空调课程设计-某办公楼空调系统设计

空调课程设计---某办公楼空调系统设计引言办公楼作为现代城市中人们工作的主要场所，其室内环境的舒适度、空气品质直接影响着工作人员的健康、工作效率及整体的办公体验。空调系统作为营造良好室内环境的核心设施，其设计的合理性、经济性与节能性至关重要。本课程设计旨在通过对某典型办公楼空调系统的完整设计过程，将理论知识与工程实践相结合，探讨如何在满足使用要求的前提下，优化系统方案，实现技术可行、经济合理、节能环保的设计目标。设计过程将涉及负荷计算、系统方案比选、设备选型、气流组织设计及运行调节等多个关键环节，力求方案的整体最优。一、设计基础资料1.1建筑概况本设计对象为一栋某城市的多层办公楼，主体建筑地上若干层，地下一层为设备及辅助用房。建筑平面呈规则形状，主要功能为办公室、会议室、接待室、多功能厅、卫生间及疏散楼梯间等。标准层面积适中，层高满足办公空间需求。建筑围护结构采用符合国家现行节能标准的材料，如外墙保温、节能门窗等，以降低建筑冷热负荷。1.2室外气象参数设计依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》及该城市的气象参数资料，主要考虑夏季空调室外计算干球温度、湿球温度，冬季空调室外计算干球温度、相对湿度，以及室外平均风速、大气压力等关键参数。这些参数是进行负荷计算和设备选型的基础。1.3室内设计参数根据办公楼不同功能区域的使用要求，确定相应的室内设计参数：*办公室、会议室：夏季温度控制在24~26℃，相对湿度40%~65%；冬季温度控制在18~22℃，相对湿度30%~60%。最小新风量按人员密度及相关规范确定。*接待室、多功能厅：温度参数与办公室相近，新风量根据人员聚集情况适当提高。*卫生间：主要考虑排风换气次数。*各区域噪声控制在规范允许范围内。1.4建筑使用功能与作息办公楼主要在工作日运行，每日有固定的上下班时间，周末及节假日部分区域可能不运行或仅维持值班温度。不同功能房间的人员密度、设备发热情况各异，例如会议室在使用时段人员密集，瞬时负荷较大，而普通办公室人员密度相对稳定。二、空调负荷计算2.1负荷计算目的与意义空调负荷计算是空调系统设计的首要环节，其目的是确定建筑物在不同季节、不同时刻需要由空调系统提供或排除的冷量和热量，以及湿量。准确的负荷计算是合理选择空调系统形式、确定设备容量、优化气流组织、保证空调效果和节约能源的前提。2.2负荷构成分析空调负荷主要包括以下几个方面：*围护结构传热负荷：通过墙体、屋顶、窗户、地面等围护结构传入或传出的热量。夏季以传热得热为主，冬季以传热失热为主。*透过玻璃窗的日射得热：夏季太阳辐射透过玻璃窗进入室内形成的冷负荷，是夏季空调负荷的重要组成部分。*室内人员散热散湿：人体新陈代谢产生的显热和潜热。*室内照明设备散热：灯具工作时产生的热量。*室内用电设备散热：电脑、打印机、复印机等办公设备运行时产生的热量。*新风负荷：为满足室内空气品质要求，引入室外新鲜空气所带来的冷负荷或热负荷，包括新风的显热和潜热。*渗透风负荷：由于室内外压力差，室外空气通过门窗缝隙渗入室内产生的负荷。2.3负荷计算方法与结果本设计采用逐时负荷计算法，可借助专业的负荷计算软件进行模拟，同时对关键房间进行手算复核，以确保结果的准确性。计算时需详细输入建筑围护结构的热工参数、各朝向窗墙比、室内热源的类型与使用时间、人员作息等信息。通过计算，得出该办公楼夏季总冷负荷、冬季总热负荷，以及各楼层、各主要功能区域的逐时冷负荷、热负荷。以此作为确定空调系统总容量、选择冷热源设备、划分空调系统分区及进行末端设备选型的依据。三、空调系统方案设计与比选3.1冷热源方案选择冷热源是空调系统的核心，其选择直接影响系统的初投资、运行费用、能耗及环境影响。针对本办公楼的特点，初步考虑以下几种方案：1.方案一：电动冷水机组+燃气锅炉*冷水机组提供夏季冷源，燃气锅炉提供冬季热源。*优点：技术成熟可靠，运行稳定，控制精度高，对电力供应要求较高，但燃气锅炉可缓解部分电力负荷。*缺点：初投资相对较高，夏季电力消耗大，燃气价格波动可能影响运行成本。2.方案二：空气源热泵机组*夏季制冷，冬季制热，一机两用。*优点：系统简单，初投资较低，无需单独设置锅炉房，运行维护方便，能效比随室外温度变化。*缺点：冬季制热性能受室外温度影响较大，在寒冷地区效率降低，可能需要辅助热源；部分地区存在噪声问题。3.方案三：地源热泵机组*利用地下浅层地热能作为冷热源，节能环保。*优点：能效比高，运行费用低，环保效益显著，全年运行稳定。*缺点：初投资高，受地质条件限制，需要较大的埋管场地或打井条件，施工周期较长。方案比选与确定：综合考虑该办公楼的地理位置、能源供应条件（电力、燃气的可获得性及价格）、初投资预算、运行成本、环保要求及建筑场地条件等因素，进行技术经济性比较。若该地区电力供应充足且电价有优势，或对环保要求极高，地源热泵可能是优先选择；若燃气供应便利且价格适宜，方案一可能更为稳妥；若追求系统简单和较低初投资，且气候条件适宜，空气源热泵可作为备选。经过比较分析，本设计初步选定【此处根据假设条件选择一种方案，例如：方案一电动冷水机组+燃气锅炉】作为本办公楼的冷热源方案。3.2空调系统形式选择根据办公楼的功能特点、负荷特性及建筑布局，空调系统形式主要考虑以下几种：1.集中式全空气系统：适用于负荷较大、空间较大且使用时间一致的区域，如多功能厅、大会议室。空气处理设备集中设置，可实现较好的空气净化和温湿度控制，便于集中管理。但风管尺寸较大，占用建筑空间较多。2.空气-水系统（风机盘管加独立新风系统）：适用于进深较大、房间较多且使用时间和负荷要求不同的办公区域。风机盘管安装灵活，可实现各房间独立调节，新风系统保证室内空气品质。该系统结合了全空气系统和全水系统的优点，是目前办公楼中应用最为广泛的系统形式之一。3.全水系统（风机盘管系统，无集中新风）：虽设备简单、投资省，但无法保证新风供应，室内空气品质较差，不符合办公建筑要求，一般不推荐。4.分散式空调系统（多联机系统）：室外机集中或分散布置，室内机形式多样。系统灵活，能满足不同房间独立控制需求，初投资和运行调节性能较好。但对于大型办公楼，其整体能效和维护管理方面可能不如集中式系统。方案比选与确定：考虑到办公楼标准层多为小开间办公室，且各房间使用时间和温度要求可能存在差异，同时为保证良好的室内空气品质，本设计决定采用风机盘管加独立新风系统作为主要的空调系统形式。对于多功能厅等大空间区域，可单独设置定风量或变风量全空气系统。这种组合式方案能较好地满足不同区域的功能需求，兼顾灵活性与经济性。四、空气处理系统设计4.1新风系统设计新风系统是保障室内空气品质的关键。设计要点包括：*新风量确定：根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，按人员密度和房间功能确定最小新风量，并考虑系统的渗透风补偿及正压控制要求。取人员所需新风量和维持正压所需新风量中的较大值。*新风处理：新风需进行过滤、冷却/加热、加湿/除湿处理。夏季需将新风处理到机器露点，冬季根据室内相对湿度要求进行加热和加湿（或仅加热）。新风处理机组可集中设置，也可分层设置。本设计考虑在屋顶或设备层集中设置新风处理机组，经处理后的新风通过竖井和风管分别送至各楼层的风机盘管或空调箱。*新风系统的节能措施：可考虑设置全热交换器，回收排风中的能量，降低新风处理能耗。4.2风机盘管系统设计*风机盘管选型：根据各房间的计算冷负荷（或热负荷）、风量要求，结合风机盘管的额定工况参数进行选型。选型时应考虑一定的余量，并注意噪声等级满足室内要求。*安装形式：根据房间装修要求，可选择卧式暗装、立式明装或立式暗装等形式。卧式暗装风机盘管通常安装在吊顶内。*水系统连接：风机盘管的供回水管道应设置阀门，以便于调节和检修。4.3全空气系统设计（针对多功能厅等）*空气处理机组（AHU）选型：根据多功能厅的计算冷负荷、热负荷及新风量要求，选择合适风量、冷量和热量的空气处理机组。*送风状态与送风量确定：根据室内设计参数和负荷特性，确定送风温度和送风量。送风量需满足空调区的换气次数要求。*空气处理流程：夏季一般为新风与回风混合后，经过滤、冷却减湿处理后送入室内；冬季为新风与回风混合后，经过滤、加热、加湿（必要时）处理后送入室内。五、空调水系统设计5.1水系统形式本设计空调水系统采用闭式循环系统。根据负荷特性和运行调节需求：*冷冻水系统：采用一次泵变流量系统。冷水机组侧定流量，末端设备侧变流量，通过设置压差旁通阀来平衡系统流量。*冷却水系统：对于电动冷水机组，需设置冷却水系统，采用机械通风冷却塔。*热水系统：采用与冷冻水系统独立的闭式循环系统，可采用定流量或变流量运行。水系统采用两管制，即夏季供冷水，冬季供热水，通过季节转换实现。对于全年有同时供冷供热需求的区域（如有特殊工艺要求的房间），则需考虑四管制，但本办公楼一般无此需求，两管制已能满足要求，且系统简单、初投资低。5.2水系统的分区与水力计算*分区：可按楼层或负荷特性进行竖向或水平分区，以减小系统阻力，便于调节和运行管理。*水力计算：对冷冻水、冷却水及热水系统的主干管和支管进行水力计算，确定管径、流速（控制在经济流速范围内）、阻力损失，并进行系统的水力平衡计算。选择合适的循环水泵，确保水泵扬程和流量满足系统要求，并具有一定的调节余量。5.3水流组织与定压*水流组织：合理布置供回水干管，可采用异程式或同程式。异程式系统简单、初投资省，但水力平衡难度大；同程式系统水力稳定性好，但管路较长、初投资较高。设计中应根据具体情况选择，并采取有效的水力平衡措施（如设置平衡阀）。*定压方式：采用膨胀水箱定压，膨胀水箱宜设置在系统的最高点（如屋顶水箱间）。六、空调风系统设计（针对全空气系统）6.1风管系统设计*风管材料：采用镀锌钢板制作，具有良好的防腐性能和加工性能。*风管尺寸确定：根据各管段的风量和选定的风速（考虑噪声控制和经济性）进行计算确定。风速控制在规范允许范围内。*风管布置：力求短直、顺直，减少局部阻力。与建筑、结构、水电等专业密切配合，合理利用吊顶空间。*风管保温与防腐：冷风管及位于非空调区的风管需进行保温，保温材料应选用导热系数小、防火性能好、吸水率低的材料。6.2送回风口的选型与布置*送风口：根据空调区的气流组织要求、房间高度、装修风格选择合适的送风口形式，如散流器、百叶风口、条缝风口等。多功能厅可采用喷口送风或旋流风口。*回风口：一般采用百叶风口或格栅风口。回风口的布置应避免形成短路，宜设在房间下部或上部（根据气流组织形式确定）。*布置原则：送风口应均匀布置，使空调区域温度场和速度场分布均匀；回风口数量和位置应与送风口相配合，保证空气循环良好。七、主要设备选型7.1冷热源设备选型根据计算的总冷负荷和总热负荷，并考虑一定的安全系数（通常为1.05~1.1），选择冷水机组和锅炉的型号与台数。*冷水机组：考虑到部分负荷运行效率，宜选择2台或多台机组并联运行，以适应不同季节和时段的负荷变化。根据选定的冷热源方案，选择螺杆式或离心式冷水机组。*燃气锅炉：根据计算热负荷选择合适容量和台数的燃气热水锅炉。*冷却塔：根据冷水机组的冷却水量和进出水温度要求选型，注意考虑当地气象参数（湿球温度）的影响。7.2水泵选型根据水系统水力计算得出的各环路流量和总阻力损失，选择冷冻水泵、冷却水泵和热水泵。水泵的流量和扬程应满足系统最大工况需求，并考虑一定的余量。采用变频水泵可实现变流量调节，显著节能。7.3空调箱与风机盘管选型*空气处理机组：根据新风量、冷热量及风压要求选型。*风机盘管：根据各房间计算冷负荷（或热负荷）和风量要求选型，注意噪声等级。7.4末端设备与附件包括各类阀门（闸阀、蝶阀、止回阀、平衡阀、电动调节阀等）、过滤器、压力表、温度计、膨胀水箱、集分水器等，均需根据系统要求和规范进行选型。八、空调自动控制系统为保证空调系统安全、稳定、高效运行，并满足室内环境参数的要求，需设置必要的自动控制系统。*温度控制：各空调区域设置温度传感器，通过控制末端设备（如风阀、水阀）的开度来维持设定温度。例如，风机盘管采用室温控制器控制电动二通阀的开关或开度。*湿度控制：在需要控制湿度的区域（如多功能厅）设置湿度传感器，通过控制加湿或除湿设备来维持设定湿度。*新风量控制：根据室内CO₂浓度或人员密度调节新风阀开度，实现新风量的按需供给，以节能。*水系统控制：冷冻水系统采用压差控制，通过变频调节水泵转速，实现变流量运行。冷却塔风机根据冷却水出水温度进行启停或变频控制。*机组联锁控制：冷水机组、水泵、冷却塔之间实现电气联锁，确保系统安全有序启停。*集中监控：设置楼宇自控系统（BAS），对空调系统的主要设备运行状态、参数进行集中监测和控制，