南京市某医院大楼的空调工程设计_毕业论文.doc

毕业论文 1 引言本毕业设计的是南京市某医院大楼的空调工程，该大楼分地下二层，地上共二十三层，其中负一层为设备层，一三层为诊断室及各种检查、化验室，四、五层为手术室技术后恢复等用房，六二十二层为病房及诊疗、会议室等用房，大楼要求空调，涉及高层建筑及医用建筑空调的特点，而本毕业设计课题要求学生本人独立完成以下工作：a) 完成大楼四-五层各个手术室及附属房间的空调工程设计；b) 两个1000级洁净手术室的空调工程设计。根据以上的要求，我们对医院所需空调的技术及需达到的标准作以下的分析：a) 确保满足医疗要求的室内空气环境。医院的服务对象是病人，因此他对空调的要求更高，不同于一般的家庭及办公用空调。b) 确保满足医疗要求的感染控制对策。c) 确保满足医疗要求的空气净化能力，空气净化能力反映在室内的洁净度级别上，是指用合适的空气过滤、合理的气流组织和有效的压力控制等措施表现出来的综合能力。d) 确保满足医疗要求的系统安全性和可靠性。由于系统服务对象是病人，因此不能出现任何差错。通过以上医院对空调的具体要求，我们得出结论，要设计医院的空调设施，不仅要达到普通空调所要达到的要求，还特别对防治污染，降低室内细菌和尘埃浓度及室内新风量，换气次数、室内外压差、末级空气过滤器等有特别高的要求。因此我们要选取合理的空调系统来做医院的设备。对于本毕业设计所涉及的主要是两个1000级的洁净手术室的空调设计，洁净手术室的空调系统实质上是属于舒适性空调系统，他的最大的一个特点是为了尽快地将污染粒子排出室外，需要有较大的送回风量，所以其送回风的焓值较普通空调系统地小得多，随着洁净度的等级不同，其一次投资及运行费用差别也大，此外，为了保持室内的正压值，所需的新风量也很大。此外，洁净手术室不像工业洁净室，他的局部人员密度很高，走动频繁，整个手术过程动作复杂，变化很大，手术用得盖单、敷料、手术衣等发尘量也大，还要同时满足室内的尘埃浓度和细菌浓度要求。所以他要求有更大的送风量和换气次数。对于洁净度级别为100级的洁净手术室，应采用单向层流的气流方式。这种气流方式的洁净室能够得到很高的洁净度级别，其自净能力强，他的作用原理是干净气流不是一股或几股，而是充满全室断面，所以这种洁净室不是靠掺混稀释作用，而是靠推出作用将使内脏空气沿整个断面排至室外，从而达到净化空气的目的，但他的最大缺点就是造价高，维护费用高，高效过滤器堵漏较困难。因此，对于我们要设计的1000级的洁净室，考虑到其经济性，我们选用乱流洁净室，他的作用原理是：当一股干净气流从送风口送入室内时，迅速向四周扩散、混合。同时把差不多同样多的数量的气流从回风口排走，这股干净气流稀释这室内的污染空气，把原来的含尘浓度很高的室内空气冲淡了，一直达到平衡。我们选用高效过滤器经扩散板的顶送方式的送风方式，从而完全可以达到我们的要求，并节约了我们的资金。其他房间我们选用常用的设计方案，采用风机盘管加独立的新风供给系统完全可以满足要求，而采用全空气系统其相对造价较高，不宜采用。2 本毕业设计所需已知条件2.1南京市室外空气参数 表2.1 南京市室外空气参数城市名冬季室外计算干球温度/冬季室外相对湿度/夏季室外计算干球温度/夏季室外计算湿球温度/夏季日平均干球温度/夏季平均日较差/室外平均风速/m/s冬夏南京市-6733528.331.46.92.62.62.2 医院空调房间的室内空气参数 表2.2 医院空调房间的室内空气参数建 筑类 型房 间 类型 夏 季冬 季温度/相对湿度/温度/相对湿度/医院病房手术室产房检查室诊断室25-2725-2725-2745-6540-6040-6018-2222-2618-2240-5540-6040-602.2.1 医院围护结构的热工指标表2.3 医院围护结构的热工指标围护结构名称k/bn nf 内墙1.880.686.784.91.42.1外墙1.450.610.06.51.52.6屋顶0.630.4233.518.32.02.9手术门5.82楼板3.133 负荷计算设室内温度26,根据以上条件计算各个房间的冷负荷。3.1 四层手术室各个房间的冷负荷计算如下：手术室（401）冷负荷如下：南外墙冷负荷（w）外墙冷负荷计算公式：= w式中计算时间，h;围护结构表面受到周期为24小时谐性温度波的作用，温度波传到内表面的时间延迟；h； 温度波的作用时间，即温度波作用于围护结构内表面的时间，h;围护结构传热系数，w/m2 k；作用时刻下，维护结构的冷负荷计算温差，简称负荷温差；f围护结构计算面积，m2 表3.1 南外墙冷负荷（w）计算时刻/8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00667810121211 1.45f5.8x31.4x2.214.32124.6124.6145.35166207.64249.17249.17228.4表3.2 西外墙冷负荷（w）计算时刻/7:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00877811141717 1.45f 7.6x3=22.8264.5231.4231.4264.5363.7462.8562562 内墙冷负荷（w）根据公式求内墙负荷,取,则1.88x22.8x(31.4+3-26)360w 人体散热形成的冷负荷（w）查表取成年男子散热散湿量：显热74w潜热161w全热235w散湿量 240w在室内的总小时数为16小时，连续工作24小时，室内大约有6个人，房间类型为中型计算所用公式为： w式中：q设备、照明和人体的得热，w;t设备投入使用时刻或开灯时刻或人员进入房间时刻，h;从设备投入使用时刻或开灯时刻或人员进入房间时刻到计算时间的时间；时间的设备负荷强度稀疏，照明负荷强度系数、人体负荷强度系数。 表3.3 人体散热形成的冷负荷（w）工作开始后的小时数2468101214160.770.850.890.930.950.960.970.98342377395413422426431435总潜热/w 1127总人体冷负荷/w146915041522154054915535581562 灯光照明形成的冷负荷（w）由于是手术室内的照明设施，所以没必要进行逐时计算，设每平方米照明量为80w则该房间的照明冷负荷为=nf=80x45.24=3619.2m设备散热形成的冷负荷（w）计算公式如下： w式中 设备的实际散热量，w； 表3.4 灯光照明形成的冷负荷（w）设备投入使用后的小时数2468101214160.810.880.910.940.950.970.970.98 720583634655677684698698706手术门所形成的冷负荷（w）计算公式如下：w式中：1.4x2.2=3.08门的传热系数；室内温度；夏季室外空气计算日较差；室外空气温度逐时变换系数。表3.5 手术门所形成的冷负荷（w）计算时刻2:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0049.841.24681117146161150131972628.828.328.630.5732.534.23534.433.331.4-0.38-0.45-0.41-0.120.160.40.520.430.2806.92.782.32.574.516.58.168.998.377.335.4由以上所得该房间的总冷负荷为： 表3.6 401房间的总冷负荷（w）计算时刻8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00西外墙/w264.5231.4231.4264.5363.7462.8562562南外墙/w124.6124.6145.4166207.6249.2249.2228手术门/w80.81171461611501319776人体散热/w14691504152215401549155315581562照明散热/w3619.2设备/w583634655676.8684698698705内墙/w360总冷负荷/w702471007302742074327467.87474.87454由此可得该房间的最大冷负荷出现在20点，其值为7474.8w按照以上的算法可以算出其他的房间最大冷负荷及其所出现的时刻，现列表如下：表3.7 四层手术室各个房间的最大冷负荷（w） 房间号402403404405406407408409410最大负荷出现点/h18:0018:0018:0018:0018:0020:0018:0018:0018:00最大冷负荷/w6251625162516386.440931019625162516251房间号411412413414415416417418最大负荷出现点/h18:0020:0022:0018:0018:0018:0018:0018:00最大冷负荷/w6611.27316852503656024602483753.2 五层各个房间的冷负荷计算如下：各个墙体的冷负荷计算方法同四层手术室，本层与其不同之处室外不再是门体而是窗体，另外由于六层无空调系统所以屋顶楼板也要形成冷负荷。本层主要计算一下这两个冷负荷。其他与上面的类同，就不再详述。3.2.1 南外窗形成的冷负荷： 窗户选用单层木框玻璃窗=5.8w/m2k3.2.1.1 传热得热形成的冷负荷计算公式为：w式中：窗户的面积窗户的传热系数 表3.8南外窗形成的冷负荷 (w)计算时刻/8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:003.356.57.57.97.36.14.4 5.8 2.8x1.5=4.280.4122158183192.41781491073.2.1.2 日射得热形成的冷负荷计算公式为：式中： 内遮阳系数。窗户的构造修正系数。地点修正系数计算时刻时，透过有内遮阳外窗的负荷强度。表3.9 日射得热形成的冷负荷(w)计算时刻/8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00387511410068372114 0.6 1.1 1 2.8x1.5=4.2105208316277188.51035838.83.2.2 北外窗形成的冷负荷：窗户选用单层木框玻璃窗k=5.8 w/m2k3.2.2.1 瞬变传热得热形成的冷负荷计算公式为w 表3.10 北外窗形成的冷负荷(w) 计算时刻/8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:003.356.57.57.97.36.14.4 5.8 1.5x1.5=2.25436584.897.881039580573.2.2.2 日射得热形成的冷负荷: 表3.11 日射得热形成的冷负荷(w) 计算时刻/8:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:004866787764682215 0.6 1.1 1 2.8x1.5=4.213318321621317718861423.2.3 楼板传热所形成的冷负荷计算：计算公式为： 其中k=3.13 =31.4 =2 =26式中：为各个房间的屋顶面积；通过以上计算我们可以求出五层各个房间的最大冷负荷及所出现的最大时间，列表如下： 表3.12 五层各个房间的最大冷负荷(w)房间号501503504505506507508509510最大负荷出现点/h18:0018:0016:0016:0014:0014:004:0014:0016:00最大冷负荷/w31631713254246386.462301798168159265777房间号 511 512最大负荷出现点/h22:00 22:00最大冷负荷/w 6993 25604 送风量的计算4.1 五层各个房间的送风量的计算房间（501）的室内湿负荷为w=240x3/3600=0.2g/s ,室内冷负荷为q=3163w ,室内温度tn=26 相对湿度由于是医院，所以要求送风量比较大，取新风量40m3/h每个人，则该房间的新风量为gw=40x1.18x3/3600=0.039kg/s室内热湿比为=q/w=3163/0.2=15815kj/kg 采用可能达到的最低参数送风，过n点作线按最大送风温差与线相交，既得送风点o查焓湿图，则总送风量为：g=q/(in-i0)=3163/(55.5-44)=0.275kg/s 送风温度为t0=16.8风机盘管风量为gf=g-gw=0.275-0.039=0.236kg/s五层其他房间的送风量的计算方法同上，现列表如下： 表 4.1 五层各个房间的送风量房间号送风温度/总送风量/kg/s新风量/kg/s风机盘管风量/kg/s50116.80.2750.0390.23650316.50.1370.0520.08550416.420.3941.60650516.31.9270.3941.53350616.70.5380.07870.45950717.50.1760.0130.16350817.40.1730.0130.1650916.60.490.07870.4151016.50.470.07870.3951115.60.4820.130.35251216.40.2020.0390.1634.2 四层各个房间的送风量的计算四层各个房间的送风量与五层房间的送风量算法有所不同，其主要原因是四层是手术室，需要大量的新风量，我们取新风量为总风量的%，另外，四层还有两个1000级的洁净手术室，他不能按这个算法来算，其他都与五层相同，现列表如下： 表4.2 四层各个房间的送风量 房间号送风温度/总送风量/m3/h新风量/m3/h风机盘管风量/m3/h401172133640149340216.71550465108540316.71550465108540416.71550465108540516.81708512119640615.68608677440714555.549.540816.81708512119640916.71550465108541016.71550465108541116.81834550128441416103431072441516.41632490114241616.51532459107341716.51532459107341817.2243573017055 对于412，413两个洁净室的计算南京地区最大气体含尘量m=3x105粒/升，人的发尘量取1.01x106粒/分人，取换气次数为 n =80次/h，设计为集中式送风，室内大气菌浓取2500个/m手术组人员发菌量取1000个/分人，我们通过先确定初效过滤器及中效过滤器来计算所需的高效过滤器的效率，1000级洁净室通过乱流气流方式完全可以满足室内的控制，所以我们选择乱流洁净室，其室内需要控制的最大含尘浓度为当尘粒d时，n=35个/升，该洁净室共有人员为6个，洁净室不仅要满足人员的新风量的需要，还要满足一定的正压要求，取室内正压为15pa，该建筑为无外窗土建式洁净室，所以正压修正值为2.1，现通过以上分析来选择高效过滤器5.1 高效过滤器的选择：选定初效过滤器：cw-1 无纺布袋式， =7.5%中效过滤器：zw-2 无纺布袋式， =26%室内人员密度q=6/(7.2x7)=0.119人/查图空气洁净技术原理13-1gn=3.4x10粒/m 3min房间的体积v=7.2x7x3=151 则人员发菌量gd=1000x6/151=39.68个/ m 3min按不均匀分布计算其中=0.99对浮游菌=2.6x10个/ =0则浮游菌浓度=0+0.99x60x39.68/80=29.46个/ m3满足要求35个/升5.2 新风量的确定按正压计算所需新风量为gw=2.1x151=317.5 m3/h按人员所需新风量为gw=pq=45x6=270 m3/h，其中为人数，为每人所需新风量。两者取其最大的一个值，则取送风量为gw=317.5 m/h总的送风量为g=80x151=12096 m3/h则回风率s=(g-gw)/g=(12096-317.5)/12096=0.97按不均匀分布计算其中n=35个/升=m(1-s)(1-)(1-)(1-)=6160.5(1-3)=0.99g=3.4x粒/ m 3minn=80次/h从而计算得 =0.9985根据以上计算我们可选取高效过滤器： 表5.1 所选高效过滤器的参数型号尺寸/mm风量/m/h初阻力/pa效率gk-131220x610x150200022099.99%同理，可计算出413室新风量gw=362m3/h,总送风量为g=13776 m3/h,同理，计算出=99.85%最终我们选取与412室同样的高效过滤器。因为每个过滤器的最高处理风量为2000 m3/h,所以我们选取8个这样同样大小的高效过滤器。5.3 送风温度的确定公式：g=q/(in-io)其中：g为总送风量；q为最大冷负荷；in为室内状态点的焓值；io为送风点的焓值。计算412室的送风温度：以上已知g=12096 m3/h=3.96kg/s q=7.316kw in=55.5kj/kg，代入公式计算出io=54 kj/kg，热湿比=18290 查焓湿图线与io的o点， 从而查出to=24。同理我们可算出413室的送风温度to=245.4 孔板的选择5.4.1 412室a) 确定用局部孔板下送，设该孔板尺寸为4.5x4.5(m),则孔板面积于顶棚面积之比为4.5x4.5/7.2x7=40%，故满足局部孔板送风的条件。b) 送风温度为24，送风量为12096 m3/h，c) 设孔板的开孔率为k=5%,则该孔板的孔口面积为=0.05x5x5=1.25 m2，因此，孔口流速=12096/(3600x1.25)=2.688m/s满足室内的要求d) 根据k=5%，取正方形的排列，并设定=0.005m,则可求得孔间距,即可算出=0.02m同理我们可算出413室的孔板参数最终取与412室的相同，也可满足室内对流速的要求6 新风机组的选择6.1 五层新风机组的选择过程已知五层总的所需新风量为gw=3990.52 m3/h=1.3kg/s,南京市室外焓值为=91.5kj/kg,露点焓值为=54.5kj/kg,计算其供冷量为=48.4kw所以选取以下机组 表6.1 所选tad0303新风机组的参数名称标准风量/m3/h机外余压/pa四排管新风工况电机功率/kw供冷量/kw供热量/kw水流量/kw水压降/kwtad0303450030067.762.811.73.11.5选择卧式机组，其外形尺寸为 总长1710mm其中风机段长度942mm，盘管段长度为628mm 宽942mm 高1047mm，出风口方向为前上水平出风口，大小为300x300 mm6.2 四层新风机组的选择过程已知四层总的所需新风量为gw=7079m3/h=2.32kg/s,南京市室外焓值为=91.5kj/kg,露点焓值为=54.5kj/kg,计算其供冷量为=85.84kw。所以选取以下机组： 表6.2 所选tad0305新风机组的参数名称标准风量/m3/h机外余压/pa四排管新风工况电机功率/kw供冷量/kw供热量/kw水流量/kw水压降/kwtad03058500300137.6127.723.835.62.2选择卧式机组，其外形尺寸为总长1710mm其中风机段长度942mm，盘管段长度为628mm 宽1570mm 高1047mm。出风口方向为前上水平出风口，大小为300x300 mm。7 412，413室的洁净空调机组的选择两个房间用一个空调机组，因此该空调机组所需处理的风量为两个房间风量之和g=12096+13776=25872 m3/h=8.48kg/s 总的新风量为gw=679.5 m3/h则可确定混合点的位置，如图所示，查焓湿图=57kj/kg, =47kj/kg 因此可算出这个设备夏季处理空气所需的冷量，即=25876x（57-47）=84.8kw根据以上的计算结果选择如下： 表7.1 所选洁净空调机组的参数名称额定风量/m3/h风量范围/m3/h额定冷量/kw额定热量/kwzkw-252500023000-27000166283该机组的外形尺寸：宽2000mm 高2100mm 基座高度120mm 长8450mm各个功能段的尺寸如下： 表7.2 zkw-25空调机组的功能段尺寸混风段/mm初效过滤器/mm中间段/mm中 效过滤器/mm表冷段/mm干蒸气加湿段/mm风机段/mm均流段/mm消声段/mm送风段/mm8505506006505505001000500600850送风口尺寸为长1228mm 宽620mm，方向为顶送式送风方式回风口尺寸为长1228mm 宽620mm，方向为顶回式回风方式新风口尺寸为长1076mm 宽772mm，方向为侧向方式8 各个房间的风机盘管的选择根据每个房间的最大冷负荷及风机盘管所需处理的最大风量，来选取每个房间所需的风机盘管的类型。8.1 五层各个房间的风机盘管的选择 表8.1 五层各个房间选择的风机盘管房间号房间的最大负荷/w风机盘管负荷1.2/w风机盘管规格风机数量风机盘管冷量/w风机盘管风量/m3/h风机盘管水量/w水阻风机盘管需处理风量/m3/h50131633796fp-10249008009405471950317132055fp-5225004005002425950425424305094fp-20485001700188050490050525046300554fp-204850017001880504677506629875572fp-102490080094054140050716752010fp-8240006008004449750816812017fp-82400060080044488509592671122fp-1024900800940541250510577769332fp-1024900800940541190511699383922fp-102490080094054107451225603073fp-82400060080044497注：上表中风机盘管的规格前面的数字表示共需这种盘管的个数进回水管径及冷凝水管管径均为dn208.2 同理四层各个房间除412，413这两个房间外的风机盘管的选择： 表8.2 四层各个房间选择的风机盘管房间号房间的最大负荷/w风机盘管负荷1.2/w风机盘管规格风机数量风机盘管冷量/w风机盘管风量/m3/h风机盘管水量/w水阻风机盘管需处理风量/m3/h401747589702fp-1024900800940541493402625175012fp-824000600800441085403625175012fp-824000600800441085404625175012fp-824000600800441085405638676632fp-824000600800441196406409649122fp-5225004005002477440710191223fp-3.5117003003502049.5408638676632fp-824000600800441196409625175012fp-824000600800441085410625175012fp-824000600800441085411661179332fp-102490080094054128441447505700fp-12.5462001000126034724415636576382fp-824000600800441142416602472292fp-824000600800441073417602472292fp-8240006008004410734188375100503fp-824000600800441705注：上表中风机盘管的规格前面的数字表示共需这种盘管的个数进回水管径及冷凝水管管径均为dn209 散流器的选择根据每个风机盘管需处理的风量及控制房间的风速来选择散流器的个数及型号。选择仿形散流器编号为src-ts9.1 五层各个房间的风机盘管上的风管上的散流器选择 表9.1 五层各个房间选择的散流器房间号需处理风量/m3/h散流器规格所需个数静压损失/pa501719300x30011.412503259240x24012.0135044900300x30081.4125054677300x30081.4125061400240x24042.013507497240x24022.013508488240x24012.0135091250240x24042.0135101190240x24042.0135111024240x24042.013512497240x24012.0139.2 四层房间的散流器选择 表9.2 四层房间选择的散流器房间号需处理风量/m3/h散流器规格所需个数静压损失/pa4011493240x24042.0134021085240x24042.0134031085240x24042.0134041085240x24042.0134051196240x24042.013406774240x24042.01340749.5240x24012.0134081196240x24042.0134091196240x24042.0134101196240x24042.0134111284240x24042.013414724240x24022.0134151142300x30021.4124161073300x30021.4124171073300x30021.4124181705300x30021.41210 四、五层楼的风管的选取10.1 五层楼的风管的选取首先算出每个房间的所需新风量，由医疗建筑空调设计查出，医院室内每人所需新风量为40m3/h，根据每个房间的人员个数，分别求出各个房间的所需新风量，然后根据风量从暖通空调设计手册查出各个管路截面积。 图10.1 五层楼风管的示意图 表10.1 五层楼选择的风管管径 管段编号流量/m3/h管径/mmxmm流速/m/s动压/pa单位长度摩擦阻力/ pa/m13990.5630x2507.433.651.772117120x1203.47.351.6833873.5630x2507.433.741.784638.66250x120729.44.185599250x1206.021.63.136360200x1205152.457240160x1204.09.61.818120120x1203.0541.2793234.86500x2507.333.651.93103195.2500x2507.233.551.93112876.9500x2506.525.351.48122558.6400x2507.533.7522505151.1214600320x2003.57.350.6815758.6320x2003.57.350.6816158.6120x1203.57.351.6817600320x2003.57.350.6818600320x2003.57.350.6819600320x2003.57.350.6820120120x1203.57.351.6821120120x1203.57.351.6822120120x1203.57.351.682339.66120x12010.60.182439.66120x12010.60.1825120120x1203.57.351.6826120120x1203.57.351.6827300320x16022.40.2928198.3120x12049.62.1529198.3120x12049.62.1530119120x12035.41.2731300320x16022.40.2932300320x16022.40.2933300320x16022.40.29该层楼的风管水力计算，首先选择最不利管路，该管路从1391011121318结束。现将有关数据列表如下： 表10.2 五层楼风管的水力计算管段编号v/m/spd/pal/mrm/pa/mrmxl/paz/pa阻力和/pa17.533.75031.785.3405.3437.533.751.0111.7819.5833.7553.3397.533.7501.51.932.89502.895107.533.75041.937.7207.72116.525.35031.484.4404.44127.533.750.6112.1323.4320.2543.68135150.5171.1219.047.526.54183.57.351.8880.685.4413.8219.26计算该最不利管路的总阻力=5.34+53.33+2.895+7.72+4.44+43.68+26.54+19.26=163.2pa校核所选的新风机组：因为所选的新风机组机外余压300pa163.2pa，所以满足要求。10.2 四层风管的选取如下：该层由于是手术室，所以所需新风量较大，根据医疗建筑空调设计可知，取每个房间的总风量的30%即可。其他算法同五层。 图10.2 四层风管布置示意图 表10.3 五层楼选择的风管管径 管段编号流量/m3/h管径/mmxmm流速/m/s动压/pa单位长度摩擦阻力/pa/m17079630x5006.525.350.7924941500x5006.021.600.7732035500x2006.021.601.5441570400x2006.021.601.6851105320x2005.0151.326640320x1604.09.61.0472906500x2507.029.401.782394400x2507.029.401.8792308400x2507.029.401.87102302400x2507.029.401.87111790320x2506.525.351.83121480320x2505.518.151.33131015320x2004.512.151.0814550320x1603.57.350.81152138320x3206.021.601.33161648320x2506.021.601.57171189320x2005.518.151.5718730320x1604.512.151.2919487320x1603.05.40.6120490320x1603.05.40.6121459320x1603.05.40.6122459320x1603.05.40.6123243320x1601.51.350.1724243320x1601.51.350.1725465320x1603.05.40.61