空气调节课程设计.doc

乌鲁木齐市机关办公大楼的中央空调系统设计说明书专业班级： 建环14-3班 姓 名： 谢进 学 号： 指导老师： 赵伟龙 设计日期： 2023年6月 指导教师评价结合以下几个方面写出评语：1.平时表现（遵守纪律，不迟到、早退，无旷课）；2.学习态度（查阅资料、学习积极性、与教师的沟通等）；3.知识掌握（专业知识掌握好，可以学以致用、理论联系实际）；4.成果质量（课程设计是否全面、完整、图文并茂，重点突出；表达清楚、笔迹工整、层次清楚；格式、字数符合规定；能提出问题、分析无问题、解决问题，理论应用实际）评语：成绩： 指导教师签字： 日 期：前言随着我国国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，空调已进入医院、宾馆、饭店、工矿公司、办公楼等各领域。常规中央空调系统是按照最大冷热负荷进行选型设计。而全年最热及最冷的天气只有几天，据记录，满负荷运营时间每年不超过102O小时。因而中央空调大多数时间是在低于机组额定负荷即部分负荷状态下运营，导致了电能极大的浪费。我国是世界上仅次于美国的第二大能源消费国，其中空调能耗是导致我国出现季节性能源短缺的重要因素。据悉，我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的55。因此，空调的节能问题引起了人们越来越高的重视。在我国西北地区，夏季制冷重要采用空调制冷系统，该系统能耗大，成本高，与国家现阶段大力提倡的“节能减排”理念相违反；制冷剂大多使用氟利昂、共沸混合物、碳氢化合物（丙烷、乙烷等）、氨、溴化锂等，这些工质发生泄露时会对环境导致污染，某些工质甚至会对人体导致伤害；同时，大多数的机械制冷系统需要消耗大量的电能。为了减少西北干旱地区夏季空调系统的能源消耗，有效运用自然能，本文提出了高温干燥地区的直接蒸发冷却装置的概念。该装置结构简朴，成本低廉，冷媒介（水）不会导致环境污染，制冷过程只有水泵和风机消耗较少的高品质的电能，避免了传统制冷方式的高能耗、高成本及环境污染等问题。目录1工程概述与设计依据11.1工程概况11.2设计依据11.2.1原始资料11.2.2围护结构的构造及物性参数11.2.3室外设计参数的确定21.2.4室内设计参数的确定21.2.5其他设计参数的选取32负荷计算42.1冷负荷计算42.1.1冷负荷计算考虑因素42.1.2冷负荷计算方法42.1.3计算案例62.2湿负荷计算82.2.1夏季湿负荷的确定：82.2.2人体散湿量计算公式82.2.3湿负荷的计算92.4各房间夏季冷负湿负荷参数93空气处理123.1空调系统的分类123.2空气处理过程133.3一次回风处理过程的计算133.3.1空气处理流程133.3.2空调房间送风量的计算144空调的送风口及气流组织184.1风口型式的选取184.1.1 送风口选取184.2气流组织形式选取及计算184.2.1气流组织形式选取184.2.2气流组织计算195空调风系统设计计算235.1 风管型式的选择235.2 风管的布置和制作要求235.3风管的水力计算23参考文献31总结331工程概述与设计依据1.1工程概况本设计是某机关办公大楼的中央空调系统设计，该建筑位于乌鲁木齐市，总建筑面积约为平方米，地上共三层，总高11.4米。一二层为普通员工办公室和接待室等，三层为高层领导办公室。整栋建筑对空调和新风的规定较高。1.2设计依据1.2.1原始资料建筑图纸资料：本设计的建筑图纸涉及该机关大楼的一、二、三层平面图以及该建筑立面图。建筑面积计算： 一层建筑面积：约811.2m2； 二层建筑面积：约811.2m2； 三层建筑面积：约811.2m2；建筑层高记录： 一、二、三层层高：5.4m1.2.2围护结构的构造及物性参数本次设计所给定的的原始资料并不完善，因此在设计中对建筑物围护结构等物性参数按照实际情况和节能规范的规定进行假定： 外墙为40mm厚的保温外墙，保温材料为沥青、矿渣、棉毡，内墙粉刷，传热系数为K=0.93W/m2K，衰减度Vf=1.3，延时时间=10.3h； 屋顶为200mm厚的加气混凝土，传热系数为K=0.79W/m2K，衰减度Vf=2.1，延时时间=10.1h； 内墙为200mm厚的混凝土隔墙，传热系数为K=2.59W/m2K，衰减度Vf=2.0，延时时间=6,9h； 楼板为125mm厚的钢筋混凝土楼板，传热系数为K=3.13W/m2K，衰减度Vf=1.5，延时时间=4.1h； 外窗加玻璃幕墙采用品种为6CNY761的常用热反射镀膜玻璃，传热系数为K=5.28W/m2K，遮阳系数为0.62，并设有深色布帘。 室内压力略高于室外压力； 人数：根据暖通空调2023年第38卷第10期，会议室的人员密度按0.4计算，办公室的人员密度按0.1计算，门厅的人员密度按0.2计算，走道的人员密度按0.03计算； 照明、设备：根据暖通空调2023年第38卷第10期，会议室的照明负荷为11W/m2，设备负荷为5W/m2，办公室的照明负荷为18W/m2，设备负荷为20W/m2，门厅的照明负荷为15W/m2，设备负荷为20W/m2，走道的照明负荷为5W/m2，无设备负荷。1.2.3室外设计参数的拟定乌鲁木齐地处我国西北地区，属温带大陆性干旱气候，夏季计算干球温度为35C，计算湿球温度为18C，干、湿球温度相差很大，满足直接蒸发制冷的规定。图1-1 空气状态变化过程由于室内回风中湿度较高，不适宜人们正常生活，而室外新风温度较高，同样不适宜人们正常工作。如图1所示，新风状态点为X，回风状态点为N，现将两者混合达成状态点H，然后通过间壁式换热器将混合风等湿冷却到送风状态点S，送入室内。由于新风湿度较低、温度较高，与室内温度较低、湿度较高的回风混合时，可同时完毕降温除湿的送风规定。夏季室外设计参数如表1-1表1-1 乌鲁木齐夏季室外设计参数季节参数室外计算干球温度（）室外计算湿球温度（）空调日平均温度（）室外相对湿度大气压力kPa夏季33.518.228.324%91.121.2.4室内设计参数的拟定根据玉采暖通风与空气调节设计规范2023版拟定各功能的空调房间室内计算参数如表1-2。 表1-2 乌鲁木齐夏季室内设计参数房间类型温度（）湿度风速（m/s）新风量（m3/h人）厕所2855%0.2520报名、接待室2655%0.2520普通办公室2655%0.2530高级办公室2455%0.2530设备控制室2655%0.2520大厅2855%0.2510楼梯间2855%0.2510会议室2455%0.2530注：由于该机关建筑房间功能较为单一，故可大体将该建筑各层划分为办公室、接待室、会议室、大厅等几大重要功能区并对其进行计算。1.2.5其他设计参数的选取在给定的原始资料图纸中未明确指出人员密度、照明密度、设备密度等相关参数，因此本设计根据公共建筑节能设计标准GB50189-2023围护结构的热工性能权衡计算，对该机关建筑不同功能房间的照明功率密度、电器功率密度和人均占有使用面积进行选取。选取情况如表1-3。表1-3 照明、电器设备功率密度值及人均占有面积 房间类型照明功率密度（W/m2）电器功率密度（W/m2）人均占有使用面积（m2/人）厕所1055报名、接待室201010普通办公室25155高级办公室301510设备控制室5255大厅15530楼梯间5010会议室3020302负荷计算2.1冷负荷计算空调系统是为了平衡室内外热、湿干扰的影响。使房间基本保持恒温恒压的状态。目前对空调冷负荷的计算有多种方法，而目前应用最多的为以传递函数法 为基础，通过研究和实验而得的冷负荷系数法。由于任意时刻的室内冷负荷不总 是相等的，因此会得到不同的冷负荷系数。外围护结构则按逐时计算，内维护结 构按稳定传热计算。在室内外热湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒湿恒温房间内的总热量和湿 量称为在该时刻的得热量和得湿量，当得热量为负值时称为耗（失）热量，在某 一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为冷负荷。相反，为补偿房 间失热而需向房间供应的热量称为热负荷；为维持室内相对湿度所需由房间除去 或增长的湿量称为湿负荷。设备又分为照明设备和机器设备等，该建筑重要为 为商用建筑，故照明设备为重要设备。综合建筑功能考虑，重要湿负荷为人体散 湿。物散湿，水面蒸发，化学反映散湿均有，但湿量较少在此可忽略不计2.1.1冷负荷计算考虑因素影响房间夏季冷负荷的因素可以从以下几方面考虑： 通过外围护结构向房间传入热量形成冷负荷； 人体向房间内散热形成冷负荷； 通过外窗进入室内的太阳辐射热量形成的冷负荷； 照明散热量形成的冷负荷； 设备、家用电器或房间其他热源所散出的热量形成的冷负荷； 加工食品或物料时散发的热量形成的冷负荷； 沿门窗渗透和外门启动进入室内的热量形成的冷负荷；2.1.2冷负荷计算方法（1）外墙、架空楼板或屋顶的传热冷负荷 (谐波法) 式中：K传热系数，W/（m2）F计算面积，m2计算时刻，h-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h作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差，简称冷负荷温度（2）外窗传热部分式中：K传热系数，W/（m2）F计算面积，m2计算时刻，h-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，h作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差，简称冷负荷温度（3）外窗通过太阳辐射得热产生的冷负荷式中F窗上受太阳直接照射的面积，m2窗的有效面积系数 地点修正窗内里的所有遮阳设施的遮阳系数 外窗的遮挡系数 外墙、屋顶、地面传热形成的逐时冷负荷可按式 2-1 计算：（4）内墙形成的冷负荷可按下式计算式中：夏季室外空调设计的计算日平均温度，考虑到太阳辐射热这些因素的附加温升，室内空调计算温度，（5）人体显热散热形成的冷负荷可按下式计算：式中：Q不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；N室内所有人数；群集系数；可查看表 2-1人体负荷强度系数。（6）人体潜热散热形成的冷负荷可按下式计算：式中：Q不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W；N室内所有人数； 群集系数。（7）照明散热形成的冷负荷可按下式计算：式中：Q照明的得热，W照明负荷强度系数。负荷强度W/（8）夏季空调新风冷负荷， 式中Q夏季新风冷负荷，kW；房间新风量，kg/s；室外空气焓值kJ/kg；室内空气焓值kJ/kg； 2.1.3计算案例下面以一楼1001办公室冷负荷计算为例表2-1 1001办公室西外墙逐时冷负荷 1001办公室西外墙墙逐时冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00F35.64K0.54t0.801.802.903.904.905.606.206.606.606.405.90CLQ201.98200.19198.39194.81191.22187.63184.05178.67175.0868.4568.45表2-2 1001办公室北外窗逐时冷负荷冷负荷1001办公室北外窗逐时冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00F20.25K2.6t0.801.802.903.904.905.606.206.606.606.405.90CLQ640.81893.711107.691263.171339.681366.711305.501141.93893.67875.681321.04表2-3 1001办公室北外窗日射得热冷负荷1001办公室北外窗日射得热冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00F20.25xg0.85xd1.00cn0.65cs0.96Jj48791241651881901691321008163CLQ793.491099.051370.941573.801697.701761.581721.431573.661325.401307.411721.18表2-4 1001办公室南外墙逐时冷负荷 1001办公室南外墙逐时冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00F20.25K0.54t0.801.802.903.904.905.606.206.606.606.405.90CLQ80.9580.0578.2777.3875.5973.8072.0270.2369.3468.4568.45表 2-5 1001办公室南屋顶逐时冷负荷屋顶逐时冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00F22.23K0.54t-2.002.003.004.004.005.005.005.005.005.005.00CLQ155.46148.58140.71132.84123.99117.11111.21107.28105.31106.29106.30表 2-6 1001办公室人体显热冷负荷 1001办公室人体显热冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00q1091n2JP-T0.060.570.720.760.800.820.850.870.880.900.91Qrx2.392.3993.0298.99102.56104.95106.14108.53109.7258.4420.27表2-7 1001办公室人体潜热冷负荷人体潜热冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00q1090.93n2Qrq72.45表2-8 1001办公室照明冷负荷 1001办公室照明冷负荷时刻8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00-T0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00JE-T0.060.490.660.710.740.770.800.830.850.870.89Q244.53Qs14.0814.08157.28166.67173.71178.41185.45190.15194.84197.1968.082.2湿负荷计算2.2.1夏季湿负荷的拟定：（1） 人体的散湿量；（2） 通过墙体和缝隙等渗透的空气带入室内的湿负荷；（3） 化学反映过程产生的湿量；（4） 各种潮湿表面、液面和流液产生的散湿量；（5） 室内食物或其它物体的散湿量；（6） 设备产生的散湿量；（7） 通过各围护结构的散湿量。2.2.2人体散湿量计算公式式中：计算时刻空调房间内的总人数；群体系数，可通过空气调节表 2-17 查得；名成年男子的每小时散湿量2.2.3湿负荷的计算以一楼1001办公室为例，结果如下表2-9 1001办公室人体散湿量计算时刻 9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00成年男子散湿量109室内所有人数2集群系数1.00人体散湿量218表 2-10 一层各间的最大冷负荷和湿负荷汇总房间编号冷负荷湿负荷房间编号冷负荷湿负荷10013429.480.25100914187.220.7410023659.870.2510106365.060.25一层10033659.870.2510115505.610.25100436600.2510125561.320.2510056506.550.4910135755.050.2510063659.470.2510145755.050.2510072366.820.2510155755.050.2510082956.450.2510165783.670.25表 2-11 二层各间的最大冷负荷和湿负荷汇总房间编号冷负荷湿负荷房间编号冷负荷湿负荷20233382.260.3720233482.140.7420233382.260.2520236442.210.25二层20233382.260.2520236442.210.2520233382.260.2520235807.170.2520233382.260.49202317996.548.8920233382.260.2520235807.170.2520232076.050.2520235807.170.2520232076.050.2520232677.270.4920232626.420.2520233802.420.252.4各房间夏季冷负湿负荷参数如下表2-12房间编号冷负荷湿负荷房间编号冷负荷湿负荷300113693.2117.7930095807.170.7430023380.820.2530105807.170.25一层30033380.820.2530115807.170.2530042074.480.2530125807.170.2530054579.928.8930135807.170.2530063409.060.2530145807.170.2530076442.210.2530157980.650.4930086442.210.2530163729.210.49表 2-12 三层各间的最大冷负荷和湿负荷汇总3空气解决3.1空调系统的分类1 按照解决空气所采用的冷、热介质来分类（1）中央空调系统通过冷、热源设备提供满足规定的冷、热水并由水泵输送至各个空气解决设备中与空气进行互换后，把解决后的空气送至空气调节房间。简朴的说，中央空调系统就是冷热源集中解决空调调节系统。（2）分散式系统事实上已经不是空调设计中“系统”的概念，它是把冷热源设备、空气解决及起输送设备组合一体，直接设于空气调节房间内。其典型的例子就是直接蒸发式空调机组，如分体式空调机。（3）其他空调系统既有中央空调的某些特点，又有分散式空调的某些特点，变冷媒流量空调系统和水源热泵系统等。2 按冷、热介质的到达位置来分类这里所提到的冷、热源介质，是指为空气解决所提供的冷、热源的种类而不涉及被解决的空气自身。（1）全空气系统冷、热介质不进入被空调房间而只进入空调机房，被空气调节房间的冷、热量所有由通过解决的冷、热空气承担，被空气调节房间内只有风道存在。典型的例子是目前所常见的确一、二次回风空调系统。（2）气-水系统空气与作为冷、热介质的水同时送进被空气调节房间，空气解决房间的通风换气或提供满足房间最小卫生规定的新风量，水则通过房间内的小型空气解决设备而承担房间的冷、热量及湿负荷。（3）直接蒸发式系统运用冷媒直接与空气进行一次热互换，将使得在输送同样冷（热）量至同一地点时所用的能耗更少一些。其作用范围比中央空调系统小的多。3 根据集中式空调系统解决的空气来源分类（1）封闭式系统：这种系统的空气都来源于房间，没有增长室外的空气的补给， 导致房间内的空气一直处在循环状态。因此在房间和空调设备之间形成一个封闭 环路。封闭式系统一般用于无法接触室外空气的封闭空间内。虽然这种系统的冷、 热消耗量最省，但卫生效果最差。当室内人员长期处在其中，会导致人员健康问 题。一般的这种系统应用的场合处在地下这些工程或者仓库。（2）直流式系统：这种系统在于它所解决的空气全来源于室外，室外空气在净化 粗粒后被送入室内，然后全排出室外，因此和封闭系统比，虽然室内空气十分新 鲜，但空气质量较差。这种经常合用的场合是不允许回风的场合，比如有放射性 的实验室和会散发出有害物的地方。可以设立热回收设备来回收排除的热量和冷 量来解决新风。（3）混合系统：综合以上各系统的陈述，由于封闭式的系统不能满足卫生上的要 求，直流式的系统不能满足经济上的规定，因此当使用上述两种系统时只能在特 定的环境。而绝大多数场合，都会采用一次，二次和混合回风的系统。这种系统 既能保证对卫生的规定，经济又合理，应大面积推广。3.2空气解决过程 在一次和二次回风的系统对比中，选择合适的空气解决过程。一次回风的解决过程相对而言比较简朴，不仅操作和管理方面都很方便，应用也很广泛，只要没有严格规定送风温差的环境都可以应用。目前在民用建筑空调的系统中应用最为广泛。二次回风的解决过程就比较复杂了，不管操作的运营和管理都很繁琐。对室内温度的规定也比较高，送风的温度差距小，风量大但不会采用再热器。个别的工业厂房等就是这种。对于洁净度也极高的净化车间经常也会采用二次回风系统。通过以比较，本建筑采用一次回风全空气系统设计。3.3一次回风解决过程的计算 3.3.1空气解决流程如下图所示图3-1空气解决流程图W室外空气参数N室内设计参数（室内状态点）C室内外空气混合点O送风状态点L机器点图3-2一次回风系统夏季解决过程空调系统中拟定送风的状态和送风量，可以通过查焓湿图拟定。具体计算环节如下：（1）在 h-d图上拟定室内的状态点 N和室外状态点 W；（2）根据公式 =Q/W和已知的 Q 和 W拟定热湿比，过 N点画出 线；（3）根据设计的送风温差 t o=8拟定送风温度 to，与 线交于点O；O点就是送风状态点；（4）按下式算出送风量。在h-d图上查得N点和O点的焓值h 及含湿量d, 则送风量G为： 式中G送风量，kg/s；N 点的焓值，kJ/kg；S 点的焓值，kJ/kg。新风量 可按下式 3-2 计算： 式中：m比例。3.3.2空调房间送风量的计算前面已经算出了房间冷负荷和湿负荷，在此基础上，进而需要消除室内的余热、余湿及根据空气解决的设计状态参数的送风状态和送风量作为根据选择空调 设备。下面以 101 为例计算风机盘管的风量和风机盘管的选型（1）计算出的热湿比可以帮助找出设计需要的的送风状态和送风量，先要根据之前算出的冷负荷 Q 和湿负荷 D 和公式计算出热湿比 式中：Q在解决过程中得失的热量，kW； W在解决过程中得失的水蒸气量，kg/s。1001室内热湿比及房间送风量：根据最低参数送风，根据上图与线相交查得，。即得送风点 o,则总送风量又所需冷量：表3-1 各个房间送风量汇总表如下房间名称送风量(kg/h)新风量(kg/h)回风量(kg/h)新风比(%)机组总冷量（kw）新风负荷(kw)室内冷负荷(kw)热湿比(kJ/kg)10011661.55001161.530.093.680.1543.4390044.110021770.15001270.128.253.950.1543.669609310031770.15001270.128.253.950.1543.669609310041770.15001270.128.253.950.1543.669609310056795.15006295.07.369.620.1547.794388.3310061769.95001269.928.253.950.1543.669609310071160.8500660.7543.082.460.1542.376214310081438.6500938.6234.763.140.1542.967762410096821.95006321.97.3315.980.15414.1912416610103004.35002504.316.646.960.1546.3716712010112639.95002139.918.946.070.1545.5114455510122666.25002166.218.756.130.1545.5614601810132757.55002257.518.136.350.1545.7515110410142757.55002257.518.136.350.1545.7615110410152757.55002257.418.136.350.1545.76151104101627715002270.918.046.390.1545.7815185620231640.1246.011394.1153.750.0633.3888804.320231640.1246.011394.1153.750.0633.3888804.320231640.1246.011394.1153.750.0633.3888804.320231640.1246.011394.0153.750.0633.3888804.320231640.1246.011394.0153.750.0633.3888804.320231640.1246.011394.1153.750.0633.3888804.320231038.3155.74882.53152.320.042.0854508.620231038.3155.74882.53152.320.042.0854508.620231283.7192.561091.2152.900.0492.636895920231709.9256.481453.4153.850.0663.4860950.920233041.7456.262585.4157.090.126.4416914620233041.7456.262585.5157.090.126.4416914620232783.4417.512365.9156.470.115.811524732023109261638.99287.11520.50.421812598.620232783.4417.512365.9156.470.115.8115247320232783.4417.512365.9156.470.115.8115247320231307.7196.151111.5152.960.052.6870294.220231909.4286.411623154.250.073.849917.8300112598500120983.9716.90.1513.73815.12300212598500120983.9716.90.1513.73815.1230031638.65001138.630.513.630.1543.3888766.53004103750053748.222.160.1542.0754467.430055266.45004766.49.495.920.1544.582579.830061674.65001174.629.863.640.1543.4159671.730073040.25002540.216.457.050.1546.4416914630083040.25002540.216.457.050.1546.4416914630092782.05002282.017.976.420.1545.8115247330102782.05002282.017.976.420.1545.8115247330112782.05002282.017.976.420.1545.8115247330122782.05002282.017.976.420.1545.8115247330132782.05002282.017.976.420.1545.8115247330142782.05002282.017.976.420.1545.8115247330153851.75003351.712.98