《空调系统设计论》word版.doc

摘要 本建筑是南京市新街门商场总建筑面积25300，空调面积17457.9，设计的步奏分为负荷的计算，空调风系统的设计，和空调水系统的设计，和各种设备机组的选型，负荷计算中包括对维护结构，人体设备照明等计算，风系统的设计包括风口，风管的布置设计计算，尺寸选型，气流组织校核等。空调水系统中包括水管的水力计算，水管中配件的选择，水管的尺寸计算与校核。设备和机组的的选型根据系统的冷负荷量，空气的流量，系统的阻力，全压损失等。在进行设计的时候还需要考虑系统的布置形式，管道的阻力平衡，管道布置安装的规范要求等。本设计采用全空气系统，气流组织均匀，能够满足工作区的热湿要求。全空气系统相对舒适，易管理。关键字 全空气 空调送风 负荷正文 1.初期准备这次的设计基于毕业对整个专业的一个应用，为了更好的了解，认识，学习自己的专业，回顾大学里所学到的各种知识，导师给我一个商场的中央空调设计，图纸是南京华润商场，这和我们专业自己所学到的东西完全贴合，对自己的能力也是一个挑战，毕业设计是一个综合的应用，大学里学到的基础知识还有专业知识都是通过理论的方式而应用的，在实践技能中我还不是怎么熟练，设计就是为了增加自己的专业技能，适应社会的发展，提高自我。这次做的商场的中央空调系统我自己选择的是全空气空调系统，设计空调系统对我们自己专业的最实际的要求就是节能，如何做到节能是对我们专业的一个考验，在能源越来越紧张的环境下，节能已经成为大家的一个共识了。中央空调系统在做节能的时候不论是国外还是在国内很多场合运用的都是定风量单风道系统。对于那些技术性要求很高，有明确节能要求的场合，可以做变风量系统的设计，这个系统的技术难度比较大控制系统比较复杂，国外还没有完全应用在商业和民用上，不过变风量系统的的确可以起到节能的作用，但是在设计中不仅要考虑到节能的要求，还有经济性和运行的费用，不能一味的节能而忽视的商家最关心的问题利润。在国内空调的发展时间才只有几十年的历史，对于一些新的系统还没有完全运用到实际中去，在一些技术性方面和国外先进水平还有很大的差距，为了保持系统的安全合理的运行我还是选择了现在运用最广的传统系统，并以最大限度的满足商场的要求和经济性要求为指导思想，开始自己的毕业设计。送风方案比较在学习中我们学到最多的还是全空气和空气水，不过还有冷剂系统。现在我开始论述各个系统和为什么选择全空气系统。冷剂系统是运用制冷剂实现制冷和供热，制冷剂的比热很大，对于同等流量的水来说可以达到很低的温度，或者说可以用管径很小的管道，节省管材，大型空调制冷系统用冷剂作为制冷剂还是很少的，在家用的空调机中运用的还是比较多，制冷剂系统可以达到很低温度，在现在运用最广的是冷库中，利用直接蒸发式制冷机可以达到零下20度以下的低温环境，对于食品的长期储藏很有意义，不过制冷剂很容易泄漏，对环境的污染很大，现在运用的新型制冷剂对环境的保护还是挺好的，对于冷剂系统不适合运用在长距离运送，性能系数随距离的增加会有很大的衰减，而大型的空调系统输送的距离很大，遇到的阻力也很大，故不适用。对于空气水系统，一般采用的是风机盘管加新风系统，风机盘管加独立新风系统优点很多，可以独立的进行调节，在房间负荷变小的时候和可以进行无极变速调节，从而节省了冷量，在增加房间时可以直接增加设备，而对整个系统没有多大的影响。不过对于大商场而言，风机盘管的布置要求较高，系统相对复杂，对操作工艺要求很高，以后的设备维护费用很高。故此系统不适合在大空间采用。全空气系统，空气集中在空调机房里面集中处理，依靠空气来消除室内的余热余湿，以最不利工况来考虑送风会造成能源的浪费，不过空气气流组织很合理，对于商场来说实用性很好，造价相对较低，管理方便，是大空间系统的首要选择，目前已经有很多节能措施对全空气系统进行节能调节，使用变频水泵，和对在有内外区的系统中运用水环热泵系统，从而节省了冬季的外区的热量消耗。空调系统原理空调系统的原理可以分为制冷系统和冷却系统，制冷系统中四大件【】压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器，在制冷循环中压缩机是系统的心脏，处理来自蒸发器的常温低压的制冷剂，压缩至高温高压到冷凝器中，使变为常温高压的制冷剂，在节流阀的节流作用下变为低温低压的制冷剂，再到蒸发器中吸收外界的热量。连接蒸发器中的冷却水系统通过循环到冷却塔中完成降温的作用。连接冷凝器中的换热器把全空气系统中空气冷却除湿，在通过空气处理机组各个组合段的作用，使空气处理到送风状态点，沿着热湿比线可以消除室内的余热余湿。2. 设计过程 对于图纸是一个大型的商场，在商场中有防火卷帘，需要对系统进行分区【】对于商场的其他房间可以不单独设置风机盘管即空气水系统，用全空气进行房间的温湿度调节，因为商场所需要的温湿度和其它几个场所的要求相差很小，对于要求不是很严格的区域可以用全空气来代替风机盘管。在商场的东西两边都有一个空调机房，为了不使管道穿越防火分区，每一个机房承担其防火分区一半区域的负荷。负荷计算 负荷计算是一个设计的起点，在进行负荷计算时根据图纸上的要求，查阅资料确定南京的气象参数【】确定干湿球温度，空气湿度，相对湿度等一些参数，然后对建筑进行房间各个朝向的窗墙面积进行计算，在计算内墙时如果被分割的区域也是同等状态的室内参数则不需要对内维护结构进行计算，如果是非空调房间在两个房间温差达到5，需要对内维护结构进行负荷计算在规范中查得【】墙体的传热系数，窗的传热系数，幕墙的传热系数，确定墙体的等级，在通过公式利用冷负荷系数法计算逐时冷负荷。设备冷负荷通过设备工作的时间同时使用系数，选取逐时负荷中的最大值。人员在规范中查的【】商场按每两平米一人，卫生间两平米每人，办公室按三平米每人，人体在空间中有湿负荷，潜热负荷，显热负荷，会占冷负荷中很大的一部分。新风量的的要求要满足人员，换气次数，和排出污染物的要求，选取三着中的最大值，并且满足大于总风量的10%，如果不满足最小新风量的要求就按照最小新风量确定，新风通向空调机房在空调机房中与回风混合在集中处理，处理过后送入空调区域。空调房间的照明也是按照冷负荷系数法对逐时值进行计算，同时考虑同时使用系数。在对每个房间和区域负荷计算过后选取每个房间或区域的负荷最大值，来考虑冷水机组的选型，同时用最大负荷值转换成风量。将整个商场的冷负荷全部计算出以每个区域的最大值负荷的最大值相加得到总的冷负荷，用总的冷负荷确定冷水机组的型号。在计算冷负荷的过程中靠考虑冷负荷指标【】商场的冷负荷系数在150-250W/。风量计算将负荷转化成风量是进行风管绘制的前提，在图纸中绘制焓湿图，考虑送风方式，本设计采用的一次回风系统，并且考虑管道的温升，温升为两度。在机组的处理过程中新风机从室外引新风通向新风处理机组，回风机抽引室内的回风，两者在混合段内混合，经过过滤器的处理进入到喷淋段进行除湿处理，在表冷器中冷却，降温处理到机器露点，在进行转化计算的时候设定一个送风温差，设定为8【】，为了不使送风区域的风量过小而采用的一个送风温差而不是用机器露点送风，保持空调送风区域的送风均匀性。在空气处理机组中达到送风状态点沿着热湿比线送风，沿着热湿比线送风可以消除室内的余热余湿，完成空气处理过程，在进行一次回风的计算时会遇到处理到的送风点进入雾区，在这种状况下检查冷负荷是否合适，同时看看新风量是否过大，湿负荷偏大等各方面的因素及时调整，再重新计算直到数据准确为之，通过风量的计算如果得到的送风量太大则需要调整送风温差，来减小送风量。在输出的数据中可以得到回风量为以后的回风计算提供数据，同时管道温升的负荷也会在计算书中导出。风的设计风的计算是保持室内送风均匀性的一个重要的环节，送风的环节包括风口的布置，送风管的布置，风管的水力计算，风管绘制注意事项，回风口的设置和要求，回风管的布置，回风口的布置，回风管的水力计算，卫生间的排风，送风回风排风的风机选择，阀门的选择等等。在布置风口的时候选取方形散流器【】在初步确定风口的布置选取在20的区域布置一个风口，考虑风口的射流面积和衰减，保证送风能达到工作区并且不会造成直接的吹风感，尽量使整个空间的气流组织保持均匀，在进行负荷转化为风量的时候总的送风量已经确定了，商场总的送风量除以风口的数量就可得到每个风口的风量，保持散流器出风速度在2m/s-3m/s的出风速度，在之前所确定的送风温差送风，满足消除室内热负荷和冷负荷的要求，布置风口尽量使整个送风区域均匀布置，在布置之前查阅了相关文献风口布置的原则【】和到商场去参观它的送回风口和管道的布置。在风口布置好的情况下对风口进行调整，尺寸的大小和标高，在实际的观察中发现在没有吊顶的空间中风口会超出送风风管一些长度，而且在大空间中风口的尺寸不是太大，为自己的设计提供实际的参考，在综合的考虑下选取方形散流器。在风口布置好了之后开始布置送风管道，中心线的标高都会超微超出风口中心线的标高，风管的走向要尽量满足均匀对称布置这样可以使各个管道的阻力相互平衡，使管道的不平衡率保持在一定的范围内，风管不能穿越防火分区，在风管的布置中要注意承重柱的位置，全空气系统室内的负荷全部靠风管承担所以风管的尺寸很大，如果布置的不合理就会造成穿梁的错误做法，风管在穿越伸缩缝的时候需要在在穿越的那一段设置伸缩带和软连接，并且在管道的外部需要设施保护装置。风管在用天正暖通的时候都会在转弯和弯头处有一个法兰盘，在绘图的时候很容易在修改过后的连接把法兰堵死造成提取分支的时候出现问题，四通换向阀在连接风管的时候需要在确定风的流向，否则会出现问题，全空气风管很多风管的风速需要控制在一定的范围内，对于不同的场所所允许的风速是一定的支管的流速控制在2-5m/s主管道的流速在5-8m/s在从空调机房出来的风管风速可以达到10m/s【】，风管布置比较，会影响空间的美观，风管在空调区域布置的过程中需要做保温，以满足最末端的送风温差的要求。相对于送风管道来说回风的要求就没有那么复杂了，回风的设计只要满足回风量的要求就可以了，对房间的气流组织并没有太大的要求，在布置回风口的时候离送风口保持一定的距离，回风风口选用为单层百叶回风口，因为回风口的尺寸比较大，每一个回风口的风量很大，所以在回风口吸入侧的风速较高，商场空间相对较高送回风气流组织形式为上送上回式。对于为什么采取这种送风方式我给出一个简单的阐述【】，送风的气流组织中置换通风是最有效的，通常采用的是全面孔板式送风，采用上送下回式或者下送上回式，对于商场地面的空间很宝贵，人流量较大污染物很容易将地面的风口堵塞，若采用上送侧回式空调系统则需要在四周的墙体上设置回风口和风管在技术上比较复杂在空间占地空间比较大在靠近风管的边上风速比较大，并且容易受到遮挡，综合多方面的考虑对于大空间商场采用上送上回式送风系统最最合理的。排风风口的布置主要在卫生间和空调机房中，厕所只有送风不做回风，排风量的确定根据换气次数的要求，排出污染物的要求【】。风系统设备及其原理 前面叙述的是主体的布置，现在主要做的是空调机房的布置，商场选用的是组合式空气处理机组，按照一次回风的空气处理过程布置各个处理段，从室外抽引的新风到空调机房，在空气处理机组的混合段进行混合，新风口和回风口上分别装有阀门，这样可以调节进入混合段的风量比例，其中电动调节阀宜采用对开多叶调节阀，经过混合段到达过滤段，新风和回风中有很多灰层采用的是粗效过滤器，因为商场对气流的洁净程度没有那么高，经过过滤段后进入除湿段，除湿段采用双向喷嘴对喷，这种布置方法比双排顺喷，和单排逆喷效率要高，同三个喷嘴的效率相当【】在喷淋段中控制好喷淋水的温度就可以达到除湿的效果，在除湿过后有一个挡水板段为了防止喷淋段的水滴进入表冷段，表冷段在这里的作用是干冷却使送入的空气达到送风状态点，在风机段的抽引作用下进入消声段，风机的噪音很大需要消声段降噪处理，若采用双风机可以降低系统的噪音。新风的吸入口在污染较小的区域并且设置在全年主导风向处【】，在新风口布置在草坪上新风管的下缘离地坪1.2m，并且还要设置百叶风口防止外界环境中的物体进入送风管道中。排风口的排风方向需要离开新风的送风方向。在风机的选择中主要考虑的是风量的要求和全压，两者同时满足时为合适的配件，根据送风机算书得到的最不利环路的全压损失和在负荷转化为风量的计算中可以得到送风量，从规范中查得【】用4-72型离心式通风机，风机的作用是为了使到达空调区域的空气能够满足风速的要求，在组合式空气处理机组中用轴流式和离心式风机，不过离心式比较多，且运用范围很广，风机是整个风系统的动力来源，在设计过程中噪音和节能是主要的解决问题【】。在风系统中在干管的末端布置电动控制阀，和空气水系统不一样的是风机盘管可以根据空调区域的负荷变化关小风阀从而起到节能的作用，但是在全空气系统中空气是集中控制的，如果在每个末端增加阀门就会使运行维护困难，并且造价会比较高，通过比较只选择在送风干管上加设阀门。同时在沿着管道方向电动还有一个截至阀为了在系统停运的时候使风管关断。制冷机房设计制冷系统热量交换原理制冷机房的设计是空调系统进行热量交换的场所，在制冷机房处理来自空调机房的的冷冻水回水，冷冻水采用7-12，在冷水机组中由冷却水的温升来使冷冻水温度降低，冷却水采用32-37【】，这里的制冷原理和之前论述的是一样的过程只是这里增加了冷冻水系统和冷却水系统，在冷却水系统中低温的冷却水经过管道泵的压力作用，使水管中的压力增大，在流经冷凝器中和冷凝器中制冷剂和冷却水进行热量交换采用的是间壁式换热器，在冷却水温度升高时，在压力的作用下冷却水到达冷却塔中。在冷却水供水管中设置一个旁通型的水处理装置。在负荷变化的时候调节进入冷却塔的水量。在水管上设置压力计来检测水管中压力的变化。在冷却水的供水干管上设置软连接，作用是机组的振动和噪音很大，用软连接来减小管道的振动，设置压力器来检测管道内压力的变化，温度器用来测定温度为制冷机组提供信息，并且设置阀门，用于关断水路。在冷却水回水系统中进入管道泵的水管前需要设置除污装置，泵的振动和噪音都很大，在泵的入口段和出口段都要设置软连接，为了防止水泵的倒吸还需要在管道上增设止回阀，防止水的倒流在回水主干管上也需要设置除污和软连接设备。管道泵设置四台其中三台工作一台作为备用，冷冻水的管道布置和设备的选择和冷却水都是相同的，在冷冻水系统中不再尽行叙述。管道泵 对于系统中的管道泵是管道中的动力装置，它的体积很小，重量很轻，并且管道泵的进口和出口段都在同一条直线上，能够直接安置在管道上，而不需要设置混凝土地面，节省很多的工程量，占用面积小，在水泵的选型的时候主要考虑系统的杨程，保证在供水末端有足够的压力，水泵用来克服水管中的摩擦阻力，系统的进水压力，流体的动压和对于末端的需求，还有弯头等局部压力损失【】。水管系统的计算过程中采用的是假定流速法，使主管道的流速保持在1-3m/s，因为水的密度较大水速过快就会引起水击现象，产生噪声，水管中的压力很大在连接不是很牢固的地方会出现破裂。冷却塔冷却塔一般安放在屋顶，商场的空调设计采用的是水冷式冷却塔，冷却的方式采用的是喷淋式【】，在冷却塔的上部用喷淋管，喷嘴把水均匀的喷出在整个空间形成一层水雾，冷却塔中有很多挡水的板段，可以降低水的流速和增加空气与水的接触面积，通过风机的强制性对流最终冷却塔中的热量散发到大气中，在喷淋和挡水的过程中会出现一些水量的损失，所以在冷却塔中还需要有补水装置在冷却塔中有浮球装置在水量过小的时候开动阀门，在水量上升的时候关断阀门，开动阀门时来补充系统中损失的水量。冷却塔是一个开式的系统对水质的要求并不是很高，所以在补水的过程中不需要进行水处理，直接与外界的自来水管相连接，但是时间长了之后会在冷却塔中出现水垢在冷却塔底还需要加一个排水管，在使用一段时间之后进行清理，或者在事故检修中排出冷却水。在补水管和泄水管上都应该设置阀门控制水的进出和截止。经过冷却处理的冷却水由冷却水泵的作用到达冷水机组中完成换热。冷冻水系统冷冻水系统是为整个系统提供冷量的，在蒸发器中完成了同低温低压制冷剂的热量交换，冷冻水供水在系统压力的作用下进入分集水器，分集水器里的流速控制在0.5-0.8m/s的流速【】，分集水器主要作用是使集中处理的冷冻水按照负荷的要求分配给各层的空调机房在那里集中处理空调区域的冷热湿负荷，在集水器和分水器之间有一根旁通管为了保持压力的平衡，分水器上总共设置五根管，主进水管，通向一二三层的供水管和一根旁通管，在进入空调机房的冷水处理空气过后温度升高，再次回到制冷机房，先在集水器中汇合，分水器和集水器上设计平衡调节阀，冷冻水通过冷冻水泵的作用送入制冷机组中完成降温的过程。注意冷冻水的温度远远低于室内的温度所以在冷冻水供水和回水管上都应该做保温，防止冷量的损失和管道结露。补水系统在冷却塔的说明中已经介绍了冷却塔的补水系统，冷却塔的水系统是开式系统，而冷冻水系统是闭式系统，冷冻水系统对水质的要求较高，所以需要对水进行处理，从外界进入的自来水硬度，在水系统中运行时容易引起水垢，所以在进入冷冻水系统的冷水需要进行软化处理，在制冷机房里安装全自动软水器可以根据冷水系统压力和流量的变化来确定系统的补水量，全自动软水器中有一个软化水箱，软化水箱中的浮球调节阀用来控制水箱中的水量，浮球阀的升降来调节水量的进出，软化水箱上接一根溢水管，在水量过多的时候排出。在补水管上设置补水泵，水泵之前有截止阀，过滤器，压力器和防止管道振动的软连接，在管道泵之后还设置止回阀。补水系统中的水要送到集水器中，在补水管道上设置定压罐来稳定管道中的压力，保证系统的稳定运行。制冷机房设备选性冷水机组是一个制冷系统的核心，从设计的实际出发，选择三台19XL500的离心式冷水机组【】，每台机组的额定制冷量为1758KW，空调区域的冷负荷为3645.1KW，两台制冷机组的制冷量要比总的制冷量要低，三台的制冷量要比两台的大，这样的选择考虑到实际的要求，在计算负荷的时候考虑的是系统的最不利条件下的制冷量，每个区域负荷的最大值作为冷负荷，所以在系统运行时两台机组的制冷量完全可以达到系统制冷量的要求，在很少的情况下开启第三台制冷机组，同时第三台制冷机组还有备用的作用在两台运行机组中出现问题时备用机组可以运行保持室内的温湿度。冷水机组的组成有一套制冷系统，冷冻水系统，冷却水系统，制冷系统的原理已经在上面叙述了，机组的制冷量越大耗费的能量也越大，机组的节能是一项重要的问题，在有余热利用的场所如热电站附近就可以用吸收式冷水机组，充分利用热电站，各种工厂的废热，利用化学能的作用，使溶液在系统中浓缩和稀释，在这过程中吸收和放出热量，从而起到节能的目的。总结建筑环境专业主要的任务是节能，在能源日益紧张的今天节能已经成为大家的一个共识，现在用于生产和生活的能源基本都是化石能源，在当今建筑能耗占国家能耗的很大一部分，如何节省能源的消耗，对暖通人来说是一个挑战，同时也是激励我们去探索新的系统方式，能以最高的效率利用能源，提高能源利用率。对各种中央空调送风形式的研究中寻找每种方式的适用范围，在此基础上运用最合适的方式来控制建筑的热湿环境，本设计采用全空气系统用空气处理空调区域的热湿负荷，全空气系统气流分布均匀，系统的噪音小，可以满足人体舒适性的要求，机组设备的集中管理可以减少工作人员的工作量，给检修带来方便。全空气系统的造价低，运行方便易管理，在商场中有内外分区的场合可以充分利用内区冬季的冷负荷，为其它节能系统的形式提供工作空间。结论设计的过程是一个全面学习本专业的过程，从空调系统的选择，划分，到负荷计算，通过计算负荷到将负荷转变为风量，从而进行风系统的设计，风系统的设计是最直接的接触形式，以风量来布置风口，在已经布置好的基础上画风管，风管布置以工字形为主，为了保持系统的平衡，使主管道上的不平衡率保持在一定的范围内。回风的布置以满足风量为标准，对回风的气流组织并没有特别要求，在风管绘制完成后需要在风管上布置阀门，选取空气处理机组