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利用Matlab软件分析系统的稳定性，时间特性等

第8步：

工程图纸导出、整理设计与计算说明书

第1章空调热、湿负荷计算

空调负荷计算是空调工程设计中最基础的计算工作，负荷计算的准确性直接影响到工程投资费用、系统运行能耗及其运行费用以及系统的使用效果[1]。

1.1空调负荷分类

空调负荷可以分为空调房间（区域）负荷和系统负荷两种：

空调房间（区域）负荷即为直接发生在空调房间或区域内的负荷；

另外还有一些发生在空调房间（区域）以外的负荷，如新风负荷（新风状态与室内空气状态不同而产生的负荷）、管道升（降）负荷（风管或水管传热造成的负荷）、风机温升负荷（空气通过风机后的温升）、水泵温升负荷（液体通过水泵后的温升）等，这些负荷不直接作用于室内，但最终也要由空调系统来承担。

将以上直接发生在空调房间（区域）内的负荷和不直接作用于空调房间（区域）内的附加负荷合在一起就成为系统负荷[2]。

通常，根据空调房间（区域）的热、湿负荷确定空调系统的送风量或送风参数；

根据系统负荷选择风机盘管机组、新风机组、组合式空调机组等空气处理设备和制冷机、锅炉等冷、热源设备。

因此，设计一个空调系统，第一步要做的工作就是计算空调房间（区域）的热、湿负荷。

1.2空调房间（区域）夏季逐时冷负荷的计算方法

在计算空调房间（区域）逐时冷负荷时，在概念上要注意得热量与冷负荷的区别，冷负荷是小于或等于得热量的。

1.2.1计算冷负荷应考虑的影响因素[4]

（1）空调房间（区域）的下列4项的得热量，应按非稳态方法计算其形成的夏季冷负荷，不应该将其逐时值直接作为各对应时刻的逐时冷负荷值：

1）通过围护结构（例如，外墙、屋顶、等）传入的非稳态传热量，属于围护结构传热负荷，计算这部分传热负荷，需要重点考虑围护结构的热工性能的影响，包括蓄热特性的影响。

2）通过透明围护结构（例如，外窗）进入的太阳辐射热量。

3）人体散热量。

4）非全天使用的设备、照明灯具散热量。

（2）空调房间（区域）的下列4项得热量，可按稳态方法计算其形成的夏季冷负荷：

1）室温允许波动范围大于或等于±

1℃的空调区，通过非轻型外墙传入的传热量。

2）空调房间（区域）与邻室的夏季温差大于3℃时，通过隔墙、楼板等内围护结构传入的传热量。

3）人员密集空调房间（区域）的人体散热量。

4）全天使用的设备、照明灯具散热量等。

1.2.2空调房间（区域）的夏季冷负荷计算

1.舒适性空调室内设计参数[4]

请查看参考资料[4]相关内容。

2.夏季冷负荷计算

空调房间（区域）的夏季冷负荷计算一般采用计算机软件进行计算；

采用简化计算方法时，按非稳态计算方法的各项逐时冷负荷，可用谐波反应法或冷负荷系数法。

具体参考教材例题2-5和2-6。

1.2.3夏季计算散湿量应考虑的影响因素[4]

空调房间（区域）的夏季计算散湿量，应考虑散湿源的种类、人员群集系数、同时使用系数以及通风系数等，并根据下列各项确定：

（1）人体散湿量；

（2）渗透空气带入的湿量；

（3）化学反应过程的散湿量；

（4）非围护结构各种潮湿表面、液面或液流的散湿量；

（5）食品或气体物料的散湿量；

（6）设备散湿量；

（7）围护结构散湿量。

1.2.4围护结构建筑热工要求

空调房间（区域）围护结构的传热系数K值，应按气候分区及体形系数确定，还应尽可能根据技术经济比较确定。

该值的大小直接关系到空调房间（区域）的空调冷、热负荷的大小。

1.2.5空调房间（区域）的夏季综合最大冷负荷确定[4]

（1）空调房间（区域）的夏季冷负荷，应按空调房间（区域）各项逐时冷负荷的综合最大值确定。

所谓空调房间（区域）各项逐时冷负荷的综合最大值，是取空调房间（区域）各项（包括，维护结构的传热、通过玻璃窗的太阳辐射得热、室内人员和照明设备等散热）逐时冷负荷相加后所得数列中找出的最大值。

（2）舒适性空调可不计算到地面传热形成的冷负荷；

工艺性空调房间（区域）有外墙时，宜计算距外墙2m范围内地面传热形成的冷负荷。

（3）计算人体、照明和设备等散热形成的冷负荷时，应考虑人员群集系数、同时使用系数，设备功率系数和通风保温系数等。

（4）高大空间采用分层空调时，空调区的逐时冷负荷可按全室性空调计算的逐时冷负荷乘以小于1的系数确定。

1.3空调房间（区域）冬季热负荷的确定[4]

空调房间（区域）的冬季热负荷与供暖房间热负荷的计算方法相同，只是当空调房间（区域）有足够正压时，不必计算经由门窗缝隙渗透入室内的冷空气耗热量。

因考虑到空调区内热环境条件要求较高，在选取室外计算温度时，应采用冬季空调室外计算温度。

1.4空调系统的夏季冷负荷[4]

（1）末端设备设有温度自动控制装置时，空调系统的夏季冷负荷按所服务各空调区逐时冷负荷的综合最大值确定。

（2）末端设备无温度自动控制装置时，空调系统的夏季冷负荷按所服务各空调区冷负荷的累计值确定。

所谓空调区夏季冷负荷的累计值，即找出个空调区逐时冷负荷的最大值并将它们相加在一起，而不考虑它们是否同时发生。

（3）应计入新风冷负荷。

为了保证空调房间或区域内的卫生条件，需要将室外新风送入室内，由于室内外温差的影响，这部分新风要引起冷（或热）负荷增加。

新风冷负荷应按系统新风量和夏季室外空调计算干、湿球温度确定。

空调房间人员所需最小新风量的取值可参见文献［4]。

（4）应计入再热负荷。

所谓再热负荷是指空气处理过程中产生冷热抵消现象所消耗的冷量。

（5）应计入空调系统夏季附加冷负荷。

所谓附加冷负荷是指与空调运行工况、输配系统有关的附加冷负荷。

可按下列各项确定：

1）空气通过风机温升引起的附加冷负荷。

当电动机安装在通风机蜗壳内时，空气在通过风机后，由于电动机的机械摩擦发热，将导致空气通过通风机后温度升高，引起冷负荷增加。

2）空气通过风管温升引起的附加冷负荷。

空气通过送、回风管道受风管的保湿情况、内外温差、空气流速、风管面积等因素的影响，将通过风管壁散失热量或冷量，导致通过风管的空气温降（或温升）。

3）冷水通过水泵、管道、水箱温升引起的附加冷负荷。

空调冷冻水通过水泵后温度升高，引起冷负荷增加；

保湿的冷水（或热水）管道，也会由于管壁的传热导致通过管道液体温升（或温降），引起冷（或热）负荷增加。

上述各项的具体计算方法可参见文献[3]或教材。

（6）应考虑所服务个空间区的同时使用系数。

同时使用系数可根据各空调区在使用时间上的不同确定。

显然，采用“空调区夏季冷负荷的累计值”法计算的结果要大于“各空调区逐时冷负荷的综合最大值”法计算的结果。

通常，当采用全空气变风量空调系统时，由于系统本身具有适应各空调区冷负荷变化的调节能力，此时系统冷负荷按各空调区逐时冷负荷的综合最大值取值；

而当末端设备没有室温自动控制系统装置时，由于系统本身不能适应各空调区冷负荷的变化，为了保证最不利情况下达到空调区的温湿度要求，系统冷负荷按个空调区夏季冷负荷的累计值取值。

第2章常用空调系统的特点、设计方法及比较

空调系统一般由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置组成。

根据需要，可以组成许多不同形式的系统。

工程中常用到的空调系统形式有一次回风空调系统、变风量（VAV）空调系统、风机盘管加新风空调系统、水环热泵空调系统、变制冷剂流量（VRV）空调系统等。

2.1空调系统方案比选原则

在进行空调系统方案比选时，应符合下列原则：

（1）根据建筑物的用途、规模、使用特点、负荷变化情况、参数要求、所在地区气象条件和能源状况，以及设备价格、能源预期价格等，经技术经济比较确定。

（2）功能复杂、规模较大的公共建筑，在确定空调方案时，原则上应对各种可行方案及运行模式进行全年能耗分析，使系统配置合理，以实现系统设计、运行模式及控制策略的最优。

（3）干热气候地区应考虑其气候特征的影响。

干热气候区（例如，新疆、甘肃、西宁、宁夏等地区）深处内陆，太阳辐射资源丰富、夏季温度高、日较差大、空气干燥，在进行空调系统选择时，应充分考虑这类地区的气象条件，合理有效利用自然资源。

2.2新风系统

2.2．1设计最小新风量[4]

（1）办公室、客房等区域的每人所需最小新风量可按30m³

/（h·

人）考虑，公共建筑的大堂、四季厅等区域每人所需最小新风量可按10m³

人）考虑。

（2）设置新风系统的居住建筑和医院建筑，所需最小新风量宜按换气次数法确定。

医院建筑一般按2次/（h·

人）考虑，配药区可按5次/（h·

（3）高密人群建筑每人所需最小新风量应按人员密度确定，具体取值可参考文献[4]。

2.2.2新风系统及新风量的确定

新风系统是指用于风机盘管加新风、水环热泵、多联机等空调系统的新风系统，以及集中加压新风系统。

应按不小于人员所需新风量、补偿排风和保持空调区空气压力所系新风量之和、以及新风除湿所需新风量中的最大值确定；

全空气空调系统的新风量，当系统服务于多个不同新风比的空调区时，系统新风比应小于空调区新风比中的最大值，计算方法参照式（2-1）—式（2-4）；

新风系统的新风量，宜按所服务空调区或系统的新风量累计值确定。

Y=X/（1+X-Z）（2-1）

Y=Vot/Vst（2-2）

X=Von/Vst（2-3）

Z=Voc/Vsc（2-4）

式中Y——修正后的系统新风量在送风量中的比例；

Vot——修正后的总新风量，m³

/h;

Vst——总送风量，即系统中所有房间送风量之和，m³

/h

X——未修正的系统新风量在送风量中的比例；

Von——系统中所有房间的新风量之和，m³

Z——需求最大的房间的新风比；

Voc——需求最大的房间的新风量，m³

Vsc——需求最大的房间的送风量，m³

/h。

2.2.3一次回风系统

一次回风系统属全空气空调系统，是空调工程中最常用的一种空调系统。

空调机组送风量可以恒定（称为定风量系统），也可以采用变频风机进行调节（称为变风量系统）。

这种系统综合了直流式系统和封闭式系统的优点，将一部分室外新风和一部分室内回风混合并处理后再送入室内，既能满足室内人员卫生要求，同时又通过尽可能多地采用回风而达到空调系统的目的。

2.2.4变风量（VAV）空调系统

与定风量空调系统一样，变风量空调系统也是全空气空调系统的一种形式。

变风量空调系统亦称VAV系统（variableVolumeSystem）变风量空调系统按所服务空调区的数量，分为带末端装置的变风量空调系统和区域变风量空调系统。

带末端装置的变风量空调系统服务于多个空调区，其工作原理是：

当空调房间负荷发生变化时，系统末端装置自动调节送入房间的送风量，确保房间温度保持在设计范围内，从而使得空调机组在低负荷时的送风量下降，空调机组的送风机转速也随之降低，达到节能的目的。

区域变风量空调系统仅服务于单个空调区，其工作原理是：

当空调区负荷变化时，系统通过改变风机转速调节空调区风机的风量，以达到维持空调区设计参数，并达到节能风机耗能的目的。

对于有空调区内，外分区的建筑，内区由于没有围护结构的影响且内部发热负荷比较大时，通常常年需要供冷，采用变风量系统比较合适。

变风量空调系统的风量变化有一点范围，其湿度不容易控制，对于温湿度允许波动要求范围比较高的工艺性空调区，不适合采用。

变风量空调系统与其他空调系统比较，投资大，控制复杂，占用空间也比较大，在应用中受到一定的限制。

1.变风量系统的基本组成

变风量系统通常由空气处理装置（又称空调机组），风管和变风量末端装置构成。

其中，空气处理装置一般采用组合式空调机组，对于高档写字楼，可每层设一台空调机组，也可以根据建筑朝向不同设置多台小型空调机组；

变风量空调器送风机的电动机由变频装置驱动；

变风量系统送风管按中压风管要求制作，变风量末端装置是变风量空调系统的关键设备之一，是为了补偿空调区域内冷热负荷变化，通过调节风送风量以维持室温的装置。

常用的变风量末端装置有：

风机动力型VAV末端装置（FPB），节流型VAV末端装置（VAV）。

2.变风量系统设计

在进行变风量系统设计时，需先对空调房间进行平面分区，即根据不同区域的负荷特点，对建筑的室内部分进行内，外分区。

对一般办公建筑而言，通常将靠近外围护结构2—4.5米以内的室内区域化为外区，其余部分室内区域则为内区，外区在冬季需要供热，而内区由于很少受到外围护结构的影响，常年都处于需供冷的状态。

另外，变风量空调系统集中式空调机组送风量根据系统总的逐时冷负荷综合最大的值计算确定；

区域送风量按区域逐时负荷最大值计算确定；

房间送风量按逐时最大计算负荷。

3.几种常见的变风量空调系统

（1）不分内、外区的单风道变风量空调系统。

这是最简单的一种变风量空调系统，当房间的进深小于7m时，可采用这种系统。

（2）外区再热型单风道变风量空调系统。

这种系统适于进深较大、需要设置内、外区的空调房间。

（3）外区风机盘管机组、内区单风道变风量空调系统。

对于进深较大、需要设置内、外区的空调房间，还可以在外区设置独立的卧式暗装风机盘管机组或沿外围护结构设置明装立式风机盘管机组。

2.3风机盘管加新风空调系统

风机盘管加新风空调系统是空气—水空调系统中得一种主要形式，也是目前我国民用建筑中采用最为普遍的一种空调形式。

它以投资少，使用灵活等优点广泛应用于各类民用建筑中。

风机盘管加新风空调系统，顾名思义可分为两部分：

一是按房间分别设置的风机盘管机组，其作用是担负空调房间内的冷、热负荷；

二是新风系统，通常新风经过冷、热处理，以满足室内卫生要求。

风机盘管加新风空调系统，不能严格控制室内温湿度的波动范围。

常年使用，由于冷却盘管外部因冷凝水而滋生微生物和病菌等，将恶化室内空气品质。

因此，该系统不适于在温湿度波动允许范围和卫生等要求比较高的场所应用，也不适于在厨房等油烟较多的空调区采用，否则将导致风机盘管风侧阻力和污垢增加，并影响其传热。

对于空调区要求空气质量比较高的情况（例如医院），可考虑新风承担空调区内全部散湿量负荷，风机盘管机组只承担湿热负荷、按干工况运行的方案，以有利空调区空气质量保证，但需要满足低温送风空调系统的相关要求。

2.3.1风机盘管机组的形式

（1）从空气流程形式分：

风机位于盘管下风侧，空气先经盘管处理后，由风机送入空调的吸入式：

风机处于盘管的上风侧，风机把空内空气抽入，压送至盘管进行冷、热交换，然后送入空调房间的压出式。

吸入式的特点是：

盘管进风均匀，冷、热效率相对较高，但盘管供热水的水温不能太高；

而压出式是目前使用最为广泛的一种结构形式。

（2）按安装形式分：

立式明装、卧式明装、立式暗装、卧式暗装、吸顶式（又称嵌入式）。

2.3.2风机盘管加新风空调系统的处理过程

（1）新风直接送风至人员活动区。

这种方式下即使风机盘管机组停止运行，新风仍将保持不变。

（2）新风与风机盘管机组送风混合后送入空调房间。

这种方式无须设置专门的新风口，对吊顶布置较有利，但有可能造成新风与送风的压力平衡问题。

另外，当风机盘管机组停止运行时，送入室内的新风量会大于设计值，而且新风有可能从带有过滤器的回风口处吸入，不利于空气品质的保证。

（3）新风与回风通过风机盘管机组处理后送入空调房间。

这种方式与上述两种方式比较，房间换气次数略有减少；

当风机盘管机组停止运行时，新风量有所减少。

2.3.3风机盘管机组的选择原则

（1）根据使用要求和平面布置选择适当的机型。

（2）根据冷、热负荷计算结果，选择合适的机组规格，一般按夏季冷负荷选择风机盘管机组。

根据房间冷负荷，按中档时的供冷量来选择型号，并校核冬季加热量是否能满足房间供热要求。

（3）结合实际使用工况，对机组标准工况下的制冷量和制热量进行修正，使所选机组的实际冷、热量接近或略大于计算冷、热量。

（4）注意机组机外余压值。

（5）注意机组噪声值，合理选消声措施。

2.4水环热泵空调系统

水环热泵空调系统是全水空调系统的一种形式。

水环热泵也称为水—空气热泵，其载热介质为水。

制冷时，机组向环路内的水放热，使空气温度降低；

供热时则从水中取得热量加热空气。

2.4.1水环热泵机组的工作原理

水环热泵机组在制冷工况运行时，机组内置压缩机把低压低温冷媒蒸汽压缩成为高温高压冷媒气体后进入冷凝器，，在冷凝器中通过水的冷却作用使冷媒变成高压低温液体，经节流装置节流膨胀后进入蒸发器，从而对通过水环热泵机组的空气进行冷却。

水环热泵机组在制热工况运行时的机组系统方式同制冷工况，，不同的是，制热工况时通过四通阀的切换，使制冷工况时的冷凝器变成蒸发器，而制冷工况时蒸发器则变成冷凝器。

机组通过蒸发器吸收水中的热量，由冷凝器向通过水环热泵机组的空气放热，，达到加热空气的目的。

2.4.2水环热泵空调系统

当建筑物内有多台水环热泵机组时，便组成了水环热泵系统。

在这个封闭的水环热泵系统环路中，除了水环热泵机组外，还有循环水泵、冷却塔、锅炉或其他辅助热源等设备。

2.4.3水环热泵空调系统的适应范围

水环热泵空调系统具有机组运行能效比高、运行可靠、可同时满足供冷、供热的需要、易实现独立计费、节省冷冻机房面积、施工方便的显著特点，因此可以应用于各类建筑中，尤其对于那些内区大、余热多以及需要对各房间内空气温度进行独立控制、用于出租而且经常需要改变建筑分隔的建筑物，如公寓、出租办公楼和商业建筑、超市及餐厅等。

值得提出的是，由于机组内置压缩机，其噪声较产冷量相同的风机盘管机组大些。

因此，对于噪声要求较高的房间，应注意布置，必要时进行消声处理。

2.4.4水环热泵空调系统设计

（1）循环水系统设计。

首先，根据详细计算的整个建筑物内整个建筑物内个房间空调冷负荷，确定各台水环热泵机组的循环水量;

然后根据对工程性质、管理方式的分析，确定系统的同时使用系数，一般同时使用系数在0.75~0.90的范围内，工程规模较大、水环热泵机组较多的情况，同时使用系数取低值；

最后将个水环热泵机组所需循环水量之和同时使用系数相乘，即可得到整个系统实际所需的夏季总冷却循环水量；

并以此作为循环水泵、冷却塔性能参数以及循环水管管径等确定的依据。

水环热泵空调水系统通常采用一次泵系统，为保证运行可靠，需设置备用水泵。

水环热泵机组在额定工况下，各机组阻力相差不大，采用同程式水系统更能保证系统水力平衡的要求。

（2）水环热泵机组的选择。

水环热泵机组一般有坐地式、立式、卧式、大型机组等几种形式。

水环热泵机组的选择原则则可参照上述风机盘管机组的基本选择原则。

（3）水环热泵空系统的新风处理。

水环热泵机组是直接蒸发式空调机组，由于机组通常按室内空气状态作为进风标准工况。

在夏季，如果新风负荷很大，难以将新风处理到室内等焓线上的机器露点；

在冬季，由于新风温度太低，将造成机组冷凝压力过低会使机组停止运行。

因此机组在处理新风时与普通空调器的处理方式有所不同，可按以下方法设计新风系统；

1）制冷剂管线、末端装置（室内机）以及一些控制装置采用空气能量回收方式，即通过全热空气能量回收装置（HRV）,利用排风的能量，夏季预冷新风，冬季预热新风；

2）送风与新风混合方式；

3）循环水加热方式；

4）利用辅助热源加热方式。

2.5多联空调系统（VRV）

变制冷剂流量（VRV）空调系统是直接蒸发式系统的一种形式，主要由室外主机、室内机组成。

VRV空调系统除了具有分体式空调机组成的基本特点外，一台室外机可带多台室内机，连接管线最长距离可达100m，压缩机采用变频调速压缩机或数码涡旋压缩机形式。

VRV空调系统按室外机功能划分为：

热泵型、单冷型、热回收型。

VRV空调系统具有节省建筑空间、施工安装方便、运行可靠等特点，可满足不同工况房间的使用要求。

可适用公寓、办公、住宅等各类中、高档建筑，但其工程造价高。

2.5.1VRV空调系统适应条件

由于VRV空调系统冬季供热能力随着室外空气温度的降低而下降，当室外气温降至—15℃时，机组的制热量只相当于标准工况时制热量的50%。

在较寒冷地区选用VRV空调系统，必须对机组冬季工况时的制热量进行修正或是通过辅助供热。

通常，VRV空调系统可用于夏季室外空气计算温度35℃以下，冬季室外空气计算温度-5℃以上的地区。

2.5.2VRV空调系统设计

（1）系统方式的确定。

对于只需供冷不需供暖的建筑，可采用单冷型VRV空调系统，对于急需要供冷又需要供暖且冷、热使用要求相同的建筑，可采用热泵型VRV空调系统，对于分内、外区且个房间空调工况不同的建筑，可采用热回收型VRV空调系统。

（2）室内机选择。

室内机形式依据空调房间的功能、使用和管理来确定；

室内机的容量根据房间冷、热空调负荷选择；

当采用热回收装置或新风直接接入室内机，室内机选型时应考虑新风负荷；

新风经新风机组处理后送入房间内的，则新风负荷不计入室内机容量。

第3章主要空调设备性能及设计选型

在空调工程中，为了实现不同的空气处理过程，需要使用不同的空气热、湿处理设备。

常用的空调设备有：

风机盘管机组、新风空调箱、组合式空气处理机组、各类加湿器、过滤器等。

3.1风机盘管机组的性能与特点

在空调工程中，风机盘管机组（简称FCU）大多是与已处理过的新风相结合应用。

风机盘管机组主要由盘管（一般2～3排）、风机（前向多翼离心风机、或贯流风机）组成，其风量一般在250～2500m3/h范围内。

1.主要性能参数

（1）名义供冷量、名义供热量。

机组在规定工况下的总制冷量、供给的总热量（W或kW）。

（2）风量。

风机盘管机组提供的送风量（m3/h）。

一般分为高、中、低三档，设计时通常按中档取值。

（3）机组余压。

机组克服自身阻力后在出风口处的余压（Pa）。

由于风机盘管机组都是直接向室内送风，机组余压都较小；

如果须接风管或有其他特殊要求时，则应选用高静压型的风机盘管机组或是制造厂商特别提出。

（4）水阻力。

空调水系统的水进入和离开机组内盘管的水静压差（Pa）。

在计算空调水系统的压力损失、选择水泵时，需要这个参数。

（5）输入电功率。

驱动机组内风机转动的电机输入功率（一般是220V二相电源）（W）。

2.设计选