杭州某办公楼空调工程设计.docx

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杭州某办公楼空调工程设计

河南城建学院

《通风与空气调节》课程设计任务书

班级0234091

学号*********

姓名吴斌强

专业安全工程

课程名称通风与空气调节

指导教师田好敏蔡宝森杨豪

环境与市政工程系

2012年6月4日

前言

空气调节课程设计是《通风与空气调节》专业课程教学的重要环节与内容，是安全工程专业学生在学完该门专业课之后，进行的一次重要实践训练，是理论联系实际的重要阶段，通过这一实践性教学环节，使学生掌握《通风与空气调节》课程的基本理论和基本设计程序和步骤，同时也使学生学会查阅和使用设计资料的方法，培养和提高学生运用所学课程知识分析并解决工程问题的能力。

1901年美国的威利斯.开利博士在美国建立世界上第一所空调试验研究室。

开利博士是这样定义的：

一套科学的空调系统必须具备四项功能，即控制温度、控制湿度、控制空气循环与通风和净化空气。

空调的发明已经列入20世纪全球十大发明之一，它首次向世界证明了人类对环境温度、湿度、通风和空气品质的控制能力。

1906年，开利博士获得了“空气处理装置”的专利权。

1922年，开利博士还发明了世界上第一台离心式冷水机组。

1937年，开利博士又发明了空气—水系统的诱导期装置，是目前常见的空调末端装置——风机盘管的前身。

1906年5月，美国的克勒谋先生在美国棉业协会的会议上正式提出了“空气调节”术语，他对空气调节的定义是：

应包括具有蒸发冷却效果的加湿以及净化空气、供热和通风功能。

在第二次世界大战期间，舒适空调首先用于电影院、剧场、大型商店等公共场所，其次用于办公室以及深矿井。

1930年后，由于小型制冷剂的发展以及可靠性的提高，舒适空调才扩大到各类商店、旅馆、餐厅以及交通运输工具。

现代的空调系统设计的要求更加严格。

提升到了全面控制室内环境（IAQ）：

现在的空调系统不仅是对于温度，湿度，空气质量（CO2，VOC，菌类，粉尘，异味）的调节，而且还包含了满足环境控制要求下的节能与保护大气质量，减少排放的要求。

我的课程设计题目为杭州某办公楼空调工程设计——1，2层。

在这次课程设计中我充分运用所学的专业知识，结合实习过程中的所见所学，通过查阅相关的专业文献资料，与老师、同学们讨论，综合分析各种设计方案及应用特色，争取我的课程设计尽可能地完善且节能、实用。

空调设计的目的就是要实现以最小的投资换取最好的制冷效果和最好的空气质量，这也是我这次设计的宗旨。

课程设计给我们提供的是一个学习和交流的平台，也是我们踏上社会的垫脚石，认真完成此次课程设计有着重要的实际意义。

本空调工程设计为杭州某办公楼空调工程的中央空调设计。

该建筑物其主要功能包括办公室、会议室、工程部、技术部、项目经理部、网络室等，一二两层层高为4.8m，每层建筑面积约为5300㎡。

每层分为两个防火区，分别约为2600㎡和2700㎡。

其有效利用面积为5000㎡。

由于该工程主要用途为工厂车间，在温度和湿度方面都有要求，因此为了达到这个要求，经与业主交换意见，决定采用喷水室来达到其夏季降温降湿，冬季加热加湿的效果。

采用全空气空调系统。

为节省空间，所有的新风机组全部采用吊顶式。

杭州某办公楼空调工程设计

1.工程概况

一二两层层高为4.8m，每层建筑面积约为300m2。

每层分为两个防火区，分别约为160m2和140m2。

其有效利用面积为280m2。

由于该工程主要用途为办公场所，在温度和湿度方面都有要求，因此为了达到这个要求，经与业主交换意见，决定采用喷水室来达到其夏季降温降湿，冬季加热加湿的效果。

2.设计规范

1）《空调设计手册》；

2）《暖能空调制图标准》（GB/T50144-2001）；

3）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；

4）《空气调节》（中国建筑工业出版社）；

5）《通风管道水利计算表》；

3.原始资料

（1）屋顶：

结构同序号3；

（2）楼板：

结构同序号8；

（3）外窗：

双层玻璃，玻璃厚度6mm，挂深黄色内窗帘；

（4）外墙：

序号2；

（5）内墙：

序号2；

（6）杭州市夏季室外气象条件：

tp=31.6ºC，tg=35.7ºC；

（7）室内设计温度：

tn=28℃，相对湿度为50%；

（8）办公时间：

00-17:

00；

（9）室内人数：

大办公室30人，会议室20人，工程部5人，技术部5人，项目经理部5人，网络室4人，档案室2人，人力资源部2人；

（10）室内设备：

大办公室20台电脑，大会议室1台电脑，1台投影仪，1台功放机，总工程师1台电脑，技术部长一台电脑，项目经理室2台电脑，网络室3台电脑。

每台电脑按200W计算，投影仪按300W计算，功放机按500W计算；

（11）室内安装明装日光灯，按每平方米20W配置；

（12）室内压力稍高于室外大气压；

（13）走廊无空调，楼下有空调；

（14）房间总高度4m，净高度3m，窗高2m；

（15）其余未注明的条件，均按冷负荷系数法中的基本条件计算。

（16）室内设计参数：

空调房间tn=28±1ºC，

=55±5%，且全年室内参数固定不变；空调房间的洁净度和噪声要求一般。

4.夏季冷、热、湿负荷的计算

由于室内压力稍高于室外大气压，故不需考虑由于外压渗透所引起的冷负荷。

4.1围护结构瞬变传热形成冷负荷

4.1.1外墙和屋面瞬时传热引起的冷负荷

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按下式计算：

（3.1）

式中：

——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，m2；

K——外墙和屋面的传热系数，W/（m2·K）；

——作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差。

4.1.2内墙、楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷

当空调房间与相邻非空调房间的温差大于3℃时，要考虑内维护结构间的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷。

由于此设计中空调房间与相邻非空调房间的温差小于3℃，所以不需考虑。

4.1.3外玻璃窗逐时传热引起的冷负荷

在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬时传热形成的冷负荷可按下式计算：

（3.2）

式中：

——外玻璃窗的逐时冷负荷，W；

KW——玻璃的传热系数，W/（m²·℃）；

F——窗口面积，m2；

——作用时刻下窗户的负荷温差。

4.1.4透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷

透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：

（3.3）

式中：

xg——窗的有效面积系数；

xd——地点修正系数；

Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数；

Cs——窗玻璃的遮挡系数；

F——窗户面积；

——负荷强度，W/m2。

由以上公式，对屋顶进行冷负荷计算。

由附录2-9查得内墙的放热衰减度vf=1.9，楼板放热衰减度vf=1.9。

查表2-8可知该房间类型属于重型。

由附录2-9查得K=1.02W/（m2·K），衰减系数β=0.42，衰减度v=20.37，

表4-2屋顶冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

1.02

300

CLQτ

2448

2142

1836

2142

2754

3366

3978

4896

5508

表4-3南外窗冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

4.3

5.1

6.0

6.7

7.5

8.0

8.5

8.8

8.9

8.7

3.26

120

CLQτ

1682

1995

2347

2621

2934

3130

3325

3443

3482

3403

表4-4北外墙冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

0.71

CLQτ

136.32

170.4

表4-5北外窗冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

4.3

5.1

6.0

6.7

7.5

8.0

8.5

8.8

8.9

8.7

3.26

CLQτ

1010

1197

1408

1573

1760

1878

1995

2066

2089

2042

表4-6东外墙冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

0.71

43.2

CLQτ

307

337

307

表4-7东外窗冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

4.3

5.1

6.0

6.7

7.5

8.0

8.5

8.8

8.9

8.7

3.26

14.4

CLQτ

202

239

282

315

352

376

399

413

418

408

表4-8西外墙冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

0.71

57.6

CLQτ

245

286

327

368

409

表4-9南外窗日射得热形成的冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

108

0.75

0.97

0.74

0.65

120

CLQτ

1554

2100

3023

3947

4535

4031

3317

2771

2226

表4-10北外窗日射得热形成的冷负荷

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

0.75

0.97

0.65

CLQτ

1004

1157

1376

1550

1659

1616

1507

1376

1441

4.2人员散热引起的冷负荷

从性别来看人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度以及环境条件（温、湿度）等多种因素有关。

，可认为成年女子总散热量约为男子的85%、儿童则约为75%。

由于性质不同的建筑物中有不同比例的成年男子、女子和儿童数量，而成年女子和儿童的散热量低于成年男子。

为实际计算方便，可以成年男子为基础，乘以考虑了各类人员组成比例系数，称群集系数。

表2-17给出了一些数据，可作参考。

于是人体散热量则为：

CLQτ=qnn′（W）（3.4）

式中：

q——不同室温和劳动性质时成年男子散热量，W，本设计中q取47；

n——室内全部人数，本设计中总人数为73；

n′——群集系数，本设计中取0.9；

表4-11群集系数n′

工作场所

n′

工作场所

n′

影剧院

0.89

图书阅览室

0.96

百货商店

0.89

工厂轻劳动

0.90

旅馆

0.93

银行

1.00

体育馆

0.92

工厂重劳动

1.00

综上可知，人体散热量为：

CLQτ=qnn′=73×47×0.9=3087.9W

4.3照明散热形成的冷负荷

根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：

白炽灯：

CLQτ=1000·N（3.5）

荧光灯：

CLQτ=1000·n1·n2·N（3.6）

式中：

CLQτ——灯具散热形成的冷负荷，W；

N——照明灯具所需功率，KW；

n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1＝1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1＝1.0；

n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热与顶棚内时，取n2＝0.5～0.8；而荧光灯罩无通风孔时，取n2＝0.6～0.8；

本设计照明设备为明装荧光灯，镇流器设置在房间内，故镇流器消耗功率系数n1取1.2，灯罩隔热系数n2取1.0。

荧光灯照明散热引起的冷负荷：

CLQτ=1000·n1·n2·N

式中：

Q——灯具散热形成的冷负荷，W；

N——照明灯具所需功率，KW；

n1——镇流器消耗功率系数，本设计取n1＝1.2；

n2——灯罩隔热系数，本设计取n2＝1.0；

CLQτ=1000·n1·n2·N=1000×1.2×1.0×5.6=6720W

4.4大楼冷负荷汇总

表4-12大楼冷负荷汇总

时间

08:

09:

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

屋顶负荷（W）

2448

2142

1836

2142

2754

3366

3978

4896

5508

外墙负荷（W）

307

337

368

409

窗传热负荷（W）

1682

1995

2347

2621

2934

3130

3325

3443

3482

3403

窗日射负荷（W）

1554

2100

3023

3947

4535

4031

3317

2771

2226

总计

5991

6574

7543

9047

9948

10787

11090

11106

11558

11546

根据汇总情况可知，负荷最大值出现在16:

00，因此选此时作为计算依据。

根据本设计总负荷21365.9W，总面积280m2,求得此设计冷指标：

q=CLQτ/F=21365.9/280=76.31W/m2（3.7）

4.5房间散湿量

表4-13房间湿负荷计算

人数

群集系数

每人散湿量

人体湿负荷

人

g/h

g/s

0.9

109

0.000273

5.新风负荷

最小新风量的确定：

新风量多少的矛盾问题：

从改善室内空气品质角度，新风量应多，但耗能，从节能角度，新风量宜少。

最小新风量及应满足的要求，系统设计时，一般必须确定最小新风量。

此新风量通常应满足三个要求：

（1）稀释人群本身和活动产生的污染物，保证人群对空气品质的要求；

（2）补充室内燃烧所耗的空气和局部排风量；

（3）保证房间正压。

在全空气系统中，通常取上述要求计算出新风量的最大值作为最小新风量。

如果计算新风量不足送风量的10%，则取送风量的10%。

目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则,负荷计算公式如下：

Q=Gw（hW–hN）（kW）（4.1）

式中：

Q——夏季新风冷负荷，KW；

Gw——新风量，kg/s；

hW——室外空气的焓值，kJ/kg；

hN——室内空气的焓值，kJ/kg。

表5-1房间的新风负荷

人数

每人新风量

总新风量

室外空气室外焓值

室内空气室外焓值

新风冷负荷

个

m3/（r·h）

kg/（s·r）

m3/h

kg/s

kJ/kg

0.013

2850

0.93

88.01

65.02

21.37

6.空调系统的方案确定及风量计算

6.1送风量及送风状态的确定

全空气一次回风系统：

全空气系统以二层进行计算，房间冷负荷21365.9W，湿负荷32.15kg/s，室内设计温度28℃，相对湿度50%。

夏季：

tW=35.7℃，

℃，

kJ/kg，tn=28℃，

kJ/kg，

=50%，冷负荷：

Q=21365.9W，湿负荷：

W=0.024924kg/s

图6-1全空气一次回风系统焓湿图（夏季）

（1）计算热湿比

kJ/kg（5.1）

在h-d图上根据室内tn=28℃及相对湿度

确定N点，得

kJ/kg，过N点作

kJ/kg线与

相对湿度线相交得送风状态点O；取送风温差Δto=8℃，则送风温度to=28-8=20℃，

kJ/kg，

（2）总送风量

kg/s=5823m3/h（5.2）

新风量：

Gw=2850m3/h

（3）新风量的确定

（5.3）

系统的新风量不应小于其总风量的10%，所以新风满足要求；

GW=2850m3/h

由于GW=2850m3/h>2190m3/h，所以新风量能满足楼内人员的需求。

（4）确定新、回风混合状态点

（5.4）

=76.27kJ/kg

作

的等焓线，交

线为M点。

（5）系统的冷量

（5.5）

6.2风机盘管加新风系统

由以上说明可知，此办公大楼采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。

风机盘管加新风系统的空气处理方式有：

（1）新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷；

（2）新风处理到室内状态的等含湿量线，新风机组承担部分室内冷负荷；

（3）新风处理到焓值小于室内状态点焓值,新风机组不仅承担新风冷负荷，还承担部分室内显热冷负荷和全部潜热冷负荷，风机盘管仅承担一部分室内显热冷负荷，可实现等湿冷却，可改善室内卫生和防止水患；

（4）新风处理到室内状态的等温线风机盘管承担的负荷很大，特别是湿负荷很大，造成卫生问题和水患；

（5）新风处理到室内状态的等焓线，并与室内状态点直接混合进入风机盘管处理。

风机盘管处理的风量比其它方式大，不易选型。

所以本设计选择新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷方案。

对本设计进行计算：

房间冷负荷21.37kW，湿负荷0.024924kg/s。

图5-2风机盘管侧送风示意图

夏季：

℃，

kJ/kg，tn=28℃，

kJ/kg，

=50%，冷负荷Q=21.37kW，湿负荷：

W=0.024924kg/s

采用将新风处理到室内空气焓值的方案，空气处理过程如图3-3。

图6-3风机盘管加新风系统焓湿图（夏季）

（1）计算热湿比：

kJ/kg

在h-d图上根据室内及相对湿度

确定N点，得

kJ/kg，

，过N点作

kJ/kg线与

相对湿度线相交得送风状态点O；

kJ/kg，送风量为：

新风量：

Gw=10×25=250m3/h

>10%

连接L、O两点并延长与OM相交得M点。

新风冷量：

6.3空调系统的运行调节

综合考虑，本设计空调运行节能可由以下几个方面着手：

（1）一次回风空调系统的全年运行调节

在本设计中，采用“露点控制”调节法对空调系统进行运行调节。

即通过控制空气冷却器后的露点状态来调节送风状态参数。

（2）风机盘管机组的调节

室内冷、热负荷一般分为瞬变和渐变负荷两部分。

瞬变负荷是指由瞬时变化的室内照明、设备和人员以及太阳辐射热和使用情况等而发生变化，使各个房间产生大小不一的瞬变冷负荷。

渐变负荷是指通过房间的外维护结构的室外温差传热所引起的负荷。

一般，瞬变负荷可以靠风机盘管系统中的盘管来负担。

在本系统中，风机盘管机组采用水量调节、风量调节的方法来适应瞬变负荷的变化。

水量调节当室内负荷减少时，调节两通调节阀减少进入盘管中的水量，使盘管中的冷却水平均温度上升，送风含使量增大，房间的相对湿度将增加。

这种调节方法负荷的调节范围是100%～75%。

风量调节因为风机盘管机组上都设有高、中、低三档风量调节，配有三速开关，所以用户可根据需求手动选择风量档次，改变风机转速以调节通过盘管的风量。

7.空调设备的选择

7.1风机盘管的选型

（1）风机盘管选型依据：

风机盘管的选型应根据风机盘管所能提供的显热和全热冷负荷能满足房间所需显热和全热负荷的原则选型。

（2）风机盘管所需冷量

本设计中：

QF=5.5kw

（3）风机盘管所需风量

LF=250m³/h

（4）选择风机盘管

根据所需冷量及中等风速选型原则，选择FP-102WA型风机盘管一台，其额定风量为250m³/h，取最小水量L=0.93T/h，进水温度为7℃时查得风机盘管的冷量为5.52kW，满足要求。

故选FP-102WA的标准型风机盘管一台。

7.2新风机组选型

总的新风量为不同房间单位时间新风量乘以不同房间的人员数量，并由此得出每层所须新风机组的负荷，再根据风量与冷量选择新风机组。

（6-1）

式中：

Gw——新风量m3/h；

n——人数；

gw——每人每小时新风量m3/h。

7.3空调机组选型

在本设计中，房间的冷负荷为13.11kW，新风负荷为13.11kW，送风量为5823m³/h，新风量为2850m³/h，空调机组的总耗冷量为33.97kw。

表7-1房间机组参数

机组型号

风量

机组外形

盘管列数

冷量

热量

水阻

高度

宽度

m3/h

排

kPa

MDW60HB

6000

800

1320

300

表7-2空气处理机组参数

空气处理机组

额定风量

外型尺寸

风机数量

电机数量

机组全

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