济南某大厦空调设计说明.docx
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济南某大厦空调设计说明
济南某大厦空调设计说明
一工程概况
1.1建筑特点
本工程为济南某大厦空调设计，大厦总17层，地下一层，地上十六层，建筑总高度问68.25m，总建筑面积约为22000㎡。
南北边长为79.45m,东西边长为432.75m。
其中1-4层有裙房，1-3层裙房为大型商场，4层裙房为办公用间，5-16层都是标准层，标准层面积为863.12㎡，标准层全部办公。
空调机房设在地下一层。
该建筑是集办公、商业与一体的综合民用建筑，建筑房间类型以商场和办公室为主，同时还有一些辅助性房间。
商场的营业时间为8：
00—22：
00，办公室的上班时间为8：
00—12：
00，13：
00—16：
00。
在该时段内要求对各房间进行空气调节。
根据房间类型及分布，我们对该建筑进行如下分区：
一区，以办公为主，包括主楼各层的办公室、休息室及其他少数辅助房间；二区，以商场为主，同时包括群房顶部的办公层。
1.2大厦功能表
楼层
面积（㎡）
用途
地下一层
860
空调机房、配电室、办公室
1、2层
5860
办公室、商场
3、4层
4460
办公室、休息室、商场
5-16层
10320
办公室（标准层）
表1-1大厦功能表
1.3济南市气象资料
济南纬度36度41分，海拔51.16m。
大气压力：
冬季102.02，夏季99.85。
夏季日平均干球温度31.3℃，夏季平均日较差6.7℃。
室完风速：
冬季3.2m/s，夏季2.8m/s。
室内
室外
夏季
冬季
夏季
冬季
干球温度℃
26
22
34.8
-9
湿球温度℃
19
40
26.7
相对湿度
50%
54%
表1-2济南市气象资料
1.4室内设计参数
房间名称
夏季
冬季
新风量（m³/h）
噪声dB（A）
气流速度（m/s）
干球温度℃
相对温度%
干球温度℃
相对湿度%
商场
26
60
20
40
20
40
0.4
门厅
25
60
20
30
15
45
办公室
25
60
21
40
30
40
0.3
表1-3济南市室内设计参数
1.5甲方要求及当地基本条件
1）裙房为中央空调系统，且全年运行；
2）塔楼要求夏季供冷，冬季供热，且空调系统提供新风；
3）裙房的附属房间冬季要求供暖；
4）空调用冷热源要求设在地下二层规定区域内；
5）主要的空调箱要求放在地下二层空调机房内；
6）塔楼每层设有设备间，可以放置新风机组
7）冷热水循环水泵、冷却水泵与相应的水处理设备放在地下二层规定的区域内。
8）裙房顶层允许放置冷却塔
9）空调系统与冷热源系统均采用自动控制。
10）该地可以连入城市热网，在采暖期供热和提供生活热水。
城市热网入网费为：
80元/m2采暖面积；城市热网采暖费：
0.2元/（天m2采暖面积）；城市热网生活热水加热费：
2.5元/吨。
11）有自来水供应，平均水费为2.5元/吨。
12）电费有两种可选方式：
一是电费不随使用时间变化，平均0.623元/kWh；二是采用分时电价。
13）有城市管道天然气供应系统，天然气的价格为3元/m3。
14）有燃油供应，油价为2400元/吨。
1.6建筑资料
表1-1-1围护结构的热物理参数表
类别
构件名称
传热系数K值W/（
K）
导热热阻（
K）/W
外墙
200混凝土墙+50聚苯乙烯内保温
0.977
1.218
内墙
180陶粒混凝土内墙
1.515
0.43
屋顶
加气混凝土保温屋面
0.812
1.074
楼地
40mm混凝土楼地
\
0.026
楼板80mm
钢筋混凝土楼板
1.78
\
一般外门
双层实体木制外门
2.33
\
大厅外门
商场玻璃外门
\
\
外窗
普通中空
3.1
\
1、设计整个建筑的暖通空调系统
要求：
Ø客房、公共、餐饮、康乐部分全年采用空调；
Ø行政后勤、工程部分冬季采暖、夏季空调；
Ø车库全年通风。
2、设计整个建筑的冷热源系统。
热源需要考虑全年生活热水需要。
3、设计整个建筑的暖通空调、冷热源系统的自动控制系统。
二冷热负荷及新风的确定
为连续保持空调房间恒温、恒湿，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反，为补偿房间失热需向房间供应的热量称为热负荷；为保持室内相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。
新风负荷是满足室内人员健康要求、维持室内压力、补充排风所必需的风量
2．1办公楼建筑的负荷计算
2．1．1现代办公楼建筑的使用功能和建筑特点
办公楼建筑是现代高层建筑的一个主要类型，它集中体现了时代的建筑技术水准和经济环境特征。
随着我国改革开放政策的不断深入，外资大量引进，同时国内企业事业单位的经济实力也大幅度的提高，各地纷纷兴建大批的高标准办公楼。
由于计算机技术、自动化技术、网络技术及建造技术突飞猛进的发展和应用，以及经济技术的转变，现代化办公楼建筑在使用和功能等方面，与传统办公楼建筑相比表现出许多新的特点和要求。
由于计算机技术和通信技术的告诉发展，无纸贸易和电子商务等概念的不断推出，办公过程中所有的信息收集、处理和发布均逐步向办公自动化、通信自动化方向发展。
２０世纪８０年代开始，出现了所谓的“智能化大楼”的新一代办公楼坚建筑。
在标准的３Ａ级智能化大楼中：
①大楼各项管理功能，通过电脑集中监控和自动控制实现大楼管理自动化（ＢＡ:
BudilingAutomation）;②办公业务利用计算机、局域网、数据库等技术，实现高效率的办公自动化（OA:
OfficeAtuomation）;③通信过程程控电话、图文传真、电子邮件、卫星通信、电视会议等组成的现代通信网络，实现通信自动化（CA:
CommutionAutomation）。
由于３Ａ建筑的大量使用，要求建筑给予足够的布线空间。
因此智能化大楼的楼层通常较高，一般达到４m以上，以吊顶或架空地板形成平面布线空间。
垂直布线的需要，使得智能化大楼的楼内竖井增多，竖井面积达到标准层面积的２％，同时各种３Ａ建筑的使用及架空地板的铺设增加结构的载荷，要求增强结构的承载能力，增加了建筑结构的截面及造价。
虽然智能化建筑的出现极大的增加了建筑总造价，但由于各种自动化设施的使用，智能化建筑总体而言是向高效和节能化方向发展的。
特别是ＢＡ系统的引入，对于节省建筑耗能，尤其是节省空调耗能，具有明显的效果。
智能化办公大楼更是成为了各种信息汇集、处理、发散的枢纽，而智能化办公大楼内的办公方式也发生了根本性的变化。
由于ＯＡ和ＣＡ设备的使用，现代办公一改过去的笔纸方式，逐步变为以计算机为主要办公工具。
办公方式的改变，一方面提高了工作效率，在一定程度上降低了办公人员的劳动强度；但在另一方面，由于长时间的面对屏幕等办公机器，会使办公人员产生紧张情绪。
故对办公空间的环境质量体会粗了更高的要求，希望办公环境各家接近自然界的环境，保持室内空气的清新。
办公楼建筑的空调设计也就要求达到这样的目的。
现代建筑多姿多彩，高层办公楼作为势力的象征与体现，更是集中体现了建筑师们的才华与灵感。
因此现代化楼大多体量较大，主要业务空间采用大开间开敞布置，柱间距较大。
办公楼维护结构常采用轻质隔热墙体个低辐射玻璃作为窗的材料。
例如用真空镀膜方法，在聚酯薄膜上镀铝、铜或银等金属，金属层外覆以１２.７μm厚的聚丙烯保护膜，冬季可以反射来自室内的热辐射，夏季可以反射来自室外的太阳辐射，从而可以降低传热系数，辐射遮阳系数可达０.４～０.６。
2．2冷负荷计算
冷负荷计算是空调设计及空调冷水机组选型的主要依据。
在冷负荷计算中，我们经常采用冷负荷系数法和谐波反应法计算空调冷负荷。
在房间冷负荷计算中，包括外墙和屋顶冷负荷、外玻璃窗冷负荷、日射得热冷负荷、人员散热冷负荷、设备冷负荷、照明冷负荷、食物散热冷负荷。
在选择空调冷水机组时，需要的是空调机组冷负荷，它包括房间冷负荷、新风冷负荷和再热冷负荷。
由于我们在空气处理时不需要再热，所以不考虑再热冷负荷。
下面以各层的典型房间为例说明计算方法和计算结果。
2.2.1外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷
计算公式如下：
LQn=F.K.（tl.n-tn）W
式中F外墙和屋顶的计算面积，m2；
K外墙和屋顶的传热系数，W/（m2.K），由设计依据中查出。
tn室内设计温度，℃；
tl.n外墙和屋顶的冷负荷温度的逐时值，℃；根据外墙和屋顶的不同类型在《空气调节》附录2-4表3、表4中给出。
此两表的编制条件是以北京的气象参数数据为依据，对不同的设计地点，表3和表4中的tl.n值应加上地点修正值td。
td值在表5中查得。
2.2.2外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
计算公式如下：
LQn=F.K.（tl.-tn）W
式中F窗口面积，m2；
K玻璃窗的传热系数，W/（m2.K），由设计依据查得；
tn室内设计温度，℃；
tl.n玻璃窗的冷负荷温差的逐时值，℃；由《简明空调设计手册》42页查得济南的相关数据。
K值根据窗框和遮阳等情况不同，按教材附录表10加以修正，表11中的tl.n值也要按表12进行地点修正。
2.2.3外窗日射得热冷负荷
计算公式如下；
LQn=F.CZ.Dj，max.CLQW
式中F窗玻璃的净面积，m2，窗口面积乘以有效面积系数Ca。
Ca由附录2-5。
表4查得；
Cz窗玻璃的综合遮挡系数，无因次；
Dj，max日射得热因数的最大值，W/m2,由附录2-5，表1查得；
CLQ冷负荷系数，无因次。
由附录2-5表5-表8查得。
2.2.4人体散热形成的冷负荷
人体显热散热引起的冷负荷计算公式如下：
LQn=qs.n.n`.CLQW
式中qs不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；
n室内全部人数；
n`集群系数，由《空气调节》表2-3查得。
CLQ人体显热散热冷负荷系数，见附录2-4表4所示；这一系数取决于人员在室内停留时间及由进入室内时算起至计算时刻为止的时间。
人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：
LQL=qL.n.n`W
式中qL不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W；见《空气调节》表2-4。
n室内全部人数；
n`集群系数，由《空气调节》表2-3查得。
由于商场的人员较多，人体散热冷负荷占总负荷的较大部分，所以使用冷负荷系数法计算。
由《简明空调设计手册》查得16W/m2。
人体潜热负荷同上式。
2.2.5照明冷负荷
根据《设计依据》查得估算指标：
房间名称
客房
酒吧咖啡
西餐厅
中餐厅
中庭接待
照明负荷（W/m2）
20
15
17
20
30
房间名称
小会议室
大会议室
理发美容
健身房
台球厅
照明负荷（W/m2）
40
40
50
20
30
房间名称
棋牌室
舞厅
办公室
商店
休息厅
照明负荷（W/m2）
40
20
50
40
20
表2-1冷负荷指标
2.3新风量的确定
2.3.1空调系统的新风量是指冬夏季设计工况下应向空调房间提供的室外新鲜空气量，它的大小与室内空气品质和能量的消耗有关。
一般原则为：
（1）、满足卫生要求：
一般是以稀释室内产生的CO2,使室内CO2的浓度不超过1000ppm为基准，由此确定常态下的每人新风量。
在实际工程中可按现行设计规范GBJ10-87规定采用。
对于人员密集和居留时间短暂的建筑物（如会堂、体育馆），新风量所形成的冷负荷比例甚高，确定新风量是尤其要慎重。
但对于办公室和旅馆客房新风量实际采用的数值比我国现行规范要大。
如办公室一般采用25～30m³/（人·h）；旅馆则按等级而异，高级别的客房可用50m³/（人·h）。
近年来，国外根据对室内空气品质的研究进展提出新风量的确定应按人的因素（不以CO2为标准）和客房的因素（建材散发的有害物）两者计算，这是值得注意的问题。
（2）、补充局部排风量
当空调房间内有排风柜等局部排风装置时，为了不使房间产生负压，在系统中必须有相应的新风量来补偿排风量。
（3）、保证空调房间的正压要求
为防止外界未经处理的空气渗入房间，干扰室内空调参数，在空调系统中利用一定量的新风来保持房间的正压（室内空气压力>房间周围的），这部分与新风量相当的空气量在正压作用下有房间门窗缝隙等不严密处渗透出去。
这部分渗透空气量的大小由房间的正压、窗户结构形成的缝隙状况（缝隙的面积和阻力系数）所决定的。
普通空调系统室内正压可取5～10帕。
在实际工程设计只能感，新风量也可按总送风量的百分数来设计，一般规定不小于１０％。
各个办公室的冷负荷、热负荷以及新风量
房间型号
面积（㎡）
冷负荷（kw）
热负荷（kw）
新风量
1
66.61
7.327
5.33
333
2
21.72
2.758
1.74
108.6
3
127.45
17.843
6.0
637.2
4
60.84
6.692
4.87
304.2
5
37.44
4.118
3
187
6
51.48
5.662
4.118
257.4
7
112.32
12.335
8.99
562
8
88.33
10.085
7.17
441.6
表2-2各办公室冷热负荷表
人口密度说明依据
房间类型
人员密度
/（m²/人）
人体散热
/[W/（人·h）]
照明容量
/（W/m²）
休息室
4
126
30
门厅
10
145
20
办公室
6
145
30
表2-3人口密度说明表
2.4商场负荷计算
2.4.1商场建筑空气调节的特点
商场建筑安装空调系统的主要目的是保持室内适宜的温度，创造吸引顾客入内的舒适冷、暖环境，增进顾客的购物欲望；防止室内商品（衣服、家具等）质量变劣；同时为商场职工提供舒适的工作环境。
商场建筑的功能不同于旅馆和办公楼建筑，室内空调一般有以下一些特点：
1、场建筑空间大，室内人员多，照明设备多，故空调冷负荷和新风负荷大。
2、品种类多，营业厅布局经常变动，要求空调设备有一定的灵活性。
3、大商场内有些营业厅人员密度大，有些密度小，在确定空调箱容量和空调分区时，应该加以区别。
4、有些商业建筑趋向多功能化，除了商业空间外，还有餐厅，储藏室等，其空调系统应考虑分区。
5、商场的出入口人员人流频繁，在冬季，为防止或减少室外冷风的侵入，往往要设置前室并使用空气幕，在建筑上应考虑合适的入口方位，并设避风用的挡风壁。
6、由于商场进出人数的不确定，必须根据建筑要求设置灭火、排烟装置。
2.4.2室内空调设计条件
（1）室内空调设计参数
在商场内的停留人员中，营业员和顾客之间的比例并不相同，一般来说，大部分是顾客。
如在夏季，顾客在商场内停留时间短，希望室内空气温度低一点，；但是从久留商场内的营业员健康考虑，就不希望把温度定的太低；另外，从节能和我国人民的生活习惯，盛夏对室内外温差不宜大于5~6℃。
本设计采用26℃。
（2）夏季空调冷负荷的计算
商场建筑的空调冷负荷中，除建筑传热和日射等外部负荷以外，还有人体、照明、自动扶梯和陈列橱窗等负荷。
2.5冷热负荷表
功能
总面积（㎡）
冷负荷指标（w/㎡）
冷负荷（kw）
热负荷指标（w/㎡）
热负荷（kw）
办公室
10000
110
1100
80
800
商场
3500
200
700
80
280
门厅
4550
140
637
90
410
总和
18050
113.7
2437
82.54
1490
注：
空调总面积所占建筑面积百分比82%。
冷负荷指标113.7w/㎡。
热负荷指标82.54w/㎡表2-4冷热负荷表
三空调冷热源的选择
3.1空调冷源的选择与计算
3.1.1冷媒
在本设计中冷媒（又称制冷剂）选择氢氯氟烃（简称HCFC）类，冷媒是维持空调用制冷循环所必须的工质，为了保证制冷循环良好，提高制冷系数，保证人员安全及运行的经济性。
在民用建筑空调中就其技术性来说，常用的冷媒有以下几种：
（一）、氟利昂11（R11）
这是一种制冷效率较高的优良冷媒，广泛用与90年代以前建设的绝大多数高层民用建筑空调之中，甚至目前仍有一些建筑在使用它，此冷媒主要使用于离心式制冷机组。
（二）、氟利昂12（R12）
它的冷凝压力较底，比较适合于风冷式制冷机组。
（三）、R22
这是目前正广泛使用的一种性能较好的冷媒，单位容积制冷量较大，除活塞式制冷机组外，一些离心式制冷机组也开始应用。
（四）、溴化锂水溶液
前三种冷媒都是单一工质，由压缩式制冷机在压缩等热力工程中产生的相变进行制冷，而溴化锂溶液则是靠不同溶液的蒸发温度不同产生相变制冷，故它主要用于吸收式制冷机组之中。
（五）、R123
由于R11受到大气曾保护问题的限制后，R123成为R11的替代品，其使用范围与R11相似。
（六）、R134a
这是R12和R22的一种替代工质。
70年代以来，世界各地环保部门对大气层进行了深入的研究，从研究中发现，氢氯氟烃类物质，由于其具有非常稳定的化学特征，在排放到大气层后，其生存期可达几十年甚至上百年，因此它会穿过大气对流层进入平流层，在受到太阳紫外线照射后，产生对臭氧层有严重破坏作用的氯离子和氧离子，并由此产生连锁反应而不断地破坏臭氧分子。
目前，人们已在地球南极上空发现可许多的“臭氧空洞”，并有继续扩大和增多的趋势，这似的太阳紫外线无阻挡地照射到地球上，严重地威胁着地球的生态环境和人类的身体健康。
正是由于上述的原因，在联合国环境规划署的组织下，各国共同参加了一系列的国际会议，并对保护大气抽样层问题做出了一系列重要的决议，从而对空调制冷冷媒的选择也产生了极大的影响。
氢氯氟烃（简称HCFC）虽然对臭氧层有一定的破坏作用，但其程度远小于CFC，只有不含氯氟烃（简称HCF）类物质才是对臭氧层无破坏的安全物质，因此，HCFC作为一种过度的工质，在《协议书》中也作了一定的限制和管理，即要求各国家每年必须向联合国环境规划署秘书处提供本国HCFC类物质的生产和进出口统计数据。
总之，在现在的有些发达国家已经作手指定HCFC类物质的具体限制措施。
当然，HCFC类物质，作为过度性冷媒，目前仍然具有较大的实用性，其中原因之一是至今为止其替代工质的研究还在进行中，还没有找到一种为大多数人所接受的替代性冷媒。
另外，即使从美国目前的“时间表”来看，因为高层民用建筑的设备更换期一般为15～20年，因此，目前新建的建筑采用HCFC为冷媒也是完全可行的，在没有找到更好的替代物之前，R-2和R-123在经济及技术性能上仍具有较大的优越性。
综上所述，采用HCFC类冷媒是综合各防方面因数来决定的，这些因数除前述关于冷媒本身的技术要求外，还有环境保护（不仅仅只是大气臭氧层保护）、国家能源政策、建筑所在地的区域、经济技术合理性等等，统一协调考虑！
3.1.2空气调节用人工冷源（也就是冷水机组）是包含全套制冷设备的、制备冷冻水或冷盐水得制冷机组，是目前空调系统中普遍选用的做为空调冷源的设备。
冷水机组按驱动的动力可分为两类，一类是电力驱动的冷水机组，包括活塞式冷水机组，螺杆式冷水机组和离心式冷水机组；另一类式热力驱动的冷水机组，又称吸收式冷水机组，分为蒸汽或热水式吸收式冷水机组和直燃式吸收式冷水机组。
冷水机组根据冷却介质得不同，又分为水冷式冷水机组和风冷式冷水机组两大类。
选择冷水机组时，应根据建筑物用途、冷水温度、以及电源、水源和热源等情况，从初投资和运行费用进行技术经济比较确定。
选择冷水机组的类型和台数应主要考虑以下几点：
a）选用电力驱动的冷水机组时，当单机制冷量Qe＞1160KW时，宜选用离心式；当Qe=580~1160KW时，宜选用离心式或螺杆式；当Qe＜580KW时，宜选用活塞式。
b）冷水机组一般以选用2~4台为宜，中小型规模宜选用2台，较大型可选用3台，特大型选用4台，冷水机组一般不设备用，并与负荷变化情况及运行调节相适应。
c）有合适热源，特别是有余热和废热可以利用，以及电力不足时，宜采用溴化锂吸收式冷水机组。
d）进行技术经济比较后，宜优先采用能量调节自动化程度较高的冷水机组，活塞式机组宜采用多台压缩机自动联控机组，以及变频可调的冷水机组。
e）电力驱动的压缩式冷水机组宜根据单机空调制冷量在额定工况下的能效率比参照下表优选用活塞式、螺杆式或离心式冷水机组。
单机容量（KW）
适用的机型
能效比（KW/KW）
＜116
活塞式
≥3.6
116～349
活塞式
≥3.8
螺杆式
≥3.9
350～581
活塞式
≥3.9
螺杆式
≥4.0
582～1163
离心式
≥4.4
螺杆式
≥4.1
＞1163
离心式
≥4.4
表3-1各种机组比较
制冷机选择，应考虑其对环境的影响：
1）噪声与振动要控制在环境条件允许指标之内。
2）考虑制冷剂氟利昂对大气臭氧层的危害和禁用实践，R-11,R-12为制冷剂的制冷机应禁止使用。
3.2冷水机组的选择
在本设计中，空调冷冻水供回水温度分别为７℃、12℃，冷却水进出水温度分别为30℃、37℃。
其总的制冷量为：
Q0=K1·K2·Q=1.05×1.1×2437=2814.7KW
（其中，K1，K2分别为冷损失系数和安全系数，在本设计中采用氟里昂直接式系统，K1取1.05,K2取1.1）
其所需要的冷冻水量为：
GL=
484.77m³/h
（其中，Ｑ０为系统总的制冷量，Ｃ为热水的比热，本设计中取4.18KJ/KG·℃,t１为冷冻水的出口温度，７℃；t２为冷冻水的入口温度，１２℃）
由以上所有的求解，本设计中水冷机组选用两台中国德州亚太集团生产的整体式水冷冷水机组。
该类型产品主要特点是：
1、产品适用范围广
（1）每种机组制冷量可配置标准型电脑或豪华型电脑控制，可供选择。
（2）可承接低水温乙二醇水冷冷水机组、双工况冷水机组、水冷压缩冷水机组等非标产品。
2、机组能效比高，能量消耗少，运行费用低。
3、无技量调节技术进一步提升机组节能效果。
4、安全保护措施齐全。
5、模块化设计。
6、外观造型精巧、美观、节省设备安装空间。
7、超低噪音，运转宁静。
8、控制先进，质量稳定，性能可靠。
9、维护管理方便、快捷。
冷水机组的主要技术性能参数如下表：
机组型号
制冷量（KW）
冷冻水流量（m³/h）
冷却水流量（m³/h）
30HXC400A
1376
237
287
表3-2机组性能表
3.3冷却塔的选择
3.3.1冷却塔的作用
制冷系统和工业过程中产生的热量，必须导走并耗散掉。
常用水作为一种将热量从冷凝器或工业换热器带走的传热介质。
过去曾将水从水源直接抽入换热器，水带走热量后直接排放至下水道或水源。
由于用水量的增加和处理费用的上升，从水厂买水带走热量使很不经济的，而且还会引起水源温度上升，破坏生态环境。
冷却塔的作用是将携带热量的冷却水在塔内于空气进行换热，使热量传输给空气并散入大气。
冷却塔中水与空气的换热方式之
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