空调系统设计 毕业设计说明书本科学位论文.docx
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空调系统设计毕业设计说明书本科学位论文
毕业设计
题目武汉XX工商局大楼空调系统设计
学院名称城市建设学院
指导教师
职称
班级建环1201班
学号
学生姓名
2016年6月1日
摘要
本设计为武汉XX工商局大楼空调系统设计，该建筑系办公建筑，集对外办证、办公、会议为一体。
本栋楼地下一层，地上十二层，由裙楼和塔楼两部分组成。
地下一层主要为停车场、自行车车库、风机房、水泵房及配电机房，地上为办证大厅、会议室、办公室、接待室等。
屋顶设制冷供热机房。
本楼总建筑面积为8095.7m2，空调面积为6043.4m2，地上建筑总高47.4m，地下建筑总高-3.9m，夏季冷总负荷为940.3kW，冬季热负荷为802.2kW，夏季平均负荷指标为116.2W/m2，冬季平均负荷指标为99.1W/m2。
制冷机组选用螺杆式冷水机组一台，冷冻水泵，冷却水泵各两台，一用一备。
冬季供暖选用常压热水锅炉一台，热水泵两台，一用一备。
整个系统分为东西两个区，全楼水系统均采用闭式双管异程式。
根据各不同功能房间划分空调系统，办证大厅、会议室采用全空气一次回风系统，其他房间采用风机盘管加独立新风系统，新风处理到室内等焓点，气流组织采用侧送和上送上回方式。
卫生间设机械排风系统，地下室、冷热源机房设防排烟系统。
关键词：
办公建筑；负荷计算；空调设计。
ABSTRACT
ThisprojectionistheHVACdesignfortheWuHanTradeandIndustryBureaulocatedinHuBeiprovince,thearchitectureofofficeconstruction,whichismadeofonefloorsundergroundand12floors,isconsistsofskirtbuildingsandtowers.Onefloorundergroundisusedascarpark,bicyclepark,ventilatorroom,waterpumphouseandswitchroom.Twelvefloorsgroundisusedasrushhall,meetingroom,office,receptionroom.Thetopfloorsinthetowerismadeupofair-conditionedroom.
Thearchitecture,47.4mtallonthegroundand-3.9mhighunderground，has8095.7m2thatincludesareaof6043.4m2forairconditioning.Coolingloadinsummeris940.3KW,heatingloadis802.2KWinWinter.Averagecoolingloadis116.2W/m2,averageheatingloadis99.1W/m2.OnerefrigerationunitischosenfortheentirebuildingwithtwofrozenWaterpumpandcoolingWaterpump,oneoftwoisforacase.InWinter,heatingisobtainedbyboiler.TheWholesystemisdividedintotwoareas.WatersystemiscloseddoubletubeWiththedifferentprogramInthebuilding.Accordingtodifferentfunctionroom,therearetwodifferentairconditioningsystem.Rushhall,meetingroom,adoptsfullairprimaryreturnairsystem,howeverotherroomadoptfan-coilunitWithfreshairsystemindependentlyWherefreshairisabstractedintotheindoorenthalpylinepoints.Airfloworganizationincludingsidesentandceilingsent.Toiletsetmechanicalairexhaustsystem,smokecontrolsystemissentinthebasement,air-conditionedroom.
KeyWord:
Officebuilding;loadcalculation;airconditioningdesign.
第1章工程概况
1.1建筑概况
本建筑系办公建筑，位于湖北武汉，总建筑面积为8095.7m2，建筑总高47.4m。
地上12层，地下1层，其中地上裙房部分（共三层）层高4.5米，地上标准层部分高为3.6米，地下层高3.9米。
办公建筑地上一层进门处为内封闭式共享大厅（三层空高）以及办证大厅、办公室、接待室等区域组成；二层主要包括档案库、阅档室、会议室等功能；三层主要房间包括智能化中心、会议室、健身房等；四层至十一层主要包括行政办公、会议接待等功能；十二层主要为会议室及会议室附属机房、接待室休息厅等；地下一层包括停车库、配电房、水泵间、风机机房等附属机房；屋顶设有冷热源机房。
1.2室外空调计算参数
查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[1]附录A.室外空气计算参数得湖北武汉气象参数，详见表1-1。
表1-1湖北武汉室外空调计算参数
纬度
30°37´
夏季通风室外计算温度（℃）
32.0
经度
114°08´
夏季通风室外计算相对湿度（%）
67
夏季室外大气压力（Pa）
100210
夏季室外平均风速（m/s）
2.0
夏季空调室外计算干球温度（℃）
35.2
冬季空气调节室外计算温度（℃）
-2.6
夏季空调室外计算湿球温度（℃）
28.4
冬季空气调节室外计算相对湿度（%）
77
1.3建筑结构热工参数
建筑结构及门窗传热系数见表1-2。
表1-2建筑结构传热系数表
结构类型
传热系数W/（m2·K）
屋面
0.72
外墙1
0.91
外墙2
0.84
地面
3.13
外窗
6.4
外门
4.8
1.4室内空调设计参数
查《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力》[2]表1.2.2及《民用建筑空调设计》[3]表2-3、表2-8、表2-10可得室内空调设计参数、新风量，详见表1-3，人员、设备、照明密度详见表1-4。
表1-3夏/冬季空调室内设计参数
房间类型
夏季
冬季
新风量（m3/（p﹒h））
温度
（℃）
相对湿度
（%）
温度
（℃）
相对湿度
（%）
办证大厅、休息厅、共享大厅
26
65
17
50
30
办公室
26
55
20
45
30
接待室
26
55
20
50
30
会议室
26
55
17
50
25
活动室、健身房
26
55
20
50
30
更衣室
26
55
24
50
30
表1-4人员、照明、设备密度
房间功能
人员密度（m2/人）
照明密度（W/m2）
设备密度（W/m2）
办证大厅、休息厅
0.6
30
5
共享大厅
0.6
30
5
办公室
0.1
30
13
接待室
0.5
20
5
中会议室
0.33
30
5
大会议室
0.78
30
5
活动室、健身房
0.2
20
0
更衣室
0.2
20
0
第2章负荷计算
2.1冷负荷计算
2.1.1外墙和屋面逐时传热形成的冷负荷
外墙和屋面的逐时冷负荷按（2.1）式计算：
（2.1）
式中：
Qc（τ）
——
外墙屋面的逐时冷负荷，W;
A
——
外墙或屋面的面积，m2；
K
——
外墙与屋面的传热系数，W/（m2﹒℃）；
tR
——
室内计算温度，℃；
tc（τ）
——
外墙或屋面的逐时冷负荷计算温度，℃，可查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[1]附录H：
夏季空调冷负荷简化计算方法系数表，得逐时冷负荷计算温度值及地点修正值。
2.1.2内围护结构冷负荷
当邻室有一定的发热量时，通过空调房间的隔墙、楼板等内围护结构的温差传热而产生的冷负荷，可作为稳态传热计算，按式（2.2）计算：
（2.2）
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，℃
△ta
——
附加温升，℃
2.1.3外玻璃窗逐时传热形成的冷负荷
在室外温差下，通过外玻璃窗的传热形成冷负荷按式（2.3）计算：
（2.3）
式中：
Qc（τ）
——
外玻璃窗的逐时冷负荷，W;
AW
——
外窗玻璃传热系数，W/（m2﹒℃）；
kW
——
窗口面积，m2；
tc（τ）
——
外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，℃，可由《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）[1]表H.0.2典型城市外窗传热逐时冷负荷计算温度查得。
2.1.4透过玻璃窗的日射得热形成冷负荷的计算方法
透过玻璃窗的日射得热形成的逐时冷负荷按式（2.4）计算：
（2.4）
式中：
Qc（τ）
——
外玻璃窗的逐时冷负荷，W;
Ca
——
有效面积系数，双层钢窗有效系数取0.75；
CS
——
窗玻璃的遮阳系数，本设计中取0.86；
Ci
——
窗内遮阳设施的遮阳系数，本设计中取0.5；
Djmax
——
日射得热因素的最大值W/m2，根据不同朝向查《民用建筑空调设计》[3]表2-56；
CLQ
——
窗玻璃冷负荷系数，无因次，查《民用建筑空调设计》[3]表2-57～表2-60。
2.1.5室内热源散热引起的冷负荷
室内热源散热主要有室内设备散热、照明散热和人体散热三部分。
室内热源散热包括显热和潜热两部分。
潜热散热一般成为瞬时冷负荷，潜热散热中以对流形式散出的热量成为瞬时冷负荷，而以辐射形式散发的热量则被周围围护结构吸收，然后再缓慢释放散出，形成滞后冷负荷。
①人体散热形成的冷负荷
人体散热与年龄、性别、衣着、劳动强度及环境条件（温、湿度等）等多种
因素有关。
一般采用冷负荷系数进行计算。
人体显热散热引起的冷负荷计算式见式（2.5）：
（2.5）
式中：
Qc（τ）
——
人体显热散热形成的逐时冷负荷，W;
qs
——
不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，查《民用建筑空调设计》[3]表2-66不同室温和劳动性质的成年男子显热散湿量、潜热散热量、全热散热量和散湿量可得；
n
——
室内全部人数；
φ
——
群集系数，查《民用建筑空调设计》[3]表2-67空调建筑物内的群集系数可得；
CLQ
——
人体显热散热冷负荷系数，查《民用建筑空调设计》[3]表2-68可得。
人体潜热散热引起的冷负荷计算见（2.6）：
（2.6）
式中：
Qc（τ）
——
人体潜热散热形成的冷负荷，W；
q1
——
不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W；《民用建筑空调设计》[1]表2-66不同室温和劳动性质的成年男子显热散湿量、潜热散热量、全热散热量和散湿量可得；
n、φ
——
同式（2.5）；
②照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式不同，逐时冷负荷计算见（2.7）：
（2.7）
式中：
Qc（τ）
——
灯光散热形成的逐时冷负荷，W;
N
——
照明灯具所需功率，kW;
n1
——
镇流器消耗功率系数，当荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1=1.2；当安装荧光灯镇流器装在顶棚内时，取n1=1.0；
n2
——
灯罩隔热系数，当荧光灯罩上不穿有小孔。
课利用自然通风散热置于顶棚内，取n2=0.5～0.6；而荧光灯罩无通风孔则n2=0.6～0.8；
CLQ
——
照明散热冷负荷系数，计算时应注意其值为从开灯时刻算起到计算时刻的时间，查《民用建筑空调设计》[3]表2-65。
③设备散热形成的冷负荷
设备和用具显热形成的冷负荷可按式（2.8）计算：
（2.8）
式中：
Qc（τ）
——
设备和用具显热形成的冷负荷，W;
QS
——
设备和用具实际显热散热量，W;
CLQ
——
设备和用具显热散热冷负荷系数，可由《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[1]查得。
2.1.6新风负荷
夏季，空调新风负荷按式（2.9）计算：
（2.9）
式中：
Qc.o
——
夏季新风冷负荷，kW；
Mo
——
新风量，kg/s；
ho
——
室外空气焓值，kJ/kg；
hR
——
室内空气的焓值，kJ/kg。
2.1.7湿负荷
（1）人体散湿量
人体散湿量可按式（2.10）计算：
（2.10）
式中：
mw
——
人体散湿量，kg/h；
g
——
成年男子的小时散湿量，g/h；
n、φ
——
同式（2.5）；
（2）食物散湿量形成的冷负荷
本建筑不予考虑本部分。
2.2热负荷计算
对于一般的民用建筑空调房间，室内保持正压，不计门窗缝隙渗入室内冷风消耗的热量，冬季房间热负荷即指围护结构的耗热量。
采用简化计算的方式，参考《民用建筑空调设计》[3]。
2.2.1围护结构基本耗热量
围护结构基本耗热量按式（2.11）计算：
（2.11）
式中：
Q
——
围护结构的基本耗热量形成的热负荷，W；
α
——
围护结构的温差修正系数；
F
——
围护结构面积，
；
A
——
围护结构的传热系数，W/（m2·℃）；
tR
——
冬季采暖室内计算温度，℃；
tW
——
冬季采暖室外计算温度，℃。
2.2.2冬季新风负荷
冬季新风量仍以夏季设计的最小新风量为准，新风热负荷的计算公式按式（2.12）：
（2.12）
式中：
——
空调新风热负荷，kW；
cp
——
空气的定压比热，kJ/（kg﹒℃）取1.005kJ/（kg﹒℃）；
tR
——
冬季空调室外计算温度，℃；
to
——
冬季空调室内计算温度，℃。
2.3
典型房间负荷计算举例
以一楼101西办证大厅为例，其长宽如图2.1所示，高为4.5m。
空调面积为256.75m2，夏季室外设计温度为35.2℃，湿球温度为28.4℃，室内设计温度为26℃，相对湿度65%，冬季室内设计温度为17℃，相对湿度50%，其各项负荷计算详见附录1、附录2、附录3。
夏季新风负荷计算：
查焓湿图可知夏季室内空气焓值为58.9kJ/kg，室外空气焓值为图2.1101西办证大厅平面图92.2kJ/kg，且室内最小新风量为30m3/（人•h），新风量为30×26=780m3/h=0.26kg/s，根据式（2.9）计算新风负荷可知Qc.o=8658W。
由附录3可知办公室最大冷负荷出现在16点，其值为20273W，因此总冷负荷为28931W，单位面积冷负荷为112.68W/m2。
夏季室内湿负荷为mw=0.001×26×0.89=1.574kg/h。
冬季新风负荷计算：
根据式（2.13）计算新风负荷可知Qc.o=5120W。
并由附录4负荷汇总表可知冬季热负荷为15465.06W。
总的热负荷为20585.06W，单位面积热负荷为80.18W/m2。
2.4负荷汇总
全楼夏季最大冷负荷出现在15:
00时，为940.34kW，冬季热负荷为802.02kW，夏季平均负荷指标为116W/m2，冬季平均负荷指标为99W/m2，汇总表见附录4。
第3章冷热源设计
3.1负荷特点
本工程夏季24小时内冷负荷变化趋势如折线图3.1所示，最大冷负荷出现在15:
00时，为940.34kW，冬季热负荷为802.02kW，空调建筑面积为6043.4m2，夏季平均负荷指标为116W/m2，冬季平均负荷指标为99W/m2。
本栋办公建筑工作时间为夏季上午8:
00~12:
00，下午15:
00~18:
00，冬季上午8:
00~12:
00，下午14:
30~17:
30，会议室可能并不是全天开启，负荷变化范围在85%至100%之间，因而整栋建筑负荷在时间上可以基本是一致的，按照最大负荷计算值选择冷热源。
根据该建筑冷负荷分布特点，可选一台机组。
图3.1整栋楼负荷分布曲线
3.2空调冷热源方案比选
空调冷热源方案的选择，主要考虑因素有设备的初投资、运行费用、技术方案的可行性、机组的可调节性和可操作性、节能环保性等。
按实际情况可供选择的满足基本要求的冷热源方案及方案比较如下：
方案一：
溴化锂直燃机组
方案二：
螺杆冷水机组+燃气热水锅炉
方案三：
空气源热泵
初投资：
方案一初投资较高，方案三次之，方案二最少。
运行费用：
方案一适用于电价便宜的地区，此处运行费用较高，方案三次之，方案二最少。
可行性：
方案一采购方便，需有燃气供应；方案二适用于有燃气供应场所；方案三适于冬季温度零度以上地区，需考虑除霜问题。
可调可操作性：
方案一管理、操作复杂；方案二可调性良好；方案三利用电驱动，操作控制简便。
节能环保性：
方案一燃料燃烧排放烟气、省电不节能；方案二利用电驱动，同时燃料燃烧有烟气排放；方案三利用低品位能量，节能可持续。
综合考虑选择方案二作为冷热源。
3.3制冷机组选型
选用一台螺杆式冷水机组，其机组型号为：
LSBLG1050，机组其他具体参数如表3-1
表3-1螺杆式冷水机组参数表
制冷量
1044kw
输入功率
229kw
工作电压
400V
压缩机
型式
半封闭双螺杆压缩机
数量
2
蒸发器
型式
干式壳管式
水流量m³/h
179.5
水压降kpa
82
接管尺寸
DN200
冷凝器
型式
壳管式
水流量m³/h
218.9
水压降kpa
68
接管尺寸
DN125
外形尺寸mm
4220×1510×2150
3.4锅炉选型
本次采用燃气常压热水锅炉，选定CWNS1.05-60/50-QT锅炉一台，其他具体参数如表3-2
表3-2热水锅炉参数表
额定出水压力Mpa
0.0
天然气耗量Nm³/h
118.6
热功率Mpa
1.05
供气压力mmH2O
400-2000
额定进出口温度℃
6050
工作电压V
380
循环流量t/h
90
外形尺寸mm
4280×2085×2716
设计热效率%
90.5
进水口尺寸mm
DN125
锅炉净重t
5.8
出水口尺寸mm
DN125
锅炉水容量t
2.2
烟囱内径mm
φ273
第4章空调系统设计
4.1空调系统方案
本建筑主要的空调方式有全空气系统和风机盘管加独立新风系统，办公建筑空调房间多以单独办公室为主，建筑层高不高，各功能房间需要单独控制，办证大厅和会议室因人员较多、湿负荷较大，所以除办公室和会议室采用全空气系统以外，其余各房间采用风机盘管加独立新风系统。
全空气系统除湿、除热能力大、节省空间且在室内人员过多冷负荷较大时可以调节新风量，保持室内舒适环境，其次在过渡季节时可采用全新风运行，降低运行成本，风机盘管加独立新风系统，控制灵活，能根据用户的需求灵活控制风机盘管的启停，适用于功能房间比较多的建筑。
4.2风机盘管加独立新风系统处理计算
根据武汉气象参数和室内设计参数，确定室外状态点W和室内状态点N。
新风机组处理到与室内状态点N的等焓线和相对湿度为90%的交点L处。
通过ε线与相对湿度为90%的交点为送风状态点O。
最后根据L和O点确定风机盘管的处理状态点M。
夏季处理过程焓湿图如图4.1所示：
图4.1风机盘管加独立新风空气处理过程
4.2.1风机盘管选型
以202办公室为算例：
此房间夏季室内冷负荷最大值为Q=5748.1W，湿负荷为W=0.556g/s，室内空气参数tN=26℃，
；室外空气设计参数to=35.2℃，ts=28.4℃；房间所需新风量Mo=0.06kg/s。
1）计算热湿比及房间送风量
热湿比
（4.1）
在i-d图上根据及确定N点；过N点做ε线与
线相交，即得送风状态点O，则总送风量为：
（4.2）
2）计算风机盘管风量
（4.3）
3）确定M点
（4.4）
由连接L、O两点并延长与
相交得M点，
4）风机盘管供冷量
全冷量
（4.5）
显冷量
（4.6）
5）根据以上计算参数，选用麦克维尔FP-85型风机盘管机组2台，中档风量为697m³/h，全热4.635KW，显热3.345KW，可以满足条件。
4.2.2夏季风机盘管校核
以202办公室为例进行校核。
FP-85型风机盘管机组中档风量时全冷4635W，显热3345W，因此风机盘管处理过程的热湿比见式（4.7）：
（4.7）
式中：
SHF——风机盘管的平均显热比
风机盘管热湿比线见式（4.8）：
（4.8）
式中：
εFC——风机盘管的热湿比线
4.2.3冬季风机盘管校核
冬季风机盘管处理过程如图4.2所示：
图4.2冬季风机盘管加独立新风处理过程
点W为室外空气状态点，干球温度为-2.3℃，相对湿度77%，点N为室内状态点，点L为新风处理到室内设计温度状态点，点M为室内回风经风机盘管处理后的状态点，O点为处理后的新风与回风的混合点。
以101办证大厅为例，令冬季送风量等于夏季送风量，经校核计算，所选风机盘管的供热量能满足冬季供热需求。
4.3全空气处理系统
本次设计办证大厅、共享大厅及大会议室采用全空气露点送风系统，空气处理过程如图4.3：
图4.3一次回风全空气处理过程
以大会议室为例，室内全热冷负荷为87359.6W，湿负荷为17.3g/s，室内空气设计温度为26℃，相对湿度为65%，室外干球温度tW=35.2℃，湿球温度ts=28.4℃，房间新风量为4075m³/h，焓湿图如图4.3所示.
1）热湿比
（4.9）
2）在
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