空调工程课程设计.docx
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空调工程课程设计
目录
第1章绪论1
1.1设计背景1
1.2设计目的、意义3
第2章设计任务及依据4
2.1工程概况4
2.2设计依据4
2.3本章小结5
第3章负荷计算6
3.1冷负荷计算6
3.3湿负荷计算9
3.4本章小结10
第4章房间的空气处理方案及送风量的确定10
4.1空气处理方案10
4.2空调方案确定及系统的划分11
4.3风量计算11
4.4本章小结12
第5章气流组织及风管道计算14
5.1风口的布置14
5.2本章小结21
第1章绪论
1.1设计背景
空调系统最早在工厂中被应用，随着近代工业和人民生活水平的提高，空调系统也被广泛地应用到了居住和公用建筑中。
特别是改革开放以后，中央空调在我国的住宅中得到了飞速的发展。
商业性空调也得到了进一步的完善和发展。
蓄冷空调、低温送风、洁净系统以及末端装置，都得到了应用和提高，新技术和新产品更是层出不穷。
1.1.1发展现状
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。
90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，蓄冷空调技术提到了议事日程。
近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。
随着生产和科技的不断发展,人类对空调技术也进行了一系列的改进,同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术,已经投入使用了冰蓄冷空调系统、燃气空调、VAV空调系统、地源热泵系统等。
暖通空调技术的发展，必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
从空调的起步阶段，到现在世纪的空调时代，中国空调发展在20多年的探索改进过程中逐渐完善，不仅满足了广大人民生活最基本的供冷供热要求，而且在国民生产各方面都起到了关键性的作用，空调更是为我们创造了四季如春的生活和工作环境。
我国的家用空调普及率上升势头很猛，主要体现在空调普及率和耗能方面。
据统计，截至1997年城镇居民的空调普及率已达到16.29%，在32个大中城市中，1997年空调器的家庭拥有率平均达到57.16%，比1996年提高了一倍还多，上海更是达到了61%。
在能耗方面，1998年全国新增空调制冷量为4300万千瓦，由此电力增容约达1400万千瓦，相当于年电力增容的80%还多，目前，整个供暖空调年消耗的能源占总能耗的15%以上，这是相当可观的。
随着我国经济的迅速增长商业发展也呈现出繁荣的景象，各大中城市纷纷建起了大型的综合性商厦，所以，商场中的空气调节的需求就很大，在全国总的空调器需求中也占有相当大的比重。
而且，由于商场具有空间大装饰要求高的特点，对商场空调设计的要求就比较严格，除了要满足国家规范和使用者的要求外，在经济性和可靠性方面的要求更是越来越高。
虽然我国空调发展相当迅速，但同时也存在着不少问题。
从能耗方面说，空调消耗大量能源，而随着我国经济的飞速发展，能耗逐渐增加，并不能满足经济和社会可持续发展的需求，所以空调产业也开始向节能方向发展。
从设计方面说，设计中还存在一些认识上的误区，例如，认为采用最新技术的设计方案就是最佳方案，出现不管使用条件而盲目追求新技术的倾向。
对于商场的空调设计来说，设计人员还是经常采用典型的设计系统的设计方法来套用，不能根据商场的实际来设计系统，只是片面地考虑一些节能的要求。
实验表明，国内大中型商场中夏季室内相对湿度达不到设计要求，一般为70%～80%，而温度在27～28℃，就会使人感觉不舒适，这些都是在商场中存在的并且亟待解决的问题。
1.1.2发展前景
总结以上现状及不足之处可以发现，应该从“节约能源，保护环境和趋向自然舒适环境”三方面发展空调技术，而节约能源仍然是保护环境，促进空调业发展的核心，但是，其重心不但是要提高制冷机、空调器的性能，开发高效、低噪、紧凑型产品等设备节能，而将深入发展到整体系统与运行管理的节能，尤其在商场空调设计方面，应该在满足国家规范的基础上，结合商场的使用实际设计出尽量以人为本的空调系统，同时还应该考虑节能和经济的要求空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。
但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。
制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。
据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。
由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。
因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。
于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。
而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。
随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。
如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。
1.2设计目的、意义
本课题来源于工程实际，设计内容符合专业培养目标要求，通过对实际工程的设计，培养自身综合运用理论知识和专业技能解决实际工程的能力。
我根据所学基础理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，并通过设计过程，使我系统地掌握暖通设计规则、方法、步骤，了解相关专业的配合关系，培养我分析问题和解决问题的能力，为将来从事建筑环境与设备工程专业设计工作和施工、验收调试、运行管理和有关应用科学的研究及技术开发等工作，奠定可靠的基础。
第2章设计任务及依据
2.1工程概况
本设计对象为安徽省合肥市某办公楼空调设计，办公楼主要有：
大厅，办公室、会议室，此建筑共为地上三层一层层高为4.0m，本工程位于安徽省合肥市北纬31°52′，东经117°14′。
总空调面积为1263㎡。
本工程空调设计的任务包括全空气系统的空调设计。
本空调系统设计要求能够实现夏季供冷，并能满足人体的舒适性要求。
2.2设计依据
2.2.1合肥市室外空调设计参数
1、气象参数为：
夏季
大气压
室外日平均温度
空调平均温度
室外平均风速
室外计算相对湿度
室外干球温度
室外湿球温度
100090pa
31.7℃
31.7℃
2.6m/s
69%
35℃
28.1℃
冬季
大气压
采暖计算温度
空调计算温度
室外平均风速
室外计算相对湿度
102230pa
-1.7℃
-4.2℃
3.7m/s
76%
2、动力资料：
电源：
220/380v交流电。
3、土建资料：
（1）外墙体：
类型6，加气混凝土砌块190mm、水泥砂浆20mm，δ=210mm，K=1.05W/（m2·℃）；
（2）屋面：
类型8，细石混凝土30mm、挤塑聚苯板45mm、水泥焦渣30mm钢筋混凝土10mm，δ=205mmK=0.38W/（m2·℃）；
（3）地面：
采用地板砖铺地（非保温地面），K值按划分地带计算；
（4）门窗：
双层窗，5mm厚普通玻璃，塑钢窗框80%玻璃，浅蓝色（中间色）；窗高按图纸为准。
（5）办公室为2人间的，会议室为5人间，在房间的小时数10h（8：
:
00至18：
00）；大厅为55人，在大厅内的小时数为10小时，（8：
00至18：
00）；（6）室内压力稍高于室外大气压力；
（7）室内照明：
办公室、休息间为荧光灯明装200W，大厅为荧光灯明装15W/㎡，餐厅为荧光灯明装17W/㎡。
客房为荧光灯暗装200W/房（灯罩上有通风小孔，可散热到顶棚）。
（8）空调设计运行时间24小时；
2.2.2室内空调主要设计参数
表2.1室内设计参数
房间名称
温度℃
相对湿度%
新风量m3/（h·人）
（波动范围±2℃）
（波动范围±10%）
夏季
冬季
夏季
冬季
客房
26
20
60
40
30
大厅
24
18
60
40
30
餐厅
26
20
60
40
20
办公室、休息室
26
20
60
40
20
2.3本章小结
此次设计主要是对安徽省合肥市某办公楼进行空调设计，本设计冬季供暖由外网提供，本章主要介绍一些基本工程概况和基本参数，主要介绍了合肥市室外空调设计参数和室内空调主要设计参数，以便以下的设计说明可以一目了然。
第3章负荷计算
3.1冷负荷计算
3.1.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
Qc（τ）=AK[（tc（τ）+td）kαkρ-tR]（3.1）
式中Qc（τ）——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；
A——外墙和屋面的面积，m2；
K——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；
tR——室内计算温度，℃；
tc（τ）——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；
td——地点修正值，由《暖通空调》附录2-6查取；
kα——吸收系数修正值，取kα=0.98；
kρ——外表面换热系数修正值，取kρ=0.94；
3.1.2内围护结构冷负荷
Qc（τ）=AiKi（to.m+Δtα-tR）（3.2）
式中ki——内围护结构传热系数，W/（m2·℃）；
Ai——内围护结构的面积，m2；
to.m——夏季空调室外计算日平均温度，℃；
Δtα——附加温升，可按《暖通空调》表2-10查取。
3.1.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
Qc（τ）=cwKwAw（tc（τ）+td—tR）（3.3）
式中Qc（τ）——外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W；
Kw——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；
Aw——窗口面积，m2；
tc（τ）——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；
cw——玻璃窗传热系数的修正值；由《暖通空调》附录2-9查得；
td——地点修正值，由《暖通空调》附录2-11查得；
3.1.4透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
Qc（τ）=CαAwCsCiDjmaxCLQ（3.4）
式中Cα——有效面积系数，由《暖通空调》附录2-15查得；
Aw——窗口面积，m2；
Cs——窗玻璃的遮阳系数，由《暖通空调》附录2-13查得；
Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数，由《暖通空调》附录2-14查得；
Djmax——日射得热因数，由《暖通空调》附录2-12查得；
CLQ——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；
3.1.5照明散热形成的冷负荷
白炽灯Qc（τ）=1000NCLQ（3.5）
日光灯Qc（τ）=1000n1n2NCLQ（3.6）
式中N——照明灯具所需功率，W；
n1——镇流器消耗功率稀疏，明装时，n1=1.2，暗装时，n1=1.0；
n2——灯罩隔热系数，灯罩有通风孔时，n2=0.5—0.6；无通风孔时，n2=0.6—0.8；
CLQ——照明散热冷负荷系数，由《暖通空调》附录2-22查得。
3.1.6人体散热形成的冷负荷
1、人体显热散热形成的冷负荷
Qc（τ）=qsnφCLQ（3.7）
式中qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，由《暖通空调》表2-13查得；
n——室内全部人数；
φ——群集系数，由《暖通空调》表2-12查得；
CLQ——人体显热散热冷负荷系数，由《暖通空调》附录2-23查得；
2、人体潜热散热引起的冷负荷
Qc（τ）=qlnφ（3.8）
式中ql——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，由《暖通空调》表2-13查得；
n，φ——同按下式计算
D=0.001φng（3.9）
式中D——散湿量，㎏/h；
φ——群集系数，由《暖通空调》表2-12查得为0.93；
n——计算时刻空调房间内的总人数；
g——一名成年男子的小时散湿量，由《暖通空调》表2-13查得。
以首层大厅为例，叙述各项冷负荷的计算方法，然后列表计算。
其他房间冷负荷见附录。
（1）外墙冷负荷
设计选用II型墙，南外墙传热系数取K=1.5，td=--3.4，a0=23.1W/（㎡*K），kρ=0.94，kα=0.97，由公式（3.1）和（3.2）算的南、西、东外墙计算结果见附表1。
（2）外窗冷负荷
在
，a0=23.1W/（㎡*K）条件下，查《暖通空调》附录2.8查得Kw=3.12，双层金属框架80%的玻璃，传热修正系数Cw=1.2，城市修正td=-3，计算结果列入表3.2中。
透过玻璃日射得热引起的冷负荷的计算,有效面积系数，由《暖通空调》附录2.15查得
=0.75,Cs=0.78,Ci=0.60南外窗Djmax=271.4W/㎡，西外窗Djmax=584.6W/㎡，东外窗Djmax=584.6W/㎡，玻璃窗冷负荷系数
，由《暖通空调》附录2-16，2-19查得，见附表1。
（3）照明散热形成的冷负荷
由于明装荧光灯，镇流器装设在客房内，故镇流器消耗功率系数n1取1.2。
灯罩隔热系数n2取0.8。
由《暖通空调》附录2.22查的散热冷负荷系数，见附表1。
（4）人员散热引起的冷负荷
宾馆属极轻劳动，由《暖通空调》查表2.13，当室温为24°C时，每人散发的显热和潜热量为70w和64w，由《暖通空调》表2.12查取集群系数φ=0.93，由《暖通空调》附录2.23查的人体显热冷负荷系数逐时值。
人体潜热引起的冷负荷为散热乘以群集系数，计算结果见附表1。
其它房间的计算方法与大厅的一样。
其它各房间各分项逐时冷负荷汇总表见附表2。
3.3湿负荷计算
空调系统的湿负荷主要来自人体散湿和敞开水表面散湿。
3.3.1人体散湿量
人体散湿量可按下式计算：
（3.11）
式中
——人体散湿量；
——成年男子的小时散湿量。
3.3.2敞开水表面散湿
敞开水表面散湿量可按下式计算：
（3.12）
式中
——敞开水表面散湿量，kg/s；
——单位水面蒸发量，kg/（m2·h）；
A——蒸发水面面积。
本设计室内湿负荷只取人体散湿量，一层房间的总人数为118人，由公式
可得，湿负荷为：
2.9x10-3kg/s,二、三层房间的总人数为15人，由公式
可得，湿负荷为0.42x10-3kg/s。
计算结果见附表2
3.4本章小结
合肥市某办公楼的一层总湿负荷1.17x10-3kg/s，冷负荷包括：
围护结构瞬变传热形成的冷负荷、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷及室内热源散热引起的冷负荷，总夏季冷负荷17419W。
二层总湿负荷0.73x10-3kg/s，冷负荷包括：
围护结构瞬变传热形成的冷负荷、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷及室内热源散热引起的冷负荷，总夏季冷负荷15617W。
三层总湿负荷0.73x10-3kg/s，冷负荷包括：
围护结构瞬变传热形成的冷负荷、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷及室内热源散热引起的冷负荷，总夏季冷负荷20953W。
第4章房间的空气处理方案及送风量的确定
4.1空气处理方案
该办公楼采用全空气系统。
这种方式布置是总的空调机房控制，并且采用每个房间最大的冷负荷计算，可以保证极端天气的设计参数，集中控制室比较节能的一种方式，可以根据室外参数整体调节，从而比其它系统较节省运转费用。
全空气系统特点比较：
（1）优点：
1、主要优点
、空调设备集中设置在专门的空调机房内，能实现对空气的各种处理过程，可以满足
、各种调节范围、空调精度和洁净度的要求，且便于集中调节和维护保养；
3）、室内空气质量容易得到保证和控制；
4）、消声隔振比较容易，且效果较好；
5）、使用寿命长，初投资和运行费用比较小；
6）、新风量调节方便，春秋季可实现全新风送风，节约能源，降低运行费用。
2缺点：
1）风管道占用建筑空间过大，相应要求建筑层高较高；
一般一个空调系统只能处理一种送风状态的空气，不能同时满足有温湿度控制差别的房间或区域的需要；
系统作用范围内不同房间或区域负荷有变化或不需要空调送风时，不便于自动调节相适应或不送风，难以满足不同房间或区域的控制要求并造成能量的浪费；
各房间之间有风管道连通，不利于防火防烟。
4.2空调方案确定及系统的划分
考虑到运营空间问题，一层、二层、三层所有客房均采用全空气系统最大送风温差，应考虑各房间结露问题总的送风温差必须高于每个房间的露点温度，每层设有一个独立空调机组房间，并且设回风系统，这样做节省空间，且气流组织较好。
4.3风量计算
4.3.1总送风量计算
设计采用全空气一次回风系统，以大厅空调房间为例计算各个房间的风量。
风量计算的公式：
或
（4.1）
式中
——空调房间的冷负荷，W；
——空调房间的湿负荷，kg/s；
——空调房间的送风量，kg/s；
——送入空调房间的空气的焓，kJ/kg；
——排出空调房间的空气的焓，kJ/kg；
——送入空调房间的空气的含湿量，kg/kg；
——排出空调房间的空气的含湿量，kg/kg。
两式相比可得空调房间的热湿比为
（4.2）
式中
——空调房间的热湿比。
空调房间的总送风量确定方法如下：
由房间热湿比ε和90%的相对湿度线交点确
定送风状态点O点，然后算出室内状态点N点和送风状态点O点之间的焓差（hn-hl），再用空调房间的室内负荷除以以上算出的焓差即得空调房间的总送风量G，总送风量G减去新风量Gw即为空调房间回风量Gh。
该过程在焓湿图上表示
例如：
空调房间一层大厅总余热量
=14403.3W，余湿量
=0.74g/s，要求全年室内保持的空气参数为：
=（26±1）℃，
=（60±5）％，当地大气压力
=1002400Pa．试确定该空调房间的送风状态和送风量。
（1）求热湿比
（2）如图附表3所示，在
图上确定出室内状态点N，作过N点的热湿比线
=19726的过程线，与φ=90%的机械露点线交点为送风状态点L。
在
图上查得：
=44.3kJ/kg,
=53.0kJ/kg
（3）计算送风量
总风量：
新风量用人数确定，取30m3/h/人本房间30人，计算如下：
新风量：
回风量：
G2=G-G1=1.29kg/s
其他房间的风量、新风量计算见附表4计算。
4.4本章小结
此章节主要对全空气系统进行阐述，确定空气处理方案，然后进行风量计算作为散流器和空调机组选型的依据。
第5章气流组织及风管道计算
5.1气流组织计算
5.2风管道计算
5.2.1局部阻力系数表
5.2.2水力计算表
5.3本章小结
此章主要涉及到两种气流组织需要计算，全新风系统和全空气系统。
根据房间的几何形状、送回风口的位置、送风口的形式、送风量等确定各系统采用的风口形式，最终目标是确定散流器的风口尺寸，风管的水力计算是为了确定风道尺寸和空调机组的选型。
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