石家庄市第四医院中央空调工程项目设计方案.docx
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石家庄市第四医院中央空调工程项目设计方案
市第四医院中央空调工程项目设计方案
第1章绪论
1.1我国暖通空调的现状及其前景
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。
随着生产和科技的不断发展,人类对空调技术也进行了一系列的改进,同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术。
暖通空调技术的发展，必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
综上所述，空气调节技术的发展，不仅要在能源利用、能量的节约和回收、能量转换和传递设备性能的改进、系统的技术经济分析和优化及计算机控制等方面继续研究和开发，而且要进一步研究创造有利于健康的适于人类工作和生活的部空间环境。
1.2建筑空调系统节能国外研究现状
1.2.1建筑空调系统节能国外研究现状
能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。
在美国的整个能源消耗中，有约1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质、提高人们的生活质量。
日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。
因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。
长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。
1.2.2建筑空调系统节能国研究现状
我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。
近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧。
甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。
因此，在建筑物节能显得十分迫切。
近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。
研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：
吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。
当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。
1.3医院空调系统与建筑节能
医院空气调节技术的发展，不仅要在能源利用、能量的节约和回收、能量转换和传递设备性能的改进、系统的技术经济分析和优化及计算机控制等方面继续研究和开发，同时更要进一步研究创造有利于病人更快的康复的部空间环境。
医院空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。
据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。
由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。
因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。
于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。
冬季空调供热的系统，考虑到节能的要求，热水循环泵需要单独设置，不能与冷水泵合用，因为冬季需要的热水流量远小于夏季冷水流量，却能满足热负荷，不需要太大的流量使得热量浪费。
1.4风机盘管＋新风系统的应用
本医院空调系统设计采用这种空调方式，该方式有单独的新风机将新鲜空气送入房间，风机盘管的回风方式是各房间单独安装风机盘管，各房间的回风经过盘管冷却后送出，回风仅在自身房间循环，不同房间之间互不流通,可以有效避免新风系统混入从建筑排出的污染空气。
各房间单独回风的系统：
首先要保持新风入口清洁，不被污染。
其次风机盘管加新风系统的排风系统多数是和厕所排风合用，为保证通风效果，建议将厕所排风系统全天连续运行。
此外凝结水盘是污垢存积的地方，也要保持清洁。
由于凝水是从房间回风在通过盘管制冷后凝结产生的，目前还难以确认空气中的病毒是否会在凝水中存活，为防患未然，建议运行管理人员对各风机盘管的凝结水盘统一清洁，消灭病毒生存的载体。
1.5设计的主要容
本设计题目为市某医院综合楼空调工程设计，该空调系统从使用性质上主要为舒适性空调。
对舒适性空调主要采用风机盘管加新风机组的半集中式系统形式。
我主要负责地上一层到十二层的防排烟和地上一到十一层的空调、通风及冷热源设计。
其中包括房间的冷、热负荷及送风量的计算；空调系统方式的确定及风系统、水系统阻力计算；空调主机房的设计与计算和绘制施工图纸。
图纸容有空调、通风、防排烟平面图和机房平面图，空调冷冻水系统图、机房系统图、通风和防排烟系统图。
通过本次设计可以培养学生综合运用所学的专业基础知识，合理划分系统形式，布置设备，了解空调系统的运行方式，掌握系统选型的原则和方法，同时还要与其它建筑专业合理分工协作，达到资源的优化配置，同时还可以锻炼学生解决实际工程问题的能力，促使学生翻阅各种中、外文资料，相关文献、手册、规，锻炼学生动手操作的能力，了解理论与实际工程结合的重要性以及两者之间存在的巨大差异。
第2章工程概况及方案论证
2.1建筑概要
本设计任务是市某医院空调系统的设计。
该建筑是一栋妇幼医院，属一类高层建筑。
地上共十二层，楼高19.3m，地下两层，共9.3m。
建筑面积为158535.5㎡，地上1～4层为门诊部，5～11层为住院部，顶层为活动区域（包括台球室、乒乓球室和舞厅）。
负一层主要为制冷机房、变配电室、换热站等，负二层主要为车库。
2.1.1气象资料
本次设计的参数资料[1]如下:
表2.1市室外气象参数表
地理位置（）
大气压力（kPa）
室外平均风速（m/s）
北纬
东经
海拔（m）
16.8
冬季
夏季
冬季
夏季
38°03’
114°41’
101.69
99.56
2.3
1.5
表2.2室外计算（干球温度℃）表
冬季
夏季
夏季空调室外计算湿球温度
空气调节
通风
空气调节
空调日平均
通风
-11
-8
29
29.7
30
26.6
表2.3室设计参数表
夏季
冬季
新风量指标（m3ˆh人）
噪声指标dB（A）
房间
室温度℃
相对湿度%
室温度
相对湿度%
病房
26
50
22
40
50
45
诊室
26
50
22
40
30
50
候诊大厅
26
50
22
40
30
50
实验室
26
50
22
40
30
45
管理室
26
50
22
40
30
50
2.1.2建筑围护结构资料
建筑物名称：
市第四医院
围护类型[名称]
传热系数（w/㎡.℃）（夏/冬）
传热衰减
传热延迟（h）
外墙[轻集料混凝土砌块框架填充墙-玻璃棉板60]
0.61/0.62
0.24
8.80
外窗[双层透明中空玻璃6mm]
3.34/3.46
1.00
0.41
墙[混凝土隔墙（004001）]
2.33/2.33
0.34
7.38
窗[双层透明中空玻璃6mm]
2.77/2.77
0.99
0.56
门[双层金属门板,中间填充15～18厚矿棉板]
2.57/2.57
1.00
0.41
地面[]
5.93/0.47
1.00
0.00
外门[节能外门]
3.02/3.12
0.99
0.64
外门[木（塑料）框双层玻璃门]
2.50/2.57
1.00
0.46
墙[砖墙（002002）]
2.02/2.02
0.41
7.16
门[木（塑料）框单层玻璃门（玻璃比例30%～60%）]
3.83/3.83
0.98
0.75
外墙[加气混凝土砌块外墙-400]
1.49/1.52
0.15
12.63
门[木或塑料夹层门（空气间层厚度不小于40mm衬钢板）]
1.49/1.52
0.99
0.61
外墙[加气混凝土砌块外墙-400]
0.47/0.47
0.22
12.87
墙[砖墙（001001）]
1.76/1.76
0.28
9.08
门[双层金属门板,中间填充15～18厚玻璃棉板]
2.52/2.52
1.00
0.41
2.1.3人员设备及其他情况
（1）本设计室人员属轻度劳动,成年男子散热散湿量[2]如下:
表2－4成年男子散热散湿量表
体力活动性质
热量（W）
室温度（℃）
23
24
25
26
轻
度
劳
动
百货商店
化学实验室
电子计算
机房
显热
潜热
全热
湿量
76
106
182
158
70
112
182
167
64
117
181
175
58
123
181
184
（2）室人员数量是参考面积概算指标来自定的，面积指标可由表[4]2—71查到。
（3）在标准状况下，即室温26℃，一个大气压下选择新风量30m3/h·人。
（4）照明、设备：
由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚，荧光灯罩无通风孔，功率为40w/m²。
设备负荷为40w/m²。
（5）计算机台数：
每台计算机的功率为150W。
工作间的设备主要由甲方提供。
2.2设计方案的论证
2.2.1医院门诊楼空调特点
空调系统设计应用于医院高层建筑方面时更要结合特殊的医疗气候,使一些需要特定气候环境的手术和治疗得以安全进行，以有利于病员的有效医治、使病人早日康复为原则，充分考虑合理的气流组织、温湿度及压力控制、高效过滤的设置、节能措施及自控系统，使设计更合理，更符合国家规，满足业主要求。
门诊楼的使用性质与时间，全楼大体一致,所以整幢楼可选择用同样的空调系统和设备,管理比较方便。
过度季节外区可不用冷热源,但区仍需要降温,这时应用室外空气直接进入区降温,即节能又简单。
2.2.2方案选择
表2－5空调系统的分类
分类
空调系统
系统特征
系统应用
按负担室空调负荷所用的介质来分类
全空气系统
全部由处理过的空气负担室空调负荷
一次回风式系统
一、二次回风式系统
空气－水系统
由处理过的空气和水共同负担室空调负荷
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
全部由水负担室空调负荷，一般不单独使用
风机盘管机组系统
冷剂系统
制冷系统蒸发器直接放室吸收余热余湿
单元式空调器系统窗式空调器系统
分体式空调器系统
表2-6风机盘管+新风系统的特点表
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）使用季节较长
7）各房间之间不会互相污染
缺点
1）对机组制作质量要求高，否则维修工作量很大
2）机组剩余压头小，室气流分布受限制
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
1）适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多室的建筑物中,
2）需要增设空调的小面积、多房间建筑
3）室温需要进行个别调节的场所
本设计为医院门诊楼的空调系统设计，系统的选定应注意档次和安全的要求，按负担室空调负荷所用的介质来分类可选择四种系统[1]——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系统和二次回风系统，该系统是全部由处理过的空气负担室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（无新凤），全部由水负担室空调负荷，在注重室空气品质的现代化建筑一般不单独采用，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消除室的余热和余湿。
对于较大型公共建筑，建筑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的余热和余湿，不能起到改善室空气品质的作用，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。
2.3方案的确定
本门诊楼采用风机盘管加新风系统，有独立的新风系统供给室新风，即把新风处理到室参数，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。
各层的新风机组吊顶在各层的楼道里（每层两台新风机组）。
空调系统采用水冷冷水机组，放在地下室空调机房里。
风机盘管空调方式[2]的风管小，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。
第3章负荷计算
3.1冷、湿负荷的概念[12]
为连续保持空调房间恒温、恒湿，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；为维持室相对湿度恒定需从房间去除的湿量成为湿负荷。
房间冷、湿负荷也是确定空调系统送风量及各种设备容量的依据。
3.2冷负荷计算
本设计采用谐波反应法计算空调冷负荷。
按各房间的逐时冷负荷的综合最大值或各房间计算冷负荷的累加值确定，并应记入新风冷负荷以及通风机、风管、水泵、冷水管和水箱温升引起的附加冷负荷。
3.2.1外围护结构的传热冷负荷计算
（1）外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷CLQτ（w）可按下式计算：
CLQτ=KFΔtτ-ξ（3-1）
式中，τ——计算时间（h）；
ξ——围护结构表面受到周期为24小时谐性温度波作用，温度波传到表面的时间延迟（h）；
τ-ξ——温度波的作用时间，即温度波作用于围护结构表面的时间（h）；
K——围护结构传热系数（W/m2·K）；
F——围护结构的计算面积（m2）；
Δtτ-ξ——作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差，简称负荷温差。
由于室压力少高于室外大气压，故不考虑由室外空气渗透所引起的冷负荷。
由墙（序号1）的放热衰减度Vf=0.23，楼板（序号4）的放热衰减度β=1.8，查表[5]2-6可知该房间类型属于中型。
（2）通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷CLQτ（w）可按下式计算：
CLQτ=KFΔt（3-2）
式中，K——窗户传热系数，单层窗可取3.5W/m2·K；
F——外窗的计算面积（m2）；
Δtτ——计算时刻的负荷温差。
（3）透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷CLQτ，应根据不同情况分别计算，本设计按照外窗只有遮阳设施时计算
CLQτ=FXgXdXzJnτ（3-3）
式中，Jnτ——计算时刻下，透过有遮阳设施外窗的太阳总辐射负荷强度（W/m2）；
Xz——遮阳系数，浅兰尼龙绸取0.6。
（4）通过外门温差传热形成的计算时刻冷负荷CLQτ（w）同外窗，透过外门的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷CLQτ同外窗。
3.2.2围护结构的传热冷负荷计算
（1）室有一定发热量时，通过空调房间墙、隔墙、楼板或门等围护结构的温差传热负荷，可按下式计算：
Q=KF（twp+Δtls-tn）（3-4）
式中，Q——稳态冷负荷（W）；
twp——夏季空气调节室外计算日平均温度（℃）；
tn——夏季空气调节室计算温度（℃）；
Δtls——邻室温升，可根据邻室散热强度采用（℃）。
（2）渗透空气显冷负荷：
一般不考虑空气渗透冷负荷，只有在室确实维持不了足够正压的情况下，才参考以下方法进行估算。
1）通过外门开启渗入室空气量[6]G1（kg/h），可按照下式估算：
G1=n1V1ρW（3-5）
式中，n1——小时人流量；
V1——外门开启一次的渗入空气量（m3/h）；
ρW——夏季空调室外干球温度下的空气密度（kg/m3），取1.14。
表3-1外门开启一次的空气渗入量
每小时通过人数
一扇以上普通门
一扇以上带门斗的门
单扇带门斗的门
100
4.75
3.50
2.50
2）通过房间门、窗渗入空气量G2（kg/h），可按照下式估算：
G2=n2V2ρW（3-6）
式中，n2——每小时换气次数，可按照下表取值[6]
V2——房间容积（m3）。
表3-2换气次数表
容积（m3）
换气次数
500以下
0.7
500~1000
0.6
3）渗透空气的显冷负荷Q（W），可按照下式计算：
Q=0.28G（tw-tn）（3-7）
式中，G——单位时间渗入室的总空气量（kg/h）；
tw——夏季空调室外干球温度，℃；
tn——室计算温度，℃。
举例计算：
一层南外门渗透负荷
本设计外门渗透负荷主要是由人员开启外门渗入室空气而引起的；渗入空气量可由表3-12查得V1=4.75，小时人流量n2=100；计算所得结果见下：
Q=0.28G×（tw-tn）=0.28×n2V2ρw（tw-tn）=0.28×50×4.75×1.2×30=4788W
3.2.3人员设备及其他冷负荷
3.2.3.1人体散热形成的冷负荷
（1）人体显热散热形成的冷负荷
CLQτ=nn′q1JPτ-T（3-8）
式中，CLQτ——人体显热散热形成的冷负荷（W）；
N——室总人数；
n′——群集系数，按照银行考虑，取1；
q1——不同室温和劳动性质时成年男子的显热散热量（W）；
T——人员进入空调房间的时刻（h）；
τ-T——人员进入房间时到计算时刻的时间（h）；
JPτ-T——τ-T时间人体显热散热量的冷负荷系数。
（2）人体潜热散热量
q=q2n（3-9）
式中，q2——不同室温和劳动性质时成年男子的潜热散热量（W）；
（3）人体总冷负荷
CLQτ=nn′q1JPτ-T+q2n=nq1JPτ-T+q2n（3-10）
3.2.3.2灯光（荧光灯）照明散热形成的冷负荷
CLQτ=n1n2NJLτ-T（3-11）
式中，N——照明灯具所需功率（W）；
n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯镇流器时取1.2；当暗装荧光灯镇流器且设在顶棚时取1.0；
n2——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部有小孔，可利用自然通风散热于顶棚时取0.5～0.6；而灯罩无通风孔者时取0.6～0.8；
T——开灯时刻（h）；
τ-T——从开灯时刻到计算时刻的时间（h）；
JLτ-T——τ-T时间照明散热的冷负荷系数。
3.2.3.3设备散热形成的冷负荷
CLQτ=QJEτ-T（3-12）
式中，Q——设备的实际散热量（W）；
T——设备投入使用的时间（h）；
τ-T——从设备投入使用的时刻到计算时刻的时间（h）；
JEτ-T——τ-T时间设备散热的冷负荷系数。
每台计算机的发热量按照400W/台考虑。
计算机房设备在机房中每平方米的散热量平均在175W左右；程控交换机设备在机房中每平方米的散热量平均在165～222W。
3.3湿负荷计算
湿负荷是指空调房间湿源（人体散湿、敞开水池或槽表面散湿、地面积水等）向室的散湿量，也就是维持室含湿量恒定需从房间除去的湿量。
本设计空调房间保持正压，从房间门窗缝隙等不严密处渗透进入室的空气量很少，再加上地面没有敞开水表面散湿，因此空调湿负荷只考虑人体散湿量。
W=0.001nn′/3600gkg/s（3-13）
式中，n——室总人数；
N′——群集系数，按照银行考虑，取1；
G——成年男子的小时散湿量（g/h）。
举例计算:
普通值班室人体散湿量
根据室温度26℃，房间使用普通值班室，即由表2-3可查得成年男子散湿量q=167W,由人员密度计算得房间人数n=2，由表3-1查得群集系数n′=0.96，根据公式（3-13）得：
W=0.001×qn1n2/3600=0.001×167×2×0.96/3600=0.0001kg/s
3.4新风负荷计算
室外新鲜空气量是保障良好的室空气品质的关键。
由于夏季室外空气焓值和气温比室焓值和气温要高，空调系统夏季为处理新风势必要消耗冷量。
而冬季室外空气气温比室空气气温低，室外空气比室空气含水量少，同样，空调系统冬季为处理新风势必要消耗热量和加湿量。
新风量确定通常应满足四个要求：
稀释人群本身和活动所产生的污染物，满足卫生要求。
②补充室燃烧所耗的空气和局部排气量。
③保证房间时刻的正压。
④空调系统的新风量不小于总风量的10%[1]。
为了防止外界环境空气渗入室，干扰室温湿度或破坏室空气洁净度，需要用一定量的新风来保持室正压。
通常室正压应保持在5～10Pa。
不同窗缝情况下，外压差为ΔH时，经过窗缝的渗透空气量，也可根据围护结构情况，用每小时的换气次数[2]来确定，见下表：
表3-3房间换气次数的推荐值
空调房间类型
换气次数（次/h）
空调房间类型
换气次数（次/h）
空调房间类型
换气次数（次/h）
办公室
3~6
病房
20~30
厕所
4~8
实验室
8~15
手术室
15~20
淋浴室
20~30
3.4.1新风冷负荷
由于夏季室外空气焓值和气温比室空气焓值和气温高，空调系统为处理新风需要消耗冷量。
空调新风冷负荷按下式计算：
CLQ=ρWG（iW-iN）/3.6（3-14）
式中，ρW—夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，一般可取ρW=1.14kg/m3；
G—送入室的总空气量（m3/h），新风量按每人30m3/h；
iW—在夏季室外计算参数时的焓值（kJ/kg）；
iN—室计算温度（kJ/kg）。
举例计算:
普通值班室1020新风冷负荷
室外状态点由表2-2知夏季室外干球温度35.1℃，湿球温度26.6℃，查焓-湿图得到相对湿度52.1%,iW=83.19kJ/kg·干空气，同时根据室温度26℃，相对湿度50%，得到iN=59kJ/kg。
房间人数为2人，新风量G=30×2=60m3/h；房间空调新风冷负荷为：
CLQ=ρWG（iW-iN）/3.6=1.2×60×（83.19-59）/3.6=483.8W
图3-1室外焓值的计算
其他房间新风冷负荷计算详见附录。
3.4.2新风湿负荷
W=ρWG（dW-dN）/1000（3-15）
式中，ρW—夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，一般可取ρW=1.13kg/m3；
G—送入室的总空气量（m3/h），新风量按每人30m3/h；
dW—在夏季室外计算参数时的含湿量（g/kg）；
dN—室空气含湿量（g/kg）。
举例计算：
普通值班室1020新风湿负荷
室外状态点由表2-2知夏季室外干球温度35.1℃，湿球温度26.6℃,室外相对湿度52.1%。
查焓-湿图3-1得到dW=18.61g/kg，同时根据室温度26℃，相对湿度50%，得到dN=12.5g/kg。
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