设计办公大楼中央空调系统设计.docx

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设计办公大楼中央空调系统设计

【关键字】设计

办公楼中央空调设计

摘要:

本设计为长沙市巨龙公司办公楼中央空调系统,拟为之设计合理的中央空调系统,为室内工作人员提供舒适的工作环境。

建筑共二层，总面积为，两层净高均为。

要求采用空调夏季制冷冬季供暖。

设计的空调系统采用风机盘管—新风系统,选用水冷机组制冷冻水供冷，冬季依靠市政集中供热采暖。

设计的内容包括：

选定适宜空调系统的类型并确定设计方案，计算部分也十分重要，例如：

空调冷负荷的计算；空调系统的划分与系统方案的确定；冷源的选择；风系统的设计与计算；室内送风方式与气流组织形式的选定；水系统的设计、布置与水力计算；风管系统与水管系统保温层的设计等内容。

除此之外，还需要进行空调末端处理设备及机房辅助设备及的选型。

需要结合所选择的空调系统的特点及办公楼的建筑结构选择适宜的空调机组及末端设备，合理的布置吊顶内风管与水管的位置。

并根据所选择的空调机组选配适宜的辅助设备：

冷冻水循环水泵，冷却水循环水泵，开式水箱，冷却水塔，及相应的水管风管阀门等。

关键词：

办公楼；中央空调；水冷机组；风机盘管—新风系统

THECENTRALAIR-CONDITIONOF

ABSTRACT：

Thedesignofcentralair-conditioningsystemforthebuildingofaChangshaJuLongcompanyisaimedtogetacomfortableworkingconditionindoors.Thetotalareaofthebuildingis.Theheightofthebothfloorareall3.9meters.Theair-conditionsystemisdesignedtosupplycoolairinsummer,andafancoilunits（FCUs）--freshairsystemisselectedandcentralscrewwaterchillersareusedtoprovidethechillingwaterneeded.Inwinter,themunicipalcentralheatingsystemisusedtosupplyheatandkeepofficialroomwarm.

Someofthemainpointsinthisdesignaregivenasfollows:

Todesignanappropriateair-conditioningsystemforthebuilding,theoverallanalysisisimportant.Thisincludesthecalculation,suchascoolingloadcalculation,theestimationofsystemzoning;thedesignofairductsystemandcalculation;theestimationofairdistributionmethodandtheselectionofrelevantequipments;thedesignofwatersystemandtheanalysisofitsresistancelosses;theplanoftheinsulationofairductandchilledwaterpipes;etc..Meanwhile,equipmentselectionisalsoanessentialpartofthedesign.Accordingtotherequirement,afancoilunits（FCUs）--freshairsystemisappropriate.Thus，themainprocessequipment,i.e.thechiller,thefancoilunits,thecirculatingwaterpumps,thecoolingtower,arealsodeterminedinthedesignconsideringtheircharacteristicsandworkingconditions.

KEYWORDS:

officialbuilding；centralairconditioning；coolingwaterchiller；fancoilunits（FCUs）--freshairsystem

1绪论

本篇文章是对长沙巨龙机关办公楼中央空调的设计计算说明。

从建筑结构及其要求制定空调方案，要求能够满足使用的要求，即能够满足办公舒适性。

此外还要从空调设计的科学合理性和经济性，以及建筑整体的美观度考虑。

并能对以后的使用和费用支出做一定的预估。

中央空调在现代建筑中越来越多的应用，技术也越来越成熟先进。

能够有效的管理，一次性投资，后期使用方便，并且不占用建筑的有效空间。

本文就是对中央空调的设计到选型，到校核计算的一个说明。

从冷负荷计算，到室内方案的选择和设备的选型。

机组的布置连接和选型都有说明。

从使用性到科学性再到经济性上做到好的结合。

方案选择是整体考虑以及设计的总体思想。

计算部分是整个设计的基础，绘图部分是与设计施工相联系的实际的走管和安装。

三个部分相依相承，都与整个工程密不可分。

各个部分都要保证科学合理，正确无误，经济适用。

本设计是真实性课题的典例。

其中，有理论的分析计算，有中央空调方案的选择论证，有实际的绘图安装。

是一个完整的工程设计实例。

设计计算主要有冷负荷的计算，送风量的计算，管路的计算等。

冷负荷的计算确定了各个房间的空气状况和调节条件，以及整个工程的负荷量。

是确定室内空调调节方案的主要数据。

也是选择冷水机组最主要的参考数据。

送风量和管路的计算是面向实际设备和管路的数据资料。

都是整个设计的基础。

空调系统方案的选择，基本上确定了空调的形式和内容。

本设计选用的是办集中的空调水系统，独立新风加风机盘管系统。

空调方案的选择决定了后期设计的方向和内容，是设计中关键的环节。

也是综合各个方面的因素制定出来的。

整个设计的理论部分主要集中在前两个部分，实际的安装和设备运行等实际性的工程问题都集中在绘图这个阶段。

绘图是把方案完好的实现的一个基础，是工程赖以完成的技术性支持的资料。

绘图中要尽量的与工程中实际问题的解决相联系。

尽量使方案以一种直观详尽的方式体现出来。

这个过程就是方案在成熟完善并且检验的过程。

是整个设计中最重要和最有难度的部分。

本设计内容包括：

负荷计算；风系统设计；水系统设计；机房布置；设备选型说明书撰写及文献翻译几部分。

在上面主要阶段完成以后还要对一些具体细节的问题加以论证思考并列出解决方案。

比如管路的腐蚀问题，保温问题。

材料的选择问题等。

整个设计中尽力能完善的解决工程中的实际常见问题。

然后就是方案的验证试用，一般中央空调的投资大，必须力求避免设计上带来的后期问题。

所以在设计阶段要对方案进行充分的论证。

2系统方案的选择确定

空调系统一般均由空气处理设备和空气分配设备组成，根据需要，它可组成许多不同形状的系统，在工程上，应考虑建筑物的用途和性质，热湿负荷特点，温湿度调节和控制的要求，空调机房的面积和位置，初投资和运行费用等多方面的因素，选定合理的空调系统。

根据负担室内热湿负荷所用的介质不同，空调系统分为：

全空气系统，全水系统，空气-水系统，制冷剂系统。

全空气系统室内房间的负荷全部由经过处理的空气来负担。

由于空气的比热容较小，用于和室内交换热量的空气量大，所以这种系统要求的风道截面积尺寸大，占用的建筑空间较多。

全水系统室内负荷全部靠水作为冷热介质来负担。

它不能解决房间通风换气的问题，通常不单独采用。

空气—水系统负担室内的介质有水又有空气，它既解决了全水系统无法通风换气的困难，又可克服全空气系统要求风管截面大，占用建筑空间多的缺点。

制冷剂式系统负担室内负荷以及室外新风负荷的是制冷剂的制冷剂。

多用于集中冷却的分散型机组系统和全分散式系统。

考虑上述个各种系统的特点，本设计采用空气-水系统。

根据空气处理设备的集中程度，空调系统分为:

集中式空调系统，半集中式空调系统和分散式空调系统；集中式是指所有的空气处理设备均设在一个集中的空调机房内。

半集中式除了集中空调机房（主要处理室外新风）外，还包括分散放在空调房间内的二次设备，其中多半设有冷热交换装置，如风机盘管等。

全分散式没有集中空调机房，而是完全采用组合式设备向各房间进行空调，自带制冷机组的空调机组方式就属于这一类，如各房间的空调器等。

集中式和半集中式也可通称为中央空调，而全分散式系统也称为局部空调。

集中式、半集中式空调系统和全分散式空调系统相比，具有以下优点：

空调效果好；可送新风，保证室内空气新鲜度；投资低；运行管理方便，运行费用低；故障少，便于维修；设备寿命长；噪声小；宜于装饰配合，达到现代建筑要求的高档、舒适和美观的目的。

通过有关资料对办公楼采用集中供冷的中央空调和采用房间窗式空调器的局部空调在能耗、造价方面的比较证明，中央空调的耗电明显降低，大约节电30％左右。

以本工程的实际情况为基础，从造价比较来看，中央空调造价明显较低，约比窗式空调低12～30％。

综合耗电、造价两因素，采用冷水机组集中供冷的中央空调比较适宜。

在办公楼所采用的中央空调方式中，又以采用半集中式空调为数较多，本设计采用半集中式中央空调系统。

末端系统中以风机盘管加新风空调系统为多。

风机盘管的空调方式是空气—水系统中的一种主要形式,主要是由风机、肋片管式水—空气换热器和接水盘组成，它的功能主要是在空气进入房间之前对从集中处理设备来的空气再进行一次处理，或者新风由新风机组集中处理，而房间内回风由风机盘管处理，组成风机盘管加新风的半集中式空调系统。

该系统的优点是：

与全空气系统比较，可节省空间。

布置灵活，具有个别控制的优越性，各房间单独调节温度，房间无人时，可关调机组，不影响其他房间的使用。

节省运行费用,运行费用与单风道系统相比约低,比诱导器系统低,而综合投资费用大体相同,甚至略低。

机组定型化，规格化，易于选择安装。

有较好的供冷能力。

结合实际情况，本设计选用风机盘管加独立新风的空气处理方案。

通过以上对空调方案的比较论证，最后采用半集中式中央空调。

空气—水系统。

末端采用风机盘管加独立新风系统。

3工程概况

3.1建筑特点

本设计是长沙市巨龙机关办公楼中央空调系统设计。

该办公楼共二层，总建筑面积为。

房间类型包括：

办公室，会议室，卫生间及吸烟区。

机房置于办公建筑北面栈房内，距建筑远。

两层层高均为，总建筑高度约为。

一、二层房间结构基本相同：

由办公室、会议室、卫生间、吸烟区组成，办公用房一层为5间、二层为7间。

3.2建筑相关资料

屋面：

上人屋面——挤塑聚苯板50：

铺地砖水泥砂浆σ=，防水层σ=，水泥砂浆找平层σ=，挤塑聚苯板σ=，钢筋混凝土屋面板σ=；

外墙：

白灰粉刷σ=，加气混凝土砌块σ=内贴σ=挤塑聚苯板；

外窗：

断桥铝合金中空玻璃，空气层σ=；

人数：

人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的，本办公楼人员密度按如下估算；

办公室：

0.2人/㎡；

会议室：

1人/㎡；

大厅、走廊：

由于人员密度很小，所以不计。

照明、设备：

由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔。

空调使用时间：

办公楼空调每天使用10小时，即8：

00～18：

00。

动力与能源资料：

a.动力，工业动力电380V－50Hz；

b.能源，由自备空调机房供给。

3.3室外设计参数

采用长沙市室外气象参数，气象台站位置：

北纬28.22°，东经112.92°，

夏季：

空调室外计算干球温度：

；通风室外计算干球温度：

；

空调室外计算湿球温度：

；通风室外计算相对湿度：

63％；

平均风速2.4m/s，风向S，频率22％；

大气压力：

99560.0Pa；

冬季：

空调室外计算干球温度：

-0.80℃；

采暖室外计算干球温度：

0.90℃

通风室外计算干球温度：

3.5℃

空调室外计算相对湿度:

90%

平均风速3.40m/s，向NNW，频率25％；

大气压力：

101830.00Pa

日平均温度≤+5℃（+8℃）天数：

127（148）天；

日平均温度≤+5℃（+8℃）期间内的平均温度：

-1.5（-0.3）℃；

年平均温度：

12℃；

极端最高温度及其平均值：

40.6℃，35.4℃；

极端最低温度及其平均值：

-10.3℃，-12.9℃。

3.4室内设计参数

表3-1室内参数表

房间名称

夏季

冬季

新风量

单位面积人数（人/m²）

T（℃）

φ（%）

T（℃）

φ（%）

G（m³/人）

办公室

0.2

会议室、接待室

大厅、走道

卫生间

0.5

备注：

1.由于办公室和会议室并未给出明确人员数目，故采用最密集的人员考虑。

2.大厅走道由于人员密度相对较小故不供送新风。

4空调负荷计算

4.1围护结构瞬变冷负荷计算原理

在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

Q=F·K·（tln-tn）（W）（4-1）

式中：

Q1——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W；

F——外墙和屋面的面积，m²；

K——外墙和屋面的传热系数，W/（m²·℃）,可根据外墙和屋面的不同构造；

tn——室内计算温度，℃；

tln——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃。

必须指出式（4-1）中的各围护结构的冷负荷温度值都是以长沙地区气象参数为依据计算出来的，因此对不同地区和不同情况应按下式进行修正：

t'ln=（tln+td）ka·kp（℃）（4-2）

式中：

td——地区修正系数，℃；

ka——不同外表面换热系数修正系数；

kp——不同外表面的颜色系数修正系数；

当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按如下传热公式计算：

Q2=F·K·（tls-tn）（W）（4-3）

式中：

F——内维护结构的传热面积，m²；

K——内维护结构的传热系数，W/（m²·k）；

tn——夏季空调房间室内设计温度，℃；

tls——相邻非空调房间的平均计算温度，℃。

℃（4-4）

式中：

t——夏季空调房间室外计算日平均温度，℃；

tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,当相邻散热量很少（如走廊）时,tls取3℃,；当相邻散热量在23～116W/m2时,tls取5℃。

在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算：

Q3=F·K·（tl–tn）（W）（4-5）

式中：

F——外玻璃窗面积，m²；

K——玻璃的传热系数，W/（m²·k）；

tl——玻璃窗的冷负荷温度逐时值，℃；

tn——室内设计温度，℃。

不同地点对tl按下式修正：

tl/=tl+td（4-6）

式中：

td——地区修正系数（℃），

透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：

Q4=F·CZ·Dj.max·CLQ（W）（4-7）

式中：

F——玻璃窗的净面积,是窗口面积乘以有效面积系数Ca，

CZ——玻璃窗的综合遮挡系数CZ=Cs·Cn；

其中，Cs——玻璃窗的遮挡系数；

Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数，由表1-17[1]查得，中间色活动百叶帘Cn=0.6；

Dj.max——日射得热因数的最大值，W/m²；

CLQ——冷负荷系数。

1.设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：

Q7=Qq+Q·CLQ

（W）（4-8）

式中：

Q7——设备和用具实际的显热形成的冷负荷，W；

Qq——设备和用具的实际显热散热量，W；

CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数；如果空调系统不连续运行，则CLQ＝1.0。

2.设备和用具的实际显热散热量按下式计算

（1）电动设备

当工艺设备及其电动机都放在室内时：

Q＝1000·n1·n2·n3·N/η（4-9）

当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：

Q＝1000·n1·n2·n3·N（4-10）

当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：

Q＝1000·n1·n2·n3·

N（4-11）

式中：

N——电动设备的安装功率，kW；

η——电动机效率，可由产品样本查得；

n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9可用以反映安装功率的利用程度；

n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比；

n3——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.5～0.8。

（2）电热设备散热量

对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：

Q＝1000·n1·n2·n3·n4·N（4-12）

式中：

n4——考虑排风带走热量的系数，一般取0.5；

其中其他符号意义同前。

电子设备散热量

计算公式同（4-10），其中系数n2的值根据使用情况而定，本设计对计算机n2取1.0。

人体散热形成的冷负荷：

人体散热引起的冷负荷计算式为：

Q6＝qs·n·n/·CLQ+ql·n·n/W（4-13）

式中：

Q6——人体散热形成的冷负荷，W；

qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量；

n——室内全部人数；

n/——群集系数，办公楼群集系数为0.89；

CLQ——人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数。

目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则,办公楼的新风量取30m³/h•人。

夏季，空调新风冷负荷按下式计算：

（kW）（4-14）

其中：

——夏季新风冷负荷，kW；

——新风量，kg/s；

hW——室外空气的焓值，kJ/kg；

hN——室内空气的焓值，kJ/kg。

冬季新风冷负荷：

（kW）（4-15）

其中：

——冬季新风冷负荷，kW；

——新风量，kg/s；

——空气比热容，kJ/kg·℃；

——室外空气的焓值，kJ/kg；

——室内空气的焓值，kJ/kg。

4.2办公楼围护结构冷负荷计算

采用鸿业暖通计算软件计算,详见附表1

注：

1.负荷计算使用鸿业暖通计算软件计算得到，因此计算结果比实际算出的偏小，需对其进行修正：

修正值

=1.2～1.5使单位面积冷负荷在80～120（W/m²）范围内即可。

2.选择风机盘管时要再将修正后的冷负荷再乘以一个选型修正系数

=1.1,以确保所选的风机盘管可以满足实际使用需求。

3.其中卫生间、吸烟区由于冷量较小并不设置风机盘管。

这些区域均采用全新风制冷（无回风），房间的冷负荷并不是很大，可以靠新风机组来满足其室内要求，故无需安装风机盘管。

4.3各房间送风方式的确定

房间采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。

风机盘管加新风系统的空气处理方式有:

1．新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷；

2．新风处理到室内状态的等含湿量线，新风机组承担部分室内冷负荷；

3．新风处理到焓值小于室内状态点焓值,新风机组不仅承担新风冷负荷，还承担部分室内显热冷负荷和全部潜热冷负荷，风机盘管仅承担一部分室内显热冷负荷，可实现等湿冷却，可改善室内卫生和防止水患；

4．新风处理到室内状态的等温线风机盘管承担的负荷很大，特别是湿负荷很大，造成卫生问题和水患；

5．新风处理到室内状态的等焓线，并与室内状态点直接混合进入风机盘管处理。

风机盘管处理的风量比其它方式大，不易选型。

本设计为普通办公楼建筑因此选用用方案：

夏季：

新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷

冬季：

新风处理到室内状态的等温线，不进行加湿。

5风机盘管加新风系统选型计算

5.1风机盘管系统选型计算

其夏季处理过程焓湿图如下：

图5.1夏季风机盘管处理过程焓湿图

W－室外空气参数，N－室内设计参数，M－风机盘管处理室内的空气点，

O－送风状态点，ε－室内热湿比，εfc－风机盘管处理的热湿比。

新风处理到室内等焓点与机器露点的焦点，其不承担室内冷负荷。

其中：

热湿比：

ε＝QC/W（5-1）

总送风量：

G=QC/（HN-HO）（5-2）

新风量：

（5-3）

FCU的风量：

（5-4）

对于M点焓值的确定：

GW/GF=（HO-HM）/（HL-HO）（5-5）

注：

以上处理过程是在不考虑管道、设备温升或其保温性能很好时的得到的近似设计计算过程。

根据以上计算过程，可初步选取空气处理设备。

以一层1001房间为例，房间的冷负荷为Q=5.016kw，湿负荷M=3.384kg/h，室内空气计算温度tn=25℃，相对湿度55％，室外干球温度tw=36.5℃，相对湿度为63％，总新风量为249.48ｍ3/h。

其焓湿图如下：

图5.2风机盘管处理焓湿图

查焓湿图可得：

HN=HL=53.5KJ/KG

HW=101.2KJ/KG

其中：

热湿比：

ε=Q/M=5.016/3.384=49068.5KJ/KG

热湿比线与相对湿度90％的线相交即为O点，此时是风机盘管在最大温差下的送风状态点。

送风温差经计算为7.6

。

查焓湿图可知：

HO=45.2KJ/KG

房间总风量：

G=Q/（HN-HO）=5016/（53.5-45.2）=604.34m3/h

风机盘管的风量：

=354.86m3/h

G总=1.05*1.1*GF=1.05*1.1*354.86=409.86m3/h

其中1.1为风量放大系数，在1.05-1.15之间；1.1为风机盘管湿工况积尘系数；

GW/GF=（HO-HM）/（HL-HO）

HM=39.4KJ/KG

冷量Q=GF*（HN-HM）=354.86*14.1=5003.5W=5.0035KW

根据：

冷量Q=1.1×5.0035=5.504kw,风量G总=410m3/h选风机盘管型号，当风量和冷量不匹配时，且实际焓降＜名义焓降，选型时按风量优先，得其型号为CRT03CB2风量580ｍ3/h，名义冷量3.15kw。

其他房间的风机盘管选型如附录。

注：

风机盘管机组的选择都选用了中速制冷量、中速风速。

所选的盘管实际制冷量要比所需要的大很多，但可以通过调节盘管水流量，提高回水温度来调节。

一般由房间换气量决定房间的送风风量：

办公室换气次数：

N=10（次/h）；接待、会议室换气次数：

N=12（次/h）；

大厅、走廊换气次数：

N=6（次/h）；卫生间换气次数：

N=12（次/h）；

吸烟区换气次数：

N=16（次/h

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