厦门某综合体育馆暖通空调设计.docx
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厦门某综合体育馆暖通空调设计
摘要
本次设计的主要内容是厦门某综合体育馆暖通空调设计。
本建筑位于厦门岛内，作为平时运动会比赛、训练及演唱会的主要场馆。
体育馆用地面积约5700m２，建筑总面积约8957m2。
场馆区由赛场、看台、配套用房三部分组成，看台区设固定座位1204个、活动座位1220个、残疾人座位8个，配套用房包括媒体工作室、组委会办公室、音响控制厅、休息厅、会议室等。
本设计主要针对辅助房间、门厅及比赛大厅进行空调设计，为运动员、办公人员和观众等提供一个健康舒适的环境。
本次设计从整个综合馆的冷负荷估算开始，选择合理的设计角度出发，选择了合适的的空调系统。
设计的内容主要包括冷负荷、湿负荷、送风量的计算，风管、水管的水力计算和机组的选型等。
通过了本次设计，本人利用大学所学的理论知识与实际问题相结合，提高了解决实际问题和困难的能力。
关键词：
综合馆暖通空调设计气流组织计算
ABSTRACT
ThemainofdesignisaGymnasiumHVACdesignofXiamen.ThebuildingislocatedinXiamenisland,asusualGamescompetition,trainingandconcertvenues.Thestadiumlandareaofapproximately5700m2andthetotalconstructionareaofapproximately8957m2.Thestadiumdistrictispartofthestadium,grandstand,ancillaryspace.Thebleachersfixedseating1204、1220moveableseatsandseat8forpeoplewithdisabilities,andthesupportingbuildingsincludthemediastudio,theorganizingcommitteeoffice,.audiocontrolroomandtheloungeconferenceroom.Theair-conditioningisdesignedforauxiliaryroom,hallandsportshalltoprovideahealthyandcomfortableenvironmentfortheathletes,officestaffandtheaudience.
ThedesignestimatesfromthecoolingloadoftheentireMuseum,selectareasonabledesignpointofview,selecttheappropriateair-conditioningsystem.Thedesignofcontent,includingthecalculationofcoolingload,wetload,airsupplyduct,thehydrauliccalculationofpipesandunitselection.Bythisdesign,Iusethetheoreticalknowledgeandpracticalproblemsoftheuniversityisacombinationofimprovedabilitytosolvepracticalproblemsanddifficulties.
KEYWORDS:
ComprehensiveHallHVACdesignAirflowcalculations
1.工程概况
厦门市训练运动中心——综合体育馆是一座小型综合性体育馆，位于厦门岛内，作为平时运动会比赛、训练及演唱会的主要场馆。
体育馆用地面积约5700m２，建筑外形类似方形，纵向约75m，横向约76m，穹顶高约29m，屋面板采用双层半透明阳光板，透光率为17％。
场馆区由赛场、看台、配套用房三部分组成，主场馆看台区设固定座位1204个、活动座位1220个、残疾人座位8个，配套用房包括媒体工作室、组委会办公室、音响控制厅、休息厅、会议室等，建筑总面积约8957m2。
2.设计范围及依据
2.1.设计范围
根据设计任务书所提供的设计范围有下面几点：
1）方案设计：
整栋建筑；
2）施工图深化设计：
整栋建筑；
3）设计分析：
暖通空调系统。
2.2.设计依据
2.2.1.设计任务书
《毕业设计（论文）课题任务书》
2.2.2.国家主要规范和行业标准
本次设计所涉及到的主要国家规范和行业标准有：
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019－2003
《民用建筑热工设计规范》GB500176－93
《建筑设计防火规范》GB50016－2006
《公共建筑节能设计标准》GB50189－2005
《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243－2002
《采暖通风与空气调节制图标准》GB/T50114－2010
3.
室内外设计计算参数
3.1.室外设计计算参数
根据规范《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019－2003查得厦门地理位置及夏季室外空气计算参数：
（1）地理（站台）位置
北纬24°东经118.06°
（2）夏季参数
大气压力：
99910kPa室外平均风速：
3.0m/s
室外计算干球温度：
33.4℃室外计算日平均温度：
30.4℃
室外计算湿球温度：
27.6℃通风室外计算温度：
31℃
室外计算相对湿度：
81%
3.2.室内空气设计计算参数
3.2.1.设计空调房间的的室内空气参数
根据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003及本工程具体情况设定室内空调设计参数，见表3-1。
表3-1室内空调设计参数
序号
房间名称
夏季
新风量
（m³/h·人）
噪声级
（dB）
风速V（m/s）
温度T（℃）
相对湿度∮（﹪）
1
比赛大厅
≤0.5
26～28
25～27
20
≤50
2
贵宾休息室
≤0.3
24～26
55～65
50
≤50
3
会议室
≤0.3
25～27
55～65
30
≤50
4
办公室
≤0.3
25～27
55～65
20
≤50
5
教练、运动员休息室
≤0.3
24～26
55～65
40
≤50
6
观众休息室
≤0.3
26～28
55～65
15
≤50
7
门厅、走廊
≤0.3
26～28
55～65
15
≤50
本工程拟采用的室内设计计算参数见表3-2。
表3-2室内空调设计计算参数
序号
房间名称
夏季
新风量
（m³/h·人）
噪声级
（dB）
风速V（m/s）
温度T（℃）
相对湿度∮（﹪）
1
比赛大厅
0.3
27
60
20
50
2
贵宾休息室
0.2
25
60
50
50
3
会议室
0.2
26
60
30
50
4
办公室
0.2
26
60
20
50
5
教练、运动员休息室
0.2
25
60
40
50
6
观众休息室
0.3
27
60
15
50
7
门厅、走廊
0.3
27
60
15
50
3.2.2.围护结构参数
1）一层外墙为水泥砂浆，砖墙，白灰粉刷，壁厚240mm，属于Ⅱ型墙，K=1.50W/（m2·℃），
2）内墙：
水泥砂浆抹灰，砖墙，白灰粉刷，属Ⅱ型墙，K=1.50W/（m2·℃）。
3）二层及二层以上外围护结构全部为玻璃窗，玻璃为双层6mm普通厚玻璃，活动百叶帘，金属窗框，80%玻璃，传热系数K=3.68W/（m2·℃）。
4.方案设计
4.1.空调系统冷负荷估算
对建筑物空调冷负荷进行估算，套用空调冷负荷的概算指标计算。
4.1.1.分类指标
本建筑有多种使用功能不同的房间，在粗略估算整幢建筑公用冷源及各类房间中的末端空气处理装置的空调容量时，可采用按房间使用功能分类的概算指标计算。
按式4-1计算：
Qo=qiAi（4-1）
式中Qo—房间冷负荷，W
qi—分类指标，W/m2
Ai—空调面积（顶层房间面积加大20％），m2
按上式对各房间进行负荷估算并进行汇总，如表4-1所示。
表4-1各房间符合估算值
楼层
房间
空调面积（m２）
冷负荷指标（W/m２）
冷负荷
（kW）
一层
观众门厅
505
250
101
门厅（北）
57
200
11
媒体工作室
120
140
16
门厅（南）
57
200
11
运动员休息室
84
290
24
检录大厅
166
200
33
教练员休息室
80
290
23.2
贵宾休息室
81
180
14
内广播室
22
200
5
二层
观众休息厅
505
200
101
打字、复印室
21
200
5
组委会办公室1
63
160
11
组委会办公室2
63
160
11
会议室
68
260
18
管理办公室1
63
160
11
管理办公室2
63
160
11
比赛大厅
3990
350
1396
总计
1804
考虑到各类房间同期使用率跟冷量损失情况，将各分类房间的冷负荷估算值全部相加再乘以相应的同期使用系数Kι和冷量损失附加系数Kf所得的数值就是建筑物制冷系统冷负荷的概算值，如式4-2所示。
Φ1=KιKf∑qiAi×10-3（4-2）
式中Kι—同期使用系数，W
Kf—冷量损失附加系数，W/m2
Φ1—制冷系统总冷负荷，kW
则本建筑物制冷系统冷负荷的估算值为：
Φ1=0.85×1.1×1804=1686.74（kW）
4.1.2.综合指标
综合指标是按整幢建筑全部建筑面积折算出的每平米建筑面积所需的冷负荷，用于粗略估算空调系统冷源设备的安装容量。
将算得的Φ1除以建筑物的总建筑面积，折算成冷负荷综合指标：
qo=1000×1500.68/8957=188.31（kW）
经校核，本冷负荷综合指标适当。
4.2.冷热源分析及选型
本工程中比赛大厅在赛时赛后存在使用负荷不稳定及辅助房间和比赛大厅在使用时间上有很大的差异，所以从系统上将整栋建筑分为比赛大厅与辅助房间两分区。
4.2.1.辅助房间冷热源分析对比与选型
1）项目情况
本工程辅助房间及门厅空调面积为2018m2,楼层为三层，空调房间分布在一、二层，分别在综合馆的东西两面，中间由比赛大厅隔开，间隔50m，西面主要有门厅，贵宾、教练员、运动员和观众休息室，东面主要有管理办公室，组委办公室，会议室及媒体工作室。
冷冻机房位于综合馆西面一层。
2）空调负荷
辅助房间及门厅的空调负荷为408kW,单位面积空调负荷为202W。
3）方案比较
a.螺杆机组中央空调系统；
b.多联机中央空调系统。
3）原理比较
a.螺杆机组中央空调系统
螺杆机组的核心是采用螺杆式压缩机。
该压缩机是一种回转式的容积式气体压缩机，能在低蒸发温度或高压缩比工况下可单级压缩，通过滑阀装置，使制冷量可在10～100%范围内进行调节。
螺杆机组COP值较高，但通过水载体输送到客户末端，有一定的冷量损失，而且润滑油系统较复杂，组噪声高，要求加工精度和装配精度高等。
b.多联机空调系统
其工作原理是：
由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机输气量，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。
多联机空调系统需采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制;在制冷系统中需设置电子膨胀阀或其它辅助回路，以调节进入室内机的制冷剂流量;通过控制室内外换热器的风扇转速积，调节换热器的能力。
空调系统在环境温度、室内负荷上断变化的条件下工作，而且系统各部件之间、系统环境与环境之间相互影响，因此多联机空调系统的状态上断变化，需通过其控制系统适时地调节空调系统的容量，消除其影响，是一种柔性调节系统。
分析结果：
螺杆机组通过二次载体水进行传送冷热量，冷热量会有一定的损失，而多联机是直接通过冷媒进行冷热交换，无二次载体，比较节能。
4）造价比较
螺杆机组中央空调系统与多联机空调系统造价比较如表4-3所示。
表4-3造价比较
螺杆机组中央空调系统
多联机空调系统
造价
（万元）
螺杆式水冷机组40.0冷却水循环泵1.8冷冻水循环泵1.6
冷却塔4.2
冷水机组土建机房费用5
风机盘管等末端设备22
其他材料和安装调试费13
室外机42
室内机30
铜管及其他材料20
工程安装费20
总计
（万元）
87.5
110
分析结果：
变频一拖多中央空调的一次性投资比螺杆式冷水机组系统的一次性投资多。
5）空调能耗分析
冷水机组系统制冷时的总耗电量约为107kW/h（包括冷水机组，循环水泵，冷却塔，风机盘管等），变频一拖多中央空调耗电量约为70kW/h，通过比较可以看出变频一拖多中央空调比较节能。
6）运行费用分析
每年运行90天，每天运行10个小时，电费为0.7元/KWh。
a.冷水机组系统年运行费用为：
90×10×0.7×107=67410（元）。
b.多联机系统年运行费用为：
90×10×0.7×70=44100（元）。
分析结果：
变频一拖多中央空调运行费用上比较经济，优势明显。
7）设备使用寿命分析
a.冷水机组主机的一般设计使用寿命为26000小时，空调末端一般设计使用寿命为16000小时。
则整个空调系统的平均使用寿命约为21000小时。
（备注：
系统的使用寿命未考虑风管和水管的使用寿命，也未考虑风管和水管的锈蚀对整个系统的影响）。
b.变频一拖多空调设备的设计使用寿命一般为30000小时以上，最高可达40000小时。
分析结果：
变频一拖多中央空调使用寿命为冷水机组系统使用寿命的1.4—1.9倍。
8）维护管理分析
a.冷水机组系统除需清洗室内的过滤网外，还需定期进行清洗室外主机旁的静电过滤器和对管道系统进行清洗和除垢，否则水垢在管道内越积越多后会影响系统的水流量，也会影响空调的使用效果。
另外需定期清洗冷却塔，否则冷却塔内可能滋生军团菌。
而供热锅炉需请压力容器检测站，每年进行检测，否则上准使用。
因此冷水机组系统的维护管理非常麻烦，一般需派专人进行操作维护的工作。
b变频一拖多空调只需定期清洗室内的过滤网外，操作简单，维护方便，不用专业人士专门进行维护，同时运行管理方便简单。
分析结果：
变频一拖多中央空调在运行维护的方便程度和费用方面要比冷水机组系统好得多。
9）比较总结
从以上的比较中可以看出：
多联机中央空调系统在一次性投资方面与冷水机组系统中央空调多25％左右，但在运行费用、使用寿命、维护管理等方面具有明显优势。
因此对本工程来说，多联机中央空调系统无疑比集中式中央系统更适合，所以本工程辅助房间采用多联机系统。
4.2.2.比赛大厅冷热源分析对比与选型
1）项目情况
比赛大厅空调面积为4000m2，属于超高大型空间，场馆区由赛场、看台区部分组成，看台区设固定座位1204个、活动座位1220个、残疾人座位8个，冷冻机房位于综合馆西面一层。
2）空调负荷
比赛大厅的空调负荷为1396kW,单位面积空调负荷为350W。
3）方案比较
a.水冷螺杆冷水机组；
b.离心式冷水机组。
3）原理比较
a.螺杆机组中央空调系统
螺杆机组的核心是采用螺杆式压缩机。
该压缩机是一种回转式的容积式气体压缩机，能在低蒸发温度或高压缩比工况下可单级压缩，通过滑阀装置，使制冷量可在10～100%范围内进行调节。
螺杆机组COP值较高，但通过水载体输送到客户末端，有一定的冷量损失，而且润滑油系统较复杂，要求加工精度和装配精度高等。
b.离心式冷水机组
离心式冷水机组是利用电作为动力源，依靠高速旋转的叶轮使流动的气体获得很高的流速，再通过扩压器将速度能转化为压力能，从而提高气体的压力，以达到制冷的目的。
氟利昂制冷剂在蒸发器内蒸发吸收载冷剂水的热量进行制冷，蒸发吸热后的氟利昂湿蒸汽被压缩机压缩成高温高压气体，经水冷冷凝器冷凝后变成液体，经膨胀阀节流进入蒸发器再循环。
从而制取7℃-12℃冷冻水供空调末端空气调节。
但是离心式制冷压缩机会发生周期性的吼响，离心式制冷压缩机一旦发生喘振.，将会使其整个机组出现强烈的振动。
因此离心式冷水机组相对于螺杆机组组噪声高，同时离心式制冷压缩机的制冷量不宜过小，否则其工作效率就会很低。
分析结果：
螺杆机组与离心式冷水机组进行传送冷热量，冷量都会有一定的损失，噪声方面螺杆机组有一定的优势。
且如果选择制冷量比较小的机组，螺杆机组比较合适。
4）造价比较
螺杆机组中央空调系统与多联机空调系统造价比较如表4-4所示。
表4-4造价比较
螺杆机组中央空调系统
离心式冷水机中央空调系统
造价
（万元）
螺杆式水冷机组120冷却水循环泵5.4冷冻水循环泵4.8
冷却塔12
冷水机组土建机房费用14
其他材料和安装调试费30
离心式冷水机组150冷却水循环泵5.4冷冻水循环泵4.8
冷却塔12
冷水机组土建机房费用14
其他材料和安装调试费30
总计
（万元）
186.2
216.2
注：
以上比较分析不包括末端全空气处理机价钱。
分析结果：
离心式冷水机中央空调系统的一次性投资比螺杆式冷水机组系统的一次性投资多。
5）空调能耗分析
螺杆式冷水机组系统制冷时的总耗电量约为321kW/h（包括冷水机组，循环水泵，冷却塔，风机盘管等），离心式冷水机组系统耗电量约为288kW/h。
通过比较可以看出细心是冷水机组系统比螺杆式冷水机组系统运行效率高10％左右。
6）运行费用分析
每年运行12天，每天运行8个小时，电费为0.7元/KWh。
a.冷水机组系统年运行费用为：
12×8×0.7×321=21571.2（元）。
b.多联机系统年运行费用为：
12×8×0.7×288=19353.6（元）。
分析结果：
两种系统的运行费用相差不多。
7）维护管理分析
离心式冷水机组相对于螺杆式冷水机组，因为单机容量大，如果某一台设备故障停机将导致大数量的负荷缺失，风险大。
且当运行工况偏离设计工况时效率下降较快，制冷量随蒸发温度降低快。
其他方面螺杆式压缩机结构更为简单，且离心机叶轮旋转速较螺杆式转子要高出许多，同时高压气体对叶片、叶轮都有较大冲击压力，故其故障率较螺杆机要高。
同时，离心式压缩机因压缩机体积庞大，在维护维修时非常麻烦，而螺杆式机组结构简单，维护维修非常方便
分析结果：
螺杆式压缩机组在运行维护的方便程度方面要比离心式冷水机组更有优势。
8）比较总结
比赛大厅空调系统平时运用比较少，噪声、系统稳定及维修维护方面比较重要，而且本工程选择相对较小容量的机组。
因此对本工程来说，选用螺杆式压缩机组系统比较合适。
5.热湿负荷计算
5.1.冷负荷计算
5.1.1.外墙和屋面逐时传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面的逐时冷负荷可按下式计算：
Qc（τ）=AK[（tc（τ）+td）kαkρ-tR]（5-1）
式中Qc（τ）—外墙屋面瞬时传热引起的逐时冷负荷，W；
A—外墙或屋面的面积，m2；
K—外墙或屋面的传热系数，W/（m2·℃），由《暖通空调》附录2-2和附录2-3查取；
TR—室内计算温度，℃；
tc（τ）—外墙或屋面的逐时冷负荷计算温度，℃，由《暖通空调》附录2-4和附录2-5查取；
td—地点修正值，由《暖通空调》附录2-6查取；
kα—外表面放热系数修正值；
kρ—吸收系数修正值。
5.1.2.外玻璃窗逐时传热引起的冷负荷
在室内外温差作用下，通过外玻璃窗传热形成的冷负荷可按下式计算：
Qc（τ）=cwKwAw（tc（τ）+td—tR）（5-2）
式中Qc（τ）—外玻璃窗逐时传热引起的冷负荷，W；
K—外玻璃窗传热系数，W/（m2·℃），由《暖通空调》附录2-7和附录2-8查得；
A—窗口面积，m2；
tc（τ）—外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，℃，由《暖通空调》附录2-10查得；
cw—玻璃窗传热系数的修正值；由《暖通空调》附录2-9查得；
td—地点修正值，由《暖通空调》附录2-11查得；
5.1.3.透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
透过玻璃窗进入的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：
Qc（τ）=CαAwCsCiDjmaxCLQ（5-3）
式中Qc（τ）—透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷，W；
Cα—有效面积系数，由《暖通空调》附录2-15查得；
A—窗口面积，m2；
Cs—窗玻璃的遮阳系数，由《暖通空调》附录2-13查得；
Ci—窗内遮阳设施的遮阳系数，由《暖通空调》附录2-14查得；
Djmax—日射得热因数，由《暖通空调》附录2-12查得；
CLQ—窗玻璃冷负荷系数，无因次，由《暖通空调》附录2-16至附录2-19查得。
5.1.4.照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式不同，其逐时冷负荷计算分别为：
白炽灯Qc（τ）=NCLQ（5-4）
日光灯Qc（τ）=n1n2NCLQ（5-5）
式中Qc（τ）—灯具散热形成的逐时冷负荷，W；
N—照明灯具所需功率，W；
n1—镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1=1.2，当暗装荧光灯的镇流器装在顶棚时，可取n1=1.0；
n2—灯罩隔热系数，灯罩有通风孔时，n2=0.5—0.6；无通风孔时，n2=0.6—0.8；
CLQ—照明散热冷负荷系数，由《暖通空调》附录2-22查得。
5.1.5.人体散热形成的冷负荷
人体散热形成的冷负荷可以分为人体显热散热形成的冷负荷和人体潜热散热引起的冷负荷：
①人体显热散热形成的冷负荷：
Qc（τ）=qsnφCLQ（5-6）
式中Qc（τ）—人体显热形成的逐时冷负荷，W；
qs—不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，由《暖通空调》表2-13查得；
n—室内全部人数；
φ—群集系数，由《暖通空调》表2-12查得；
CLQ—人体显热散热冷负荷系数，由《暖通空调》附录2-23查得；
②人体潜热散热引起的冷负荷：
Qc=qlnφ（5-7）
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