建筑暖通空调系统设计课程案例

建筑暖通空调系统设计课程案例一、项目概况与设计基础本课程案例基于一个典型的社区活动中心项目展开，旨在通过实际工程情境，培养学生综合运用暖通空调专业知识进行系统设计的能力。该社区活动中心位于我国华东地区某城市，建筑为地上三层，局部地下一层，总建筑面积约数千平方米。1.1建筑功能与空间划分建筑主要功能包括：一层为入口大厅、多功能活动厅（兼小型演出）、社区服务窗口、老年人日间照料室及配套卫生间、茶水间；二层为阅览室、书画室、棋牌室、小型会议室及办公管理用房；三层为室内健身区、舞蹈房及设备间。地下一层为消防水池、水泵房及部分储藏空间。各功能房间的面积、层高及使用特点各不相同，对室内环境的要求也存在差异，这是空调系统设计需重点考虑的因素。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》（GB____）及项目所在地的气候分区特性，选取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、相对湿度等关键参数。这些参数是负荷计算与设备选型的基础。1.3室内设计参数根据各房间的使用功能，确定室内设计温湿度标准。例如，多功能活动厅夏季设计温度取26℃，冬季取18℃；阅览室夏季26℃，冬季20℃；办公室夏季25℃，冬季20℃。同时，需考虑不同空间的新风量要求，如人员密集的多功能厅按每人每小时若干立方米计算，办公区域则按另一标准。二、负荷计算与分析负荷计算是空调系统设计的核心环节，直接关系到系统方案的合理性与经济性。本案例采用逐时负荷计算法，对各房间的冷负荷、热负荷及湿负荷进行详细计算。2.1负荷构成分析主要计算内容包括：围护结构传热负荷（墙体、屋顶、地面、窗户）、透过玻璃窗的太阳辐射得热、人员散热散湿、照明设备散热、电动设备散热以及新风负荷等。特别注意多功能厅等大空间在不同使用时段（如举办活动与日常维护）的负荷差异，以及厨房（若有）等特殊区域的散湿量。2.2计算结果与应用通过专业负荷计算软件（或课程要求的手算方法），得出各房间的最大小时冷负荷、热负荷，并绘制典型日逐时冷负荷曲线。据此确定建筑的总冷负荷和总热负荷，作为选择冷热源设备、空气处理设备及水系统、风系统设计的依据。例如，本项目经计算，夏季总冷负荷约为XXXkW（注：此处应根据实际计算填写合理数值，教学中可设定具体条件让学生计算），冬季总热负荷约为XXXkW。三、空调系统方案比选与确定根据项目特点、负荷特性、使用要求及初投资、运行费用等因素，进行空调系统方案的比选。3.1备选方案*方案一：全空气系统：适用于多功能活动厅等大空间，可实现较好的空气品质和温湿度控制，但风管尺寸较大，占用空间多。*方案二：风机盘管加独立新风系统：适用于办公室、阅览室等小空间，布置灵活，调节方便，新风集中处理，有利于节能和保证新风质量。*方案三：多联机空调系统：具有安装方便、控制灵活、部分负荷能效高等优点，但新风需单独解决，且在大面积、高人员密度区域运行费用可能较高。3.2方案确定综合考虑，本项目采用混合式系统：多功能活动厅采用全空气低速送风系统，可满足大空间气流组织和过渡季节全新风运行需求；其余小空间（办公室、阅览室、棋牌室等）采用风机盘管加新风系统，新风集中处理后送至各房间。地下设备间等区域考虑设置分体式空调或通风降温措施。四、空调设备选型与系统设计4.1冷热源设备选型基于总负荷计算结果，并考虑一定的富裕系数，选择合适的冷热源设备。本案例所在地区夏季炎热，冬季有一定采暖需求，初步考虑采用空气源热泵机组作为冷热源，其具有安装方便、无需冷却水系统、能兼顾冷热需求等优点，符合小型公共建筑的特点。需校核不同室外温度下机组的制热量衰减情况。4.2空气处理设备选型*多功能厅：根据其冷负荷及送风量计算结果，选择组合式空气处理机组，包含过滤、冷却、加热、加湿（必要时）等功能段。*新风处理机组：根据系统总新风量及所需处理焓差，选择相应风量和冷热量的新风处理机组。*风机盘管：根据各房间冷负荷及风量要求，为每个房间选配合适型号和规格的风机盘管（卧式暗装或立式明装）。4.3水系统设计采用闭式机械循环两管制水系统。夏季供冷水，冬季供热水。*管路布置：采用异程式或同程式系统（分析其优缺点及适用条件），本案例考虑到系统规模及调节性能要求，采用同程式系统。*水力计算：对主干管及各支管进行水力计算，确定管径、流速，并选择合适的循环水泵（流量、扬程）。*补水与定压：设置膨胀水箱或定压装置，确保系统压力稳定。*保温与防腐：水管及阀门、配件均需进行保温处理，防止冷桥结露和热量损失；管道材质选择考虑防腐要求。4.4风系统设计*多功能厅风系统：进行气流组织设计，选择合适的送风口形式（如散流器、条缝风口）和回风口位置。计算送风量、回风量，确定风管尺寸。进行阻力平衡计算，选择压头合适的空调箱风机。*新风系统：设计新风管路由，将处理后的新风送至各风机盘管所在房间或空调箱。五、通风与防排烟系统设计社区活动中心作为人员密集场所，通风与防排烟系统至关重要。5.1通风系统*卫生间、茶水间：设置机械排风系统，保证空气清新，排除异味和湿气。*地下设备间：根据设备散热情况，设置机械通风或排风降温系统。*厨房（若有）：设置专用排烟罩和强排风系统。5.2防排烟系统根据建筑防火规范要求，对长度超过一定数值的内走道、多功能厅等区域设置机械排烟系统或自然排烟设施。楼梯间及前室考虑设置正压送风系统，确保火灾时人员疏散通道的安全。六、自控与节能措施现代空调系统设计越来越注重节能与智能化控制。6.1自动控制系统*温度控制：风机盘管设置温控开关，实现房间温度独立调节；空气处理机组采用温控器控制冷水阀/热水阀开度。*新风量控制：根据室内CO2浓度或人员密度（多功能厅）调节新风量。*水泵、风机变频：根据系统负荷变化，对冷冻水泵、冷却水泵（若有）及空调箱风机进行变频调速，降低输送能耗。6.2节能措施*合理利用新风：过渡季节，多功能厅等全空气系统可采用全新风运行，充分利用室外空气降温，减少制冷机运行时间。*热回收技术：在新风处理机组上考虑设置热回收装置（如转轮式或板式），回收排风能量。*高效设备：选用能效比高的空调机组、水泵、风机。*保温措施：确保风管、水管保温层的厚度和施工质量，减少冷热量损失。*照明与空调联动：公共区域的照明与空调系统可与BA系统联动，实现无人时段自动关闭或调低负荷。七、设计成果与反思7.1设计成果学生需提交完整的设计计算书（包括负荷计算书、设备选型计算、水力计算等）、设计说明、主要设备材料表以及相关的施工图纸（如空调水系统流程图、风系统流程图、各楼层空调平面布置图、机房大样图等）。7.2案例反思与拓展*设计难点：例如，多功能厅的气流组织如何更均匀，避免局部温差过大；小空间风机盘管的安装与建筑装修的协调等。*优化方向：若条件允许，可探讨地源热泵、太阳能辅助等可再生能源在本项目中的应用可能性及经济性。*规范遵循：强调设计过程中严格遵守国家及地方相关设计规范、标准的重要性。*动态调整：实际运行中，建筑负荷和使用情况可能发生变化，系统应具备一定的调节能力和可扩展性。八、案例教学要点总结本课程案例通过模拟真实工程设计流程，使学生掌握建筑暖通空调系统设计的基本方法和步骤。重点在于：1.理解并熟练运用负荷计算原理与方法。2.掌握不同空调系统形式的特点及适用条件，并能进行方案比选。3.学会合理选择空调设备及进行水系统、风系统的初步设计。4.树立节