三层别墅中央空调系统毕业设计.docx

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三层别墅中央空调系统毕业设计

第1节前言

1.1家用小型中央空调的发展现状1

1.2外国家用小型中央空调发展现状1

1.3中国家用小型中央空调发展现状2

1.3.1中国家用小型中央空调发展情况与国外的对比2

1.3.2中国小型中央空调发展前景2

1.3.3中国小型中央空调的优势3

1.4家用中央空调的分类3

1.4.1风管机4

1.4.2冷热水机4

第2节建筑信息

2.1建筑概述6

2.2地理位置6

2.3计算参数6

2.3.1建筑平面图6

2.3.2室外计算参数6

2.3.3室计算参数7

2.4建筑围护结构信息7

2.5设计依据7

第3节负荷计算

3.1负荷计算特点8

3.2冷负荷系数法公式8

3.3负荷计算9

3.3.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷9

3.3.2墙,楼板等室传热维护结构形成的瞬时冷负荷9

3.3.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷10

3.3.4透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷11

3.3.5设备散热形成的冷负荷12

3.3.6人体散热形成的冷负荷12

3.3.7门引起的冷负荷13

3.4负荷汇总13

第4节空调系统方案的确定

4.1空调系统设计的基本原则16

4.2空调系统方案的比较16

第5节空调系统的计算

5.1风机盘管加新风空调系统选型计算19

5.1.1风机盘管处理过程19

5.1.2风机盘管加新风系统设计20

5.2新风机组的选型22

5.3风管的布置23

5.4风机盘管水系统水力计算24

5.4.1基本公式24

5.4.2冷冻水供水管路水力计算25

5.5冷水机组选型27

5.6机组的安装28

5.7冷凝水管道设计29

5.7.1设计原则29

5.7.2水系统安装要求29

5.7.3冷却塔的设计计算29

设计总结31

致谢31

参考文献31

第1节前言

中央空调（或称户式中央空调、单无式可调中央空调）是指由一个室外机产生冷（热）源，进而向各个房间供冷（热）的空调，它是属于商用空调的一种。

中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境，其次从审美观点和最佳空间利用上考虑，使用家用中央空调使室装饰更灵活，更容易实现各种装饰效果，即使您不喜欢原来的装饰，重新装修，原来的中央空调系统稍微改变即可与新的装修和谐一致。

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，人们对室空气品质（IAQ）有了更深刻的认识，室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。

1.4家用中央空调的分类

1.4.1风管机

一台定频室外机，一台定频室机，通过风管把冷热风送至每个房间，可方便将室外新风引入；对空气进行加湿等集中处理也较容易，是廉价的机器，设计合理每个房间的噪声仅增加1～3分贝，卧室不必吊顶，每个房间在可高于主温控器设定的温度以上，对温度进行控制；可以有一定比例的能量转移，达到节能及加快空调冷热速度的效果。

室机局部噪声较大，根据现场不同的安装条件，实测在42～52分贝之间，对设计及安装要求很专业。

风管式系统顾名思义是以空气作为输送介质，它利用冷水机组集中制取冷量，将新风冷却/加热，与回风混合后送入室。

如果没有新风，则只将回风加热/冷却。

风管式系统的室外即可有多台压缩机和一台风冷冷凝器组成，室机是由蒸发器和循环风机组成，其台数与压缩机台数相同，形式有多种如天花式，暗藏天花式等。

工作原理：

制冷原理上与家用柜机相同，都是采用压机和氟利昴制冷，不同的是家用柜机热交换器（蒸发器）在房间，热空气从进风口吸入后与被热交换器冷却后送出冷风。

而风管机的蒸发器是

在房间外，蒸发器通过一个风箱冷却空气，再集中把冷风通过风道送往各个房间。

优点：

相对于其他的家用小型中央空调型式，风管式系统初投资较小。

新风系统使得空气质量提高，人体舒适度提高。

缺点：

1、风管安装要求高，要求保温性能，密封性能良好。

如保温，密封不好容易造成，漏水，和冷量的流失，整个机组的耗电量增加。

2、如不做电子控制部分，只要你开房间任一个风口，整个外机则全速运行。

则运行费用较高。

3、如风系统设计不当（风压过小），则易产生各房间温度达不到设计要求。

回风设计有难度。

如设计不当易产生噪音。

整体噪声（风噪）偏大。

4、风管穿梭于各个房间，要求吊顶隐蔽，有时可能要破坏过梁。

受层高，家庭装潢和吊顶的限制。

5、冷量损耗大，从而导致耗电量加大。

前期投资：

略低运行费用：

中

1.4.2冷热水机

定频冷热水机或变频冷热水机，大型中央空调的缩小，冷凝器由水冷变成风冷；用水泵将冷热水送至风机盘管。

引入新风、检修孔、吊顶冷凝水排放、噪声指标与多联机相同。

但又增加了冷热水管；由于温度差很大，密封问题突出，出现漏水对装潢的破坏较大。

另外大型中央空调蒸发器都定时清理和酸洗；家用冷热水机对此还无良策，长期使用冷热交换器的效率将大打折扣。

如能与中央水处理系统相结合，可克服上述难点。

单独房间使用空调，其它房间风机盘管有冷热水管流过，也会产生能耗；现较流行采用电磁水阀来关闭水路；除去造价上的因素外；还会使局部水流速过高，产生噪声的问题。

冷/热水机组的输送介质通常为水或者乙二醇溶液。

它通过室外主机产生出空调冷/热水,由管路系统输送至室的各末端装置，在末端装置处冷/热水与室空气进行热量交换,产生冷/热风，从而消除房间空调负荷。

它是一种集中产生冷/热量，分散处理个房间负荷的空调系统形式。

冷/热水机组的末端装置通常为风机盘管。

工作原理：

与家用柜机相似，不同的是在房间外，在水箱蒸发器将水或乙二醇溶液冷却后，通过水管到各个房间，冷水再由房间的风机盘通过风机与室的热空气进行冷热交换。

冷冻水系统由冷冻泵、补水阀、水箱、防空阀、平衡阀和循环水管线组成。

优点：

　1、运转噪音低，还您安逸静谧的环境。

　2、温控精度高、温度恒定，无忽冷忽热现象，舒适性好。

　3、易与室装潢协调、配合，体现出高雅格调。

　4、本机运行费用低，即使只有一个房间使用，因有水温控制开关，停机时间长，不会浪费电能。

缺点：

　1、对水系统安装、保温要求较高，须专业队伍操作，以防发生漏水问题。

　2、选用水管材质要求高，建议采用PP-R管。

　3、各房间对水压的要求较高，系统设计要专业。

　4、维护麻烦，在北方每年冬天都要放水，第二年春天在加水。

　5、制热效果不好。

第2节建筑信息

本建筑是市一座3层高的别墅，室的房间多为卧室，房间疏散。

2.1建筑概述

本建筑是一座家用别墅，所在地市，共三层，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。

2.2地理位置

省市

东经：

34.43北纬：

113.39

海拔：

110.4m年平均温度：

14.2℃

2.3计算参数

2.3.1建筑平面图

图2-1建筑平面图

2.3.2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:

3.0m/s

2.3.3室计算参数

夏季温度26℃相对湿度60%

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，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）。

墙：

属Ⅲ型的墙体，墙体中间层为240mm厚的砖墙，外各为20mm厚的白灰粉刷，墙体总厚度为260mm，传热系数K=1.5W/m2·K。

外窗：

玻璃为双层标准玻璃朔钢窗,当аn=8.7W/m2·K，аw=18.6W/m2·K时,传热系数K=3.5W/m2·K，窗装浅蓝布帘，遮阳系数Cn=0.6。

屋面：

属Ⅲ型屋面，传热系数K=0.72W/m2·K。

楼板：

楼板传热系数K=1.5W/m2·K。

照明、设备：

照明为暗装荧光灯，散流器设置在顶棚，荧光灯罩

通风孔，功率为25w/m²。

设备主要为300w计算机、80w电视机，2000w

电磁炉等。

2.5设计依据

本工程空调施工图设计根据甲方提供的委托设计任务书及建筑专业提供的图样，并依据暖通现行国家的有关规、标准进行设计，具体为：

1.《采暖通风与空气调节设计规》

2.《高层民用建筑设计防火规》

3.《民用建筑建筑设计规》

4．《建筑给水排水及暖通工程验收规》

5.《通风与空调工程施工质量验收规》

第3节负荷计算

目前国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。

3.1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。

（1）通过维护结构传入室的热量；

（2）透过外窗、天窗进入室的太阳辐射热量；

（3）人体散热量；

（4）照明、设备等室热源的散热量；

3.2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。

（1）墙体、屋顶、

（2）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）-室设计温度]

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×窗户遮阳系数×窗玻璃修正系数

（3）墙、楼板等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以的地面面积。

计算温差=夏季空调室外计算日平均温度–室设计温度。

（4）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

（5）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/h）

3.3负荷计算

3.3.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷

在日射和室外气温综合作用下,外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可由文献查得计算公式：

Qc,τ=KF[（tc,τ+td）KαKρ-tn]

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：

由文献查得，地区南向的地点修正td=0.8℃。

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。

主卧室南外墙冷负荷如下

表3-1主卧室101房间南外墙冷负荷

南外墙

时间

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

18:

tL,τ

34.6

34.2

33.9

33.5

33.2

32.9

32.8

32.9

33.1

33.4

33.9

0.8

tL,τˊ

35.4

34.7

34.3

33.7

33.6

33.7

33.9

34.2

34.7

tL,τˊ-tn

10.4

9.7

9.3

8.7

8.6

8.7

8.9

9.2

9.7

Ｋ

1.5

F（m2）

28.54

QC,τ（W）

433.65

411.75

403.54

395.23

372.66

365.86

355.55

361.35

371.95

386.54

409.65

3.3.2墙,楼板等室传热维护结构形成的瞬时冷负荷

当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,由文献查得传热公式计算：

Qc,τ=F·K·（tls-tn）W

式中：

F——维护结构的传热面积，m²；

K——维护结构的传热系数，W/（m²·k）；

tn——夏季空调房间室设计温度,℃；

tls——相邻非空调房间的平均计算温度,℃。

t'ls按下式计算t'ls=t+tls℃

式中：

t——夏季空调房间室外计算日平均温度,℃；

tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,当相邻散热量很少（如走廊）时,tls取3℃,当相邻散热量在23～116W/m2时,tls取5℃

所以墙及楼板冷负荷计算：

墙及楼板冷负荷的计算公式为：

Q=KF（tls－tn）

式中：

tls=twp+△tls

tls——相邻非空调房间的平均计算温度；

twp——夏季空调室外计算日平均温度；

△tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值。

由文献查得△tls=5℃

3.3.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷由文献查得下式计算：

Qc,τ=F·K·（tl–tn）W

式中：

F——外玻璃窗面积,m²；

K——玻璃的传热系数,W/（m²·k）；

tl——玻璃窗的冷负荷温度逐时值,℃；

tn——室设计温度,℃。

不同地点对t1按下式修正：

tl’=tl+td

式中：

td——地区修正系数,℃

所以外窗传热温差引起的冷负荷：

玻璃窗由温差引起的冷负荷计算公为：

Qc,τ=KF（tˊc,τ-tn）

其中：

tˊc,τ=（tc,τ+td）Kα

由朔钢窗的传热系数为3.5W/（m2·℃），由文献[7]查得表3—8查得双层塑钢窗框的传热系数修正值为1.0，则有：

K=3.5W/（m2·℃）

由文献查得，αw=18.6W/（m2·℃）时，外表面传热系数修正值Kα=1.0。

由文献查得地区玻璃窗冷负荷的地点修正td=2℃。

由文献可得8—18时玻璃窗的逐时冷负荷计算温度tˊc,τ和传热得热引起的冷负荷Qcˊ,τ。

表3-2南外窗传热温差引起的冷负荷

南外窗

时间

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

18:

tL,τ

26.9

27.9

29.9

30.8

31.5

31.9

32.2

31.6

tL,τˊ

28.9

29.9

31.9

32.8

33.5

33.9

34.2

33.6

tL,τˊ-tn

3.9

4.9

6.9

7.8

8.5

8.9

9.2

8.6

Ｋ

3.5

13.64

QC,τ（W）

160.34

201.45

245.78

283.48

322.93

247.28

355.88

377.57

373.39

366、72

348.38

3.3

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