ １ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习３ １ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ ３章 建筑给水排水自动 控制系统３ １ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ３ ． １ 水位检测仪表及自动控制３ １ ９⋯⋯⋯⋯ １ ３ ． ２ 压力检测仪表及自动控制３ ３ ０⋯⋯⋯⋯ １ ３ ． ３ 水质检测仪表及自动控制３ ３ ９⋯⋯⋯⋯ １ ３ ． ４ 变频调速恒压给水控制系统３ ５ ２⋯⋯⋯ １ ３ ． ５ 智能居住小区的给水排水 控制系统 ３ ５ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结３ ６ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习３ ６ ３⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ ４章 给水排水管网控制技术３ ６ ４⋯⋯⋯ １ ４ ． １ 泵站及管网监控常用仪表３ ６ ４⋯⋯⋯⋯ １ ４ ． ２ 给水泵站的自动控制３ ７ ０⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ４ ． ３ 排水泵站的自动控制３ ７ ７⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ４ ． ４ 城市供水系统的自动化监控３ ８ １⋯⋯⋯ 本章小结３ ８ ４⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习３ ８ ５⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ ５章 给水排水控制系统主要故障 检测与排除方法３ ８ ６⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ５ ． １ 机械设备常见故障及排除方法３ ８ ６⋯⋯⋯ １ ５ ． ２ 泵站水锤及防护措施３ ８ ９⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ５ ． ３ 建筑给水水质污染的防止措施３ ９ １⋯⋯⋯ １ ５ ． ４ 加氯机常见故障及排除方法３ ９ ２⋯⋯⋯ １ ５ ． ５ 电气设备常见故障及排除方法３ ９ ３⋯⋯⋯ 本章小结４ ０ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习４ ０ ２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第１ ６章 给水排水控制系统实例４ ０ ３⋯⋯⋯ Ⅱ １ ６ ． １ 建筑生活水泵的电气控制系统４ ０ ３⋯⋯⋯ １ ６ ． ２ 管道系统的Ｐ Ｉ Ｄ控制 水泵变频 调速控制供水系统４ ０ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ １ ６ ． ３ 给水泵站控制系统设计实例４ １ １⋯⋯⋯ １ ６ ． ４ 水池水箱水泵联合供水位式 控制模拟实验 ４ １ ８⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 本章小结４ ２ ０⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 思考与练习４ ２ １⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 参考文献４ ２ ２⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Ⅲ 第一篇 空气调节控制系统 随着国民经济与科学技术的发展以及人民生活水平的提高，空气调节 用日益广泛，尤其是在 “ 智能建筑 ” 这一应用领域中，空气调节控制系统更是非常重要的组成 部分。 本篇主要针对 “ 智能建筑 ” 中的空气调节控制系统加以介绍，内容涉及空气调节技术的基 础知识、空气调节控制系统中的常用装置、空气调节系统的自动控制和空气调节系统设备选择 与测定调整。最后通过工程实例说明空调控制系统的设计方法。 第１章 空 气 调 节 工 程 基 础 本章要点 空气调节是一门维持室内良好空气环境的工程技术，通过空气调节可以创造舒适的工作和 生活环境。本章主要针对空气调节技术的基础知识加以介绍，内容涉及空气调节的基本知识、负荷估算、常用 空气处理方法和设备、空气调节系统等。 １ ． １ 空气调节的基本知识 空气调节 方面的要求。空气调节系统 计空气调节系统的目的在于为智能建筑创造一个良好的空气环境，以提高工作人员的办事效 率、保证产品质量。 １ ． １ ． １ 湿空气的物理性质 空气调节的主要研究对象是空气，因此熟悉和了解空气的物理性质，是掌握空气调节技术 的必要基础。 １ ．湿空气的组成 环绕地球的大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，称为湿空气。干空气的主要成 分是氮气 ２）２）２） 稳定的混合物。空调工程中的 “空气 ”，实际是指干空气加水蒸气，即湿空气。在湿空气中水 蒸气含量很少，其数量也不固定，随所处条件而变。其变化对空气环境的干燥和潮湿程度以及 湿空气的物理性质有很大的影响。此外，空气中还含有灰尘、烟雾、细菌等，有时还含有某些 有害气体，这种空气需经过净化处理才能使用。 ２ ．湿空气的状态参数 湿空气的物理性质不仅取决于它的组成成分，而且与其状态有关。空气状态可以用一些称 为状态参数 的物理量表示。湿空气的主要状 态参数有湿度、温 度、压力、焓等。现分述 如下。 湿度表示空气中水蒸气的含量。通常可以采用以下几种方法表示 ① 绝对湿度 ３ 在１ｍ ３ 空气中水蒸气的含量称为空气的绝对湿度，用 Ｘ表示。则 Ｘ ＝ｍ ｓ／ Ｖｓ （ １ ． １ ） 式中，ｍ ｓ 水蒸气质量，单位为ｋ ｇ ； Ｖ ｓ 空气体积，单位为 ｍ ３。 ② 含湿量 在空调系统中，通常用与１ｋ ｇ干空气混合在一起的水蒸气质量表示空气含湿量，用 ｄ表 示，即 ｄ ＝ １０ ０ ０ ｍｓ ｍｇ （ １ ． ２ ） 式中，ｍｓ 水蒸气质量，单位为ｋ ｇ ； ｍｇ 干空气质量，单位为ｋ ｇ 。 含湿量与绝对湿度一样，是表示空气中水蒸气绝对含量的重要参数。 ③ 相对湿度 相对湿度是用绝对湿度与饱和绝对湿度 表示的，即 φ ＝ Ｘ Ｘ ｂ １ ０ ０ ％ （ １ ． ３ ） 式中，Ｘ 绝对湿度； Ｘｂ 饱和绝对湿度。 式 调系统中，相对湿度同样是一个非常重要的参数，相对湿度表示空气的饱和程度。空气中水蒸 气的饱和程度对水分的蒸发影响很大，饱和程度越低，水分蒸发越快；反之水分蒸发就慢。当 达到饱和时，水分就不再蒸发。 宏观地讲，温度是表示物体冷热程度的物理量；而在微观上，温度表示的是物体内部分子 无规则运动的剧烈程度，反映出分子平均动能的大小。 在国际单位制中，用热力学温标表示温度，称为热力学温度 氏温度 氏温标与热力学温标每一度的大小是相同的，即 １℃＝ １u＝ １Ｋ（ １ ． ４ ） 当表示同一物体的温度时，各温度单位之间的单位换算关系为 Ｔ ＝ ２ ７ ３ ． １ ５ ＋ｔ Ｃ （ １ ． ５ ） ｔ Ｃ＝ ５ ｔ Ｆ－ ３ ２ ） ９ （ １ ． ６ ） 式中，Ｔ 热力学温度，单位为Ｋ； ｔ Ｃ 摄氏温度，单位为℃； ｔ Ｆ 华氏温度，单位为u。 ① 干球温度与湿球温度 ４ 空气温度通常用干球温度和湿球温度表示。 干球温度是用干球温度计 图１ ． １ 干、湿球温度计 的含湿量；湿球温度是用湿球温度计测得的温度。干、湿球温度的差值 可以反映空气中的含湿量。如图１ ． １所示，将干球温度计的感温包用湿 纱布包敷，纱布的下端浸入装有蒸馏水的容器中，以使纱布保持湿润状 态，就构成湿球温度计。 将湿球温度计置于空气中，当空气中的水蒸气未达到饱和时，纱布 上有水分蒸发，吸收一定的汽化热，所以湿球温度小于干球温度。空气 越干燥 温度的温差值就越大，反之，干、湿球温度的差值越小，就说明空气越 潮湿 水分就不再蒸发，此时干球温度与湿球温度数值相等。 ② 露点温度 空气中水蒸气的含量是否达到饱和与温度有关。在空气含湿量不变的情况下，未饱和的空 气被冷却，温度下降，进入饱和状态，如果继续冷却，就会有水蒸气凝结成小水珠，这一温度 称为 “露点温度 ” 。露点温度与空气的相对湿度有关，相对湿度越大，露点温度越高。建筑物 内表面和室内设备、仪表等的表面温度，如果低于露点温度，就会结露，会对建筑物、设备、 仪表和人的舒适与健康造成危害。因此，露点温度也是空气环境的一个重要指标参数。 ① 大气压力 在空调系统中，空气压力是指地球表面空气层作用于单位面积上的力，即物理学中的 “ 压 强 ” 。在国际单位制中单位是帕 ２ ） 压 ） 大气压力不是定值，随各地海拔不同而存在差异，同时会随季节、天气的变化而有所变 化。由于大气压力不同，空气状态参数也要发生变化。 在空调系统中，空气的压力是用仪表测出的，但仪表指示的压力不是空气压力的绝对值， 而是绝对压力与当地大气压力的差值，称为工作压力 的关系为绝对压力＝当地大气压力＋工作压力。今后凡是未标明是工作压力时，都应理解为 绝对压力。 ② 水蒸气分压力 在湿空气中，水蒸气单独占有湿空气的容积，并具有与湿空气相同的温度时所产生的压 力，称为水蒸气分压力，用 ｐｓ表示。水蒸气分压力与空气的含湿量 ｄ成近似线性关系。 根据道尔顿分压定律，大气压力是水蒸气分压力和干空气分压力之和，即 ｐ ＝ｐ ｓ＋ｐｇ （ １ ． ７ ） 式中，ｐ 湿空气的总压力，即大气压力，单位为Ｐ ａ ； ｐｇ 干空气分压力，单位为Ｐ ａ ； ｐ ｓ 水蒸气分压力，单位为Ｐ ａ 。 ５ 焓是反映单位质量空气能量大小的物理量。在工程上也称含热量，用 ｈ表示。湿空气的 焓是指每１ｋ ｇ干空气的焓和 ｄｋ ｇ水蒸气的焓的总和，单位为ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ ｈ ＝ｈ ｇ＋ｄ ｈｓ （ １ ． ８ ） 其中，ｈ ｇ＝ｃｇｔ ＝ １ ． ０ １ ｔ ｈ ｓ＝ ２５ ０ ０ ＋ｃｓｔ ＝ ２５ ０ ０ ＋ １ ． ８ ４ ｔ 式中，ｃ ｇ和 ｃｓ分别为干空气和水蒸气的比定压热容，单位为ｋ Ｊ ／ ２５ ０ ０ ０℃时１ｋ ｇ水的汽化潜热，单位为ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ 。 所以，ｈ＝ １ ． ０ １ ｔ ＋ｄ ２５ ０ ０ ＋ １ ． ８ ４ ｔ ） ＝ （ １ ． ０ １ ＋ １ ． ８ ４ ｄ ） ｔ ＋ ２ ５ ０ ０ ｄ（ １ ． ９ ） 式中， （ １ ． ０ １ ＋ １ ． ８ ４ ｄ ） ｔ 随温度而变化的热量， 称为 “ 显热” ； ２５ ０ ０ ｄ ０℃时 ｄｋ ｇ水的汽化热， 与温度无关， 称为“ 潜热 ” 。 由此可见， 湿空气的焓是温度和含湿量的函数， 随着温度和含湿量的升高而增大， 随着温度 和含湿量的降低而减小。 １ ． １ ． ２ 湿空气的焓湿图 在一定的大气压下， 湿空气的各个状态参数相关。实际工程设计中， 可以根据湿空气的４个 状态参数 ｔ ， ｈ ， ｄ ， φ ） 图１ ． ２ 湿空气的焓湿图 的线算图 湿空气的焓湿 ｈ －ｄ ） ６ 图中横坐标为含湿量 ｄ ，纵坐标为焓 ｈ 。为使图面开阔，线条清晰，两坐标轴之间夹角大于或 等于１ ３ ５ 。实际应用时，为避免图面过大，常将坐标轴 ｄ改为水平线。图中有等温线、等焓 线、等含湿量线以及 ｄ轴上方的水蒸气分压力线和等相对湿度线。因此可以说，焓湿图是各 种等值线构成的坐标网。 ① 等焓 （ ｈ ） ② 等含湿量 ｄ ） ③ 等温 ｔ ） ④ 等相对湿度 φ ） ⑤ 水蒸气分压力 ｐ ｓ） ⑥ 热湿比 ε ）ｈ －ｄ图的 右下角还标有热湿比线ε ，ε线也称为过程线或角系数线。它说明了空气状态变化的方向和特 征，其斜率等于状态变化前后焓差和含湿量差的比值。 已知空气的任意两个独立参数，即可在图上确定相应的状态点。当大气压力一定时，水蒸 图１ ． ３ 典型的湿空气状态变化过程 气分压力仅仅与含湿量有关，给定不同的 ｄ值，即可求得 对应的 ｐ ｓ值。因为 ｄ和ｐｓ反映同一状态参数，故仅仅知道 ｄ和ｐ ｓ不能确定空气状态点。 湿空气的焓湿图在工程设计中非常有用。在图上不仅 能够方便地表示湿空气的状态，而且可以方便地求出空调 设备所需的各状态参数。更重要的是，借助焓湿图，设计 人员可以分析和设计空气 处理过程、合理选择空调 设备、 分析空调工况的全年运行和转换条件以及进行空调系统的 节能设计。 湿空气状态变化过程在焓湿图上的表示，如图１ ． ３所 示。从图１ ． ３中可以看到，空气调节中具有代表性的４种典 型空气状态变化过程线，将焓湿图平面分成了４个象限，每个象限内的空气状态变化过程都有 各自的特征，详见表１ ． １ 。 表１ ． １ 空气状态变化的４个象限及特征表 象 限热 湿 比状态变化的特征 Ⅰε ＞ ０ 增焓、加湿、升温 Ⅱε ＜ ０ 增焓、减湿、升温 Ⅲε ＞ ０ 减焓、减湿、降温 Ⅳε ＜ ０ 减焓、加湿、降温 １ ． ２ 空气处理方法和空气处理设备 所谓 “ 空气处理 ” ，就是通过使用某些设备及技术手段，使空气的各个参数 ７ 度、 湿度、 焓值等 ） 处理方法并选用合适的空气处理设备，能够达到既满足使用要求又尽可能降低能耗的目的。 １ ． ２ ． １ 空气的净化处理与空气过滤器 对空气进行净化处理的设备，称为空气过滤器。空气过滤器大都采用过滤的方法除去由室 外新风、室内回风以及由人或工件设备带入室内的灰尘，使空气的洁净度达到规定的要求。 目前，国内空调系统中使用的过滤器，主要有金属网格浸油过滤器、干式纤维过滤器和静 电过滤器三种。 按照过滤效率的不同，空气过滤器可分为粗效 器 １ ．粗效过滤器 它主要用于除去１ ０ ～ １ ０ ０μ ｍ 的大颗粒灰尘，在净化空调系统中作为预过滤器，以保护中 效、高效过滤器和空调箱内其他配件并延长它们的使用寿命。粗效过滤器的滤料一般为金属丝 网、铁屑、直径为２ ０μ ｍ的玻璃丝、粗孔聚氨酯泡沫塑料和各种人造纤维。常做成板状以便更 换，其结构形式还有折叠式、袋式和卷绕式。图１ ． ４为粗效过滤器的结构形式。 图１ ． ４ 粗效过滤器的结构形式 ２ ．中效过滤器 主要用于过滤１ ． ０ ～１ ０μ ｍ的灰尘，在净化空调系统和局部净化设备中作为中间过滤器。 其目的是减小高效过滤器的负担，延长高效过滤器和设备中其他配件的寿命。滤料一般采用玻 璃纤维、中细孔聚乙烯泡沫塑料和由涤纶、丙纶、腈纶等原料制成的合成纤维，即无纺布。无 纺布滤料有一次性使用和可清洗的两种。其结构形式有折叠式、袋式和楔形组合式等。 ３ ．高效过滤器 高效过滤器是净化空调系统的终端过滤设备和净化设备的核心。主要用于过滤小颗粒灰 尘，必须在粗、中效过滤器的保护下使用。高效过滤器的滤料为超细玻璃纤维、超细石棉纤 维，滤料纤维的直径大多小于１ ． ０μ ｍ。高效过滤器结构形式包括无分隔板和有分隔板两种，如 图１ ． ５所示。 在空调净化中亦可采用静电集尘器，有效捕集灰尘的粒径小于１ ． ０μ ｍ。 静电集尘器为二段式电离段和集尘段。在电离段，由电源输出的高电压使正电极表面电 场强度非常强，以致在空间内产生电晕，形成数量相等的正离子和负离子。因此，当气溶胶粒 子通过电离段时发生电离，多数附有正离子，使微粒带正电，少数带负电。在集尘段，由平行 ８ 图１ ． ５ 高效过滤器结构型式 金属板构成正负极板，在正极板上加有高电压，产生一个均匀平行电场。带正电粒子随空气流 入该平行电场后被正极板排斥，被负极板吸引并最终被捕集。带负电的粒子与此相反，被正极 板所捕集。其原理如图１ ． ６所示。 图１ ． ６ 静电集尘器原理图 选用空气过滤器时应综合考虑工艺对室内洁净度的要求、室外空气含尘浓度、系统阻力、 维护管理及一次投资等因素，根据具体情况选择合适的空气过滤器。 对于一般净化要求的空调系统，选用一道粗效过滤器将大颗粒的尘粒滤掉即可。对于有中 等净化要求的空调系统，可设置粗、中两道过滤器。对于有超净要求的空调系统，则至少应设 置三道过滤器，第一、二道为粗、中效过滤器 滤，可延长下一道过滤器的使用寿命，而高效过滤器则作为末端过滤器。 在安装过滤器时如只设有一级粗效过滤器，应安装在空气处理室的前端，因为这样可减少 后边各设备 染空气漏入系统，中效过滤器应设置在系统的正压端。同时，为防止管道对清洁空气的再污 ９ 染，高效过滤器应设置在系统的末端 否则将无法保证室内的洁净度。 各种空气过滤器一般均按额定风量或低于额定风量选用。若按低于额定风量选用，必然会 增加所需过滤器的数量，虽然一次投资会有所增加，但在运行过程中可延长过滤器的清洗和更 换周期，减少系统的阻力增长速率，从而有利于系统风量的稳定。 １ ． ２ ． ２ 空气的热、湿处理与热、湿处理设备 为了满足空调房间送风的温、湿度要求，空调系统中必须设置热、湿处理设备，通过各种 处理方法 １ ．用喷水室处理空气 喷水室又称淋水室或喷雾室，是空气调节工程中主要的空气热、湿处理设备之一。所谓喷 水室处理空气，是用喷嘴将不同温度的水喷成雾状，使空气与水之间进行强烈的热、湿交换， 从而达到特定的处理效果。在空调系统中，用喷水室处理空气的方法得到了普遍应用。喷水室 能够实现多种空气处理过程、具有一定的净化空气能力、耗金属量少并且容易加工；但是，它 对水质要求高，占地面积大，水泵耗能多。所以，目前在一般建筑物中仅作为加湿设备使用。 图１ ． ７ 喷水室的构造 １ 前挡水板；２ 喷水排管；３ 后挡水板；４底池； ５冷水管； ６ 滤水器；７循环水管； ８三通调 节阀 ； ９ 水泵；１ ０ 供水管； １ １补水管；１ ２浮球阀；１ ３ 溢水器；１ ４ 溢水管； １ ５ 泄水管；１ ６ 防水灯； １ ７检查门；１ ８外 壳 图１ ． ７是应用比较广泛的单级、卧式、低速喷水室。它由喷嘴与喷嘴排管、挡水板、底池 与附属管道和喷水室外壳等组成。从图中可以看出，喷水室包括了前挡水板至后挡水板的整个 处理阶段，是整个空调机的一部分。前挡水板有挡住飞溅出来的水滴和使进风均匀流动的双重 作用，后挡水板能将空气中夹带的水滴分离出来，以减少喷水室的 “过水量” 。在喷水室中通 常设置１ ～ ３排喷嘴排管，最多４排。喷水方向根据与空气流动方向相同与否分为顺喷、逆喷 ０１ 和对喷３种。 喷水室的工作过程是被处理的空气以一定的速度 喷水空间，在那里与喷嘴中喷出的水滴接触进行热、湿交换 交换的过程也不同 ） 后，落入底池４中。 底池４是收集喷淋水用的。池中的滤水器６和循环水管７以及三通调节阀８组成了循环水 系统。底池与多种管道相连接在冬季，采用循环水喷雾加湿空气时，为补充蒸发掉的水分和 维持底池内的水位，设置由补水管１ １ 、浮球阀１ ２组成的自动补水装置；夏季对空气做冷却减 湿处理时，为了排除空气中析出的多余的凝结水，设有溢水器１ ３和溢水管１ ４ 。此外，为了便 于检修，冲洗底池和防冻需要，设有泄水管１ ５ ，为观察喷水情况而设有防水灯１ ６和供运行人 员检修而设的检查门１ ７ ，以及外壳１ ８ 。 喷水室有卧式和立式之分。被处理空气沿水平方向流动的，称为卧式喷水室，如图１ ． ７所 图１ ． ８ 用喷水室处理空气的状态变化过程 示；若空气沿垂 直方向流动，则称为立式 喷水室。 卧式喷水室的最大特点是处理空气量大；立式喷水 室的特点是占地面积小，被处理空气与水逆向流动， 换热效果好，因而常用于小型空调系统中。 用喷水室处理空气时，根据喷水温度不同，可 以实现７种处理过程，如图１ ． ８所示。设空气的初 状态为 Ａ ，自此点引 等含湿 量线Ａ－２ ） （ Ａ － ４ ）和等温线 Ａ － ６ ）φ ＝ １ ０ ０ ％的饱和曲线分 别相交于２ 、 ４ 、 ６点。饱和曲线上的点１ 、２ 、 ３ 、 ４ 、 ５ 、 ６ 、 ７分别表示不同水温下水滴表面饱和空气层的 状态点，而直线 Ａ － １ 、Ａ － ２ 、Ａ－ ３ 、Ａ －４ 、Ａ － ５ 、 Ａ － ６ 、Ａ － ７则分别表示被处理空气的状态变化过程线。ｔ Ａ、ｔｌ、ｔｓ，分别表示被处理空气的干 球温度、露点温度和湿球温度。空气喷水处理时可能实现的状态变化过程如表１ ． ２所示。 表１ ． ２ 空气喷水处理过程的焓、温度和含湿量变化 过 程 线水温 ｔｗ的特点焓 ｈ ）温度 ｔ ）含湿量 ｄ ） Ａ－ １ｔｗ＜ｔｌ减焓降温减湿 Ａ－ ２ｔｗ＝ｔｌ减焓降温等湿 Ａ－ ３ｔｌ＜ｔｗ＜ｔＡ减焓降温加湿 Ａ－ ４ｔｗ＝ｔｓ等焓降温加湿 Ａ－ ５ｔｓ＜ｔｗ＜ｔＡ增焓降温加湿 Ａ－ ６ｔｗ＝ｔＡ增焓等温加湿 Ａ－ ７ｔｗ＞ｔＡ增焓升温加湿 １１ 在这７种变化过程中，Ａ －２状态变化时，空气的含湿量不变，是空气加湿与减湿的分界 线；Ａ－ ４状态变化时，空气的焓值不变，是空气增焓与减焓的分界线，而 Ａ－ ６状态变化时， 空气的温度不变，是空气升温与降温的分界线。 以上的分析是以与空气接触的水量无限大，接触时间无限长为假设条件的，因而全部空气 都能达到饱和状态并具有喷淋水的温度。对于一般的单级喷水室，由于空气与水接触的时间不 够充分，水量也不可能无限大，所以空气的最终状态达不到饱和。经验和实践表明，对于单级 喷水室，空气的最终相对湿度一般能达到９ ０ ％～ ９ ５ ％，习惯上称这一空气状态为 “ 机器露点” 。 ２ ．空气的加热处理与空气加热器 对空气进行加热处理的设备，称为空气加热器。空调系统中常用的空气加热器有两种，一 种是表面式空气加热器，另一种是电加热器。 表面式空气加热器以热水或蒸汽为热媒，分为光管式和肋管式两大类。图１ ． ９所示为肋管 式空气加热器，这是空调工程中最常见的一种加热器，它主要由肋管、联箱以及护板组成。热 媒进入联箱１后，均匀地流过肋管，然后汇集入联箱２流出。空气则在肋管外侧流过，同时与 热媒进行热量交换。如果肋管内流过冷媒，则称为表面式空气冷却器，表面式空气冷却器与表 面式空气加热器没有本质区别，只是管内流过的媒体不同，二者统称表面式换热器。 利用热水、蒸汽等热源，通过表面式空气加热器的热表面对湿空气加热，则空气温度会升 高而含湿量不变，因此，空气状态变化是等湿、增焓、升温过程。在 ｈ －ｄ图上，这一过程可 表示为 Ａ －Ｂ的变化过程，如图１ ． １ ０所示。 图１ ． １ ０ 空气的等湿、加热过程图１ ． ９ 表面式空气加热器 电加热器是采用电阻丝通电发热实现空气加热的设备，有裸线式和管式两种。裸线式电加 热器由绕成螺旋形的裸电阻丝构成，其构造如图１ ． １ １所示，电阻丝直接暴露在风道中，流过 电阻丝的空气被灼热的电阻丝加热。在定型产品中，常把这种电加热器做成抽屉式，如图１ ． １ ２ 所示，以使安装、检修更为方便。 裸线式电加热器结构简单，热惰性小，但安全性差，使用中有发生电阻丝断落引起火灾的 ２１ 可能。所以安装时应有可靠的接地装置，并应与通风机连锁运行。 图１ ． １ １ 裸线式电加热器 １瓷绝缘子； ２ 电热丝；３绝缘层 图１ ． １ ２ 抽屉式电加热器 １ 抽屉式电加热器； ２接线端子； ３绝缘 瓷球 ； ４ 送风道 管式电加热器由管状电热元件组成。这种电热元件是将螺旋状电阻丝装在特制的金属套管 中，中间填充结晶氧化镁绝缘材料，如图１ ． １ ３所示。管式电加热器加热均匀，热量稳定，寿 命较长，而且比较安全；缺点是热惰性大，结构相对复杂。 电加热器同样可以实现对空气的等湿加热过程。由于其具有供热量稳定、效率高、体积 小、反应灵敏、控制方便等优点，因此在小型空调系统和小型空调装置中应用较为广泛。对于 温、湿度控制精度要求较高的大型空调系统，常将电加热器设置在每个空调房间的送风支管 上，作为末端调节装置，灵敏而准确地控制各空调房间的温、湿度。 图１ ． １ ３ 管式电加热器 １ 接线螺母； ２固紧螺母；３结 晶氧化镁；４电阻丝；５金属管 ３ ．空气的冷却处理与空气冷却器 对空气进行冷却处理的设备，称为空气冷却器。空调工程中常用的空气冷却器有表面式空 气冷却器、喷水式表面冷却器和直接蒸发式空气冷却器三种。 表面式空气冷却器简称表