毕业设计（论文）-长沙办公楼空调系统设计.doc

摘 要摘 要本次设计的是长沙办公楼空调系统。针对该办公楼的功能要求和特点，以及该地区气象条件和空调要求，参考有关文献资料对该楼的中央空调系统进行系统规划、设计计算和设备选型。对其进行了冷、热、湿负荷的计算，还对各室的所需的新风量进行了计算。考虑到建筑本身的特点，在楼层较高的一层和二层采用全空气系统，三楼和三楼以上采用了风机盘管加新风系统，该系统具有投资低，调节灵活，运行管理方便等优点。对于冷热源的选择，考虑建筑周边没有固定的热源供给、建筑的负荷相对较小，同时由于所在的城市在能源方面非常缺乏，电力部门又有实施分峰谷、分时电价政策。因此对该建筑的冷源选择采用制冷机组加部分冰蓄冷系统，热源采用小型的燃油锅炉，以满足建筑冷热负荷的需要。并把机房布置在地下一层的设备间。同时对该系统的风管、水管，制冷、供热系统等进行了设计计算。由于建筑结构的特点，将冷却塔放在建筑两层高的裙房上，来满足制冷系统的需求。根据计算结果，对性能和经济进行比较和分析，对设备的选择、材料的选用，确保了设备在容量、减震、消声等方面满足人们的要求,并使系统达到了经济、节能的目的，按照国家相关政策做到了环境保护。关键词 空调；风机盘管；冰蓄冷；锅炉；新风；节能iii目 录目 录摘 要iabstractii第1章 绪论1第2章 设计参数22.1 地点22.2 室外气象参数22.3 室内空气计算参数22.4 围护结构参数3第3章 工程概述和空调设计特点53.1 工程概述53.2 设计特点53.2.1 空调系统的选择53.2.2 冷热源的选择7第4章 空调系统冷、热、湿负荷的计算84.1 冷、热、湿负荷的概念84.2 主要计算公式84.2.1 冷负荷84.2.2 热负荷114.2.3 湿负荷12第5章 新风负荷计算135.1 概念135.2 计算公式13第6章 送风量及新风量的计算156.1 送风量的计算156.2 新风量的计算156.3 确定焓湿图v第一章 绪论iii第1章 绪论第1章 绪论建筑是人们生活与工作的场所。现代人类大约有五分之四的时间在建筑中度过。人们已逐渐认识到，建筑环境对人类的寿命、工作效率、产品质量起着极为重要的作用。伴随着社会生产力的发展，在生产过程所要求的空气状态及人类自身工作和居住所要求的空气状态不断提高的条件下产生了空调，并得到了很大的发展。因此随着人民生活的提高，空调的普及率也就日益增高。所以对于大型公共、民用建筑及一些特殊场所来说，空调是不可缺少的。但值得注意的是空调在使用过程中耗能量较大，同时，除了空调所具有对生产和人民生活的正面作用外，根据目前的研究表明，它还存在一定的负面作用，例如“病态建筑综合症”等。因此在考虑室内气流组织及冷热源、水泵的合理选用就显得格外重要。为避免实际工程中普遍存在的大流量、小温差现象，本设计对于整个水系统进行了详尽的水力计算，在作出一系列分析后结合泵的性能曲线和不同数量的泵联合工作后稳定状态的管路特性曲线对泵的型号作选择，既保证了冷冻水循环泵不会应流量过大，电机超载而烧毁，又同时保证了实际工作点能维持较高的效率。同时在选择能源上，系统冷源考虑为冰蓄冷系统，热源为燃油锅炉。在设计过程中，根据阅读的大量书籍、论文、规范对计算方法进行合理的选择，以确保设计能符合工程中的各类规范。本次设计的任务是长沙市岳麓办公大厦的空调设计，具体设计的步骤有：冷热湿负荷的计算，空调系统的选择，空气的处理过程，水力计算，设备的选型与布置，气流组织计算与分析，制冷机房设计等。3第3章 工程概述和空调设计特点第2章 设计参数2.1 地点湖南 长沙（北纬2812，东经11305；海拔44.9）2.2 室外气象参数1.夏季1：空调计算干球温度：35.8；空调计算湿球温度：27.7；空调计算日均温度：32.7；平均风速：2.6m/s；大气压力：99.94kpa；设计计算相对湿度75%。2.冬季1：空调计算干球温度：-3；空调计算相对湿球：81%；平均风速：2.8m/s；大气压力：101.99kpa。2.3 室内空气计算参数1.夏季2：室内温度：262；相对湿度：5510%；气流平均速度0.3m/s。2.冬季2：室内温度：202；相对湿度：5510%；气流平均速度0.2m/s。2.4 围护结构参数4.传热系数： 2 （2-1）式中 内表面对流换热表面传热系数， w/(m2 )；墙体厚度，m；导热系数，w/(m )；内表面对流换热表面传热系数，w/(m2 )；所以外墙的传热系数：=1.5w/(m2 )；屋顶的传热系数：=0.55 w/(m2 )。围护结构的温差修正系数a=1.0窗户为6mm厚双层玻璃窗，内挂浅色帘，传热系数为=3.01 w/(m2 )。第3章 工程概述和空调设计特点3.1 工程概述本工程位于长沙市，为综合办公业务楼，高层建筑。主楼为长方形，为东北西南走向，总建筑面积为20899 m2，其中地上17655 m2，地下3245 m2。建筑主体高度为46.8 m；地上十三层，主裙房九层，裙房两层，地下一层为车库。地下一层为钢筋混凝土机构，地上结构形式为框架结构。3.2 设计特点3.2.1 空调系统的选择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，他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分为全空气系统、全水系统、空气-水系统，冷剂系统。按热量移动（传递）的原理来分可分为对流式空调和辐射式空调，按被处理空气的来源来分又可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统。按空气处理设备的集中程度可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，二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。中央空调和局部空调相比，具有以下优点：1 空气调节效果好，可以严格的控制室内温度和室内的相对湿度，并能满足室内空气清洁度的不同要求；2 可向室内送新风，保证室内空气新鲜度；并且可以进行理想的气流分布设计；3 机组相对故障少，运行管理方便，运行费用低；4 空调与制冷设备集中安设在机房，便于管理与维修；5 设备使用寿命长；6 可以有效的采取消声和隔振措施，故噪声小；7 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。通过对该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。从造价比较看，窗式空调造价稍低于集中供冷的中央空调。综合耗电、造价两因素，优先考虑采用冷水机组集中供冷的中央空调。但是对于该建筑的办公房间面积大，楼层高度却各不相同，并且所要求的处理效果差不多。针对楼层低的房间风管不易布置所采用的中央空调方式，又以采用半集中式空调较多，而其中首选的为风机盘管加新风空调系统，风机盘管的空调方式是空气水系统中的一种主要形式,主要是由风机与冷热交换盘管组成，他的功能主要是在空气进入被调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：1 与全空气系统比较，可节省空间。2 布置灵活，具有个别控制的优越性，各房间单独调节温度，房间不入住人时，可关调机组，不影响其他房间的使用。3 节省运行费用,运行费用与单风道系统相比约低2030%,比诱导器系统低1020%,而综合投资费用大体相同,甚至略低。4 机组定型化，规格化，易于选择安装。5 有较好的供热能力。风机盘管机组的缺点是：1. 作为空气-水系统，潜在漏水的可能性；2. 机组可能产生凝雾；3. 冷凝水盘可能滋生影响人体健康的微生物；4. 需要单独设立新风系统解决室内新风问题；5. 风机盘管机组过滤效率差，影响到室内空气品质。因此综上考虑及分析，本次设计针对于楼层较高的首层和二层采用全空气系统，左右以变形缝分界为两个空调系统；三楼和三楼以上楼层较低的采用风机盘管加新风系统，新风系统也是以中间的变形缝为这样采用的中央空调系统不但具有投资低，调节灵活，运行管理方便等优点，还能很好的控制室内的空气参数。3.2.2 冷热源的选择制冷以电为驱动能源的空调工程，而由于工程所在的地区为执行峰谷电价且电价差相对比较大，经技术经济分析比较合理，因而采用部分负荷冰蓄冷系统，制冷主机与蓄冰设备为串联方式，主机位于冰蓄设备的上游，机房设于地下一层。在该建筑周围没有热源的接入口，并且该办公楼所需热负荷相对较少，因此基于此情况，在地下一层设立一台小型的燃油热水锅炉，以备空调用热水。并且冬夏季手动切换冷热源的变化。3第4章 空调系统冷热湿负荷的计算第4章 空调系统冷、热、湿负荷的计算4.1 冷、热、湿负荷的概念为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反，为了补偿房间失热需向房间供应的热量称为热负荷；为了维持房间相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。房间冷、热、湿负荷也是确定空调系统送风量及各种设备容量的依据。主要冷负荷由以下几种：1 外墙及屋面瞬变传热引起的冷负荷；2 内围护结构冷负荷；3 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷；4 透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷；5 设备散热引成的冷负荷；6 人体散热引起的冷负荷；7 照明散热引起的冷负荷；在冷负荷的计算方法上，本设计采用冷负荷系数法计算空调冷负荷。主要热负荷包括围护结构的耗热量和加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量；其中围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量（朝向修正、风力附加、外门开启附加、高度附加等），由于在空调房间内的空气为正压，故由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量不予考虑。在热负荷的计算方法上，也采用热负荷系数法计算空调热负荷。主要湿负荷有人体散湿量和敞开水表面散湿量，根据本建筑的特点，只计算人体散湿量。4.2 主要计算公式4.2.1 冷负荷1.外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷3 (4-1)式中 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，w；外墙和屋面的面积，m2；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；室内计算温度，；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；地点修正值，由暖通空调附录2-6查取；吸收系数修正值，取=1.0；外表面换热系数修正值，取=0.94；2.内围护结构冷负荷3 (4-2)式中 内围护结构（如内墙、楼板等）传热系数，w/(m2 )；内围护结构的面积，m2；夏季空调室外计算日平均温度，；附加温升，可按暖通空调表2-10查取。3.外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷3 （4-3）式中 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，w；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；窗口面积，m2；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；玻璃窗传热系数的修正值；由暖通空调附录2-9查得；地点修正值，由暖通空调附录2-11查得；4.透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷3 (4-4)式中 有效面积系数，由暖通空调附录2-15查得；窗口面积，m2；窗玻璃的遮阳系数，由暖通空调附录2-13查得；窗内遮阳设施的遮阳系数，由暖通空调附录2-14查得；日射得热因数，由暖通空调附录2-12查得；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；5:室内热源散热形成的冷负荷室内热源主要包括室内工艺设备散热，照明散热，热体散热三部分，简易计算，取显热撒热量（包含三部分）指标为25w/m2 9.因楼层较多，各层冷负荷计算以一层为例，具体见附录表4-3。4.2.2 热负荷1.围护结构的基本耗热量3 (4-10)式中 部分围护结构的基本耗热量，w；部分围护结构的表面积，m2；部分围护结构的传热系数，w/(m2 )；冬季室内计算温度，；冬季室外空气计算温度，； 围护结构的温差修正系数。注4：围护结构两侧温差大于5时，应计算该围护结构的传热量。2.围护结构的附加耗热量3（1）朝向修正系数 ；（2）风力附加 ；（3）外门开启附加 注4：对开启一般的外门（如住宅、宿舍、托幼)，当外门所在层以上的楼层为时，一道门附加65%；（4）高度附加 。3.计算建筑的各楼层分项逐时热负荷总表见附录表4-2。4.因楼层较多，各层热负荷计算以一层为例，具体见附录表4-4。4.2.3 湿负荷人体散失量3： (4-11)式中 人体散湿量，kg/s； 成年男子的小时散湿量，g/h；室内全部人数；群集系数，由暖通空调表2-12查得。1第5章 空调系统冷热湿负荷的计算第5章 新风负荷计算5.1 概念室外新鲜空气是保障良好的室内空气品质的关键，因此，空调系统中引入室外新鲜空气（简称新风）是必要的。由于夏季室外空气焓值和气温比室内空气焓值和气温要高，空调系统下界为处理新风势必要消耗冷量。而冬季室外空气气温又比室内空气温度要低，室外空气比室内空气含水量也少，同样，空气系统冬季为处理新风势必要消耗热量和加湿量。但是空调处理新风所消耗的能量是比较大的，所以，空调系统中新风量的大小要满足空气品质的前提下，应尽量选用较小必要的新风量，否则，新风量过多，将会增加空调制冷系统与设备的容量（具体计算新风量见第六章）。5.2 计算公式1.夏季，空调新风冷负荷按下式计算：3 (5-1)式中 夏季新风冷负荷，kw；新风量，kg/s；室外空气的焓值，kj/kg；室内空气的焓值，kj/kg；2.冬季，空调新风冷负荷按下式计算：3 (5-2)式中 空调新风冷负荷，kw；空气的定压比热，kj/(kg )，取1.005 kj/(kg )；冬季空调室外空气的计算温度，冬季空调室内空气的计算温度，；3.各楼层新风两及新风负荷见表6-2与表6-3。第6章 空调系统冷热湿负荷的计算第6章 送风量及新风量的计算6.1 送风量的计算1.热湿比： 3 (6-1)式中 房间全热冷负荷，kw； 房间湿负荷，kg/s；2.送风量 3 (6-2)式中 送风量，kg/s；室内全热冷负荷，kw；、分别为室内空气和送风的比焓，kj/kg；3.确定各个状态点室内：=26、=50%、=52.900 kj/kg、=10.5 g/kg；室外：=35.8、=75%、=108.649 kj/kg、=28.3 g/kg；送风：=18、=75%、=42.559 kj/kg、=9.7 g/kg；4.各送风量的计算，见表6-2和表6-3。6.2 新风量的计算1.最小新风量确定原则：(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)补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量；(3)保证房间的正压。在全空气系统中，通常取上述要求计算出新风量中的最大值作为系统的最小新风量。如果计算所得的新风量不足系统送风量的10%，则取系统送风量的10%，送风量特大的系统不在此列。2.新风量根据各房间的使用性质，按下表数值采用。表6-1 新风量一览表建筑类型吸烟情况新风量(m3/h人)备注适当最少一般办公室无2520个人办公室有一些5035会议室无3530有一些6040严重80503.保持正压新风量，可按下式计算： 3 (6-3)式中 从房间缝隙渗出的风量，也就是正压风量，m3/s；缝隙（门、窗等）面积，m2； 房间内正压，缝隙两侧的压差，一般取510pa； 流量系数，0.390.64； 流动指数，0.51，一般取0.65；6.3 确定焓湿图1.全空气系统系统采用定风量单风道系统，空调机组将系统的一次回风与外界的新鲜空气混合，并将其处理到室内要求的状态点，通过风道将空气送到各个房间；焓湿图见图6-1。 图6-1 全空气系统处理过程2.空气-水风机盘管系统新风处理到室内的焓值，而风机盘管承担室内人员、设备冷负荷和建筑围护结构冷负荷。新风与风机盘管的空气处理过程及送风（风机盘管送风和新风）在室内的状态变化过程在图上的表示见图6-2。室外的新风被冷却处理到机器露点；此点的温度根据设计的室内状态点的焓值盘管加独立新风系统空气处理过程线与相对湿度90%95%线交点确定。图6-2 空气-水风机盘管系统处理过程1第7章 气流组织计算第8章 空调系统的设计计算及设备选择设计小节37致 谢致 谢在这三个月的设计中，我得到了很多同学和老师的指导和帮助。在此表示衷心感谢。首先要感谢我的指导老师赵玉良和葛凤华老师在整个设计过程中给我指导和帮助，他为我提供了大量的设计资料