政府办公楼设计方案

1 政府办公楼设计方案 第一章 工程概况 筑说明 甘肃省省政府办公楼，总占地面积为 ，其中空调面积为 建筑总高度为 ，地上十五层为办公用房以及会议室，。工程设计范围为 1 15 层空调设计， 空调系统的设计满足室内工作人员对温度，湿度和新风的要求即可，为舒适性空调。 护结构性能参数 外墙类型（自内至外）： 04级加气混凝土 26号 ： K= ）， = =8， 实用供热空调设计手册下册 6号墙 内墙类型： 选择 4号内墙 D，实用供热空调设计手册下 面类型： 屋面夏季热工标准 1号，吸收系数 减系数 用供热空调设计手册下册 外窗类型： 铝合金框，中空玻璃间隔层厚 6框修正系数 用供热空调设计手册下册 空玻璃间隔层厚 6第二章 空调负荷计算 计参数 外设计计算参数 台站位置： 北纬 36 03，东经 103 40 气候条件：温带大陆性气候 表 2室外设计计算参数 大气压力 空调 室外干球温度 室外湿球温度 相对湿度 室外平均风速 夏季 s 2 内设计计算参数 参考公共建筑节能设计标准，确定各房间的设计参数如下表： 表 2室内设计计算参数 注： 室内空气压力稍高于室外大气压。 负荷的计算 空调房间 冷负荷的组成 ： 通过 外墙 传入室内的热量 、 透过外窗进入室内的太阳辐射热量 和瞬时得热量、 人体散热量 、 照明散热量 、 设备的散热量 、通过非空调房间进入空调房间的热量形成的冷负荷。 间湿负荷的构成 空调房间的散湿量组成： 人体散湿量 （其他房间数据不足且散湿量很小，忽略不计）。 冷水机组冷负荷的组成 ： 空调房间的冷负荷和新风冷负荷。 过玻璃窗的日射得热冷负荷 只有内遮阳，室内深色布窗 帘双层标准玻璃窗 日射得热冷负荷公式： 中 透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷（ W） 窗玻璃的净面积（） 透过无遮阳标准玻璃窗太阳辐射冷负荷系数，按 确定 外窗综合遮挡系数 夏季日射得热因数最大 值， 按 确定 房间类别 空调温度 相对湿度 新风量 人员密度 照明功率密度值 设备功率密度值 夏季 夏季 M/h p /人 W/ W/ 会议室 26 50% 30 8 13 休息室 26 50% 30 20 18 13 办公室 26 50% 30 8 20 13 3 璃窗瞬时得热冷负荷 玻璃窗瞬时得热的冷负荷计算公式如下： F（ 式中 外窗传热形成的逐时冷负荷 K 窗玻璃的传热系数 W/（ ) 外窗的逐时冷负荷计算温度（），按 范附录 夏季空调区设计方案（）。 体的冷负荷 外墙 冷负荷的计算公式如下： F（ 式中 外墙传热形成的注时冷负荷 K 外墙的传热系数 W/（ C) F 外墙的面积 外墙的只是冷负荷计算温度（），按 范附录 夏季空调区设计方案（）。 内墙冷负荷的计算公式： *F*(式中 内墙传热形成的逐时冷负荷 非空调 房间的温度（等于室外温度加 3） 夏季空调区设计方案（）。 明的冷负荷 照明设备散热形成的计算时刻的冷负荷 Q ,计算公式 .2*T 同时使用系数，当缺少实测数据时，可取 灯具的安装功率 计算时刻， h 4 T 开灯时刻， h 从开灯时刻算起到计算时刻的持续时间， h T 见使用供热空调设计手册表 电子设备散热形成的冷负荷 电子设备和驱动设备均在房间内，采用以下公式： *qf 总功率 F 设备密度指标 空调区面积 体的冷负荷 n* *中 人体散热形成的逐时冷负荷（ W) 人体的冷 负荷系数，按 确定 人体散热量 n 人数 群集系数 风冷负荷 通入新风的全热冷负荷的计算公式为 w(式中 新风全热冷负荷 新风量， kg/h 室外空气焓值 室内空气焓值 房间冷负荷的计算结果 根据以上负荷计算依据，借助 该建筑的每一层每一个房间进行了典型日的逐时冷负荷计算 ，得到 15： 00 的时候冷负荷最大，为保证冷负荷的充分，附加了 10%的余量。 详细结果见附录一 5 该建筑夏季 15： 00的冷负荷参数如下表： 时间 15： 00 顶楼 南楼冷负荷 楼冷负荷 准层 南楼冷负荷 楼冷负荷 数 14 附加冷负荷 筑总冷负荷 1590825 湿负荷计算 南楼 楼 总 ：各项参数的单位为，冷负荷 W、 湿负荷 g/h。（下文没注明单位处与此相同） 第三章 空调系统方案的确定 调系统形式的选择 空气调节系统一般均由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置所组成，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，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；按负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；按集中式空调系统 处理的空气来源可分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统。 6 随着空调装置的日益广泛使用，大型建筑物设置空调的场合愈来愈多，全靠空气来负担室内热湿负荷，将占用较多的的建筑空间，因此可以同时使用空气和水来负担室内负荷。又由于风机盘管布置灵活，各房间可独立调节室温，房间不住人时可方便的关掉机组，不影响其他房间，从而比其它系统较节省运行费用，考虑到室内卫生要求和正压要求故采用风机盘管加独立新风系统。 调及新风系统划分 空调区域 划分原则：根据各空调房间的室内设计参数，减小各个房间相互的不利影响， 以及初投资和运行成本来进行划分。本工程共 15 层，全部为办公室和会议室，室内设计参数相同，且位置比较集中，故整栋楼采用同一套空调系统。 新风系统划分： 新风系统的送风方式采用分楼层水平式，每层单独设置两台新风机组，承担该层的新风负荷，新风处理到室内焓值，不承担室内负荷，新风经新风机组处理后直接送入室内。 第四章 空气处理过程分析计算 气处理状态点的确定 末端空气处理过程采用 风机盘管 +独立新风系统） 的形式。新风由新风机组处理到室内空气焓值，并直接送入室内，即新风与风机盘管并联送风。空气处理 7 过程在焓湿图上的表示如下图，此处忽略风机温升对空调过程的影响。图 4季工况空气处理焓湿图 N 室内状态点 W 室外状态点 0 送风状态点 L 新风处理状态点 风机盘管处理状态点 新风机组将室外新风处理到与室内空气等焓点，风机盘管将回风从点处理到点然后与状态的新风在室内大空间混合，达到送风状态点，再沿热湿比线达到房间状态点。其中，新风机组承担新风显热负荷和湿负荷，风机盘管承担室内人员、设备冷负荷和建筑维护结构冷负荷。 风机盘管冷却减湿新风机组冷却减湿 焓湿图绘制过程： ） 根据室内外设计参数确定点和点。 ） 点的确定：新风机组做与室内状态点等焓的露点送风，即室内状态点N 的等焓线与相对湿度 90%的交点就是新风机组处理后的状态点。 混合 8 ） 点的确定：根据 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准确定送风温差为 6，再根据热湿比线可确定 O 点状态点。 ） 点的确定：与的混风过程，为混合点，所以可由新风比确定点。 风量的计算 1. 根据 =X/(1+由新风量的确定原则： 标准层 ：热湿比 =据 风温差 状态参数： 60C,50%n ,5 4 . 0 1 2 /Nh kj 7 . 5 0 2 /w kj 查 o ，4 4 . 6 9 3 /oh 9 5 . 2 6 0 6 1 1 . 4 5 0 9 6 7 6 6 4 /5 3 . 0 1 2 4 4 . 6 9 3G k g s顶层： = h = 4 5 . 0 6 9 9 k J / k ，1 1 2 . 5 5 6 4 1 4 . 1 6 6 5 /5 3 . 0 1 2 4 5 . 0 6 6 9G k g s标准层和顶层的新风量由各个层包含的房间，会议室，休息厅所需要的新风量之和。 下面以标准层 418 办公室为例计算 9 房间冷负荷 Q=间面积 F=w=30 kg/h=s 房间的总风量1 . 4 2 4 1 3 4 0 . 1 7 1 2 /5 3 . 0 1 2 4 4 . 6 9 3k g 下面为顶层 418 办公室为例计算 房间冷负荷 Q=间面积 F=间新风量 3 0 1 . 2 / 0 . 0 3 2 4 9 /8w FG k g h k g s 房间总风量 1 . 6 7 5 2 1 7 0 . 2 0 1 3 7 2 /5 3 . 0 1 2 4 4 . 6 9 3Q k g s 新风机组的选型 每层楼所需的新风量为 s，空气密度 =层楼所需的新风量为 734h 室内空气状 态： 6，相对湿度=50， 外空气状态： ,层新风机组的冷负荷 w（ = 号 风量 出口余压（ 电机功率 低 中 高 低 中 高 m3/h 4排 6排 4排 6排 4排 6排 9000 220 170 320 270 420 370 9000 220 170 320 270 420 370 10 39000 220 170 320 270 420 370 9000 220 170 320 270 420 370 9000 220 170 320 270 420 370 9000 270 220 370 320 470 420 型号 风量 4排 6排 额定冷量 水阻 水量 额定冷量 水阻 水量 m3/h kW ，故每台的风量为 3367h，冷量为 满足风量和冷量要求，每层楼需要选用两台额定风量 4000h 9 11 第五章 末端设备选型 机盘管的选取 根据负荷计算结果 的 冷量和风量 ,对每个房间进行风机盘管选型。根据冷量优先 ,兼顾风量的原则 ,以及考虑到水系统的阻力平衡 ,选择了水压降 均在 20 千帕左右的风机盘管型号。 标准层办公室 418 为例：根据房间的负荷 风 h 参照国家标准生产参数，选取 1 台开利的四面出风嵌入式风机盘管，型号为 量为 340 m/h；额定制冷量 1800W。 南向房间顶层 房间号 房间类型 顶层风机盘管冷负荷（ W） 顶层风机盘管选型 单台风机盘管额定制冷量 单台风机盘管额定风量 台数 401 办公室 700 510 1 402 办公室 700 510 1 403 办公室 400 1020 1 404 办公室 400 1020 1 405 办公室 500 850 1 406 办公室 700 510 2 407 办公室 500 850 1 408 办公室 700 510 2 409 办公室 500 850 1 410 办公室 700 510 2 411 办公室 500 850 1 12 412 办公室 700 510 2 413 办公室 500 850 1 414 办公室 500 850 1 415 办公室 400 1020 1 416 办公室 700 510 1 417 办公 室 500 850 1 南向房间标准层 房间号 房间类型 标准层风机盘管冷负荷（ W） 标准层风机盘管选型 单台风机盘管额定制冷量 单台风机盘管额定风量 台数 401 办公室 700 510 1 402 办公室 700 510 1 403 办公室 500 850 1 404 办公室 500 850 1 405 办公室 600 680 1 406 办公室 700 510 2 407 办公室 500 850 1 408 办公室 700 510 2 409 办公室 500 850 1 410 办公室 700 510 2 411 办公室 500 850 1 412 办公室 700 510 2 413 办公室 600 680 1 414 办公室 600 680 1 415 办公室 500 850 1 416 办公室 700 510 1 417 办公室 600 680 1 北向房间顶层 房间号 房间类型 顶层风机 顶层风机 单台风机 单台风机 台数 13 盘管冷负荷（ W） 盘管选型 盘管额定制冷量 盘管额定风量 418 办公室 800 340 1 419 前室 800 340 1 420 办公室 600 680 1 421 办公室 800 340 2 422 办公室 800 340 1 423 电梯厅 700 510 1 424 会议室 600 680 2 425 电梯厅 600 680 1 426 办公室 800 340 2 427 办公室 500 850 1 428 前室 800 340 1 429 办公室 700 510 1 430 休息厅 600 680 1 431 休息厅 600 680 1 432 走廊 700 510 6 北向房间标准层 418 办公室 800 340 1 419 前室 800 340 1 420 办公室 700 510 1 421 办公室 800 340 2 422 办公室 800 340 1 423 电梯厅 700 510 1 424 会议室 600 680 2 425 电梯厅 700 510 1 426 办公室 800 340 2 427 办公室 600 680 1 428 前室 800 340 1 14 429 办公室 700 510 1 430 休息厅 700 510 1 431 休息厅 700 510 1 432 走廊 800 340 6 注：风机盘管机组的选择都是依据中速之冷量，中速风速，且是冷量优先，兼顾风量，风量校核，二者综合考虑的原则。 冷水机组的选取 市场上的冷水机组种类繁多，常见的有活塞式冷水机组、涡旋式冷水机组、螺杆式冷水机组、离心式冷水机组、溴化锂吸收式冷水机组、模块化水冷式冷水机组。他们的制冷量范围如下表： 本设计中总冷负荷为 1800据各种冷水机组的制冷量范围及它们的优缺点，我们选择的是两台 19离心式冷水机组。 涡旋式冷水机组单机制冷量太小，若多机并联则选用的冷水机组过多，一方面不利于机组布置、设备的维护与保养；另一方面也影响冷水机组的工作性能，所以排除涡旋式冷水机组。本设计的对象是办公楼，机组运行所使用的能源为电能，而溴化锂吸收式冷水机组所使用的能源为热能，所以它不合适。模块化水冷式冷水机组由于其蒸发器、冷凝器、进出水环路上没有相应控制装 置，不利于系统的调节与控制，所以其不合适。活塞式冷水机组的制冷性能系数低于螺杆式和离心式，所以将其排除。螺杆式冷水机组其噪声高，由于此办公楼为政府办公楼，对噪声有相当高的要求，所以将螺杆式冷水机组排除。 离心式制冷剂具有转速高，单机制冷量大，重量轻，体积小，易损件少，振动小，运转平稳，对基础要求低，能经济方便的调节制冷量，易于实现自动化控制。鉴于离心式冷水机组具有上述优点，完全能够满足此设计的各项要求，故我们选择离心式冷水机组。 离心式冷水机组常用的制冷剂有 据 这几种制冷剂的特性，考虑到其对环境的影响，我们选用 为该冷水机组的制冷剂。因为 于项目 活塞式冷水机组 涡旋式冷水机组 螺杆式冷水机组 离心式冷水机组 溴化锂吸收式冷水机组 模块化水冷式冷水机组 制冷量 （） 75 930 84（单机） 240 1500 1000 以上 1000 以上 不定 15 制冷剂目前已被禁用； 高于 毒，这对于办公楼而言有安全隐患；所以选择 为机组的制冷剂。 19单机制冷量为 1055台同时运行完全能够满足冷量要求。之所以选择两台而不是一台其它的符合冷量要求的制冷机的原因是因为两台机组并联运行有利于系统的维护；选择一台运行，虽然其能满足冷量的要求，但是当机组运行异常需要维修时机组将停止运行，这 将严重影响该办公楼使用者的正常工作，这是不允许的。所以选择两台型号为19离心式冷水机组。 第七章 新风系统设计计算 经过处理的新风都必须通过风道才能送入空调房间，而且空调房间的送风量能否达到设计要求，则完全取决于风道系统的压力分布以及风机在该系统中的平衡工作区。所以风道设计将直接影响空调房间气流组织和空调效果。同时，空气在风道内流动所损失的能量，是靠风机消耗电能予以补偿的。所以风道设计也直接影响空调系统的经济性。因此，风道系统的设计是要在满足设计风量要求等的前提下，尽可能节省 能量。 风管水力计算的基本任务如下： 1） 假定流速求出风管断面面积，结合建筑特点确定断面尺寸。 2） 由断面尺寸算出风管内空气的实际流速，校核其是否在规范的推荐流速范围内。 16 3） 算出最不利环路的阻力损失，校核高静压风管机或新风全热交换器的机外静压是否满足要求。 4） 平衡各并联管路的阻力。 层新风风管型式的选择 风管材料的选用。风管一般采用钢板材料，其优点是不燃烧、易加工、耐久，也较经济。 风管形式的确定。风管的形式很多，一般采用圆形或矩形风管。 圆形风管 强度大 ,耗材料少，但加工工艺复杂，占用空间大，不易布 置得美观，常用于安装。 矩形风管 易布置，弯头及三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小，且容易加工，使用较为普遍。 因此，本设计中选用矩形风管。 风管的布置和制作要求 1）风管应注意布置整齐，美观和便于维修、测试，应与其他管道统一考虑， 设计时应考虑各管道的装拆方便。 2）风管布置时，要尽量减少局部阻力。弯曲的中心曲率半径要不小于其风管直径或边长，一般可采用 断面风管，为减少阻力，可以作导流叶片，导流叶片以流线型为佳，其局部阻力系数 =风管与主风管相连接 时，应避免 90 垂直连接，通常支管应在顺着气流方向上制作一定的导流曲线或三角形切割角。风管的变径宜做成渐扩管和渐缩管，渐扩管每边扩展角度不宜大于 15 ，渐缩管每边扩展角度不宜大于 30 。 3）风管法兰间应放置具有弹性的垫片，如橡皮、海绵橡胶、浸油硬纸板等，以防漏风。风管以及风管接口不应有看得见的孔洞。 风管涂漆。 本设计中选用镀锌薄钢板，可以不涂漆。但咬口损坏处要涂漆，施工时已发现锈蚀时要涂漆。 风管的水力计算 新风系统管道均选用 镀锌薄钢板（粗糙度 K = 制矩形风道 ，且均按照低速风道标准进行设计。风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静 17 压复得法等几种，本次设计校核采用假定流速法，假定流速法的特点是先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。 下面以首层新风管道系统为例来说明风管水里计算的详细过程。该层新风管道布置如下图： 图 7层新风管路布置图 由图可知该新风系统的最不利环路为 12 以管段 1 为例，其风量为 13140 ，管长为 3000假定流速法中风管的推荐流速见表 7 表 7管推荐风速 室内允许噪声 ） 主管风速 m/s 支管风速 m/s 新风入口风速 m/s 25 35 3 4 2 3 35 50 4 7 2 3 0 65 6 9 2 5 4 5 85 8 12 5 8 5 办公室噪声要求 40),假定该段管路流速为 5m/s，则风管断面面积为： 根据矩形通风管道统一规格，选用 风管断面尺寸为 1600 400以风管实际流速为： 18 3140 ，在推荐流速范围内。 1）沿程阻力损失 单位管长沿程阻力损失 2 2 式中： 摩擦阻力系数； 空气密度， kg/m； 风管当量直径， m。 而风管的阻 力系数 由雷诺数确定，雷诺数为： 运动粘度，空气在 20时的运动粘度为 10 因风管当量直径为 4 04 0 01 6 0 0 4 0 01 6 0 02 ， 则 56 。 若 选 用 钢 板 制 风 管 ， 则 查 得 其 当 量 粗 糙 度 为 K= 所 则查流体力学泵与风机（第五版）尼古拉兹粗糙管沿程损失系数表，其在紊流过渡区内，为简化计算，可使用阿里特苏里公式进行计算： 8640 则 22 。 该段管长为 则管段 1沿程阻力为 2）局部阻力损失 管段 1的局部阻力部件有 两个软接头 19 消声器 防火阀 管段 1的局部阻力为： 2 则管段 1的阻力损失为： 。 其余管段的水力计算同上 ,水力计算汇总于表 7 表 7管水 力计算表 管段编号 风量 m/h 截面尺寸长 m 流速 m/s 比摩阻 Pa/m 沿程阻力部阻力系数 局部阻力 段总阻力 高 1 13140 1600 400 3 1410 500 250 570 400 160 11160 1600 400 180 250 100 10980 1600 400 480 320 200 10500 1600 400 2 390 320 160 5 0 10110 1250 400 1 390 320 160 5 2 9720 1250 400 3 390 320 160 5 4 375 320 160 5 8955 1250 400 6 480 320 160 7 375 320 160 8 8100 1000 400 9 1155 500 250 0 375 320 160 1 6750 1000 400 8 2 1155 500 250 3 375 320 160 4 5040 800 320 5 480 320 200 6 375 320 160 7 4185 800 320 20 28 390 320 160 9 375 320 160 0 3420 630 250 1 390 320 160 2 3030 630 250 10 3 390 320 160 4 2640 500 200 5 480 320 200 6 2160 500 250 12 7 180 250 100 4 2 8 1980 500 250 9 570 400 160 0 1410 500 250 不利环路 1 总阻力为 虑 10%的富余量，故所需的系统作用压力为： 6% 6 ）（ 。 而选用的 4吊顶式 新风机组的机组余压为 400符合要求。 二、三层新风管道布置相同，如下图： 图 7、三层新风 管路布置图 各管段水力计算结 果见下表： 表 7管水力计算表 管段编号 风量 m/h 截面尺寸长 m 流速 m/s 比摩阻 Pa/m 沿程阻力部阻力系数 局部阻力 段总阻力 高 21 1 13500 1600 400 3 1410 500 250 570 400 160 11520 1600 400 180 250 100 11160 1600 400 480 320 200 10680 1600 400 2 390 320 160 5 0 10290 1250 400 1 390 320 160 5 2 9900 1250 400 3 390 320 160 5 4 375 320 160 5 9135 1250 400 6 480 320 160 7 375 320 160 8 8280 1000 400 9 1155 500 250 0 375 320 160 1 6930 1000 400 8 2 1155 500 250 3 375 320 160 4 5220 800 320 5 480 320 200 6 375 320 160 7 4365 800 320 8 390 320 160 9 375 320 160 0 3600 630 250 1 390 320 160 2 3210 630 250 10 3 390 320 160 4 2820 500 200 5 480 320 200 6 2340 500 250 12 7 180 250 100 4 2 8 1980 500 250 9 570 400 160 0 1410 500 250 1 180 250 100 2 180 250 100 22 最不利环路 1 总阻力为 虑 10%的富余量，故所需的系统作用压力为： 0% 8 ）（ 。 而选用的 4吊顶式 新风机组的机组余压为 400符合要求。 第八章 空调冷热源的选择与分析 热源的选择 系统能源形式主 要分为三大类： 压缩式制冷机，吸收式冷水机组； 城市热网，锅炉设备等； 泵型）。即选用一套设备，能制冷又能供热。如风冷热泵，地源热泵。 由于该建筑处于夏热冬冷区，既需要满足夏季的制冷同时又需要满足冬季的供热，所以需要冷源和热源。在选取的过程中，应该主要从能源形式的可行性、适用性以及经济节能的角度进行比较。 该建筑所在城市无集中的燃气供应，同时附近又无废热可以利用，那么制冷效率较低的吸收式冷水机组不适合作为该系统的冷源；该地区无集中的 城市供热系统作为热源；虽然地源热泵的温度稳定，也不需要通过使用风机和水泵采热，无噪声，无结霜，但土壤的传热性能较差，需要较多的传热面积，导致占地面积大，且水平埋管时土石方工程量大，垂直埋管时虽占地面积小，但打井费用高，所以该建筑不适合地源热泵。 综合考虑上述几种冷热源，根据甲方要求，建筑特点，前期投资，以及节能要求等方面出发，选用风冷式热泵冷水机组作为冷热源。 水机组的选型 23 对于一般冷水机组冷量消耗系数取 据冷负荷计算的总冷负荷可知道本建筑中采用风冷热泵式冷水机组承担的设 计计算冷负荷为： 703以机组的最大计算冷负荷为： 。 根据此负荷值选用美的 A系列的大型风冷热泵模块机组。机组型号为，选用两台。其性能技术参数见表 8 表 8组性能技术参数 型号 制冷剂 冻水进水温度 7 制冷量 390冷消耗功率 130冻水出水温度 12 制热量 420热消耗功率 126冻水流量 67m3/h 水阻 15出水管径