南京市芙蓉国际商务会馆空调系统设计毕业论文设计.docx

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南京市芙蓉国际商务会馆空调系统设计毕业论文设计

毕业论文（设计）

题目：

南京市芙蓉国际商务会馆空调系统设计

2013年06月01日

摘要

本设计为南京市芙蓉国际商务会馆空调系统，设计内容包括负荷计算，空气处理方案的选择，空调末端设备选型，水管路和风管路系统的设计计算及附属设备的选型，并进行设计说明书的编制和施工图的绘制。

设计坚持可持续发展理论，树立了节约能源和全寿命周期成本分析的科学理念，从节能和环保出发，综合考虑建筑结构、使用要求、环境条件，在系统的选择、设备的选配及系统的运行控制等方面采取一定的节能措施，使系统在各种工况下均能高效节能运行。

根据节能设计标准要求，结合计算软件，采用冷负荷系数法对整个大楼的冷负荷进行逐时计算；分析负荷日变化和全年变化情况，通过多个方案的可行性论证和经济性比较，结合实际的能源政策，选用了水冷式螺杆机组的冷源运行策略。

空调系统采用风机盘管加独立新风的空气―水系统。

在设计计算的基础上，还进一步分析比较了不同建筑维护结构、设计参数、空调方案等对能耗的影响，提出空调系统各环节存在的问题及节能潜力。

关键词：

舒适性空调，可持续发展，建筑节能，室内空气品质

HVACdesignofNanjingFurongInternationalOceanStarSpa

Abstract

Thisdesignisabouttheconcertratedairconditioningsystemofsomeofficebuilding,includingaseriesofdesigncontentssuchascoolingloadcalculation,schemecomparision,selectingandcalculatingthewatersystemandventilationsystem,aswellasselectingairterminaldevicesandappurtenances,andworkingoutthedesigninstructionanddrawingtheconstructiondrawingsemployingCAD.Duringthedesign,Iadheretosustainabledevelopment,setascientificconcteptofresourcesandatotallifecyclecostanalysis.Basedontheenergyconservationandenvironmentalprotection,Iconsiderintergatedlyintothebuildingstructures,thefeatureofdemands,andtheenvironmentconditions.Someenergysavingmeasuresareadoptedduringthechoiceofsystemscheme,equipmentmatchingandoperationalcontroltoachievehighefficiencyinvariousoperatingconditions.Accordingtoenergy-efficientdesignstandards,thecoolingloadofthewholebuildingiscalculatedwiththeharmonicwavemethod,combiningtocomputersoftware.Watercooledscrewrodunitisusedtosupplythecooledairconditioningwater,whileusinggas-firedhotwaterboilderastheheatsource.Thisschemeisdeterminatedaccordingtothefeasibilityanalysisandeconomicalcomparisionofdifferentchoices,energypolicyect.Fancoilunitandtheindependentfreshairsystemisthemainchoiceinthedesign.Basedonthedesign,furthercomparativeanalysisofimpactofdifferentarchitecturalenvelopethermalcharacteristics,designparameters,airconditioningschemeontheenergyconsumption.Pointsouttheenergyconsumptionfearturesandthepotentialsofenergysaving.

Keywords:

comfortableairconditionsustainabledevelopmentbuildingenergyefficiencyindoorairquality

1.工程概况

1.1地理位置，功能和面积

本建筑为南京市芙蓉国际商务会馆，总建筑面积10886.4m2，总建筑高度为23.8m。

地下一层，地上六层。

地下一层有冷冻机房、空调机房、消防给水泵房、变配电间、停车库等，层高3.4m。

地上1〜3层为多功能综合场所，有办公室、商务中心、大堂、会议室、茶室、赞厅、厨房、棋牌室、桑拿房、包房等，层高4.5m。

4〜6为各类客房，层高3.3m。

本次设计主要是为该建筑布置暖通空调系统。

1.2周边资源和条件

①无城市热网，无可借用冷、热源。

②有自来水供应，夏季水温20

。

冬季手水温15

，水费为2.3元/t。

③电费为0.9元/kwh。

④有城市管道天然气供应系统，价格为2.2元/m³。

⑤有燃油供应，价格为2400元/t。

2.原始资料

2.1室外气象参数

地点：

南京

北纬31°14″〜32°37″，东经118°22″〜119°14″，海拔8.9m。

①夏季：

空调计算干球温度35

，湿球温度28.3

，空调室外计算门平均温度31.4

，最热月月平均相对湿度为0.65%，夏季平均风速为2.6m/s。

②冬季：

冬手空调计算干球温度-6

，相对況度0.73%，平均风速2.6m/s，冬季采暖计算温度为-3

。

2.2室内设计参数

空调房间设计参数如表3—1所示。

表3-1空调房间设计参数

季节

夏季

冬季

新风最

空调房间用途

干球温度

相对湿度

干球温度

相对湿度

（m2/人）

办公室

26〜28

〈65

18〜20

4.0

会议室

25〜27

〈65

16〜18

3.0

餐厅

24〜27

55〜65

18〜22

40〜50

1.5

KTV、棋牌室

25〜27

40〜60

18〜20

40〜50

2.0

包房

26〜28

45〜65

18〜20

2〜3人/室/SHINEI人7室

休息室、更衣室

26〜28

50〜65

16〜18

40〜50

2.3围护结构的热工参数

①主要建筑填充墙与屋面保温隔热材料均为加气混凝土砌块，两面抹石灰砂浆，部分填充墙为砖墙，两面抹石灰砂浆，外墙混凝土砌块厚δ=300mm，内墙有δ=240mm和δ=120mm两种，屋面δ=200mm。

外立面贴浅暖色面砖。

楼板δ=200mm，采用钢筋混凝土。

②裙房幕墙用隐框吸热双层玻璃，内设浅灰色活动百叶窗帘。

其他外窗及外门均为深褐色铝合金灰蓝色双层玻璃，外门窗高2m。

③吊顶为钢板喷洗吊顶，连同框架20mm厚。

④窗：

双层窗，3mm厚普通玻璃；金属窗框，80%玻璃。

3.负荷计算

3.1空调热负荷计算

冬季热负荷包括两项：

围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，围护结构的耗热量又可分为基本耗热量和附加耗热量。

3.1.1围护结构基本耗热量

计算方法按稳定传热计算，计算式如下：

Qj=AjKj（tR-tOW）a

式中Qj——j部分围护结构的基本耗热量，w；

Aj——j部分围护结构的表面积，m2；

Kj——j部分围护结构的传热系数，w/m2℃；

tR——冬季室内计算温度，℃；

tOW——冬季室外计算温度，℃；

a——围护结构的温差修正系数可根据不同围护结构及所处周边环境查相关规范得。

3.1.2围护结构的附加耗热量

①朝向修正率北、东北，西北朝向：

0〜10%；

东、西朝向：

-5%；

东南、西南朝向：

-10%〜-15%；

南向：

-15%〜30%。

②风力附加率在《采暖通风空调设计规范》中明确规定：

在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%〜10%。

③外门附加率

（查表）

④高度附加率由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热率加大。

因此规定：

当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4米时，每增加1米，附加率为2%。

3.1.3门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

《规范》推荐，对于高层和多层民用建筑，可按下式计算门窗缝隙渗入冷空气的耗热量：

Qi=0.278LlρaoCρ（tR-tow）m

式中Qi——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，w；

L——经第m门窗缝隙渗入室内的冷空气量m3/hm；

Kj——j部分围护结构的传热系数，w/m2℃，根据冬季室外平均风速；

l——门窗缝隙长度，m；

ρao——室外空气密度，kg/m3；

Cρ——空气定压比热，Cρ＝1kJ/kg℃；

m——冷风渗透量的朝向修正系数。

3．2空调冷负荷计算

目前，我国常用冷负荷系数法计算空调冷负荷。

3.2.1围护结构逐时传热形成的冷负荷

3.2.1.1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷

日射和室外气温综合作用下，外墙逐时传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

Qc（T）=AK（tc’（T）-tR）

式中A--外墙的计算面积，m2；

K--外墙的传热系数，w/（m2..℃）；

tR--室内计算温度，℃；

tc’（T）--外墙冷负荷计算温度，℃；

①内围护结构的冷负荷

当邻室有一定的发热量时，通过空调房间隔板、楼板、内窗、内门等内围护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作不随时间变化的稳定传热，按下式计算：

Qc（T）=Ki*Ai（to,m+△ta-tR）

式中Ai--内围护结构的面积,m2；

Ki--内围护结构的传热系数，w/（m2.℃）；

to,m--夏季空调室外计算日平均温度，℃；

△ta--附加温升。

②外玻璃窗逐时传热形成的冷负荷

在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

Qc（T）=Kw*Aw（tc（T）+△td-tR）

式中Aw--外窗的计算面积，m2；

Kw--玻璃窗的传热系数，w/（m2.℃）；

tR--室内计算温度，℃；

tc（T）--玻璃窗的冷负荷温度逐时值，℃；

△td--外窗冷负荷计算温度地点修正值，℃。

③地面传热形成的冷负荷

对于舒适性空调，夏季通过地面传热形成的冷负荷所占的比例很小，可以忽略不计。

3.2.2透过玻璃窗日射得热形成的冷负荷

Qc（T）=Ca*Cs*Ci*Aw*Djmax*ClQ

式中Ca--窗有效面积系数；

Aw--外窗的计算面积，m2；

Cs--窗玻璃遮阳系数；

Ci--窗内遮阳系数；

Djmax--日射得热因数最大值，w/m2；

ClQ--窗外冷负荷系数。

3.2.3室内热源散热引起的冷负荷

①设备散热引起的冷负荷

设备和用具显热散热形成的冷负荷可按下式计算：

Qc（T）=Qs*CLQ

式中Qs--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，机组不连续运行是取1.04。

②照明散热形成的冷负荷

白炽灯Qc（&）=1000*N*CLQ

荧光灯Qc（&）=1000*n1*n2*N*CLQ

式中N--照明灯具所需功率，w；

n1--镇流器消耗功率系数；

n2--灯罩隔热系数。

③人体散热形成的冷负荷

显热Q（&）=ql**n*CLQ*φ

式中ql--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；

φ--群集系数。

潜热Qc（&）=ql*n*φ

式中ql--不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，w；

n--室内全部人数；

φ--群集系数。

3.3负荷计算实例

以401客房为典型实例

围护结构基本耗热量

A=（4050+7200+2100）/1000*3.3=40.055m2

取K=1.2，tR=20℃，TOW=-6℃，a=1.0

Qj=AjKj（tR-tOW）a

=40.055*1.2*（20-（-6））*1.0

=1249.716

维护结构附加耗热量

朝向修正率取5%

风率附加率取8%

外门附加率取（65*4）%

高度附加率取2%

Q=1249.716*（1+5%+8%+（65*4）%+2%）=4754.6w

门窗缝隙渗入冷空气的耗热量

换气次数为0.5次/h

则L=0.5V=0.5*（8.1*8.3）=33.615m3/h

toh=-3℃

Qi=0.278LlρaoCρ（tR-tow）m

=0.278*33.615*1.29*（20+6）

=313.4302w

总耗热量Q=4848.9+313.4=5068w

外墙和屋面逐时传热形成的冷符荷

Qc（T）=AK（tc’（T）-tR）

=40.055*1.2*（37.9+2.1-35）

=240.33w

内维护结构的冷负荷

Qc（T）=Ki*Ai（to,m+△ta-tR）

=1.2*（40.055+9.3+3.3）*（35+5-26）

=1188.516w

透过玻璃窗日射得热形成的冷负荷

Qc（T）=Ca*Cs*Ci*Aw*Djmax*ClQ

=0.75*0.93*0.60*（2.1*2.8）*575*0.17

=240.5w

照明散热形成的冷负荷

白炽灯Qc（&）=1000*N*CLQ

=1000*40*0.97

=240.54w

荧光灯Qc（&）=1000*n1*n2*N*CLQ

=1000*1.2*0.5*40*0.97

=23280w

人体散热形成的冷负荷

显热Q（&）=ql**n*CLQ*φ

=65*2*0.97*0.93

=117.273w

潜热Qc（&）=ql*n*φ

=69*2*0.93

=128.34w

总冷负荷

Q=240.33+1188.516+240.54+38800+23280+117.27+128.34=63995w

4.空调方案

4.1空调方式

表4-1全空气系统与空气水系统的对比

全空气系统

空气-水系统

定义

室内负荷全部由经过处理的空气来承担的空调系统

由空气和水共同来承担空调房间冷热负荷的系统

优点

①有专门的过滤段，有较强的空气除湿能力和空气过滤能力；

②送风量人，换气充分，空气污染小；

③在春秋过渡季节可实现全新风运行，节约运行能耗；

④空调器机置于机房内，运转、维修容易，能进行完全的空气过滤；

⑤产生震动、噪声传播的问题较少。

①各个空调房间可以独立调节，互不干扰；

②新风的引入能很好的保证房间的卫生要求；

③管路系统占据的空间小。

缺点

①风道尺寸大，所占空间多；

②送风动力大，耗电量多年；

③空调机房较人，难以设置。

①夏季运行工况下系统的除湿能力小；

②冬季工况下无法对湿度进行控制。

要求设计的商务会馆，属于建筑层高较低的建筑物，空气调节房间较多、各房间的功能及使用时间差异较大，要求单独调节，从上面的分析可知，应优先采用空气-水系统，即风机盘管加独立新风系统。

空调方式：

空气-水系统（风机盘管加独立新风系统）

新风方式:

每层单独设置新风机组

送回风方式：

会议室、商业中心、茶室选择顶送上回的形式，其余选择侧送风的形式

4.2冷热源形式

①空调夏季集中冷源为设于地下室的两台螺杆式冷水机组，供回水温度为7/12℃，与其配合使用的冷冻水泵和冷却水泵各三台（其中一台备用）。

②空调冬季集中热源来自燃气锅炉，一次热水供回水温度为95/70℃，热交换后的二次供回水温度为60/50℃，热交换间设于地下室，内设热水循环泵三台（其中一台备用）。

③空调夏季总冷负荷为987.2kw，冷指标为156.6w/m2。

④空调冬季总热负荷为694.8kw，热指标为110.2w/m2。

4.3输配系统形式

本系统中从冷水机组制得的冷冻水或从锅炉制得的热水从地下室引出的三根立管送至各个楼层的新风机组及各个房间的风机盘管，采取垂直异程水平异程的形式。

在每个楼层单独设置新风机组，并将处理好的新风与风机盘管处理的回风并联送入房间。

4.4末端形式及选型

4.4.1风机盘管的选型

按风量选，校核冷量。

以四层客房401为例，房间不含新风负荷时冷量为Q=3.241kw，湿负荷M=1.056kg/h；新风负荷为1.466KJ/kg；室内空气计算温度tn=25℃，相对湿度为60％；室外干球温度tw=35℃，相对湿度为85％，该房间室内人员2人。

其焓湿图如下，查焓湿图可得：

iw=114.3kJ/kgiN=56kJ/kgiL=56KJ/kg

①热湿比ε=Qc/Mw=3.241×3600/1.056=11048.86KJ/kg

从N点做ε线与相对湿度95%线相交的点就为O点，iO=44.7kJ/kg

②送风量G=Qc/（iN-io）=3.241/（56-44.7）=0.287kg/s（861m3/h）

③风机盘管风量Gf=G-Gw=0.287-3.241/（114.3-44.7）=0.24kg/s（720m3/h）

④确定P点LPO/OL=Gw/Gf=（iLP-io）/（io-iL）iLP=42.49KJ/kg

⑤盘管供冷量QT=Gf（iN-iLP）=0.24×（56-42.49）=3.24kw

Gf=1.15×1.1×720=910.8m3/h

其中1.15为风量放大系数，在1.05-1.15之间；1.1为风机盘管湿工况积尘系数；

因为风机盘管只担负室内负荷，新风承担新风负荷，所以由冷量Q=1.15×3.241=3.727kw，风量G=910.8m3/h，选风机盘管型号，当风量和冷量不匹配，且实际焓降＜名义焓降时，选型时按风量优先，得其型号为FSFP85，中速名义冷量4.835kw,风量910.8m3/h。

⑥校核

校核冷量：

Qf=G（iN-iLP）=861×1.2×（56-42.49）/3600=3.88kw，机组的显冷量能满足要求，并且还有一部分富裕量。

所以选择此风机盘管，其主要参数如下:

风量910.8ｍ/h供冷量4.835kw供热量8.21kw

实际承担负荷4.717kw水阻力27.1Kpa送风机数量1

⑦选型汇总其他房间的风机盘管选型见附表2。

4.4.2风机盘管的布置

风机盘管的布置与空调房间的使用性质和建筑形式有关，对于一般较小房间布置在进门的顶棚内，采用卧式暗装的形式。

风机盘管机组空调系统的新风供给方式采用由独立新风系统供给室内新风，经过处理后的新风从总进风管通过支管送入各个房间。

单独设置的新风机组，可随室外空气状态参数的变化进行调节，保证了室内空气参数的稳定，房间新风全年都可以得到保证。

风机盘管机组的供水系统采用双管系统。

4.4.3新风机组的选型

4.4.3.1选型原则

①按风量选，校核冷量（新风冷量）；

②按冷量选，校核风量。

工况不一致时可进行修正。

4.4.3.2选型计算

以会馆四层为例：

总冷负荷Q=66.282kw，总湿负荷Wm=15.242kg/h，总新风负荷Qw=21.987kw，室内设计参数tn=25℃，φ=60，室外设计参数tw=35℃，φ=85。

有焓湿图iN=56kj/kg，iw=114.3kj/kg

①热湿比ε=Qc/Mw=66.282×3600/15.2=15698.4

O点的确定，从N点做ε线与95%线相交的点就为O点，iO=48kJ/kg

②送风量G=Qc/（in-iL）=66.282/（56-48）=8.3kg/s

新风量Gw=m×人数=30×45=1350m3/h

③系统所需冷量Qo=G（iw-iL）=0.32×（114.3-48）=21.2kw

按冷量选型，校核冷量，总冷量66.282kw，G=66.282×1.1=72.910kw，其中1.1为冷量放大系数。

初选型号为FSWDO5B-II新风机组，额定冷量76420w，额定风量5000m3/h。

校核风量：

5000m3/h》1350m3/h，满足该层的负荷要求，并且还有一部分富裕量。

所以选择该机组，同理得另一机组型号。

具体参数见下。

5.气流组织设计

5.1散流器送风

选择散流器时，应选扩散较大的，散流器之间的间距包括对角斜向间距在内，在3〜6m之间，与墙的距离不宜超过1m。

考虑到房间的结构类型，初选散流器为方形片式，送风气流流型为下送。

以一层茶室为例对散流器进行选型计算：

房间总面积410m2，净高4.5m，送风量为6.9m3/h，

布置散流器，共布置16个散流器，每个散流器承担5.06×5.06m2的送风任务。

初选散流器，按v=3m/s左右选取风口，选用颈部尺寸为320mm×200mm的方形散流器，颈部面积为0.064m2。

则颈部风速为v=6.9/（5×0.36）=3.83m/s散流器实际出口面积约为颈部面积的90%，即A=0.034×0.9=0.324m/s。

散流器出口风速v’=3.5/0.9=3.89m/s按式求射程末端速度为0.5m/s的射程，即

x=KvA/v-x0=1.4*3.89*0.324.0.5-0.07=6.13m

按式计算室内平均风速vm=0.366m/s

所选散流器符合要求。

5.2侧送风

风机盘管加独立新风系统使风机盘管暗装于天花板，采用上侧送风，上部回风的形式。

其送风简图如下：

四层到六层的包房，房间尺寸为：

长L5.5m，宽3.8m，高H3.3m；室内空调系统为风机盘管加新风独立送风系统，其安装的风机盘管为FSFP85型，风量2420m3/h，即0.672m3/S；新风量为90m3/h。

新风作为辅助送风，为简化计算，可忽略新风对气流的影响，因此只需对风机盘管送风的气流组织进行计算。

1）设Δtx=1℃，Δts=6℃，因此Δtx/Δts=1/6=0.167。

查表得射流最小相对射程x/d0=2.8。

2）设在墙一侧靠顶棚安装风管，风口离墙为2.3m，射流末端离墙0