完整版暖通空调专业毕业设计.docx
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第1章绪论
中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段，人们对生活环境的要求也越来越高，而生活环境最主要的就是居住环境，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展。
从发展趋势上看小型中央空调将成为住宅、办公室空调的主流产品。
因此中国市场发展前景非常诱人。
1.1家用小型中央空调的发展现状
一个国家家用空调的发展是与该国的地理气候条件、经济发展水平、人民生活水准、居住住宅形式以及社会人文环境等因素密切相关的，脱离了这些因素来谈家用空调的发展是不现实的。
同样，分析家用小型中央空调的发展也离不开这些因素。
一般而言，常见的住宅可以分为公寓型住宅和别墅型住宅。
以下将分别结合这两种典型住宅的特点，结合各个国家的不同特点，对外国和中国的家用小型中央空调的发展现状进行分析。
1.2外国家用小型中央空调发展现状
美国的家用小型中央空调普及率较高，这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的。
美国是世界第一经济大国，人民生活水准较高，对居住的舒适性要求也较高，这些都促进了该国家用小型中央空调的普及使用。
美国的别墅型住宅具有宽敞、高大的特点，通常由中、高收入的家庭居住。
由于其层高较大，具有足够的建筑空间用于布置风道，因此在美国，风管式系统在家用小型中央空调中所占的比重相当大。
同时，由于美国居民对家用空调舒适性的要求较高，因此多采用有新风的风管式系统。
目前，美国风管式系统的年产量约为600万台年，占其家用空调产量的一半左右。
美国的公寓型住宅适合于中、低收入的人群居住，其消费水平偏低，其家用空调的型式以窗式空调器为主，也有采用小区供冷热水的，一般不使用家用小型中央空调。
目前美国窗式空调器年产量约为600万台年，占其家用空调产量的一半左右。
日本的家用空调走的是一条"氟系统"为主的发展道路，从窗式空调器到定速分体式空调器，再到变频分体式空调器。
同样，日本的家用小型中央空调也以冷剂式空调即VRV（VariedRefrigerantVolume）系统（包括一拖多）为主。
在世界冷剂式空调行业中，在二十世纪九十年代以前，60％的市场被日本所占有，并且在设备开发和控制技术上都处于世界最前沿。
同时，日本国土面积小而人口众多，人口密度非常大，其住宅多属于高密度住宅，建筑结构较为紧凑。
而且日本是个国内资源匮乏的国家，其能源消耗主要依赖于从国外进口，因此该国非常强调节能。
家用空调作为能源消耗大户，其节能技术的开发尤其受到重视。
以上这些因素决定了日本家用小型中央空调的型式以VRV系统为主。
此外，在日本，对于别墅住宅，有采用冷热水机组的，在这种系统中，室内末端装置多采用落地式风机盘管，当采用吊顶式风机盘管。
1.3中国家用小型中央空调发展现状
1.3.1中国家用小型中央空调发展情况与国外的对比
从二十世纪九十年代后期开始，我国逐渐开始对家用小型中央空调进行研究和应用。
相对于美国和日本，我国在这方面的研究起步较晚，但发展较快。
目前，我国家用小型中央空调的年产量约为10万台年，数目虽然不大，但增长速度较快。
与美国和日本选择的家用小型中央空调发展道路不同，我国的家用小型中央空调主要发展的是冷热水机组的型式，目前其产量占我国家用小型中央空调总量的70%以上。
此外也有风管式系统，但其数量比冷热水机组少得多，VRV系统的数量就更少,冷热水机组的优势有如下几个方面：
（1）冷热水机组的室外主机实际上就是一个风冷热泵装置，室内末端是风机盘管。
而目前我国的风冷热泵技术经过多年的探索和研究，已经基本成熟。
而在风机盘管技术上我国目前已经处于世界领先水平。
因此我国发展冷热水机组有技术上的保证。
（2）冷热水机组不需要占用太多建筑层高，在住宅内布置较为方便，且施工简单，安装费用低。
而风管式系统的设置需与建筑结构相配合，占用建筑空间大，且施工不方便。
对于VRV系统，目前国内在此领域的技术尚不成熟，还存在流量控制问题、管道材质问题、现场焊接问题、管道施工问题等需进一步研究和完善的方面。
且VRV系统的初投资太高，限制了它的推广。
（3）从舒适性的角度考虑，风管式系统由于调风调温的问题解决得不好，无法同时满足多个空调房间不同的空调负荷需求。
而冷热水机组则可以很方便地进行各房间的独立控制和调节，同时也能达到节能的目的。
从以上的分析可以看出我国家用小型中央空调发展现状。
所以本设计采用冷热水机组实现房间制冷。
1.3.2中国小型中央空调发展前景
中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段，人们对生活环境的要求也越来越高，而生活环境最主要的就是居住环境，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展，特别是在“非典”之后，人们对室内空气品质（IAQ）有了更深刻的认识，室内空气的好坏直接影响到人们的健康，原来使用的空调技术已经不能满足人们的要求，对环境的需求意识已经不是简单的冷热意识，而是趋向于健康化、卫生化的需求。
因此采用更先进的空气调节方法提高空气品质满足人们的要求成了当前制冷行业发展的热点和重点之一。
另外一方面，从2001年至今，电力紧缺的问题一直困扰着我们，电厂的发展又不能盲目的增加发电量，或者增建新的电厂，必须依靠宏观的发展才能不至于发生电力过剩的尴尬局面，而且电厂发电对环境的污染也会随着电厂的增加而增加，在这种情况下，空调作为用电大户，充分利用现有的自然能，如太阳能、地热能、生活垃圾等可利用的能量资源既减轻了当前电力的负担，又增加了空调的环保能力，因此，利用自然资源，保护环境也成了当前各国空调制冷行业的研究方向。
当前空调行业的已经在这些方面有了一定的进步，许多节能性空调如变频空调正越多的得到使用，而在中央空调方面，溴化锂双吸收式制冷等保护环境的制冷剂设备也发展的越来越快。
热泵技术的使用既有效利用了自然能源，节省了能量，同时又保护了环境。
1.3.3中国小型中央空调的优势
小型中央空调一般指可满足各种户型60～600m带有集中冷热源的空调形式，现被广泛应用多个房间的要求。
外国目前普及率已达到50%以上而我国普及率1%还不到。
从发展趋势上看小型中央空调将成为住宅、办公室空调的主流产品。
因此中国市场发展前景非常诱人。
由于目前中国仍存在用电紧张现象，因此国人更加关注节能，使数码涡旋压缩技术受到推崇的主要原因就是它节能的技术优势。
我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类,家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。
目前,市场出售的两类空调都有其局限性:
一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑则采用中央空调。
但是随着社会经济的不断发展与进步,居民居住的面积也越来越大,对室内空气品质的要求也越来越高。
例如:
一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间,原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制；虽然有些空调器生产厂家加装了排气扇,但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。
而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小,一次性投资较大,只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。
为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。
通过分析得出小型中央空调的以下优点:
（1）室内末端装置可采用多种方式安装如:
暗藏、半暗藏、明装等方式,适宜配合室内装修,尤其适合高档装修。
（2）户式中央空调系统是小型化的中央空调系统,可满足用户多居室需求,以家庭为单元,可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。
（3）由于主机由微电脑控制,在室内可完成全部操作,且操作简便；采用先进的电子控制技术系统可根据实际负荷自动化运行,节约能源及运行费用。
（4）由于小型空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离,这样就保证了宁静的家居环境；符合空调低噪声的发展趋势。
1.3.4小型中央空调系统的特点
所谓小型数码多联中央空调系统是指由采用了数码宽度脉冲调节控制技术的变容量涡旋压缩机的空调室外机与多台可单独控制调节的空调室内机组成，是新一代模块化、集约化的多联机系统，由于其安装维护的简便性，灵活性使其更能满足空调市场的需求。
由于小型空调系统的主要运行范围在50-75%之间，这个范围的能效值将直接影响到整个系统的能效，从测试结果看：
以为例多联机系统在这个范围内比其他竞争者高出40%，别墅数码空调与其他空调运行费用的比较见表1-1运行费用比较：
表1-1运行费用比较
区分
小型别墅中央空调
水冷机式
可变风量系统
能耗
44.2x0.8
43x1.0
52.5x1.0
月耗
12906
15695
19162
半年耗
77436
94170
114972
1年耗
5575
6780
8275
3年耗
16726
20340
24833
5年耗
27877
33900
41839
比较结果
100%
121%
148%
别墅数码空调能效比消耗见表1-2：
表1-2别墅数码空调能效比消耗
负荷％
COP
负载因子
平均COP
负载因子差量
COP消耗
100
3.071
1
3.45
0.1
0.345
75
3.83
0.9
3.904
0.5
1.952
50
3.979
0.4
3.308
0.3
0.993
25
2.683
0.1
2.638
0.1
0.264
中国的能效标准见表1-3：
表1-3中国的能效标准
额定冷量（W）
COP
额定冷量<28000
3.00
2.95
>84000
2.95
从图表中不难看出在效能比、制冷能力和节电方面、数码涡旋机组均占有一定的优势，它能减少高峰负荷能量消耗，节约能源。
这对于电能供需矛盾日益突出的中国来讲，极具吸引户别墅码中央空调还具有如下特点：
a.灵活组合，整个组合系统采用集散控制，各个实际能量需要小。
b.机组采用独立制冷系统，在不同季节和气温下可以自动调整负荷，保证运行在节能状态，数码涡旋提供的无级容量输出。
c.保证了房间温度的控制精度在±0.5℃，让使用者在最舒适的空调环境下工作。
因此本设计，采用了水源热泵空调系统、风机盘管系统对建筑环境进行调节。
首先使用水源热泵充分利用了地热资源，并且对环境没有污染；消除了由于使用空调而产生的室内环境循环被污染的现象。
以上两个技术在国内尚处于开始发展阶段，并且发展潜力很大。
因此夏天我们采用比较成熟的风机盘管制冷，回收室内风的同时补入新风，并且过滤处理新风，对室内环境同样起到了较好的控制。
第2章建筑信息
本建筑是郑州市一座2层高的别墅，建筑占地面积为125平方米，室内的房间多为卧室，房间疏散。
2.1建筑概述
本建筑是一座家用别墅，所在地郑州市，房间总面积约260平方米。
共二层，主要房间有客厅、二楼小客厅、主卧室、客卧、厨房、卫生间等，层高3.5m，窗高2m、门高2.5m，空调面积为约230平方米。
2.2地理位置
河南省郑州市
东经：
34.43北纬：
113.39
海拔：
110.4m年平均温度：
14.2℃
2.3大气参数
2.3.1室外计算参数
夏季大气压:
1004.50kPa
夏季室外计算干球温度:
35.6℃
夏季空调日平均:
30.8℃
夏季计算日较差:
9.2℃
夏季室外湿球温度:
27.40℃
夏季室外平均风速:
3.0ms
2.3.2室内计算参数
房间用途：
居住用房
设计温度：
25℃
相对湿度：
60%
人员密度：
0.05pm2
室内风速：
≤0.25ms
噪声级别：
≤40dB
空气中含尘量：
0.30mgm³
2.4建筑围护结构信息
外墙：
属Ⅱ型的墙体，厚度为370mm的砖墙，墙外表面为浅赭色喷浆，内表面为厚100mm的泡沫混凝土保温层，木丝板和白灰粉刷加油漆。
传热系数为1.5W（m2·K）。
内墙：
属Ⅲ型的墙体，墙体中间层为240mm厚的砖墙，内外各为20mm厚的白灰粉刷，墙体总厚度为260mm，传热系数K=1.5Wm2·K。
外窗：
玻璃为双层标准玻璃朔钢窗,当аn=8.7Wm2·K，аw=18.6Wm2·K时,传热系数K=3.5Wm2·K，窗内装浅蓝布帘，遮阳系数Cn=0.6。
屋面：
属Ⅲ型屋面，传热系数K=0.72Wm2·K。
楼板：
楼板传热系数K=1.5Wm2·K。
照明、设备：
照明为暗装荧光灯，散流器设置在顶棚内，荧光灯罩
通风孔，功率为25wm²。
设备主要为300w计算机、80w电视机，2000w
电磁罩等。
空调使用时间：
假设家里有老人和孩子，空调每天使用10小时，即8：
00～18：
00。
2.5动力资料
水源：
地下水
电源：
220380V
第3章空调方式方案选择
本建筑是郑州市一座2层高的别墅，建筑占地面积为125平方米，室内的房间多为卧室，房间疏散。
因此，本设计采用定风量全空气系统。
此系统相对简单，施工方便，维护容易。
本设计采用上送侧回式的气流组织形式。
3.1方案比较
（1）直接蒸发机组系统：
这种系统将制冷系统的蒸发器直接在室内来吸收余热余湿。
这种系统常用分散安装的局部空调机组，制冷机管道不变长距离输送，不宜作为集中式空调系统来使用，另外这种系统对制冷机有一定要求，需要防止渗漏产生的污染，且设备耗电大。
（2）中控制空调系统：
这种系统是将空气通过空气处理设备（过滤，加热，加湿设备和风机等）处理后，经风管送到各方间。
处理过程复杂，耗电量大。
空气处理设备集中设置，因此主机房占地面积较大，对于不设有地下室的别墅使用显然不太方便。
（3）水源热泵空调系统：
以地表水或地下水为冷热源，通过热交换对建筑进行空气调节。
该系统利用了地球表面浅层的地热资源，冬季通过热泵将水中的地位热能提高品位，对建筑供暖；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温。
水源热泵系统简单，耗电量小。
水源热泵系统是一种有效利用低位热能的节能技术。
这里就以上三种方案在某些方面进行比较，如下表3-1。
3.2方案的选择
该建筑设计原则是环保、节能，根据以上比较，选择水源热泵空调系统对建筑进行空气调节。
3.2.1空调末端系统方案
为了创造较舒适健康的人居环境，夏天则采用传统的风机盘管换热系统，两个系统互相独立，季节性交替使用。
下面就末端水系统和风系统分别叙述方案。
（1）空调末端水系统
表3-1三种方案的优缺点
直接蒸发机组系统
集中控制空调系统
水源热泵空调系统
系统简单，各自独立，需独立设计安装
系统设计复杂，设计周期长
不需要复杂设计，设计周期短
制冷剂管需绝热材料保温，增加额外投资
系统水管需绝热材料保温，增加额外投资
系统水管不需保温，安装简易经济
各个独立的系统互不干扰，但安装周期大
主机房占地面积较大，机房土建投资和机房设备安装投资较大，机心土建投资较大
免机房，需提供地下水资源，水泵放置场所，节省了主机占地面积
制冷剂储能，成本大
同一系统内不能同时满足供暖和制冷的不同要求，季节交替时需一次性转换制冷或供热。
当只有部分空调使用时，浪费大量能源
水流储能，冷暖采用同一能源，可满足用户不同要求同一系统内，用户可根据需要随意选择制冷或供热，大大节省使用成本
费用计量按使用的电量记取
费用不易计算，无论用户用否或用多用少，费用一样支付
可独立装表计量，用户根据使用空调时间的长短计费
维修需专门人员，也需要专门设备，费用高
需专门技术人员维护和保养，手续费用较高。
机组昂贵，费用高
系统简单，只需一般技术人员即可应付自如。
维修简易，费用低廉
单机人为简单控制，不适合于中央楼宇的使用
能进行智能化控制，但主机和末端制点多，系统复杂，工程量大
机组均有智能接口，能进行智能化控制。
控制简单
1）室外水路系统采用潜水泵水井供水，供水跟部分回水混合达到一定的温度后送入热泵，回水部分送回地下回灌井。
2）室内部分
夏季采用风机盘管，热泵处理后的水送入风机盘管，对混合后的空气进行换热后，返回热泵继续处理，循环水系统设有膨胀水箱。
（2）空调末端风系统
本设计夏季采用风机盘管系统，本设计采用机械排风装置，在人员集中的卧室、客厅安装排风装置，如主卧、老人房、儿童房等安装排风扇。
排风量为新风量的90％，其他10％可以通过门窗渗透补充排风。
小面积、新风量少的房间只需设置排风扇排风。
由于是别墅型房屋，房间面积都不大，所以，不需要采用排风管道，仅需设置排风扇排风。
3.3自动控制系统
（1）区域温度控制：
通过室内温度控制器来控制空调机组供水温度。
（2）空调机组控制：
通过空调机组面板上的控制器切换制冷、制热工况。
空调系统设有远程控制器，可通过电话控制空调系统的启动。
3.4环保节能措施
室外环境保护与节能措施：
1）水源热泵系统采用闭式环路，节约自来水，并且对地下水没有污染。
2）水源热泵机组供热制冷COP值高，高效节能。
第4章负荷计算以及数据汇总
目前国内采用较多的是冷负荷系数法，适用于计算民用和公用建筑物及类似的工业建筑物。
4.1负荷计算特点
空调冷负荷计算采用冷负荷系数法，适用于计算民用和公用建筑物及类似的工业建筑物空调工程设计冷负荷。
a）通过维护结构传入室内的热量；
b）透过外窗、天窗进入室内的太阳辐射热量；
c）人体散热量；
d）照明、设备等室内热源的散热量；
4.2冷负荷系数法公式
维护结构的冷负荷的计算方法有许多种,目前国内采用较多的是冷负荷系数法。
对墙体、外窗、屋顶，得热引起的冷负荷逐时进行计算,而对内墙、楼板、地面得热引起的冷负荷及人体散热和设备散热引起的冷负荷均按稳定传热计算。
最后把各项冷负荷计算结果逐时累加,求出冷负荷最大值及发生时间。
a）墙体、屋顶、外窗，传热得热引起的冷负荷计算：
冷负荷=传热系数×传热面积×[（冷负荷逐时计算温度+本地修正值）-室内设计温度]
b）外窗辐射得热引起的冷负荷计算公式：
冷负荷=窗户面积×日射得热因子的最大值×冷负荷系数×窗户有效面积系数×窗户内遮阳系数×窗玻璃修正系数
c）内墙、楼板等内围护结构稳定传热引起的冷负荷计算公式：
冷负荷=传热系数×传热面积×（夏季空调室外计算平均温度+邻室计算温差-室内计算温度）
舒适性空调房间夏季地面冷负荷一般不计算，对于工艺性空调房间：
地面冷负荷=传热系数×有效传热面积×计算温差
式中：
非保温地面的传热系数一般取0.47W（m2·℃）；有效传热面积指距外墙2.0m以内的地面面积。
计算温差=夏季空调室外计算日平均温度–室内设计温度。
d）人体散热引进的冷负荷计算公式：
冷负荷=人数×群集系数×成年男子的全热散热量
湿负荷=人数×群集系数×成年男子的散湿量
e）设备散热冷负荷计算公式：
冷负荷=设备功率（W）×1000
湿负荷=设备散湿量（kg]
式中:
Qc,τ——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（㎡·℃）
tn——室内计算温度,℃；
td——地区修正系数,℃;
ka——不同外表面换热系数修正系数
kp——不同外表面的颜色系数修正系数由于αw、αn、ρ都采用北京地区特定条件,则有：
Kα=1.0Kρ=1.0
由文献[7]查得附录E表E-5，郑州地区南向的地点修正td=0.8℃。
由文献[7]查得附录E表E-3可得8—18时的冷负荷计算温度tc,τ值，代入外墙计算式即可计算出修正后的外墙瞬时冷负荷计算温度tˊL,τ和外墙瞬时冷负荷Qc,τ。
以一层101房间为例计算结果见下表4-1：
F=0.6*3.5*2+4.3*3.5-2.8*2+1.2*3.5*2-0.8*2*2+1.8*3.5-1.2*2+1.2*3.5=26.9㎡
表4-1一层101室南外墙冷负荷
南外墙
时间
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
tL,τ
34.6
34.2
33.9
33.5
33.2
32.9
32.8
32.9
33.1
33.4
33.9
td
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
tL,τˊ
35.4
35
34.7
34.3
34
33.7
33.6
33.7
33.9
34.2
34.7
tL,τˊ-tn
10.4
10
9.7
9.3
9
8.7
8.6
8.7
8.9
9.2
9.7
Ｋ
1.5
F（m2）
26.95
QC,τ（W）
420.42
404.25
392.12
375.95
363.83
351.70
347.66
351.70
359.78
371.91
392.12
同理可计算出其它外墙冷负荷。
其它外墙计算方法同上，不做详细表述，结果见下表4-2：
表4-2一层101室西、北、东外墙冷负荷
西
外
墙
时间
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
tL,τ
37.8
37.3
36.8
36.3
35.9
35.3
35.2
34.9
34.8
34.8
34.9
td
1.3
tL,τˊ
39.1
38.6
38.1
37.6
37.2
36.6
36.5
36.2
36.1
36.1
36.2
tL,τˊ-tn
14.1
13.6
13.1
12.6
12.2
11.6
11.5
11.2
11.1
11.1
11.2
Ｋ
1.5
F（m2）
2.1
QC,τ（W）
44.42
42.84
41.27
39.69
38.43
36.54
36.23
35.28
34.97
34.97
35.28
北
外
墙
时间
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
tL,τ
32.3
32.1
31.8
31.6
31.4
31.3
31.2
31.2
31.3
31.4
31.6
td
2.1
tL,τˊ
34.4
34.2
33.9
33.7
33.5
33.4
33.3
33.3
33.4
33.5
33.7
tL,τˊ-tn
9.4
9.2
8.9
8.7
8.5
8.4
8.3
8.3
8.4
8.5
8.7
Ｋ
1.5
F（m2）
4.75
QC,τ（W）
66.98
65.55
63.41
61.99
60.56
59.85
59.14
59.14
59.85
60.56
61.99
东
外
墙
时间
8:
00
9:
00
10:
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