老年福利中心综合楼空调工程设计 建筑环境工程专业 本科毕业论文.docx
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老年福利中心综合楼空调工程设计建筑环境工程专业本科毕业论文
第一章绪论
1.1设计目的
通过毕业设计更加深入的了解本专业理论知识，并将它应用到工程实践中去解决工程的实际问题，熟悉有关技术法规内容，培养施工设计的思维能力和制图技巧及对工程技术的认真态度。
通过此次设计要求掌握设计原理、程序和内容，熟练设计计算方法和步骤。
1.2设计概述
本工程位于济南市，是八层综合楼。
该工程采用风机盘管加新风空调系统、中央空调系统。
夏季送冷风和冬季送热风都采用一条风道。
考虑到空气调节房间较多且各房间要求单独调节和使用率，防止能源浪费，采用风机盘管系统，当某办公室没人时，可单独关闭该房间的风机盘管系统，新风通过新风机组处理获得。
对于大空间的房间，采用空调机组集中处理空气。
1.3设计任务
根据确定的室内外气象条件，土建资料，人体舒适性要求及冷热源情况，设计合理的空调系统。
第二章设计依据
2.1气象资料
根据建筑物所在的地区是济南市
查《空气调节设计手册》得济南市室外气象参数值为：
地理位置:
北纬36.60
东经117.05
室外计算干球温度：
冬季空调温度：
-7.70℃
冬季通风温度：
-3.60℃
夏季通风温度：
30.90℃
夏季空调温度：
34.80℃
夏季空调日平均温度：
31.20℃
夏季空调计算湿球温度：
27.00℃
相对湿度：
冬季空调相对湿度：
45
夏季通风相对湿度：
56
风速：
冬季风速：
2.7m/s
夏季室外平均风速：
2.8m/s
大气压力：
冬季：
9973.0hPa
夏季：
1018.5hPa
2.2室内设计参数
查《实用供热空调设计手册》，得出室内设计参数为
表2.1室内设计参数汇总表：
房间类型
夏季
冬季
新风量m3/h·p
噪音等
级dB
（m/s）
φ（%）
T（℃）
（m/s）
φ（%）
T（℃）
餐厅
0.25
55
26
0.15
40
20
36
50
大厅
0.25
55
26
0.15
40
18
28
42
管理室
0.25
60
27
0.15
40
18
36
42
雅间
0.25
55
25
0.15
40
21
54
40
散座区
0.25
55
26
0.15
40
21
36
40
办公区
0.25
55
25
0.15
40
20
36
40
表2.2室内控制参数汇总表：
室内控制参数
功能房
餐厅
大厅
管理室
雅间
散座区
办公室
室内人数（㎡/人）
7
6
1人
4
3
5
活动性质
轻度劳动
轻度劳动
轻度劳动
轻度劳动
轻度劳动
极轻劳动
照明功率（W/㎡）
13
15
11
15
15
11
设备功率（W/㎡）
5
无
5
5
5
20
2.3土建资料
2.3.1建筑信息
本设计为一综合楼，地处济南，地上8层。
承重结构为框剪结构。
建筑物参数如下：
建筑面积：
12737.456㎡
建筑总高度：
31.65m
总层数：
八层
层高：
一层4.8m二层4.5m三层3.9m四层~八层3.6m
2.3.2说明：
1各层功能说明：
1层：
餐厅厨房管理室配电室消防控制室
2层：
餐厅厨房管理室储藏室休息室雅间
3层：
散座区管理室暂储室储藏室雅间
4~8层：
办公室休息室储藏室
2各层空调设计要求：
空调房间要求有良好的空调环境和较高的室内空气品质，以满足室内人员舒适性要求，能提供舒适性的空调环境。
2.3.2墙体结构
外墙：
250厚陶粒混凝土空心砌块墙65厚岩棉保温传热系数K=0.5W/（m².k）
外门：
传热系数K=2.36W/（㎡.K）
外窗：
传热系数K=2.5W/（m²·k）
屋面：
水泥膨胀珍珠岩保温屋面，传热系数K=0.43W/（m²·k）
内墙：
传热系数K=0.93W/（m²·k）
2.3.3屋面做法
保温层材料选用沥青玻璃棉毡
2.3.4空调使用时间
空调每天使用10小时，8：
00～18：
00
第三章设计方案的论证
3.1综合楼的特点
1）建筑特点
该综合楼的外围护结构多为钢筋混凝土的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。
大量采用玻璃幕墙,采用大面积单层玻璃幕墙加铝合金饰板作为高层写字楼外围护结构的主流,其玻璃幕墙主要为6mm或8mm厚度的热反射镀膜玻璃。
2）使用特点
该综合楼房间类型繁多，使用时间不一致性大，管理不太方便，在选择方案时应充分考虑。
3）空调系统注意事项
a.分区问题：
考虑到建筑物结构上的差别和翻建类型的不同，可将将建筑物按防火分区分为A区和B区。
b.过度季节问题：
过度季节部分房间可不用冷热源,但部分房间仍需要降温,这时应用室外空气直接进入需降温房间降温,即节能又简单;或考虑采用一台小容量的制冷机。
c.大空间空调形式问题：
对于个别大空间可选择取全空气系统。
d.特殊房间的个别控制问题：
用风机盘管系统以便控制。
3.2方案比较
表3.1全空气系统与空气－水系统方案比较表[2]
比较项目
全空气系统
空气－水系统
设备布置与机房
空调与制冷设备可以集中布置在机房
机房面积较大层高较高
有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上
1.只需要新风空调机房、机房面积小
2.风机盘管可以设在空调机房内
3.分散布置、敷设各种管线较麻烦
风管系统
空调送回风管系统复杂、布置困难
支风管和风口较多时不易均衡调节风量
放室内时不接送、回风管
当和新风系统联合使用时，新风管较小
续表3.1
节能与经济性
可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风减少与避免冷热抵消，减少冷冻机运行时间
对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济
部分房间停止工作不需空调时整个空调系统仍需运行不经济
灵活性大、节能效果好，可根据各室负荷情况自我调节
盘管冬夏兼用，内避容易结垢，降低传热效率
无法实现全年多工况节能运行
使用寿命
使用寿命长
使用寿命较长
安装
设备与风管的安装工作量大周期长
安装投产较快，介于集中式空调系统与单元式空调器之间
维护运行
空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护
布置分散维护管理不方便，水系统布置复杂、易漏水
温湿度控制
可以严格地控制室内温度和室内相对湿度
对室内温度要求严格时难于满足
空气过滤与净化
可以采用初效、中效和高效过滤器，满足室内空气清洁度的不同要求，采用喷水室时水与空气直接接触易受污染，须常换水
过滤性能差，室内清洁度要求较高时难于满足
消声与隔振
可以有效地采取消防和隔振措施
必须采用低噪声风机才能保证室内要求
风管互相串通
空调房间之间有风管连通，使各房间互相污染，当发生火灾时会通过风管迅速蔓延
各空调房间之间不会互相污染
表3.2风机盘管+新风系统的特点表[2]
优点
1）布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用
2）各空调房间互不干扰，可以独立地调节室温，并可随时根据需要开停机组,节省运行费用，灵活性大，节能效果好
3）与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间
4）机组部件多为装配式、定型化、规格化程度高，便于用户选择和安装
5）只需新风空调机房，机房面积小
6）使用季节长
7）各房间之间不会互相污染
缺点
1）对机组制作要求高，则维修工作量很大
2）机组剩余压头小室内气流分布受限制
3）分散布置敷设各中管线较麻烦，维修管理不方便
4）无法实现全年多工况节能运行调节
5）水系统复杂，易漏水
6）过滤性能差
适用性
适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多层的建筑物中,
需要增设空调的小面积多房间建筑室温需要进行个别调节的场合
表3.3风机盘管的新风供给方式表[1]
供给方式
示意图
特点
适用范围
房间缝隙自然渗入
1）无规律渗透风，室温不均匀
2）简单、方便
3）卫生条件差
4）初投资与运用费用低
5）机组承担新风负荷，长时间在湿工况下工作
1）人少，无正压要求，清洁度要求不高的空调房间
2）要求节省投资与运行费用的房间
3）新风系统布置有困难或旧有建筑改造
机组背面墙洞引入新风
1）新风口可调节，冬、夏季最小新风量；过渡季大新风量
2）随新风负荷变化，室内直接受影响
3）初投资与运行费节省
同上
房高为6m以下的建筑物
续表3.3
单设新风系统，独立供给室内
1）单设新风机组，可随室外气象变化进行调节，保证室内湿度与新风量要求
2）投资大
3）占有空间多
4）新风口尽量紧靠风机盘管，为佳
要求卫生条件严格和舒适的房间，目前最常采用此方式
单设新风系统供给风机盘管
1）单设新风机组，可随室外气象变化进行调节，保证室内湿度与新风量要求
2）投资大
3）新风按至风机盘管，与回风混合后进入室内，加大了风机风量，增加噪声
要求卫生条件严格的房间，目前较少采用此种方式
本设计为综合楼的空调系统设计，系统的选定应注意档次和安全的要求，按负担室内空调负荷所用的介质来分类可选择四种系统——全空气系统、空气—水系统、全水系统、冷剂系统。
全空气系统分一次回风式系统和二次回风式系统，该系统是全部由处理过的空气负担室内空调冷负荷和湿负荷；空气—水系统分为再热系统和诱导器系统并用、全新风系统和风机盘管机组系统并用；全水系统即为风机盘管机组系统，全部由水负担室内空调负荷，在注重室内空气品质的现代化建筑内一般不单独采用，而是与新风系统联合运用；冷剂系统分单元式空调器系统、窗式空调器系统、分体式空调器系统，它是由制冷系统蒸发器直接放于室内消除室内的余热和余湿。
对于较大型公共建筑，建筑内部的空气品质级别要求较高，全水系统和冷剂系统只能消除室内的余热和余湿，不能起到改善室内空气品质的作用，所以全水系统和冷剂系统在本次的建筑空调设计时不宜采用。
终上所述，拟采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。
而对于餐厅、办公区等空间较大、人员较多、温度和湿度允许值波动范围小的房间，拟采用全空气系统。
3.3方案的确定
该综合楼采用风机盘管加新风系统。
因为该综合楼房间类型繁多，各房间冷热负荷并不相同，可以个房间进行个别的调节。
每层设有新风机组，可以由同层的新风机组送入室内，和风机盘管一起满足室内的冷热负荷。
风机盘管空调方式，这种方式风管小，可以降低房间层高，但维修工作量大，如果水管漏水或冷水管保温不好而产生凝结水，对线槽内的电线或其它接近楼地面的电器设备是一个威胁，因此要求确保管道安装质量。
风机盘管加新风系统占空间少，使用也较灵活，但空调设备产生的振动和噪音问题需要采取切实措施予以解决。
对于该系统所存在的缺点，可在设计当中根据具体的问题予以解决和弥补。
对于空间较大的房间（比如办公区和餐厅）如果设置风机盘管水系统的话会用到较多的末端设备，造成投资上的浪费，因此此类房间采用全空气系统。
3.4风机盘管机组的结构和工作原理
风机盘管机组是空调机组的末端机组之一,就是将通风机、换热器及过滤器等组成一体的空气调节设备。
机组一般分为立式和卧式两种,可以按室内安装位置选定,同时根据室内装修要求可做成明装或暗装。
风机盘管通常与冷水机组（夏）或热水机组（冬）组成一个供冷或供热系统。
风机盘管是分散安装在每一个需要空调的房间内（如宾馆的客房、医院的病房、写字楼的各写字间等）。
风机盘管机组中风机不断循环所在房间内的空气和新风，使空气通过供冷水或供热水的换热器被冷却或加热，以保持房间内温度。
在风机吸风口外设有空气过滤器，用以过滤被吸入空气中的尘埃，一方面改善房间的卫生条件，另一方面也保护了换热器不被尘埃所堵塞。
换热器在夏季可以除去房间的湿气，维持房间的一定相对湿度。
换热器表面的凝结水滴入接水盘内，然后不断地被排入下水道中。
由于本系统采用风机盘管+新风系统，有独立的新风系统供给室内新风，即把新风处理到室内参数，不承担房间负荷。
这种方案既提高了该系统的调节和运转的灵活性，且进入风机盘管的供水温度可适当提高，水管结露现象可以得到改善。
第四章空调系统冷负荷计算
4.1冷负荷构成及计算原理
1）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：
LQ1=F·K·△t
W（4.1）
式中：
LQ1——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W；
F——外墙和屋面的面积，㎡；
K——外墙和屋面的传热系数，W/（㎡·℃）；
——计算时间，h；
——维护结构表面受到周期为24小时谐性温度波作用，温度波传到内表面的时间延迟，h；
-
——温度波的作用时间，即温度波作用于维护结构内表面的时间，h；
△t
——作用时刻下，维护结构的冷负荷计算温差，℃；
2）内墙,楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷
当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按如下传热公式计算：
LQ2=F·K·（tls-tn）W（4.2）
式中：
F——内维护结构的传热面积，m²；
K——内维护结构的传热系数，W/（m²·k）；
tn——夏季空调房间室内设计温度，℃；
tls——相邻非空调房间的平均计算温度，℃。
t'ls按下式计算
t'ls=t+tls℃（4.3）
式中：
t——夏季空调房间室外计算日平均温度，℃；
tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,当相邻散热量很少（如走廊）时,tls取3℃,；当相邻散热量在23～116W/m2时,tls取5℃。
3）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算：
LQ3=F.K.△t（4.4）
式中：
F——外玻璃窗面积，m²；
K——玻璃的传热系数，W/（m²·k）；
△t
——计算时刻的负荷温差，℃；
4）透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：
LQ4=F·CZ·
·
·
W（4.5）
式中：
F——玻璃窗的面积；
CZ——玻璃窗的综合遮挡系数CZ=Cs·Cn；
其中，Cs——玻璃窗的遮挡系数，本设计中，6mm厚吸热玻璃Cs=0.75；
Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数，本设计中，中间色活动百叶帘Cn=0.6；
——窗的有效面积系数；单层钢窗，双层钢窗0.75；单层木窗0.7，双层木窗0.6；
——地点修正系数，北京为1；
——计算时刻时，透过单层窗口面积的太阳辐射热形成的冷负荷，简称负荷强度，W/m
；
5）设备散热形成的冷负荷
设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：
LQ=QqCLQ（4.6）
式中：
LQ——设备和用具形成的冷负荷，W；
Qq——设备和用具的实际显热散热量，W；
CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数；
如果空调系统不连续运行，则CLQ＝1.0。
6）照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：
白炽灯：
LQ5=1000·N·CLQW（4.7）
荧光灯：
LQ5=1000·n1·n2·N·CLQW（4.8）
式中：
LQ5——灯具散热形成的冷负荷，W；
N——照明灯具所需功率，KW；
n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1＝1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1＝1.0；本设计取n1＝1.0；
n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热与顶棚内时，取n2＝0.5～0.8；而荧光灯罩无通风孔时,取n2＝0.6～0.8；本设计取n2＝0.6；
CLQ——照明散热冷负荷系数。
本设计照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率按照表2.3计算。
7）人体散热形成的冷负荷
人体散热引起的冷负荷计算式为：
LQ6＝qs·n·n’·CLQ+ql·n·n’W（4.9）
式中：
LQ6——人体散热形成的冷负荷，W；
qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；
n——室内全部人数；
n’——群集系数，办公楼群集系数为0.93；
CLQ——人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数。
8）新风冷负荷
目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则,各房间的新风量按表2.2选取。
夏季，空调新风冷负荷按下式计算：
CLW＝LW·（hW-hN）W（4.10）
式中:
CLW——夏季新风冷负荷，KW；
LW——新风量，kg/s；
hW——室外空气的焓值，kj/kg；
hN——室内空气的焓值，kj/kg。
具体计算见附表1。
4.2湿负荷人体散湿量
1）人体散热引起的冷负荷计算式为：
W（4.11）
式中：
——人体散热形成的冷负荷，W；
qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；
n——室内全部人数；
——群集系数，见附表【1】2-12；
Qc（r体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数。
2）人体散湿量可按下式计算：
D=n·n’·w·10-3kg/h（4.12）
式中：
D——人体散湿量，kg/h；
n’——群集系数，选取群集系数为0.93；
w——成年男子的小时散热量，kg/（h·p）；26℃时，极轻劳动成年男子的小时散热量为0.109kg/（h·p）。
各层房间负荷计算
具体计算见附表1。
第五章空调冷源的选择
5.1冷水机组的选型
冷水机组的选型
冷水机组是中央空调系统的心脏，正确选择冷水机组，不仅是工程设计成功的保证，同时对系统的运行也产生长期影响。
因此，冷水机组的选择是一项重要的工作。
（—）选择冷水机组的考虑因素：
1.建筑物的用途。
2.各类冷水机组的性能和特征。
3.当地水源（包括水量水温和水质）、电源和热源（包括热源种类、性质及品位）。
4.建筑物全年空调冷负荷（热负荷）的分布规律。
5.初投资和运行费用。
6.对氟利昂类制冷剂限用期限及使用替代制冷剂的可能性。
（二）冷水机组的选择注意事项：
在充分考虑上述几方面因素之后，选择冷水机组时，还应注意以下几点：
1．对大型集中空调系统的冷源，宜选用结构紧凑、占地面积小及压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器和自控元件等都组装在同一框架上的冷水机组。
对小型全空气调节系统，宜采用直接蒸发式压缩冷凝机组。
2．对有合适热源特别是有余热或废热等场所或电力缺乏的场所，宜采用吸收式冷水机组。
3．制冷机组一般以选用2～4台为宜，中小型规模宜选用2台，较大型可选用3台，特大型可选用4台。
机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。
同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案，以节约能耗。
并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。
选择活塞式冷水机组时，宜优先选用多机头自动联控的冷水机组。
4．选择电力驱动的冷水机组时，当单机空调制冷量φ＞1163kW时，宜选用离心式；φ＝582～1163kW时，宜选用离心式或螺杆式；φ＜582kW时，宜选用活塞式。
5．电力驱动的制冷机的制冷系数COP比吸收式制冷机的热力系数高，前者为后者的二倍以上。
能耗由低到高的顺序为：
离心式、螺杆式、活塞式、吸收式（国外机组螺杆式排在离心式之前）。
但各类机组各有其特点，应用其所长。
6．选择制冷机时应考虑其对环境的污染：
一是噪声与振动，要满足周围环境的要求；二是制冷剂CFCs对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小，特别要注意CFCs的禁用时间表。
在防止CFCs污染方向吸收式制冷机有着明显的优势。
7．无专用机房位置或空调改造加装工程可考虑选用模块式冷水机组。
5.2冷水泵的选择
5.2.1冷冻循环水泵的台数
1小型工程的两管制系统，可以用冷水泵兼作热水泵使用，但应校核冬季使用时水泵的流量、扬场和台数是否吻合。
大中型工程应分别设置冷、热水泵。
2一次泵的台数，应与冷水机组的台数一对一设置，一般不设备用泵。
3二次泵台数应根据冷水泵大小、各并联环路压力损失的差异程度、使用条件和调节要求，通过技术经济比较确定。
4热水泵应根据供热系统的规模和运行调节方式确定，不应少于两台，宜设备用泵、采用变频控制。
5.2.2循环水泵的流量
1一次冷水泵的流量，应为所对应冷水机组的冷水量；
2二次冷水泵的流量，应为按该区冷负荷综合最大值计算出的流量；
3计算水泵流量应附加5%～10%的裕量。
5.2.3冷水泵的扬程
1当采用闭式循环一次泵系统时，冷水泵扬程为管路、管件阻力、冷水机组的蒸发器和末端设备的表冷器阻力之和；
2当采用闭式循环二次泵系统时，一次冷水泵为一次管路、管件阻力、冷水机组的蒸发器阻力之和；二次泵扬程为二次管路、管件阻力及末端设备的表冷器阻力之和；
3当采用开式一次冷水系统时，冷水泵扬程除了第一点所讲的阻力外，还要加上从蓄冷水池的最低水位到末端设备之间的高差；
4当采用闭式循环系统时，热水泵的扬程为管路、管件阻力、热交换器阻力及末端的设备的空气加热器的阻力之和；
5所有系统的水泵扬程，均应对计算值附加5%～10%的裕量。
5.2.4空调冷水泵的选型
冷冻水泵的选择是根据冷冻水的流量和最不利环路的压力损失。
由估算法估算水路的阻力损失：
当L<200时,单位摩擦阻力损失取50mm水柱；
当60≤L≤200时,单位摩擦阻力损失取50≤R≤200mm水柱；
当L<60时，单位摩擦阻力损失取200mm水柱。
局部阻力按沿程阻力的两倍计算，按估算法可估算出水系统的阻力为18.1米水柱。
初选冷冻水泵台数为2台。
选择太平洋泵业集团有限公司生产的125-250（I）型水泵。
水泵性能参数：
表5.1水泵性能参数表
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
转速（r/min）
电机功率（KW）
必要气蚀余量
重量（kg）
125-250（I）
160
20
1450
15
2.3
30
风系统的设计
6.1气流组织
6.1.1气流组织要求见表6.1
6.1.2气流组织方式
1）侧面送风：
单侧上送下回或走廊回风
单侧上送上回
双侧上送下回
2）散流器送风：
散流器平送，下部回风
散流器下送，下部回风
送吸式散流器上送上回
3）孔板送风：
全面孔板下送，下部回风
局部孔板下送，下部回风
4）喷口送风：
上送下回，送回风口布置在同侧
5）条缝送风：
条缝型风口下送，下部回风
6）旋流风口送风：
上送下回
表6.1气流组织比较
空调
类型
室内温湿度参数
送风温差
（℃）
每小时换气次数
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