南京某学院图书馆空调设计方案

1 南京某学院图书馆空调设计 方案 1 导言 设计目的： 最近半个世纪里，暖通空调技术进入一个持续发展期，其进程可概括为 3个重要阶段，这些发展阶段的主要特征是：伴随战后建筑业特别是高层建筑的蓬勃发展，在空调方式上引起一系列重大变革；以 20世纪 70年代 “能源危机 ”为契机，全面推进以节能为智能更新的技术研究与开发；以跨世纪 “可持续发展观 ”为指导，谋求节能、环保与社会经济的健康、协调发展。在这一发展时期里，美欧发达国家、日本、前苏联和中国都先后取得过许多举世瞩目的成就，不同程度地促进了暖通空调技术的发展。 随着社会的进步，社会生产力和科学技术不断发展，一方面，人类对建筑环境控制的能力已大大增强；另一方面，人类的生活日趋丰富多彩，这就要求从更高层次上能动地控制环境，以满足人们生活、工作、生产和科学实验等活动过程对室内环境不断提出的新要求。在此背景下，针对多变的内外环境因素干扰，侧重于改善建筑内部热湿环境和空气品质的暖通空调技术也逐步形成和发展起来。而设计一项节能、环保、舒适的中央空调工程是很有实际意义的。 2 工程概况和方案选择 工程概况 本设计对象为南京市某区学图书馆。南京市地处位于北纬 3114 至 3237，东经 11822至 11914，南京属亚热带季风气候，雨量充沛，年 降水 1200毫米，四季分明，年极端气温最高 ，最低 ，年平均 降水量 1106毫米。春季风和日丽； 梅雨 时节，又阴雨绵绵；夏季炎热，与 武汉 、重庆并称 “三大火炉 ”；秋天干燥凉爽；冬季寒冷、干燥。南京春秋短、冬夏长，冬夏温差显著。 该图书馆地势西高东低，呈坡地式，位于自然地坪绝对标高平均为 建筑面积为 11442 2m ，藏书量为 30万册，阅览座位数为 1000。该馆共五层，他层层高为 层主要有阅览室，报告厅和活动室；二层主要有书库，阅览室。三层主要为电子阅览室和机房，四、五层以阅览室为主。图书馆的开放时间为 09：0000。 设计参数与气象数据 建筑物参数 墙体 (1) 本工程承重墙用钢筋混凝土墙柱，外墙隔墙部分用 300 内墙隔墙部分用 180厚陶粒混凝土空心砖砌块，用 合砂浆砌筑，注明除外； (2) 陶粒混凝土空心砖墙砌筑前，先浇筑细石混凝土基座 150，宽同墙厚； 2 (3) 外墙保温 : 混凝土梁柱外贴 50 屋面 本工程屋面防水等级为二级，防水层耐用年限 15 年 . (1) 刷着色涂料保护层 (2) (3) 2厚聚氨酯防水涂膜内加玻纤网布 (4) 20:3水泥砂浆找平层，粉刷处理剂一遍 (5) 1:6水泥焦渣，最薄处厚 306) 60(7) 钢筋混凝土楼板 气象数据 设计用室外气象参数 单位 数值 夏季空气调节室外计算逐时温度 采暖室外计算温度 时刻 干球温度 ( ) 冬季通风室外计算温度 0 夏季通风室外计算温度 1 夏季通风室外计算相对湿度 65 2 冬季空气调节室外计算温度 3 冬季空气调节室外计算相对湿度 79 4 夏季空气调节室外计算干球温度 5 夏季空气调节室外计算湿球温度 6 夏季空气调节室外计算日平均温度 7 冬季室外平均风速 m/s 8 冬季室外最多风向的平均风速 m/s 9 夏季室外平均风速 m/s 10 冬季最多风向 11 冬季最多风向的频率 13 12 夏季最多风向 13 夏季 最多风向的频率 11 14 年最多风向 15 年最多风向的频率 9 16 冬季室外大气压力 02790 17 夏季室外大气压力 00250 18 冬季日照百分率 35 19 设计计算用采暖期日数 日 79 20 设计计算用采暖期初日 12月 11日 21 设计计算用采暖期终日 2月 27日 22 极端最低温度 23 极端最高温度 表 外气象参数表 地理位置 年平均温度 大气压力 (海拔 北纬 东经 冬季 夏季 3 3948 11628 1020 4 表 外计算（干球）温度 (） 冬季 夏季 夏季空调室外计算湿球温度 空气调节 通风 空气调节 空调日平均 通风 5 33 2 28 6 29 26 4 表 内计算参数表 季节 房间 温度（） 温度（ %） 夏季 阅览室、办公室 26 60 夏季 书库 22 50 南京 3 2 0 0 1 1 8 4 8 004夏季省份城市名称台站位置 大气压力 h P a ( m b a r )北纬 东经 海拔（m ) 图书馆空调特点 概况 图书馆属于公共建筑，人流量大。这种建筑的耗电量要比传统建筑大得多，特别是空调方面的用电量，因此在空调设计中必须首先考虑到节能。另外，对室内的空气品质要求也很高，馆内必须达到舒适的空调标准，否则就很容易引起空调病。 调分区域供应 按中心图书馆的功能设计，空调供应分为两个区域：办 公区和公共区。应按需供应空调，尽量减少能源浪费。办公区域 (办公室、读者服务部、准备室、休息室等 )采用风机盘管机加新风的空调系统。这种设计便于管理人员按室内实际 情况控制空调量大小。公共区域 (报告厅、阅览室、书库、电子阅览室等 )人员密度大，空间大，采用全空气系统。 馆内舒适的空调标准 图书馆是采用封闭设计，且日人均流量大，所以否则很容易引起空调病如头痛、恶心、心神不宁、工作和学习效率低下等症状。室内舒适空调标准由四个参数来衡量：温度、湿度、空气品质及标准通风 (换气 )。夏天闷热漫长，而且湿度也 较大，不同的人对温度、湿度要求不同。参照设计规范，图书馆室内温、湿度可设计为 26 、 60 。图书人员密度大，所以 4 需要及时补充新风。新风量按各室不同的人数进行设计，新风补充量 30 m/ 系统方案选择 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。 空调 系统可以按空气处理的设置情况分为集中系统、半集中系统、全分散系统；按承担室内负荷所用的介质种类可分为全空气系统、全水系统、空气 水系统、冷剂系统。 全空气系统 全空气系统分为单风道系统和双风道系统。单风道系统指机房内空气处理机制处理一种送风参数的空气；双风道指的是机房内空气处理机处理出两种不同参数的空气。 全空气系统的特点是： （ 1）空调与制冷设备可以集中布置在机房，机房面积较大，层高较高。空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护 （ 2）可以严格控制室内的温度与湿度，能满足较高的室内环境参数 要求，可以用两级过滤，可以保证良好的空气品质。 （ 3）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。 （ 4）由于风道尺寸大，所占空间也多。送风动力大，与空气水方式比较耗电多，空调机房较大，难以设置。 （ 5）适用于较大空间，设备维护费较其他方式经济。 空气 即风机盘管加新风机组系统，是目前广为运用的一种空调方式。房间内的冷、热负荷和新风的冷热负荷由风机盘管和新风机共同承担，这种方式可减少机房面积，降低建筑空间 。但风机盘管机组的过滤能力与去湿能力差，无法满足室内卫生要求，同时水管多，漏水可能性大，凝结水管排放困难，不利于装修，维修也不方便。 风机盘管加新风系统的特点是： （ 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，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 ,各房间之间不会相互污染。节省运行费用，灵活性大，节能效果好。 （ 2）与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间。 （ 3）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。 （ 4）分散布置敷设各中管线较麻烦 ，维修管理不方便，无法实现全年多工况节能运行调节。 （ 5）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。 冷剂式系统 冷剂式系统使用方便，目前开始出现在中、小型商用建筑和住宅中，是一种活跃的中央空调系统形式。 冷剂式空调系统的特点： （ 1） 结构紧凑、体积小、占地面积小、自动化程度高。 （ 2） 空调机组可以直接放在室内，占地面积小。 （ 3） 机组分散布置，各个房间可以根据自己的需要启停各自的机组，以满足不 同的需要。发生火灾时，也 不会通过风道蔓延，对建筑防火有利。 5 （ 4） 空调机组能源的选择和组合受限，目前普遍采用电力驱动。空调机组的制冷性能系数较小。设备使用寿命短。 案确定 本设计为图书馆的空调系统，系统的选定应当综合图书馆的特点考虑。因为图书馆共五层，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，如办公室、读者服务 部等，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。 对于书库，因书籍纸张既易吸收水分而膨胀发霉、长虫、变形，又易放出水分而收缩，使纸张干燥脆裂。温度忽高忽低或湿度经常波动，会使纸张变形出现浮凸现象，降低强度和弹性。因此，保持室内适宜的温湿度是延长书籍 寿命的重要条件之一，通常书库内温度以保持在14 24，相对湿度保持在 45 60为宜。空气中含有水蒸气还会影响到书籍的胶粘，湿度大时淀粉胶就会发生潮解，牢固性降低，并引起发霉，胶浆膜层在干燥时又要变脆和破裂。为了使书籍的干湿度得当，使用轮转式除湿机调节温湿度。对于计算机房，采用恒温恒湿机，满足计算机房的温湿度要求。 3 负荷计算 计算说明 室外参数 1) 位置 : 北纬 :东经 :2) 夏季室外计算干球温度： 气调节） 3) 夏季室外计算日平均温度： 气调节） 4) 夏季室外计算日较差： ) 夏季室外计算湿球温度： 气调节） 室内设计参数 夏季室内设计温度为 26，相对湿度为 60%，冬季采暖，故空调只负责夏季制冷，只考虑供冷，承担冷负荷。 建筑物参数 外墙 :K=)m/(w 2 (300 外窗、外门 K=)m/(w 2 （铝合金单框双玻璃） 屋面 :K=)m/(w 2 （钢筋砼楼盖 60 建筑物概况 该建筑第四与第五层房间功能一致，可认为负荷一样（第五层再加上屋面负荷）。 负荷计算 6 建筑围护结构引起的冷负荷 （ 1） 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 外墙和屋顶形成的逐时冷负荷，宜按下式计算： Q=A*K*（ )- （ 3 Q外墙或屋顶形成的逐时冷负荷（ W） ; K外墙或屋顶的传热系数 W/（ ） ; A外墙或屋顶的面积（ )外墙或屋顶的逐时冷负荷计算温度（），根据外墙和屋面的类型，可由暖通空调第 364页附录 2 夏季空气调节的室内计算温度（）。 （ 2） 内维护结构冷负荷 当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按下式计算： Q=A*K*（ （ 3 夏季空调室外日平均温度， C 附加温升， C，可按下表查 表 加温升 邻 室散热量 w/ 室散热量 w/ 少，（如走廊、办公室） 016 7 （ 3）外玻璃窗瞬变引起的冷负荷 Q=A*K*（ ) （ 3 Q外玻璃窗瞬变形成的逐时冷负荷（ W） ; K外玻璃窗的传热系数 W/（ ） ; 可由暖通空调附录 2A外玻璃窗的面积（ )外玻璃窗逐时冷负 荷计算温度（ C），可由暖通空调第 366页附录 2 夏季空气调节的室内计算温度（ C）。 （ 4）透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷 Q=*i* （ 3 式中： A窗口面积 有效面积系数 窗玻璃的遮阳系数 窗内遮阳设施的遮阳系数 最大日射得热因数 窗玻璃冷负荷系数，按南北划分，建筑地点在北纬 27030以南的地区为南区 ，以北为北区。 以上各值在暖通空调书后目录中均可查出 室内热源散热引起的冷负荷 (1) 设备散热形成的冷负荷 计算式为： Q= （ 3 设备和用具的实际显热散热量 设备和用具显热散热冷负荷系数 7 ： 000*n1*n2*(1 （ 3 N电动设备的安装功率 电动机效率 利用系数，一般取 电动机负荷系数，风机取 1.0 同时使用系数，一般取 下为各区域设备散热引起的冷负荷计算表 (2) 照明散热形成的冷负荷 照明设备散热形成的计算时刻冷负荷 Q=1000*n1* （ 3 式中 N照明设备的安装功率， 流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器在空调房间时，取 暗装时取 1.0 罩隔热系数，当荧光灯罩上穿有小孔，可利用自然通风散热于顶棚，取 无通风孔时取 照明散热冷负荷系数 (2) 人体散热形成的冷负荷 人体显热散热引起的冷负荷计算式： Q c()=qs*n* （ 3 不同室温和劳动性质成年男子显 热散热量 n室内总人数 群集系数，可由下表查 人体显热散热冷负荷系数，可从暖通空调书后附录查取 表 些空调建筑物内的群集系数 工作场所 影剧院 商场 旅店 体育馆 图书馆 工厂轻劳动 银行 工厂重劳动 体潜热散热引起的冷负荷计算式： Q c=ql*n* （ 3 不同室温和劳动性 质成年男子潜热散热量 n, 同上式 冷负荷汇总表 首层冷负荷汇总表 表 层冷负荷汇总 时间 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 采编室 101 13580 14157 14517 14737 14842 14601 14338 13920 13961 阅览室 102 35164 36485 37116 37857 38374 31903 31248 30896 30552 洗手间 103 297 34 手间 104 35 24 消控室 106 1919 2032 2100 2128 2135 2073 2004 1907 1915 活动室 107 7958 8245 8431 8527 8575 8226 8069 7861 7850 活动室 108 6990 7253 7425 7508 7545 7344 7201 6998 6995 8 活动室 109 4228 4403 4495 4576 4610 4279 4176 4053 4043 活动室 110 7272 7720 8001 8145 8206 7807 7547 7187 7194 活动室 111 4973 5229 5399 5501 5562 5237 5121 4962 4946 厕所 112 3250 3731 4034 4125 4161 3985 3634 3149 3195 休息厅 114 2952 2991 3023 3044 3063 2980 2985 2989 2980 报告厅 115 19470 20156 20622 21024 21358 18203 17976 17890 17699 走廊 4576 5160 5517 5693 5747 5590 5245 4729 4782 首层最大冷负荷出现在 13： 00，为 第二层冷负荷汇总表 表 层冷负荷汇总 时间 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 办公室 201 3956 公室 202 996 公室 203 公室 204 790 108 览室（大）206 24975 25871 26344 26872 27248 22589 22116 21858 21608 阅览室（小）207 9088 565 所 209 者服务部210 3695 包处 211 2051 182 库房 212 10620 11105 11386 11531 11561 11402 11068 10594 10629 书库房 213 10668 11164 11447 11581 11599 11428 11081 10591 10640 弧阅览室 214 51977 58911 63254 65711 66884 58931 54828 49344 49270 休息室 215 廊 719 376 4006 二层最大冷负荷出现在 13： 00 为 第三层冷负荷汇总表 表 层冷负荷汇总表 时间 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 办公室 301 432 9 办公室 302 922 公室 303 260 195 公室 304 4661 067 5155 电阅 306 57974 60663 62916 64354 65627 61866 62293 62487 61790 小电阅 307 20121 21032 21783 22278 22706 21449 21586 21641 21409 厕所 309 服部 310 包处 311 297 2228 算机房 312 42597 44776 46521 47543 48389 45729 45710 45424 44993 准备室 313 345 备室 314 345 算机房 315 42719 44907 46652 47658 48489 45816 45785 45484 45070 休息室 316 阅览室 317 51977 58911 63254 65711 66884 58931 54828 49344 49270 走廊 719 376 4006 三层最大冷负荷出现在 13： 00 为 第四层冷负荷汇总表 表 层冷负荷汇总 时 间 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 办公室 401 3956 公室 402 996 公室 403 公室 404 790 108 公室 405 览室 406 24975 25871 26344 26872 27248 22589 22116 21858 21608 阅览室 407 9088 565 所 409 服部 410 3695 包处 411 2051 182 览室 412 20419 21410 21972 22399 22654 19400 18785 18199 18065 阅览室 413 20467 21470 22034 22449 22692 19426 18798 18195 18076 休息室 414 廊 3892. 4307. 4557. 4675. 4719 4617. 4376 4006 3972. 10 5 8 4 6 1 4 第四层最大冷负荷出现在 13： 00 为 第五层冷负荷汇总表 表 层冷负荷汇总 时 间 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 办公室 501 4159 576 公室 502 公室 503 公室 504 4799 338 公室 505 览室 506 27349 28051 28416 28945 29406 24963 24792 24901 25040 阅览室 507 10041 10277 10397 10585 10750 所 509 服部 510 包处 511 览室 512 22090 22945 23431 23858 24173 21072 20669 20341 20481 阅览室 513 22138 23004 23492 23908 24212 21098 20682 20338 20492 休息室 514 廊 719 376 4006 五层最大冷负荷出现在 13： 00 为 细负荷计算见附录） 新风量及新风负荷的确定 新风量指标每人为 30 m/ 则新风量： = *N 新风负荷计算 : 在湿空气的 ，根据设计地的室外空气的夏季空调计算干球温度 ，得出新风的焓 据室内空气的设计温度 ，确定回风状态点 N（也就是室内空气设计状态点），得出回风的焓 夏季空调的新风负荷按 W ( W (3根据室内外参数（ 6 , =60%;,查 J/J/h=J/ 11 湿负荷的计算 人体散湿及敞开水面散湿 人体散湿量计算公式： (3式中 人体散湿量 ， kg/s ； g 成年男子的小时散湿量 ， g/h； n室内全部人数； 群集系数。 敞开水面散湿量计算式： (3式中 W敞开水表面的散湿量， /s； 单位水面蒸发量， /(m2h)； A蒸发表面面积， 4 风系统设计计算 送风量及送风方式 送风量的计算 (1) 确定夏季室内空气状态点 N。 根据夏季室内温度 6，相对湿度 =60%的要求，确定室内状态点 N，并查 内焓值 湿 量 (2) 做热湿比线 。 根据计算出的室内冷负荷 负荷 S，计算热湿比 =，再通过 。 (3) 确定送风状态点 O。 本系统拟采用露点送风空气处理设备 , 以空气处理到 90%的机器露点与热湿比线相交 ,此点即为送风状态点 O。 (4) 计算系统的总风量 可得 G=Q/( （ 4 计算结果见下表： 表 层送风量 湿 负 荷(kg/s) 冷负荷 (w) 热湿比 室内焓值 送风焓值 焓差 送风量(kg/h) 采 编 室101 12 阅 览 室102 控 室106 动 室107 动 室108 动 室109 动 室110 动 室111 息 厅112 0 告 厅113 层送风量 湿负荷(kg/s) 冷负荷(w) 热湿比 室内焓值 送风焓值 焓差 送风量(kg/h) 办公室 201 公室 202 公室 203 公室 204 览室 206 览室 207 服部 210 包处 211 库房 212 穷大 7 库 房 213 穷大 7 阅览 214 3 息室 215 233 层送风量 湿负荷(kg/s) 冷负荷(w) 热湿比 室内焓值 送风焓值 焓差 送风量(kg/h) 办公室 301 公室 302 公室 303 13 办公室 304 电阅 306 电阅 307 服部 310 包处 311 算机房312 备室 313 备室 314 算机房315 息室 316 233 阅室 317 3 层送风量 湿 负 荷(kg/s) 冷负荷 (w) 热湿比 室内焓值 送风焓值 焓差 送风量(kg/h) 办公室 401 公室 402 公室 403 公室 404 公室 405 览室 406 览室 407 所 409 读服部 410 包处 411 览室 412 览室 413 备室 414 233 湿 负 荷(kg/s) 冷负荷 (w) 热湿比 室内焓值 送风焓值 焓差 送风量(kg/h) 办公室 501 公室 502 公室 503 公室 504 公室 505 览室 506 14 阅览室 507 服部 510 包处 511 览室 512 览室 513 备室