成都市某科研办公楼空调系统设计 学位论文.docx
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成都市某科研办公楼空调系统设计学位论文
成都市某科研办公楼空调系统设计
摘要
本工程为成都市某科研办公楼空调系统设计，总建筑面积为9745m2。
地上共五层，各层层高：
一层为5m；二至五层为4m，总高度为21m。
其中有展览室、办公室、更衣室等，总空调面积7210.19m2。
根据该工程所处的地理位置，采用冷负荷系数法详细计算逐时冷负荷，并结合工程实际情况，从高效节能，环境保护等方面加以考虑合理选择冷热源。
根据房间不同功能合理采用风机盘管加独立新风系统或全空气系统，风机盘管的新风处理到室内空气焓点，送入风机盘管风机出口，与经风机盘管处理后的室内回风混合后再送入室内，以达到很好的效果。
对于空调的水系统和风系统全部采用假定流速法计算，采用鸿业水力计算软件进行计算。
空调冷冻水系统的水管设计与采暖管路基本相同，管路要设立坡度以排除系统中空气，水系统应设定压装置，对于湿工况运行的风机盘管，设凝水排放管路。
关键词：
风机盘管加独立新风系统；全空气系统；假定流速法
THEAIR-CONDITIONINGSYSTEMDESIGNOFARESEARCHBUILDINGINCHENGDU
Abstract
Thisprojectisaboutthedesignoftheair-conditioningsystemofaresearchbuildinginchengducity,thisbuildingtotalfloorisspace9745m2,thefirstfloorheightis5m,fromtwofloortofivefloortheheightis4m,andthetotalheightis21m.thisbuildingiscomposedbyExhibitionRoom、office、changingroomandsoon.Thetotalairconditioningareais7210.19m2.
Accordingtothegeographicalpositionproject,thecoldloadcoefficientmethodisadoptedtocalculatetimingcoldload.Thewaterchillingunitforcoldsourceischosenbyconsideringengineeringpracticalsituation,energyconservation,environmentalprotection.Accordingtotheroomfunction,thefreshairaddingfan-coilsystemorallairsystemisused.Inordertoformgoodperformance,theoutdoorairishandledtoenthalpypointofindoorair,andentersthefanoutletoffan-coil,andismixedupwithreturnairwhichwashandledbyfan-coil,andissentintotheroomfinally.Consumedvelocitymethodisemployedinthecalculationofhydraulicandairsystem.Honyesoftwareisadopted.Thechillwaterpipedesignoftheairconditioningissimilarwiththedesignoftheheatingwatersystem.Gradientshouldbesetuptoexcludeairfromsystem,andsetpressuredeviceforthehydraulicsystemshouldbeinstalled.Forthehumidbehavioroffan-coil,coagulatewaterdischargepipelineshouldalsobeinstalled.
Keywords：
Freshairaddingfan-coilsystem;Allairsystem;Assumingvelocitymethod
1工程概况
本工程为成都市某科研办公楼空调系统设计，该建筑坐北朝南，总建筑面积为9745m2。
地上共五层，各层层高：
一层为5m；二至五层为4m，总高度为21m。
其中有展览室、办公室、更衣室等，总空调面积7210.19m2。
土建资料见建筑总平面图，建筑平面图。
该建筑水、电源资料如下：
水源：
该建筑物北面有市政给排水管线，水源较充足，水质较硬。
电源：
有380V和220V电源，用电容量能够满足要求。
2设计依据
2.1设计任务书
华北电力大学科技学院毕业设计（论文）任务书《成都市某科研办公楼空调系统设计》。
2.2设计规范及标准
本工程空调初步设计根据甲方提供的委托设计任务书及建筑专业提供的图纸，并依照暖通现行国家颁发的有关规范、标准进行设计，具体为：
1）《采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）》；
2）《建筑设计防火规范（GBJ16-8750067-97）》；
3）《通风与空调工程施工质量验收规范（GB50243-2002）》；
4）《建筑给水排水与采暖工程施工质量验收规范（（GB50242-2002））》；
5）《实用供热空调设计手册》；
6）《供暖通风设计手册》。
2.3设计计算参数
2.3.1室外气象参数
1）地理位置：
四川省成都
2）具体位置：
北纬30°67′东经104°02′
3）夏季参数：
夏季大气压：
94770Pa
空调室外干球温度：
31.9℃
空调室外湿球温度：
26.4
空调室外日平均温度：
27.90℃
通风室外相对湿度：
70%
室外平均风速：
1.40m/s
4）冬季参数：
冬季大气压：
96510Pa
室外空调计算干球温度：
2.8℃
空调相对湿度：
84.00%
室外平均风速：
1.00m/s
2.3.2室内设计参数
表2-1室内设计参数
项目
房间
空调运行
时间
夏季
冬季
新风量，ｍ3/人·ｈ）
温度，℃
湿度，%
温度，℃
湿度，%
换鞋室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
更衣室
9:
00-18:
00
26
60
20
－
30
办公室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
实验室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
计算机
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
接待室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
储藏室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
会议室
9:
00-18:
00
26
60
20
60
30
大厅
9:
00-18:
00
26
60
20
60
0
2.4相关参数的选取
围护结构参数见表2-2
表2-2围护结构参数
结构类型
类型
传热系数
外墙
采用保温墙体，保温层为泡沫混凝土，
外墙厚240mm,属于Ⅱ类
K=0.90W/m²·℃
外窗
玻璃幕墙全部采用厚5mm的吸热玻璃,
窗户用厚3mm的吸热玻璃
2.06
外门
单层3mm玻璃木门
2.00
屋顶
沥青膨胀珍珠岩保温屋面厚125mm,属于Ⅲ类
K=0.53W/m²·℃
其它的冷负荷相关参数见表2-3
表2-3其它冷负荷相关参数
房间
名称
人员
照明
散热设备
劳动
强度
群集系数
类型
安装功率W
办公室
极轻
0.93
吊顶玻璃内的银光灯
536
电脑
金工间
轻
0.93
吊顶玻璃内的银光灯
536
机械电动设备
公议室
极轻
0.93
吊顶玻璃内的银光灯
536
音响设备
3负荷计算
3.1冷负荷理论依据
3.1.1房间冷负荷的构成：
（1）通过围护结构传入室内的热量；
（2）透过外窗进入室内的太阳辐射热量；
（3）人体散热量；
（4）照明散热量；
（5）设备散热量；
（6）其它室内散热量。
3.1.2房间湿负荷的构成：
（1）人体散湿量；
（2）其它室内散湿量。
3.2主要计算公式
冷负荷系数法，当计算某建筑物空调冷负荷时，则可按照条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热公式形式即可算出经围护结构传入热量所形成的冷负荷和日射得热形成的冷负荷。
3.2.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法
1）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
W（3-1）
式中LQ1——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·℃）；
tn——室内计算温度，℃；
tln——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃。
对不同地区和不同情况应按下式进行修正：
℃（3-2）
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。
2）内墙、楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷
W（3-3）
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，℃。
t'ls按下式计算：
℃（3-4）
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℃。
3）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
W（3-5）
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：
，℃（3-6）
式中td——地区修正系数，℃。
3.2.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
W（3-7）
式中F——玻璃窗的净面积,是窗口面积乘以有效面积系数Ca，本设计单层钢窗Ca=0.85；
CZ——玻璃窗的综合遮挡系数
；
其中Cs——玻璃窗的遮挡系数；
Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数；
Dj.max——日射得热因数的最大值，W/m²；
CLQ——冷负荷系数。
3.2.3设备散热形成的冷负荷
，W（3-8）
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。
1）设备和用具的实际显热散热量按下式计算
电动设备：
电动设备系指电动机及所带动的工艺设备电动机在带动工艺设备进行生产的过程中向室内空气散发的热量主要有两部分，一是电动机本体由于温度升高而散入室内的热量，二是电动机所带动的设备散出的热量。
当工艺设备及其电动机都放在室内时：
kW（3-9）
当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：
kW（3-10）
当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：
kW（3-11）
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：
kW（3-12）
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。
3.2.4照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：
白炽灯：
，W（3-13）
荧光灯：
，W（3-14）
暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯：
，W（3-15）
式中LQ5——灯具散热形成的冷负荷，W；
N——照明灯具所需功率，kW；
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；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1＝1.0；本设计取n1＝1.0；
n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风
热与顶棚内时，取n2＝0.5～0.8；而荧光灯罩无通风孔时，取n2＝0.6～0.8；本设
取n2＝0.6；
CLQ——照明散热冷负荷系数；
T——开灯时刻；
——从开灯时刻算起到计算时刻的时间；
——
时间照明散热的冷负荷系数。
3.2.5人体散热形成的冷负荷
1）人体显热散热引起的冷负荷计算式为：
，W（3-16）
式中
——人体显热散热形成的冷负荷，W；
——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量；
——室内全部人数；
——群集系数，由《暖通空调》表2-12查得；
——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
，W（3-17）
式中
——人体潜热散热形成的冷负荷，W；
——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W；
，
——同式3-16。
3.2.6新风冷负荷
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，本设计新风量取30m³/（h·p）。
夏季，空调新风冷负荷按下式计算：
，kW（3-18）
式中Qco——夏季新风冷负荷，kW；
M——新风量，kg/s；
ho——室外空气的焓值，kJ/kg；
hR——室内空气的焓值，kJ/kg。
冬季，空调新风冷负荷按下式计算：
，kW（3-19）
式中Qho——冬季新风冷负荷，kW；
Cp——空气的定压比热，kJ/（kg·℃），取1.005kJ/（kg·℃）；
M——新风量，kg/s；
to——冬季空调室外空气的计算温度，℃；
tR——冬季空调室内空气的计算温度，℃。
3.2.7湿负荷
人体散湿量可按下式计算：
，kg/h（3-20）
式中D——人体散湿量，kg/h；
n’——群集系数，办公楼群集系数为0.93；
W——成年男子的小时散热量，kg/（h·p）；25℃时，极轻劳动成年男子的小时散热量为0.132kg/（h·p）。
本工程采用鸿业负荷计算软件进行计算，相关参数从《暖通空调》和《供暖通风设计手册》中查取。
冷负荷计算结果见附录1。
4空调系统方案的确定
4.1空调系统的选取
4.1.1空调系统的划分原则
（1）能保证室内要求的参数，即在设计条件下和运行条件下均能保证达到室内温度、相对湿度、净化等要求；
（2）初投资和运行费用综合起来较为经济；
（3）尽量减少一个系统内的各房间相互不利的影响；
（4）尽量减少风管长度和风管重叠，便于施工、管理和测试；
（5）系统应与建筑物分区一致；
（6）各房间或区的设计参数值和热湿比相接近污染物相同，可以划分成一个全空气系统。
对于定风量单风道系统，还要求工作时间一致，负荷变化规律基本相同；
（7）一般民用建筑中的全空气系统不宜过大，否则风管难于布置；系统最好不要跨楼层设置，需要跨楼层设置时，层数也不应过多这样有利于防火。
4.1.2方案的比较
表4-1全空气系统与空气－水系统方案比较表
比较项目
全空气系统
空气－水系统
设备布置与机房
1．空调与制冷设备可以集中布置在机房
2．机房面积较大层高较高
3．有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上
1．只需要新风空调机房、机房面积小
2．风机盘管可以设在空调机房内
3．分散布置、敷设各种管线较麻烦
风管系统
1．空调送回风管系统复杂、布置困难
2．支风管和风口较多时不易均衡调节风量
1．放室内时不接送、回风管
2．当和新风系统联合使用时，新风管较小
节能与经济性
1．可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风减少与避免冷热抵消，减少冷冻机运行时间
2．对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济
3．部分房间停止工作不需空调时整个空调系统仍需运行不经济
1．灵活性大、节能效果好，可根据各室负荷情况自我调节
2．盘管冬夏兼用，内避容易结垢，降低传热效率
3．无法实现全年多工况节能运行
比较项目
全空气系统
空气－水系统
使用寿命
使用寿命长
使用寿命较长
安装
设备与风管的安装工作量大周期长
安装投产较快，介于集中式空调系统与单元式空调器之间
维护运行
空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护
布置分散维护管理不方便，水系统布置复杂、易漏水
温湿度控制
可以严格地控制室内温度和室内相对湿度
对室内温度要求严格时难于满足
空气过滤与净化
可以采用初效、中效和高效过滤器，满足室内空气清洁度的不同要求，采用喷水室时水与空气直接接触易受污染，须常换水
过滤性能差，室内清洁度要求较高时难于满足
消声与隔振
可以有效地采取消防和隔振措施
必须采用低噪声风机才能保证室内求
风管互相串通
空调房间之间有风管连通，使各房间互相污染，当发生火灾时会通过风管迅速蔓延
各空调房间之间不会互相污染
表4-2风机盘管+新风系统的特点表
优点
1）布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用
2）各空调房间互不干扰，可以独立地调节室温，并可随时根据需要开停机组,节省运行费用，灵活性大，节能效果好
3）与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间
4）机组部件多为装配式、定型化、规格化程度高，便于用户选择和安装
5）只需新风空调机房，机房面积小
6）使用季节长
7）各房间之间不会互相污染
缺点
1）对机组制作要求高，则维修工作量很大
2）机组剩余压头小室内气流分布受限制
3）分散布置敷设各中管线较麻烦，维修管理不方便
4）无法实现全年多工况节能运行调节
5）水系统复杂，易漏水
6）过滤性能差
适用性
适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多层的建筑物中,需要增设空调的小面积多房间建筑室温需要进行个别调节的场合
4.1.3系统的选择
办公楼，会议室等小房间，人员集中程度大，各房间的负荷根据运行时间不一致，且各自有不同要求，且受到层高的限制，因而选用了风机盘管加独立新风系统形式。
其中新风单独处理，与之相比的新风经过回风箱处理的方案相比，减少了风机盘管中风机的风量，减少了噪声，当风机盘管不运行时新风继续送风，不经过回风口，增加了室内空气品质。
大厅直接采用风机盘管处理回风。
4.2风机盘管加独立新风系统的处理过程以及送风参数计算
其夏季处理过程焓湿图如下：
图4-1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，L－新风处理状态点，L’－管道升温后状态点，
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，承担一部分湿负荷。
其中热湿比：
ε＝
（4-1）总送风量：
（4-2）
新风量：
FCU的风量：
（4-3）
对于M点焓值的确定：
由于
（4-4）
（4-5）
注：
以上处理过程是在考虑管道、设备温升2℃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。
4.2.1风机盘管的选择计算
以1层110为例，房间的不含新风负荷时为Q=5.062kW，湿负荷M=1.4kg/h，室内空气计算温度
=26℃，相对湿度60％，室外干球温度
=31.9℃，相对湿度为74％，该房间室内人员12人，总新风量为360m3/h。
其焓湿图如图4.1：
查焓湿图可得：
热湿比ε=Q/M=5.062×3600/1.4=7955.3
风机盘管的风量：
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；
由冷量Q=1.1×5.062=5.7kw,风量G=1915m3/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FP-238风量2380m3/h，名义冷量12.318kw,机组的全冷和显冷量均能满足要求，并且还有一部分富裕量。
其他房间的风机盘管选型及数量如下表：
表4-3风机盘管型号
房间号
产品型号
数量
制冷量
送风量
高，
宽，
长，
噪声
，台
，w
，m3/h
，mm
mm
mm
，db
一层
101
FP-51-WA-Z
1
1603
383
385
498
940
44
102
FP-34-WA-Z
1
1099
255
385
498
840
43
103
FP-102-WA-Z
2
3148
765
385
498
1240
48
104
FP-85-WA-Z
1
2629
510
385
498
1140
46
105
FP-170-WA-Z
5
5082
1275
385
498
1740
50
106
FP-238-WA-Z
1
7040
1785
385
498
2140
54
107
FP-170-WA-Z
1
5082
1275
385
498
1740
50
108
FP-136-WA-Z
2
4072
1020
385
498
1640
49
109
FP-51-WA-Z
1
1603
383
385
498
940
44
110
FP-170-WA-Z
1
5082
1275
385
498
1740
50
续表4-3
111
FP-170-WA-Z
1
5082
1275
385
498
1740
50
112
FP-170-WA-Z
1
5082
1275
385
498
1740
50
113
FP-170-WA-Z
2
5082
1275
升级会员 