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(jié)構(gòu),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(nèi)設(shè)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(diào)相同,通常可在8時至18時中,每隔1h取一個計算時刻;有經(jīng)驗者可根據(jù)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(shù)[W/(m2﹒℃)];如果潔凈室在內(nèi)區(qū),外墻引起的冷負荷為零;如果潔凈室靠近外墻,傳熱系數(shù)的計算應(yīng)考慮內(nèi)、外圍護結(jié)構(gòu)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(fù)合壁計算K值;當內(nèi)層結(jié)構(gòu)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(fù)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(nèi)區(qū)處理。這里的空氣間隙就變成非空調(diào)空間。這時,只需計算非空調(diào)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(diào)房間,其非輕型外墻傳熱形成的冷負荷,可近似按照穩(wěn)態(tài)傳熱計算(參見《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019-2003的規(guī)定)。
即:
式中,CL、K、F、tn同式;
tzp為夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均綜合溫度(℃);
twp為夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度(℃);
ρ為圍護結(jié)構(gòu)外表面對于太陽輻射熱的吸收系數(shù);
Jp為圍護結(jié)構(gòu)所在朝向太陽總輻射照度的日平均值(W/m2);
αw為圍護結(jié)構(gòu)外表面換熱系數(shù)[W/(m2﹒℃)]。
由于潔凈室特殊的雙層外圍護結(jié)構(gòu),外墻傳熱系數(shù)K值按多層復(fù)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(shù)法算出的冷負荷相差不大。這就是前面所提到的當內(nèi)層材料的保溫性能好時(如彩鋼夾芯板)不透明圍護結(jié)構(gòu)引起的冷負荷可按穩(wěn)定傳熱計算的依據(jù)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(shè)備,即使是位于頂層的潔凈室,由于這個夾層的存在,屋頂?shù)乃沧儌鳠嵋鸬睦湄摵煽刹槐赜嬎?,而只需計算相當于非空調(diào)房間的夾層對潔凈室傳熱而產(chǎn)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(jié)構(gòu)的很少,一般都留有較大的間隙。根據(jù)前面的分析,當把這個間隙按非空調(diào)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(nèi)區(qū)對待(緊貼土建外墻的潔凈室除外)。
2、內(nèi)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(nèi)墻、樓板傳熱引起的冷負荷可按下式計算:
式中,CL為內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)傳熱形式的冷負荷(W);
K為內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)[W/(m2﹒℃)];
F為內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)的傳熱面積(m2);
tn為室內(nèi)設(shè)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(diào)室外計算日平均溫度(℃);
Δt1s為鄰室計算平均溫度與夏季空調(diào)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(shè)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(shè)計外玻璃窗,但必須保證是密封固定窗。根據(jù)潔凈室的建筑結(jié)構(gòu)特征,大多采用兩層固定密閉玻璃窗。當潔凈室按內(nèi)區(qū)對待時,其玻璃窗傳熱按內(nèi)窗考慮;當潔凈室的墻板緊貼土建外墻或土建外墻經(jīng)表面涂層處理作為潔凈室墻面時,在室內(nèi)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(shù)[W/(m2﹒℃)];
C為玻璃窗傳熱系數(shù)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(nèi)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(nèi)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(shù),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(shè)置窗簾之類的內(nèi)遮陽設(shè)施,不考慮窗內(nèi)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù);
DJ.max為日射得熱因素大值(W/m2)
CCL為無內(nèi)遮陽的冷負荷系數(shù),以北緯27°30′為界,以北的地區(qū)為北區(qū),以南的地區(qū)為南區(qū)。
5、地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵?br />參照《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019-2003)的規(guī)定,若潔凈室內(nèi)的空調(diào)屬舒適性的,夏季可不計算通過地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵?;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(diào),宜計算距外墻2m范圍內(nèi)的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄摵伞?br />6、室內(nèi)熱源散熱形成的冷負荷
潔凈室內(nèi)的熱源散熱主要是指室內(nèi)工藝設(shè)備散熱、照明散熱、人體散熱等。設(shè)備種類較多,有些設(shè)備只能滿足生產(chǎn)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(fā)大量的熱量、濕量及粉塵。在設(shè)計時應(yīng)充分調(diào)研、仔細研究,不能單獨按相關(guān)計算公式進行冷負荷計算。否則,設(shè)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(shè)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(jié)能措施,不能等大量的熱散發(fā)至室內(nèi)后再進行空調(diào)降溫。
在采用冷負荷系數(shù)法計算室內(nèi)電動設(shè)備形成的冷負荷時,電動設(shè)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(nèi)熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內(nèi)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(nèi)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(yīng)分析各種設(shè)備的散熱特點,采用相應(yīng)的冷負荷系數(shù)。
(1)設(shè)備顯熱冷負荷
計算公式:CL=CCLQ
式中,CL為設(shè)備散熱形成的冷負荷(W);
CCL為設(shè)備散熱冷負荷系數(shù);
Q為設(shè)備散熱量(W)。
當設(shè)備和電動機都在室內(nèi)時:Q=1000n1n2n3N/η
當只有設(shè)備在室內(nèi)時:Q=1000n1n2n3N
當只有電動機在室內(nèi)時:Q=1000n1n2n3N(1-η)/η
式中,N為設(shè)備的安裝功率(kW);
η為電動機效率;
n1為同時使用系數(shù),通過了解工藝過程來確定;
n2為利用系數(shù),反映安裝功率的利用程度,一般取0.7~0.9;
n3為負荷系數(shù),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(shù)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(yīng)仔細分析,必要時現(xiàn)場考察同類設(shè)備的實際運行情況,以確定各項系數(shù)。
電熱設(shè)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(shù),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(shù);
Q為照明設(shè)備散熱量(W)。
白熾燈:Q=1000N(W)
熒光燈:Q=1000n1n2N(W)
式中,N為照明設(shè)備所需功率(kW);
n1為鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù),當明裝熒光燈的鎮(zhèn)流器在室內(nèi)時,取1.2;當暗裝熒光燈的鎮(zhèn)流器裝在頂棚內(nèi)時取0.1;
n2為燈罩隔熱系數(shù),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(shù);
qs為不同室溫和勞動性質(zhì)成年男子散熱量;
n為室內(nèi)人數(shù)。
(4)室內(nèi)濕源散濕引起的潛熱冷負荷
如果潔凈室內(nèi)有一個熱的濕表面,水分被熱源加熱而蒸發(fā),那么該設(shè)施與室內(nèi)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(nèi)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(fā)表面積(m2);
B0為標準大氣壓力,101325Pa;
B為當?shù)貙嶋H大氣壓力(Pa);
β為蒸發(fā)系數(shù)[kg/(N.s)];β=(α+0.00363ν)10-5;
α為不同水溫下的擴散系數(shù)[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(nèi)的濕表面是通過吸收空氣中的顯熱量蒸發(fā)的,而無其它的加熱源,則室內(nèi)的總得熱量沒有增加,只有部分顯熱負荷轉(zhuǎn)化為潛熱負荷。
如果潔凈室內(nèi)有一個蒸汽散發(fā)源,則散濕量即為散入室內(nèi)的蒸汽量。
計算出潔凈室內(nèi)各項散濕量Di后,總散濕量W=ΣDi,則室內(nèi)散濕源引起的潛熱冷負荷為:
CL=(2500+1.84tn)W(W)