宝安中心图书馆空调通风系统毕业设计.docx
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宝安中心图书馆空调通风系统毕业设计
宝安中心图书馆空调通风系统毕业设计目录
1绪论
本篇文章是对深圳市宝安中心区图书馆中央空调系统的设计计算说明。
依据建筑特性合理制定空调方案，要求能够满足图书馆舒适性和经济合理性，同时考虑建筑整体的美观度。
本文是对该图书馆中央空调的设计、选型及校核计算的一个说明。
空调系统方案的选择，基本上确定了空调的形式和内容。
本设计选用独立新风加风机盘管系统，部分功能房间采用全空气系统，整个系统由集中设置于地下层的冷水机组来提供空气处理所需的冷冻水。
理论计算主要有两部分组成，空调负荷计算和水力计算。
负荷计算是整个系统设计的基础，水力计算保证所设计系统能够合理运行。
另外在设备选型方面亦涉及到部分选型计算。
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。
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考虑并提出解决方案。
比如管路的腐蚀问题，保温问题，材料的选择问题等。
2原始资料
2.1工程概况
本设计为深圳市宝安中心区图书馆中央空调系统设计，该大厦地上五层、地下两层；建筑高度地上23.65m，地下10.3m；建筑面积地上26108㎡，地下19206㎡，总面积为45314㎡。
正北朝向，所属结构体系为框架结构。
地上各层主要房间有为办公室、自修室、各种阅览室及各种展厅等，地下一层主要是报告厅、培训室、活动室以及各种机房等，另兼有水泵房、配电房及电机房等。
地下二层主要为停车库。
2.2气象资料
深圳市位于中国南部沿海，东经113.8°，北纬23.3°。
全市平均海拔100米。
深圳属亚热带向热带过渡型海洋性气候，风清宜人，降水丰富。
常年平均气温22.5℃，平均年降雨量1924.3毫米，最冷一月平均温度：
15.4℃，最热七月平均温度：
28.8℃。
气象参数如下表。
表2-1深圳市气象参数表
夏季
参数
冬季
参数
大气压力
100.34kPa
大气压力
101.76kPa
室外平均风速
2.1m/s
室外平均风速
3.0m/s
空调室外干球温度
33.1℃
室外供暖计算干球温度
8℃
空调室外湿球温度
27.9℃
室外空调计算干球温度
6℃
室外平均风速
2.1m/s
室外空调计算相对湿度
72%
空调室外日平均温度
30.1℃
在现代的办公大楼中，通过采用舒适性空气调节系统，保证了办公人员在工作学习时的舒适性感觉。
具体而言，我们研究、设计的目的除了满足室内空气温度、湿度和速度方面的要求之外，更重要的是满足其舒适性方面的要求。
空气温湿度与一般舒适性空调的温湿度基本类似。
根据我国《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－87）中规定，舒适性空调的室内参数应达到以下水平：
表2-2舒适性空调室内计算参数
季节
温度（℃）
相对湿度（％）
风速（m/s）
夏季
24～28
40～65
≤0.3
冬季
18～22
40～60
≤0.2
综合各方面的因素，取如下三组组参数：
1、温度25℃，湿度65％，风速0.25m/s，密度1.15kg/m3，如首层107自修室、负一层的118小报告厅和119大报告厅等。
2、温度25℃，湿度55％，风速0.25m/s，密度1.15kg/m3，如首层的102展示服务、保安物业管理和消防控制室等。
3、温度25℃，湿度50％，风速0.25m/s，密度1.15kg/m3；如三层的109图书档案室、二层的108展品储藏室和四层108小餐厅等
做为室内空气计算参数。
2.3土建资料
屋面类型：
40mm铺地砖水泥砂浆铺卧+10mm防水层+20mm水泥砂浆找平层+70mm白灰礁渣找坡层+90mm聚苯板+100mm钢筋混凝土屋面板+20mm白灰粉刷，传热系数K=0.51W/（m2•K）
楼板类型：
20mm水泥砂浆+120mm钢筋混凝土+30mm胶份颗粒保温沙浆。
传热系数K=1.33W/（m2•K）
外墙类型：
首层采用新立基真空玻璃系列（V系列；TL+V+T）的单层玻璃幕墙，传热系数为0.7，遮阳系数为0.65，有效面积系数Xg=0.8
第二层及以上采用新立基复合真空玻璃系列（H系列）——夹层+真空+中空的双层玻璃幕墙，传热系数为0.65，遮阳系数为0.5，有效面积系数Xg=0.8
内墙类型：
20mm水泥砂浆+180mm砖墙+20mm水泥砂浆，传热系数为2.31
3负荷计算
对于室内空气环境要求较高的建筑，全年需保证室内空气温度和湿度均符合设计要求，因此，要根据需要向房间供暖、供冷，对送入房间的空气进行加湿或减湿。
在某一时刻为维持室内空气温度，需向房间供应的冷量称为冷负荷，需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内空气湿度，需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。
建筑物的负荷在不同时刻随室外气象条件、室内人员数量、室内设备工作情况的变化而有所不同。
负荷计算的目的是为了选择空调系统的空气处理设备，确定空调系统冷热源的容量和台数。
3.1冷负荷计算
根据《空气调节》，围护结构的冷负荷计算采用谐波法的工程简化计算方法，室内热源散热行程的冷负荷也采用工程简化计算方法。
3.1.1外墙与屋面
外墙和屋面传热冷负荷计算公式：
（3-1）
式中：
F—计算面积，m3；
τ—计算时刻，点钟；
τ-ε—温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻，点钟；
Δtτ-ε—作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，℃，见《空气调节》附录2-10（墙体），附录2-11（屋顶）
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
屋顶传热系数为0.51房间面积571.3m2；查《空气调节》2-11得各时刻屋顶的负荷温差如下表。
表3-1屋顶个时刻负荷温差
时刻
8
10
12
14
16
18
20
22
负荷温差℃
15
19
22
23
22
19
17
14
则屋顶8时的冷负荷为：
屋顶10时的冷负荷为：
3.1.2窗户瞬变传导得热形成的冷负荷
在日射和室内气温综合作用下，窗户瞬变传热引起的空调冷负荷，可按下式计算：
（3-2）
式中：
Qτ——窗户温差传热形成的逐时冷负荷，W；
F—窗户的面积，m
；
K—窗户传热系数，w/（m
·℃）；
⊿tτ—计算时刻的负荷温差，℃，见《空气调节》附录2-12
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
外窗面积为玻璃幕墙面积257.6m2，传热系数为0.65
表3-2玻璃窗温差传热各时刻负荷温差
时刻
8
10
12
14
16
18
20
22
负荷温差℃
2.4
4
5.4
6.3
6.7
6.2
5
3.9
则8时的冷负荷为：
Qτ=0.65x257.6x2.4=401.8W
10时的冷负荷为：
Qτ=0.51x571.3x19=669.7W
3.1.3窗户日射得热形成的冷负荷
透过玻璃窗进入室内的日射得热也会引起冷负荷,其计算公式为：
（3-3）
式中：
Qτ—透过玻璃窗进入室内的日射得热引起的冷负荷，w；
F—面积，m2；
Xg—窗的有效面积系数；
Cs—窗玻璃的遮阳系数；
Cn—窗内遮阳设施遮阳系数；
Jn●τ—计算时刻，透过单位窗口面积的太阳总辐射热形成的冷负荷，简称符合强度，W/m2，可由《空气调节》附录2-13查得
计算示例：
（选取首层少儿图书馆119房间）
窗户面积为75.7m2，窗的有效面积系数为0.8，窗玻璃的遮阳系数为0.6，窗内遮阳设施遮阳系数为0.65。
表3-3东朝向个时刻负荷强度
时刻
8
10
12
14
16
18
20
22
负荷强度℃
288
276
154
129
98
55
32
23
则：
8时的冷负荷为：
10时的冷负荷为：
3.1.4人体散热形成的冷负荷
人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度以及环境条件等多种因素有关。
从性别上看，可认为成年女子总散热量约这男子的85%、儿童则约为75%。
由于性质不同的建筑物中有不同比例的成年男子、女子和儿童数量，而成年女子和儿童的散热量低于成年男子。
为了实际计算方便，可以成年男子为基础，乘以考虑了各类人员组成比例的系数，称群集系数。
人体显热散热引起的冷负荷计算式为：
（3-4）
式中：
Qτ—人体散热形成的冷负荷,W；
q—不同室温和劳动性质成年男子散热量,W,见《空气调节》表2-18；
n—室内全部人数；
n′—群集系数；
Xτ-T—τ-T时间的人体负荷强度系数,W/m2；见《空气调节》附录2-16
计算过程中成年男子散热量q取134W；群集系数n′取0.96
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
室内人数取最不利时刻的人数，为150人，群集系数取0.96，成年男子散热量取134W，查取《空气调节》附录2-16得连续工作4小时的人工作4小时后的负荷强度系数为0.89，则有：
Qτ=150x0.96x134x0.89=15050W
3.1.5照明与设备散热形成的冷负荷
其冷负荷计算式为：
（3-5）
式中：
Qτ—照明和设备的得热,W；
Xτ-T—τ-T时间的设备负荷强度系数,W/m2，见《空气调节》附录2-14（照明），附录2-15（设备）；
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
室内有40支40W的荧光灯，则Q=40x40=1600W,查取《空气调节》附录2-14得连续开灯4小时的照明设备4小时后的负荷强度系数为0.85，则有：
Qτ=1600x0.85=1088W
3.1.6新风负荷
新风Gw进入系统时的焓iw，排除时的焓in，这部分冷量称为新风负荷，可按下式计算：
（3-6）
式中：
ρ——夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，33℃时的密度为1.15㎏/m3；
Gw——新风量，m3/h；
iw——夏季室外计算参数时的焓值，kj/kg，本工程计算中iw=90kj/kg
in——室内空气焓值，kj/kg
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
根据《空气调节设计手册》新风量取30m3/（h·人），则新风量为150x30=4500m3/h，查焓湿图得室内设计温度25度，相对湿度55%时的焓值为51kJ/kg，则有Q=4500x1.15x（90-51）/3.6=56062.5W
3.1.7人体散湿形成的湿负荷
其冷负荷计算式为：
（3-7）
式中：
q—不同室温和劳动性质时的散湿量，W，见《空气调节》表2-18
n—室内全部人数；
n′—群集系数；
计算示例：
（选取四层150座饭堂109房间）
室内人数取最不利时刻的人数，为150人，群集系数取0.96，查取《空气调节》表2-18得25度时成年男子的散湿量为109，则有Q=150x0.96x109=13969W
3.2热负荷计算
该建筑为特殊建筑物，外墙均为真空玻璃幕墙，冬季真空玻璃幕墙保温性能很高，密封性极好，所以除首层的外门考虑冷风渗透外，其余均不考虑冷风渗透。
不考虑风力附加耗热量，高度附加耗热量分别为首层2%、二层6%、三层4%、4层4%。
因此所要计算的各项耗热量为：
外真空玻璃幕墙传热、负一层楼板传热、顶层屋面传热、首层外门传热，首层外门冷分渗透与侵入。
计算方法如下：
围护结构基本耗热量，可按下式计算：
（3-7）
式中：
K—围护结构传热系数，W/（m2·℃）
F—围护结构面积，m2
—冬季室内计算温度，℃
—供暖室外计算温度，℃
—围护结构的温差的修正系数。
冷风渗透耗热量，可按下式计算：
（3-8）
式中：
Vn—房间的内部体积，m3
—供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3
—冷空气的定压比热，
=1kJ/（kg·℃）;
0.278—单位换算系数，1kJ/h=0.278W
—房间的换气次数，次/h,可按表3-4选用。
表3-4概算换气次数
房间外墙的暴露情况
一面有外窗或外门
1/4～2/3
二面有外窗或外门
1/2～1
三面有外窗或外门
1～1.5
门厅
2
冷风侵入耗热量，可按下式计算：
（3-9）
式中：
Vw—流入的冷空气两，m3/h
由于Vw不确定，根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门的基本耗热量乘以下表的百分数的简便方法进行计算。
亦即
（3-10）
式中
——外门的基本耗热量，W
N——考虑冷风侵入的外门附加率，按表3-5采用
表3-5外门附加率的N值
外门布置状况
一道门
65n%
两道门（有门斗）
80n%
三道门（有两道门斗）
60n%
公共建筑和生产厂房的主要出入口
500%
4空调系统方案的选择
一个典型的空调系统应由空调冷热源、空气处理设备、空调风系统、空调水系统及自动控制和调节装置组成。
根据需要，它能组成许多不同形式的系统。
在工程上应考虑建筑的用途和性质、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、初投资和运行维修费用等许多方面的因素，选定合理的空调系统。
4.1空调系统的分类
4.1.1按空气处理设备的集中程度划分
集中式空调系统
所有空气处理设备（风机、过滤机加热器、冷却器、加湿器、减湿器和制冷机组等）都集中在空调机房内，空气处理后，由风管送到各空调房里。
这种空调系统热源和冷源也是集中的。
它处理空气量大，运行可靠，便于管理和维修，但机房占地面积大。
半集中式空调系统
集中在空调机房的空气处理设备，仅处理一部分空气，另外在分散的各空调房间内还有空气处理设备。
它们或对室内空气进行就地处理，或对来自集中处理设备的空气进行补充再处理。
诱导系统、风机盘管+新风系统就是这种半集中式的典型例子
局部式空调系统
此系统是将空气处理设备全部分散在空调房间内，因此局部式空调系统又称为
分散式空调系统。
通常使用的各种空调器就属于此类。
空调器将室内空气处理设备、室内风机等与冷热源与制冷剂输出系统分别集中在一个箱体内。
分散式空调只向室内输送冷热载体，而风在房间内的风机盘管内进行处理。
4.1.2按承担室内负荷所用的介质种类划分
为全空气系统
这种系统是空调房间的冷热负荷全部由经过处理的空气来承担。
集中式空调系统就是全空气系统
全水系统
这种系统是空调房间的冷热负荷全部靠水作为冷热介质来承担。
它不能解决房间的通风问题，一般不单独采用。
无新风的风机盘管属于这种全水系统。
空气—水系统
这种系统是空调房间的冷热负荷既靠空气，又靠水来承担。
风机盘管加新风系统就是这种系统。
冷剂系统
这种系统空调房间的冷热负荷直接由制冷系统的制冷剂来承担，局部式空调系统就属此类。
4.2空调系统方案的确定
图书馆面积较大，对空气品质也有一定的要求。
全水系统全部由水负担室内空调负荷，只能消除室内的余热和余湿，不能起到改善室内空气品质的作用，对于图书馆，不宜采用。
该图书馆为白天开放，夜间关闭的间歇性使用，人员分布较均匀，同时有些房间冷热负荷并不完全相同，需要进行个别的调节。
总的来说，室内参数有所不同，所以应该进行分区考虑。
对阅览室这样的大空间，其冷热负荷基本相同，可以采用全空气系统。
而风机盘管加新风系统可以满足对各个房间进行个别的调节，但是对于图书馆这样拥有很多藏书，要避免被水浸湿的场所，该系统不能完全适用，所以本设计采用全空气系统和风机盘管加新风系统。
4.2.1风机盘管加新风系统
风机盘管机组的新风供给方式和新风处理方案：
（1）新风供给方式
①靠渗入室外空气（浴厕机械排风）以补给新风，机组基本上处理再循环空气。
这种方案初投资和运行费经济，但室内卫生条件较差，且受无组织的渗透风的影响，造成室内的温度不均匀，因而此种方式只适用于室内人少的场合。
②墙洞引入新风直接进入机组，新风口做成可调节的，冬、夏季按最小的新风量运行，过度季尽量多采用新风。
这种方式虽然新风得到比较好的保证，但随着新风负荷的变化，室内参数将直接受到影响，故这种系统只能用于要求不高的建筑物。
国外从节能出发生产有带全热交换机的风机盘管，故外墙应设有新风和排风两个风口。
③由独立的新风系统供给室内新风，即把新风处理到一定的参数，也可以承担一部分房间的负荷。
这种方案既提高了该系统的调节和运转的灵活性，且进入风机盘管的供回水温度可设当提高，水管的结露现象得到改善。
国外在大型办公楼设计中，在周边区采用风机盘管时，新风的补给常由内区系统供给。
（2）新风处理方案的分析（新风处理到室内空气的焓值，不承担室内负荷）
①确定送风处理状态：
根据室内空气的hn线、新风处理后的机器露点的相对湿度和风机温升⊿t既可确定出新风处理后的机器露点L及温升后的K点；
②确定总风量与风机盘管风量：
图4-1送风过程h-d图
过室内状态点N点做ε线与ψ=90%线相交（按最大限度提高送风温差考虑），既得送风点O，因为风机盘管系统大多用与舒适性空调，一般不受送风温差限制，故可采用较低的送风温度。
则房间的风量
（4-1）
连接K、O两点并延长到M点，使
（4-2）
式中Gw—新风量，kg/s
Gf—风机盘管风量，kg/s
故房间的总送风量
，而M即风机盘管的出风状态点，为了使新风与风机盘管出风有较好的混合效果，应使新风送风口紧靠风机盘管的出口。
4.2.2全空气系统
普通集中式空调系统属于典型的全空气系统。
在集中式空调系统和局部空调机组中，最常用的是混合式系统，既处理的空气来源一部分是新鲜的空气，一部分是室内回风。
夏季送冷风和冬季送热风都用的是一条风道，此外管道内的风速都用得较低（一般不大于8m/s），一次风管断面较大，它常用于工厂、公共建筑等有较大空间可供设置风管的场合。
（1）在h-d图上夏季过程的确定和系统图式：
在h-d图上标出室内状态点N，过N点做室内热湿比线（ε线）。
根据选定的送风温差⊿t0，画出t0线，该线与ε的交点O既为送风状态点。
为了获得点O，常用的方法是将室内、外混合状态C的空气经喷水室（或空气冷却器）冷却减湿处理到L点（L点成机器露点，它一般位于ψ=90%～95%线上）,再从L点加热到O点，然后送入房间，吸收房间的余热余湿后变为室内状态点N，一部分室内排风直接排到室外，另一部分再回到空调室和新风混合。
在h-d图上的空气混合比例关系：
（4-3）
而GW/G即新风百分比m%，如取15%，则
。
这样C点的位置就确定了。
（2）一次回风系统夏季设计工况所需的冷量
根据h-d图上的分析，为了把G㎏/s空气从C点降温减湿到L点，所需配置的制冷设备的冷却能力，就是这个设备夏季处理空气所需的冷量：
（4-4）
在采用喷水室或水冷式表面冷却器处理时，这个冷量是由制冷剂或天然冷源提供的，而对于采用直接蒸发式冷却器的处理室来说，这个冷量是直接由制冷机的冷剂提供的。
如果从令一个角度来分析这个“冷量”的概念，则可从空气处理的房间所组成的系统的热平衡关系来认识，它反映了以下三部分：
①风量为G，参数为O的空气到达室内后，吸收室内的余热余湿，沿ε线变化到参数为N的空气后离开房间。
它的数值相当于：
（4-5）
②从空气处理的流程看：
新风Gw进入系统时的焓为hW,排出时为hN，这部分冷量称为：
“新风冷负荷”，其数值为：
（4-6）
③除上述二者外，为了减伤：
“送风温差”，有时需要把已在喷水室中处理过的空气再一次加热，这部分热量称为“再热量”，其值为：
（4-7）
抵消这部分热量也是由冷源负担的，故称Q3为“再热负荷”。
上述三部分冷量之和就是系统所需要的冷量，即
。
由于一次回风系统的混合过程中
（4-8）
所以带入可得：
（4-9）
这一步转换进一步证明了一次回风系统的冷量在h-d图上的计算法和热平衡概念之间的一致性
对于送风温差无严格限制的空调系统，若用最大送风温差送风，即用机器露点送风，则不需要消耗再热量，因而制冷负荷亦可降低，这是应该在设计时考虑的。
4.2.3空气处理机和风机盘管的选择
（1）空气处理机的选择
取首层少儿活动室为例（夏季）：
房间采用一次回风系统
已知参数：
面积300m2，总冷负荷17.42Kw，湿负荷6286g/h。
室内设计点：
干球温度25℃,相对湿度控制在55%。
室外参数点：
干球温度33.1℃，相对湿度为67.9%。
新风百分设为15%，新风百分比可随季节调整。
计算热湿比：
确定送风状态点：
在焓湿图上根据已知参数确定N点，过N点做ε=9976kJ/kg线，取送风温差为3℃，可确定送风状态点O点，得hO=48.86kJ/kg，do=10.6g/kg,过O做等d线与ψ=90%的曲线相交的L点，hL=43.3kJ/kg，tL=16.4℃，，dL=10.6g/kg。
计算风量：
送风量：
新风量：
确定新、回风混合状态点：
由
/
=GW/G=15%,可用作图法在
上确定C点，得hc=60.6kJ/kg，dc=13.2g/kg。
求系统需要的冷量：
机组选择：
求得少儿图书馆总送风量为13038kg/h，冷量为89kW，少儿图书馆和少儿活动室室内设计条件一样，因此根据两者的总风量和冷量选择约克的YSE28HS6ROATD空气处理机组，机组性能参数如表4-1。
对于约克YSE系列空气处理机组的选择有如下优点：
①外观精致美观
所有面板为优质镀锌钢板，表面连续平整，外型清晰美观。
②稳定性好
空调的所有内部件都处于高强度的框架结构内，稳定性好。
③传热效率高
表冷器采用优质铜管和正弦波纹铝翅片胀管连接而成，传热效率高，配以大风量风机，使机组能发挥最大传热效能。
④操作运行宁静
机组采用优质低噪声电机，皮带驱动，风机采用最新的低转速大风量型，运转宁静，噪音低。
⑤“干式水盘”
冷凝水盘采用“干式水盘”形式，冷凝水能够及时排出机外。
⑥安装形式灵活且费用低
采用计算机辅助进行机体内部结构的布置，机组体积减小，能充分利用有限空间进行安装，使得安装费用降至最低。
机外余压高，可以选择接风管和不接风管两种形式进行安装；出风方式分顶出风和水平出风两种，可充分利用机房空间。
⑦过滤器清洗方便
接风管型YSE空气处理机组，其过滤器由初效尼龙网板式过滤器拼
接而成，可从左右自由抽出，清洗方便。
表4-1约克YSE28HS6ROATD空气处理机组性能参数
型号
YSE28HS6ROATD
风量m3/h
28000
冷量kW
170.4
机外全压Pa
400
电机功率kW
44
尺寸mm
2220×1780×1670
重量kg
354
水流量l/s
10.6
水压降kPa
19.4
其他各房间的空气处理机组的选型见附录3
（2）风机盘管的选择
风机盘管机组属于空调机组的末端机组之一,它将换热器、过滤器和通风机等组成一体的空气调节设备。
风机盘管机组一般有吸顶式、立式、卧式三种类型,可以根据室内安装要求进行选定,并且根据室内装修要求可做成暗装或明装。
本次设计中采用暗装。
风机盘管通常和热水机组或冷水机组组成一个供热或供冷系统。
风机盘管机组的风机不断将房间内的新风和空气
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