青岛市某大楼中央空调设计.docx
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青岛市某大楼中央空调设计
目录1
第一章工程概述与设计依据
1.1工程概述
本工程为青岛市民政公共服务中心大楼中央空调系统设计，本工程为青岛市民政公共服务中心大楼空调设计，大厦总十三层，地下一层，地上十二层，建筑总高度52.7m，总建筑面积约为180000㎡。
地下一层是停车场和制冷机房，地上为办公室、会议室、服务大厅、培训室、健身中心等等。
该建筑房间类型以办公室为主，同时还有一些辅助性房间。
办公室的上班时间为8：
00—20：
00，在该时段内要求对各房间进行空气调节。
1.2设计依据
1.2.1围护结构热工指标
外墙体的传热系数：
0.47（w/㎡·℃）
屋面的传热系数：
0.44（w/㎡·℃）
窗以及玻璃幕墙的传热系数：
2.7（w/㎡·℃）
房间类型：
房间类型为中型。
青岛属于寒冷地区，所选用外墙传热系数基本符合公共建筑节能规范要求
1.2.2室外设计参数
青岛市市室外设计参数表1-1
冬季
空调室外计算温度
-7.2℃
空调室外计算相对湿度
63％
室外平均风速
5.4m/s
通风室外计算（干球）温度
-0.5℃
夏季
空调室外计算（干球）温度
29.4℃
空调室外（湿球）温度
26℃
室外平均风速
4.6m/s
通风室外计算（干球）温度
27.3℃
1.2.3室内设计参数
夏季空调设计温度：
26℃，相对湿度60%，风速不大于0.3m/s
冬季空调设计温度：
20℃，风速不大于0.2m/s
青岛市室内设计参数表1-2
序号
房间名称
温度℃
湿度％
新风量
m3/h·人
噪声
dB（A）
夏季
冬季
夏季
冬季
1
办公室
26
20
60
40
30
≤40
2
健身房
26
20
60
40
30
≤55
3
休息大厅
26
20
60
40
30
≤55
4
更衣室
26
20
60
40
30
≤55
1.2.4体力活动性质
体力活动性质可分为：
静坐：
典型场所：
影剧院、会堂、阅览室等；
极轻劳动：
主要以坐姿为主，典型场所：
办公室、旅馆等；
轻度劳动：
站立及少量走动，典型场所：
实验室、商店等；
中等劳动：
典型场所：
纺织车间、印刷车间、机加工车间等；
重劳动：
典型场所：
炼钢，铸造车间、排练厅、室内运动场等。
所以本设计中办公楼属于极轻劳动，健身房属于重劳动。
本章小结
本章节所述内容为工程概述、本建筑的热工参数以及青岛市暖通空调设计的室内外参数，数据是通过查资料获得的，是计算本建筑各个房间负荷的关键数据。
第二章负荷计算
空调房间冷（热）、湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。
在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量。
当得热量为负值时称为耗（失）热量。
在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反，为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。
2.1夏季冷负荷的计算
2.1.1夏季冷负荷的组成
夏季空调房间的冷负荷主要有以下组成：
1）通过围护结构传入室内的热量
2）通过外窗进入室内的太阳辐射热量
3）人体散热量
4）伴随人体散湿过程产生的潜热量
5）照明散热量
6）设备散热量
2.1.2空调冷负荷计算方法
外墙和屋面瞬变传热形成的冷负荷：
Qc（τ）=AK[（tc（τ）+td）kαkρ-tR]（2-1）
式中：
Qc（τ）—外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；
A—外墙和屋面的面积，m2；
K—外墙和屋面的传热系数，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）—外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃，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—吸收系数修正值，取kα=1.0；
kρ—外表面换热系数修正值，取kρ=0.9；
外窗瞬时传热冷负荷：
Qc（τ）=cwKwAw（tc（τ）+td—tR）（2-2）
式中：
Qc（τ）—外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W；
Kw—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；
Aw—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；
内墙、内门、地面楼板传热形成得冷负荷：
Qc（τ）=AiKi（to.m+Δtα-t）（2-3）
式中：
ki—内围护结构传热系数，W/（m2·℃）；
Ai—内围护结构的面积，m2；
to.m—夏季空调室外计算日平均温度，℃；
Δtα—附加温升，可按《暖通空调》表2-10查取。
透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
Qc（τ）=CαAwCsCiDjmaxCLQ（2-4）
式中：
Cα—有效面积系数，由《暖通空调》附录2-15查得；
Aw—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；
人员散热引起的冷负荷
人体显热散热形成的冷负荷
Qc（τ）=qsnφCLQ（2-5）
式中：
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；
人体潜热散热引起的冷负荷
Qc（τ）=qlnφ（2-6）
式中：
ql—不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，由《暖通空调》表2-13查得；
照明散热引起的冷负荷
白炽灯Qc（τ）=1000NCLQ（2-7）
日光灯Qc（τ）=1000n1n2NCLQ（2-8）
式中：
N—照明灯具所需功率，W；本次设计按11W/m2
n1—镇流器消耗功率稀疏，明装时，n1=1.2，暗装时，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。
设备散热冷负荷
按《空调工程》表3-13给出的单位面积散热指标估算空调区的办公设备散热量，此时空调区办公设备的散热量
可按式（2-8）计算：
（2-9）
式中F——空调区面积（
）；
——办公设备单位面积平均散热指标（
）本次设计按每平米20W来算。
2.2湿负荷的计算
2.2.1湿负荷的组成
空调房间的湿负荷有以下组成：
1）人体散湿量；
2）渗透空气带入室内的湿量；
3）化学反应过程的湿量；
4）各种潮湿表面、液面或流液的散湿量；
5）食物或其他物料的散湿量；
6）设备散湿量。
2.2.2湿负荷的计算方法
本次设计湿负荷主要考虑的是人体散湿量。
人体湿负荷Wr（kg/h）可按下式计算：
（2-10）
式中
—计算时刻空调房间内的总人数；
—群体系数，可通过《使用供热空调设计手册》查得；
—名成年男子的每小时散湿量，g/h，可通过《使用供热空调设计手册》查得。
2.3冬季热负荷的计算
2.3.1围护结构传热耗热量
空调热负荷由围护结构的耗热量和门窗缝隙渗入冷空气的耗热量组成，
通过围护结构的基本耗热量：
Qj=kF（t
-t
）a
式中：
Qj——通过供暖房间某一面围护物的温差传热量，w；
k——该面围护结构的传热系数，w/（m
·℃）；
F——该面围护结构的散热面积，m
；
t
——室内空气计算温度，℃；
t
——室外供暖计算温度，℃；
a——温度修正系数。
通过围护结构的附加耗热量包括朝向、风力、高度、外门附加。
门窗缝隙渗入冷空气的耗热量：
式中，
——通过外门冷风渗透耗热量（W）
——室外温度下空气比热容[kJ/（kg·℃）]
——室外温度下空气密度（kg/m3）
——渗透空气体积流量
本建筑只需根据面积热指标法校核冬季热负荷即可。
通过计算，本建筑空调面积11868.4m2，综合面积热指标60W/m2，因此该建筑冬季热负荷大约712.1kw。
本建筑的夏季冷负荷为1117.3kw，明显冬季负荷小于夏季负荷，所以由夏季负荷布置的系统皆能满足冬季的要求。
本章小结
本章节所述内容主要是房间冷负荷、湿负荷、热负荷的计算，冷负荷主要包括房间围护结构的传热冷负荷，玻璃投射形成的冷负荷，人员散热形成的冷负荷，照明散热形成的冷负荷以及设备散热形成的冷负荷；湿负荷也有很多项，这里我们主要考虑室内人员的散湿；热负荷包括围护结构的耗热量和门窗缝隙渗入冷空气的耗热量。
第三章空调方案的确定
3.1空调系统的确定
3.1.1全空气系统方案的确定
民政审批服务大厅、年检服务大厅、健身房等房间空间大，人员密集，冷负荷密度大，室内热湿比小，综合各个因素采用一次回风定风量全空气系统。
其理由如下：
1）适合于室内负荷较大时；
2）与二次回风相比，处理流程简单，操作管理简单；
3）设备简单，最初投资少；
4）可以充分进行通风换气，室内卫生条件好。
每层在空调机房内放置一个柜式空调机组。
3.1.2风机盘管加新风方式的确定
办公室人员集中程度大，各房间的负荷根据运行时间不一致，且各自有不同要求，因而采用风机盘管加新风系统。
风机盘管直接放置在各个空调房间内，对室内回风进行处理；新风则由新风机组集中处理后通过新风管道送入室内与回风混合。
新风机组每层放置一台在空调机房内，制冷机组放置在屋顶。
风机盘管加新风系统的冷量或热量是由空气和水共同承担，所以属于空气-水系统。
其优点如下：
1）布置灵活，节能效果好，各房间能根据室内负荷情况单独调节温湿度，房间不使用时可以关掉机组，不影响其他房间的使用；
2）各空调房间互不相通，不会相互污染；
3）只需要新风机房，机房面积小，风机盘管可以安装在空调房间内；
4）与集中式空调相比，不需要回风管道，节省建筑空间；
5）节省运行费用；
6）使用寿命长。
3.2空气处理过程设计
3.2.1全空气系统设计计算
一、夏季送风状态点和送风量
空气送风状态点和送风量的确定可在i-d图上进行，具体步骤如下：
1）在i-d图上找出室内状态点N，室外状态点W
2）根据室内冷负荷Q和湿负荷W求出
，再过N点画出此过程线
3）确定送风温差⊿t，过程线
与相对应的等温线相交于O点，O点即送风状态点。
4）过O点做垂线交相对湿度90%的曲线于L点，由
确定新风与回风的混合状态点c，连接c和L点。
如图3-1所示：
图3-1一次回风系统夏季处理过程
二、空调机组的选型
本设计采用卧式组合式空调机组，每层布置一个在空调机房内。
根据各层送风量和系统冷量进行组合式空调机组的选型，选用靖江市春意空调制冷设备有限公司生产的空调机组。
机组安装注意事项：
1.机组的四周，尤其是检查门及外接水管一侧应留有维修空间700-800mm；
2.机组应放置在平整的基座上（水泥或槽钢焊成）；
3.机房内应设有地漏，以便冷凝水排放或清洗机组时排放污水；
4.机组段与段连接时，段间应衬以随机配给的50mm宽的密封条；
5.必须将外接管路清洗干净后方可与空调机组的进出水管连接，以免将换热器堵塞，与机组管路连接时，不能使换热器进出水管受力太大，以免损坏换热器；
6.机组的进出风口与风道间用软接头连接，机组不得承受额外的负荷。
三、冬季热负荷的校核
冬季只需要校核空调机组的热量是否满足房间要求即可。
经校核，各空调机组所提供的热量Q远大于夏季空调冷量，而健身房和舞厅等房间冬季热负荷与夏季冷负荷相差并不大，故空调机组提供的热量满足房间要求。
3.2.2风机盘管加独立新风系统设计
一、夏季送风状态点和送风量
1）新风量的确定
确定新风量的依据有下列三个因素：
①稀释人群本身和活动所产生的污染物，保证人群对空气品质的要求；②补充局部排风量；③保持空调房间的“正压”要求。
对于因素①，按规范上假定每人所需的新风量计算，查表1-2；
对于因素②，由于相对来说很小，不予考虑；
对于因素③，一般空调都满足其正压要求。
因此满足卫生要求的新风量公式为
Gw=n×gw（3-1）
式中n—空调房间内的总人数；
gw—新风量标准，即单位时间内每人所需的新风量，m3/h·人。
2）夏季送风状态点和送风量的确定
考虑到卫生和能效，选择处理后的新风和风机盘管处理过的空气混合后送入室内的方案。
采用新风不负担室内负荷的方式，新风处理到室内焓值，风机盘管处理到点L2，混合到O点一并送入房间，i-d图上的处理过程如图3-2所示。
图3-2新风与风机盘管送风混合后送入时的空气处理过程
7.风机盘管风量
（3-2）
式中G—总送风量，kg/s；
GW—新风量，kg/s
8.风机盘管冷量
连接点L1及点O并延长至L2点，使
/（Gw/GF）,则iL2=io-（iL1-io）
则风机盘管冷量
QF=GF（iN-iL2）（3-3）
二、风机盘管的选型
根据风机盘管风量以及所承担的冷量对风机盘管进行选型。
选用空调暖通设备厂生产的卧式暗装风机盘管，型号及性能参数如下表所列（进出水温差5℃）：
FP风机盘管机组技术性能表
型号
FP-3.5
FP-5
FP-6.3
FP-7.1
FP-8
FP-10
FP-12.5
FP-14
FP-16
FP-20
高速风量
350
500
630
710
800
1000
1250
1400
1600
2000
中速风量
260
370
470
560
685
870
930
1100
1370
1740
低速冷量
210
265
335
450
585
660
710
880
1170
1420
高等冷量
2000
2800
3500
4000
4500
5300
6600
7400
8500
10000
中等冷量
1485
2070
2610
3200
3850
4610
4910
5920
7270
9000
低等冷量
1200
1480
1860
2600
3290
3480
3760
4810
6210
7000
三层风盘选型表3-3
房间号
总风量G
（m3/h）
新风量Gw
（m3/h）
风机盘管风量GF（m3/h）
风机盘管型号
新风负荷
Qw（W）
活动室1
1750
300
1450
FP-14
1960
活动室2
1618
300
1318
FP-14
1960
棋牌室1
236
150
86
FP-3.5
980
棋牌室2
416
150
266
FP-3.5
980
棋牌室3
236
150
86
FP-3.5
980
棋牌室4
416
150
266
FP-3.5
980
问询接待窗口
1669
600
528
FP-12.5
3920
双拥优抚服务窗口
4316
1500
2816
FP-10
9800
社区建设服务办公室
1937
300
1637
FP-10
1960
办公室
2882
300
2582
FP-12.5
1960
三、冬季热负荷的校核
冬季只需要校核风机盘管提供的热量是否满足房间要求即可。
经校核，风机盘管所提供的热量远大于夏季空调冷量，而夏季冷负荷与冬季热负荷相差不大，因此均能满足房间要求。
本章小结
本章所述内容主要关于各房间送风系统的确定以及风机盘管的选型。
由于大楼既有用于办公的房间，也有非常大的服务大厅、健身房、多功能厅，所以决定在办公室用风机盘管加新风，大空间采用全空气系统。
第四章风系统的设计
4.1风管材料和形状的确定
风管按其形状一般分为圆形和矩形风管，本设计选用矩形风管，其占的有效空间较小、易于布置、明装较美观等，按其材料选用金属风管，易于加工制作、安装方便，具有一定的机械强度和良好的防火性能，气流阻力较小。
4.2送、回风管的布置
大空间内，按房间的空间结构布置送回风管的走向（见图纸），采用上送下回方式，送风均采用圆形散流器下送，回风采用单层百叶回风口；小空间内，因本建筑层高较高，可充分利用吊顶，在房间的吊顶内放置卧式风机盘管，实现上送风，风口采用圆形散流器。
4.3气流组织设计
4.3.1全空气系统
以三层的社区建设服务窗口为例：
1）将房间划分为10个小区，即长度方向划分为5等分，每等分为5.6m；宽度方向划分为2等分，每等分为5.6m，这样，每个小方区为5.6X5.6m。
将散流器设置在小方区中央，则每个小方区可当作单独房间看待。
2）每个散流器的风量为6901/10=690.1
3）查规范，选用FK-10型号300X300方形散流器10个。
4）喉部风速为1.88m/s，对办公室来说，散流器送风速度,1.88m/s是允许的不会产生较大噪声。
4.3.2风机盘管加新风系统
以三层的活动室1为例：
1）回送风量为1450
，新风量为300
.
2）风盘送风选用360X360散流器2个，则每个散流器的风量为725
，喉部风速为1.55m/s；新风选用240x240散流器1个，则喉部风速为1.55m/s。
均符合标准。
4.4风管设计
4.4.1风道水力计算步骤
风道水力计算实际上是风道设计过程的一部分。
它包括的内容有：
合理采用管内空气流速以确定风管截面尺寸；计算风系统阻力及选择风机；平衡各支风路的阻力以保证各支风路的风量达到设计值。
采用假定流速法进行风道水力计算的步骤如下：
绘制空调系统轴测图，并对各段风道进行编号、标注长度和风量。
管段长度一般按两个管件的中心线长度计算。
确定风管内的合理流速。
选定流速时，要综合考虑建筑空间、初始投资、运行费用及噪声等因素。
查《空调制冷专业课程设计指南》表5-4选取主风道风速为5～6.5m/s，水平支风道风速为3.0～4.5m/s。
根据各风道的风量和选定流速，计算各管段的断面尺寸，并使断面尺寸符合通风管道统一规格，再算出风道内实际流速。
根据风量L或实际流速v和断面当量直径D查图得到单位长度摩擦阻力Rm。
计算沿程阻力和局部阻力
选择最不利环路（即阻力最大的环路）进行阻力计算
ⅰ.沿程阻力
公式为：
（4-1）
式中l—管段长度，m；
Rm—单位长度摩擦阻力，Pa/m
ⅱ.局部阻力
公式为：
（4-2）
系统总阻力
公式为：
（4-3）
后附风管水力计算表
4.4.2新风机组的选型
根据新风量和新风负荷对新风机组进行选型，同时新风机组的出口余压需满足最不利环路的阻力要求。
三至十一风量、冷量以及每层最不利环路总阻力归纳为下表：
各层风量、冷量及最不利环路阻力归纳表表4-1
层号
新风量
总冷量（kW）
总阻力（Pa）
三层
4500
29.998
114
四层
4428
28.9296
110
五到十一层
3210
20.972
83
每层布置一个柜式新风机组在走廊左侧上方吊顶安装。
型号及性能参数如下表
新风机组性能参数表表4-2
型号
HDK-05
额定风量
5000m3/h
盘管数量
4排
额定冷量
56kW
额定热量
53.1kW
送风机风压
270Pa
机组出口余压
210
长×宽×高
2400mm×1565mm730mm
水阻
55.7
送风机风量
4000m3/h
送风机功率
1kW
进风口尺寸
500mm×320mm
出风口尺寸
500mm×320mm
本章小结
本章所述内容有风管材料的选用和形状的确定、送回风管的布置、气流组织设计、风管水力计算步骤以及新风机组的选型。
第五章水系统的设计
5.1水系统方案的确定
5.1.1两管制水系统的特点
两管制水系统是采用同一套供回水管路，冬季供热水、夏季供冷水。
由运行人员依据多数房间的需要决定，实行供热与供冷的转换。
其系统简单、一次性投资少，但不能同时供冷水和供热水。
本设计空调精度要求不是很高，故采用两管制。
而三管制是公用一根回水管，因此冷热有混合损失，运行效率不高，而且系统水力工况复杂，难于运行。
四管制初投资较高且多占空间。
5.1.2闭式系统的特点
1）水泵扬程仅需克服循环阻力，与楼层数无关仅取决于管路长度和阻力。
2）循环水不易受污染，管路腐蚀情况比开式系统好。
3）不需要设回水池，但要设一个定压罐。
定压罐尽量接至靠近入口的回水干管。
5.1.3同程和异程系统的选择
同程式系统供回水干管中的水流方向相同，经过每一管路的长度相等，水量分配调度方便，便于水力平衡，初投资稍高；异程式系统不需设回程管，管道长度较短，管路简单，初投资较低，水力平衡较困难。
本设计选用异程式系统。
5.1.4一次泵变流量系统的选择依据
系统中循环水量为定值，或夏季和冬季分别采用两个不同的定水量，负荷变化时，减少制冷量或制热量，改变供、回水温度的系统称为定水量系统。
定水量系统简单，不需要变水量定压控制。
用户采用三通阀，改变通过表冷器的水量，各用户之间不相互干扰，运行较稳定。
其缺点是水量均按最大负荷确定的，且最大负荷出现时间很短，即使在最大负荷时，各朝向的峰值也不会在同一时间内出现，绝大多数时间供水量都大于所需的水量，因此水泵无效能耗很大。
保持供水温度在一定范围内，当负荷变化时，改变供水量的系统称为变流量系统。
变流量系统的水泵能耗随负荷减少而降低，系统的最大水量亦可按综合最大负荷计算，因而水泵运行能量可大为降低，管路和水泵的初投资亦可降低。
但需采用供、回水压差进行台数和流量的控制，自控系统复杂。
本次设计采用一次泵变流量系统，其原理如下：
在系统处于设计状态下，所有设备都满负荷运行，压差旁通阀开度为零（无旁通流量），这时压差控制器两端接口处的压力差为零。
当末端负荷变小时，末端的两通阀关小，使末端设备中冷冻水的流量按比例减少，从而使被调参数保持在设计值范围内。
二次泵变流量系统虽然能节省冷冻水泵的耗电量，但初投资比较大，自控要求比较高，占地面积也大些。
5.1.5水系统方案的确定
本设计采用两管制、闭式、一次泵变流量系统，各层水管同程布置。
为保证负荷变化时系统能有效、可靠节能的运行，设置两台冷冻水泵
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