建筑环境与设备工程专业毕业论文综合楼中央空调风机盘管系统设计

摘 要 本工程为天津市某八层综合楼，建筑为多层框架结构，地上8层，包括ktv房，办公室、大小会议室、休息室、会客室、储藏室、餐厅为一体的综合性餐饮娱乐商务综合楼。总建筑面积为约10200平方米。层高4.2米，窗高3米。要求采用空调夏季制冷。设计的空调系统采用风机盘管新风系统,选用风冷机组制冷冻水供冷。设计的内容包括：选定合适空调系统的类型并确定设计方案，计算部分也十分重要，例如：空调冷负荷的计算；空调系统的划分与系统方案的确定；冷源的选择；风系统的设计与计算；室内送风方式与气流组织形式的选定；水系统的设计、布置与水力计算； 风管系统与水管系统保温层的设计等内容。除此之外，还需要进行空调末端处理设备及机房辅助设备及的选型。需要结合所选择的空调系统的特点及办公楼的建筑结构选择合适的空调机组及末端设备，合理的布置吊顶内风管与水管的位置。并根据所选择的空调机组选配合适的辅助设备：冷冻水循环水泵，冷却水循环水泵，开式水箱，冷却水塔，及相应的水管风管阀门等。关键词：综合楼，中央空调，水冷机组，风机盘管新风系统THE CENTRAL AIR-CONDITION OFMULTIPLE-USE BUILDINGAbstractThe design of central air-conditioning system for the building of a Tianjin company is aimed to get a comfortable working condition indoors. The total area of the building is 10200 m. The height of the first floor is 4.2 meters,and the other three floorheights are all 3 meters. The air-condition system is designed to supply cool air in summer, and a fan coil units (FCUs)-fresh air system is selected and central screw water chillers are used to provide the chilling water needed. In winter, the municipal central heating system is used to supply heat and keep official room warm.Some of the main points in this design are given as follows:To design an appropriate air-conditioning system for the building, the overall analysis is important. This includes the calculation, such as cooling load calculation, the estimation of system zoning; the design of air duct system and calculation; the estimation of air distribution method and the selection of relevant equipments; the design of water system and the analysis of its resistance losses; the plan of the insulation of air duct and chilled water pipes; etc. Meanwhile, equipment selection is also an essential part of the design. According to the requirement, a fan coil units (FCUs)-fresh air system is appropriate. Thus，the main process equipment, i.e. the chiller, the fan coil units, the circulating water pumps, the cooling tower, are also determined in the design considering their characteristics and working conditions.KEY WORDS: official building, central air conditioning, cooling water chillerfan coil units (FCUs)-fresh air system 目 录第一章 绪 论1第二章 系统方案的选择确定3第三章 工程概况4 3.1建筑特点4 3.2建筑相关资料4 3.3室外设计参数5第四章 空调负荷计算5 4.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷5 4.2外窗的温差传热冷负荷6 4.3内围护结构的传热冷负荷7 4.4灯光冷负荷7 4.5设备冷负荷8 4.6渗透空气显热冷负荷9 4.7食物的显热散热冷负荷9 4.8人体散湿和潜热冷负荷9 4.9渗入空气散湿量及潜热冷负9 4.10食物散湿量及潜热冷负荷10 4.11水面蒸发散湿量及潜热冷负荷104.12水流蒸发散湿量及潜热冷负荷10 4.13化学反应的散热量和散湿量114.14各房间送风方式的确定124.15办公楼新风量和新风负荷的确定12第五章 风机盘管加新风系统选型计算13 5.1风机盘管系统选型计算13 5.2新风机组的选型14第六章 空调风系统15 6.1空调房间气流组织15 6.2风口的布置15 6.2.1新风入口注意事项15 6.2.2风道的布置和制作要求15 6.2.3新、排风口的防雨百叶尺寸的确定16 6.2.4风管阀门的选择16 6.2.5送风口的布置原则17 6.3 风口的选择17第七章 空调水系统19 7.1 空调水系统的选型比较19 7.2 空调水系统的布置20 7.3风机盘管水系统水力计算20 7.3.1基本公式20 7.3.2标准层的冷冻水供水管路水力计算21 7.4空调风机盘管水系统供、回、凝水管23 7.5水管系统中的阀门23 7.6风管布置方案24 7.7水管与新风管道系统的设计24第八章 机房布置与设备选择25 8.1机房布置原则25 8.2机房的设备选择26 8.2.1冷水机组的选择26 8.2.2水泵的选择26 8.2.3定压补水水箱选择28第九章 管道保温、防腐30结 论30参考文献31附录32致谢43 1 绪 论本篇文章是对天津某综合楼中央空调的设计计算说明。从建筑结构及其要求制定空调方案，要求能够满足使用的要求，即能够满足办公舒适性。此外还要从空调设计的科学合理性和经济性，以及建筑整体的美观度考虑。并能对以后的使用和费用支出做一定的预估。中央空调在现代建筑中越来越多的应用，技术也越来越成熟先进。能够有效的管理，一次性投资，后期使用方便，并且不占用建筑的有效空间。本文就是对中央空调的设计到选型，到校核计算的一个说明。从冷负荷计算，到室内方案的选择和设备的选型。机组的布置连接和选型都有说明。从使用性到科学性再到经济性上做到好的结合。方案选择是整体考虑以及设计的总体思想。计算部分是整个设计的基础，绘图部分是与设计施工相联系的实际的走管和安装。三个部分相依相承，都与整个工程密不可分。各个部分都要保证科学合理，正确无误，经济适用。本设计是真实性课题的典例。其中，有理论的分析计算，有中央空调方案的选择论证，有实际的绘图安装。是一个完整的工程设计实例。设计计算主要有冷负荷的计算，送风量的计算，管路的计算等。冷负荷的计算确定了各个房间的空气状况和调节条件，以及整个工程的负荷量。是确定室内空调调节方案的主要数据。也是选择冷水机组最主要的参考数据。送风量和管路的计算是面向实际设备和管路的数据资料。都是整个设计的基础。空调系统方案的选择，基本上确定了空调的形式和内容。本设计选用的是办集中的空调水系统，独立新风加风机盘管系统。空调方案的选择决定了后期设计的方向和内容，是设计中关键的环节。也是综合各个方面的因素制定出来的。整个设计的理论部分主要集中在前两个部分，实际的安装和设备运行等实际性的工程问题都集中在绘图这个阶段。绘图是把方案完好的实现的一个基础，是工程赖以完成的技术性支持的资料。绘图中要尽量的与工程中实际问题的解决相联系。尽量使方案以一种直观详尽的方式体现出来。这个过程就是方案在成熟完善并且检验的过程。是整个设计中最重要和最有难度的部分。本设计内容包括：负荷计算；风系统设计；水系统设计；机房布置；设备选型说明书撰写及文献翻译几部分。在上面主要阶段完成以后还要对一些具体细节的问题加以论证思考并列出解决方案。比如管路的腐蚀问题，保温问题。材料的选择问题等。整个设计中尽力能完善的解决工程中的实际常见问题。然后就是方案的验证试用，一般中央空调的投资大，必须力求避免设计上带来的后期问题。所以在设计阶段要对方案进行充分的论证。2 系统方案的选择确定空调系统一般均由空气处理设备和空气分配设备组成，根据需要，它可组成许多不同形状的系统，在工程上，应考虑建筑物的用途和性质，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，初投资和运行费用等多方面的因素，选定合理的空调系统。根据负担室内热湿负荷所用的介质不同，空调系统分为：全空气系统，全水系统，空气-水系统，制冷剂系统。全空气系统室内房间的负荷全部由经过处理的空气来负担。由于空气的比热容较小，用于和室内交换热量的空气量大，所以这种系统要求的风道截面积尺寸大，占用的建筑空间较多。全水系统室内负荷全部靠水作为冷热介质来负担。它不能解决房间通风换气的问题，通常不单独采用。空气水系统负担室内的介质有水又有空气，它既解决了全水系统无法通风换气的困难，又可克服全空气系统要求风管截面大，占用建筑空间多的缺点。制冷剂式系统负担室内负荷以及室外新风负荷的是制冷剂的制冷剂。多用于集中冷却的分散型机组系统和全分散式系统。考虑上述个各种系统的特点，本设计采用空气-水系统。根据空气处理设备的集中程度，空调系统分为:集中式空调系统，半集中式空调系统和分散式空调系统；集中式是指所有的空气处理设备均设在一个集中的空调机房内。半集中式除了集中空调机房（主要处理室外新风）外，还包括分散放在空调房间内的二次设备，其中多半设有冷热交换装置，如风机盘管等。全分散式没有集中空调机房，而是完全采用组合式设备向各房间进行空调，自带制冷机组的空调机组方式就属于这一类，如各房间的空调器等。集中式和半集中式也可通称为中央空调，而全分散式系统也称为局部空调。集中式、半集中式空调系统和全分散式空调系统相比，具有以下优点：空调效果好；可送新风，保证室内空气新鲜度；投资低；运行管理方便，运行费用低；故障少，便于维修；设备寿命长；噪声小；宜于装饰配合，达到现代建筑要求的高档、舒适和美观的目的。通过有关资料6对办公楼采用集中供冷的中央空调和采用房间窗式空调器的局部空调在能耗、造价方面的比较证明，中央空调的耗电明显降低，大约节电30左右。以本工程的实际情况为基础，从造价比较来看，中央空调造价明显较 低，约比窗式空调低1230。综合耗电、造价两因素，采用冷水机组集中供冷的中央空调比较合适。在办公楼所采用的中央空调方式中，又以采用半集中式空调为数较多，本设计采用半集中式中央空调系统。末端系统中以风机盘管加新风空调系统为多。风机盘管的空调方式是空气水系统中的一种主要形式,主要是由风机、肋片管式水空气换热器和接水盘组成，它的功能主要是在空气进入房间之前对从集中处理设备来的空气再进行一次处理，或者新风由新风机组集中处理，而房间内回风由风机盘管处理，组成风机盘管加新风的半集中式空调系统。该系统的优点是：与全空气系统比较，可节省空间。布置灵活，具有个别控制的优越性，各房间单独调节温度，房间无人时，可关调机组，不影响其他房间的使用。节省运行费用,运行费用与单风道系统相比约低,比诱导器系统低,而综合投资费用大体相同,甚至略低。机组定型化，规格化，易于选择安装。有较好的供冷能力。结合实际情况，本设计选用风机盘管加独立新风的空气处理方案。通过以上对空调方案的比较论证，最后采用半集中式中央空调。空气水系统。末端采用风机盘管加独立新风系统。3 工程概况 3.1建筑特点本工程为天津市某八层综合楼，建筑为多层框架结构，地上8层，包括ktv房，办公室、大小会议室、休息室、会客室、储藏室、餐厅为一体的综合性餐饮娱乐商务综合楼。总建筑面积为约10200平方米。层高4.2米，窗高3米。3.2建筑相关资料 空调室外设计参数夏季 Tw=33.4 Tws=26.9 Vw=2.6m/s主要房间室内设计参数室内温度25 相对湿度60维护结构的传热系数外墙： 0.71W/.k外窗： 4.7 W/.k外门： 3.02 W/.k人数：人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的，本办公楼人员密度按如下估算；办公室：0.2m/h人；会议室、接待室：0.5m/h人；大厅、走廊：由于人员密度很小，所以不计。照明、设备：由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为30W/m。设备负荷为40 W/m。空调使用时间：办公楼空调每天使用10小时，即8：0018：00。动力与能源资料：a.动力，工业动力电 380V50Hz；b.能源，由自备空调机房供给。3.3室外设计参数采用天津市塘沽地区室外气象参数，气象台站位置：北纬3859，东经11743，海拔5.4m。夏季：空调室外计算干球温度：33.4；通风室外计算干球温度：29；空调室外计算湿球温度：26.4；通风室外计算相对湿度：70；平均风速4.4m/s，风向SE，频率12；大气压力：1004.7hPa；冬季：空调室外计算干球温度：-10；采暖室外计算干球温度：-8；通风室外计算干球温度：-4；空调室外计算相对湿度: 62；平均风速4.3m/s，风向NW，频率12；大气压力：1026.6hPa日平均温度+5（+8）天数：127（148）天；日平均温度+5（+8）期间内的平均温度：-1.5（-0.3）；年平均温度：12；极端最高温度及其平均值：39.9，35.4；极端最低温度及其平均值：-18.3，-12.9。4 空调负荷计算 4.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Q(W)，按下式计算：Q=KFt-(4.1)式中：F计算面积，；计算时刻，点钟；-温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻， 点钟；t-作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，。注：例如对于延迟时间为5小时的外墙,在确定16点房间的传热冷负荷时,应取计算时刻=16,时间延迟为=5,作用时刻为=16-5=11。这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生的结果。当外墙或屋顶的衰减系数850，R=D。矩形风管弯头采用内、外弧形弯头，其曲率半径为风管弯曲平面侧风管边长的1.5倍，采用内弧形或内斜线形弯头，其弯曲平面侧边长等于或大于500mm时，应在在弯头内加导流叶片。弯头尺寸和弧度应正确，不得扭斜，导流叶片铆接牢固。（3）连接软管:与送风散流器相连采用保温软管，最大长度不超过2m。（4）风管上的可拆卸口不得设置在墙体或楼板内。3.风管法兰间应放置具有弹性的垫片，如海绵橡胶、橡皮等，以防止漏风，风管与风管之间不应有看得见的孔洞。4.风管涂漆。本系统设计时选用镀锌薄板钢板，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。6.2.3新、排风口的防雨百叶尺寸的确定新风百叶处的面风速2m/s排风百叶处的风速应控制在v4.0m/s范围内，不宜过高。（m/h） （6.1）其中：G端面风量，m/h；A端面面积，若为防雨百叶则为其有效面积，m；计算举例：回流风机EF-101的排风风量G=1000m/h。由式（6-1）可知：=0.06944为防雨百叶的有效面积：A有效=0.7A实际，故实际面积A=0.6944/0.7=0.0992；其防雨百叶取300300。具体新排风风口尺寸详见图纸：风管布置平面图。6.2.4风管阀门的选择1.新、排风口处应按放有（手动）风量调节阀：（1）当矩形风管长边宽度320 mm或为圆形风管时，采用蝶阀；（2）当矩形风管长边宽度320mm时，选用对开式多叶调节阀；（3）对于新风风送风管可以安放在风管支管末端，对于排风风管其末端连接排风口为圆管软管连接，故可以安放于靠近矩形风管和圆形软风管连接处的硬质圆形风管处。2.新风机组进气口应设有电动风阀和止逆阀：（1）电动风阀设于新风机入口前，与新风机联动，作用在于当冬季新风机内盘管温度低于保护温度而导致停机时可以联动闭合风管。（2）止逆阀的作用：防止气流倒流，类似于水系统中的单向阀。6.2.5送风口的布置原则由于为办公建筑，送风风口选用方形散流器。散流器布置原则：1.布置时应考虑建筑结构的特点，散流器平送方向不得有障碍物（如柱）。2.一般按照对称布置或梅花型布置。3.每个圆形或方形散流器所服务的区域最好为正方形或接近正方形；如果散流器服务区的长宽比大于1.25时，宜选用矩形散流器。本次设计散流器采用对称布置，考虑到美观应与房间的气流组织分布均匀，散流器在布置时，应尽量与灯保持同向布置且距灯外缘200mm的距离。6.3 风口的选择整幢办公楼建筑采用散流器送风。散流器喉部接圆形软管，其长度不应超过2m，风口的喉部尺寸由风管的尺寸决定，即由每个风机盘管的送风风量来确定散流器的具体尺寸。考虑到本设计为办公用中央空调故，出风口风速不应过大，应3m/s。为便于风口尺寸的确定，故初设出风口风速v=2.5m/s。由式（6-1）可知：A= G/（v3600）（m） （6.2）以房间2F-206为例：其换气次数为N=8次/h，房间面积为56m，吊顶下高度为2.8m。故，G总=8562.8=1254.41255m/h,风口布置为四送、三回、一排，平均每个送风口的风量G=1255/4=313.75315m/h;A=0.035m。且A=R；所以R=100mm即，=200mm，故应选择喉部尺寸为=200mm的散流器其余计算方法如此，详见风管平面图送风风管尺寸标注。为了便于安装及美观，故所有的送风风口均采用面部尺寸为600600的风口。 五层新风管的结构如图6.3所示 图6.3五层新风管结构图 新风管结构计算见表6.1管段1-22-33-44-55-66-77-88-99-106-1111-12风量（m/h）2894262820511475898 83158550117915588风管管径578525410295180 166117100363118风速（m/s）55555555555表6.1五层新风管结构计算表7 空调水系统 7.1 空调水系统的选型比较空调水系统包括冷水和冷却水系统两部分，它们有不同类型可供选择。表7-1 空调水系统比较：类型特征优点缺点闭式管路系统不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱与设备的腐蚀机会少;不需克服静水压力，水泵压力、功率均低。系统简单与蓄热水池连接比较复杂开式管路系统与大气相通与蓄热水池连接比较简单易腐蚀，输送能耗大异程式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，便于水力平衡需设回程管，管道长度增加，初投资稍高异程式供回水干管中的水流方向相反；经过每一管路的长度不相等不需设回程管，管道长度较短，管路简单，初投资稍低水量分配，调度较难，水力平衡较麻烦两管制供热、供冷合用同一管路系统管路系统简单，初投资省无法同时满足供热、供冷的要求三管制分别设置供冷、供热管路与换热器，但冷热回水的管路共用能同时满足供冷、供热的要求，管路系统较四管制简单有冷热混合损失，投资高于两管制，管路系统布置较简单四管制供冷、供热的供、回水管均分开设置，具有冷、热两套独立的系统能灵活实现同时供冷或供热，管路系统复杂，初投资高，占用建筑空间较多没有冷、热混合损失单式泵冷、热源侧与负荷侧合用一组循环水泵系统简单，初投资省不能调节水泵流量，难以节省输送能耗，不能适应供水分区压降较悬殊的情况复式泵冷、热源侧与负荷侧分别配备循环水泵可以实现水泵变流量，能节省输送能耗，能适应供水分区不同压降，系统总压力低。系统较复杂，初投资较高根据以上各系统的特征及优缺点，结合本办公楼情况，本设计空调水系统选择闭式、异程、双管制、单式泵系统，这样布置的优点是过渡季节只供给新风，不使用风机盘管的时候便于系统的调节，节约能源。 7.2 空调水系统的布置本系统设计可以采用两管制供应冷冻水，且具有结构简单，初期投资小等特点。同时考虑到节能与管道内清洁等问题，可以采用闭式系统，不与大气相接触，采用定压补水装置取代以往的膨胀水箱定压。定压补水装置包括有两部分：1.膨胀罐用于恒定系统内的水压；2.补水箱和补水泵用于保证系统内各个末端装置始终充满冷冻水。由于设计属于多层建筑，因此可以采用异程式水系统，此系统缺点是会导致系统内压力分布不均，因此在每层的回水管末端需要额外加入静态平衡阀以平衡各层楼之间的水压。 本设计采用的是双螺杆冷水机组，机组布置在一楼栈房的方案。供水、立管均采用异程式，各层水管也采用异程式，新风机组和风机盘管系统共用供、回水立管，即新风负荷亦算入冷水机组负荷当中。 7.3风机盘管水系统水力计算 7.3.1基本公式本计算方法理论依据张萍编著的中央空调实训教程1。（1）沿程阻力：Pe=e v 2/2 gmH2O（7.1）沿程阻力系数:e=0.025L/d （7.2）（2）局部阻力：水流动时遇弯头、三通及其他配件时，因摩擦及涡流耗能而产生的局部阻力为：Pm=v 2/2 gmH2O（7.3）（3）水管总阻力：P=Pe+PjmH2O （7.4）（4）确定管径：mm （7.5）式中：Vj冷冻水流量,m 3/s；vj流速,m/s。在水力计算时，初选管内流速和确定最后的流速时必须满