杭州市某办公楼空调系统设计.docx
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杭州市某办公楼空调系统设计
题目：
杭州市某办公楼空调系统设计
第一章工程概述……………………………………………………………
第二章原始资料……………………………………………………………
2.1室外气象参数………………………………………………………
2.2室内气象参数………………………………………………………
2.3围护结构热工参数……………………………………………………
第三章负荷计算……………………………………………………………
3.1空调房间设计条件………………………………………………
3.2冷负荷计算………………………………………………………
3.3热负荷计算………………………………………………………
3.4负荷计算内容
3.5负荷汇总
3.6负荷逐时波动图
第四章空调系统方案的确定………………………………………………
4.1空调系统的比较…………………………………………………
4.2空调系统的确定……………………………………………………
第五章送风量和新风量的确定……………………………………………
5.1送风量确定…………………………………………………………
5.2新风量确定…………………………………………………………
第六章气流组织的设计与运算…………………………………………
6.1室内气流组织………………………………………………………
6.2送风口形式…………………………………………………………
6.3回风口形式…………………………………………………………
6.4气流组织的设计与运算……………………………………………
第七章风管、水管水力计算………………………………………………
7.1风管的水力计算……………………………………………………
7.1.1空调系统的风管布置………………………………………
7.1.2风管水力计算………………………………………………
7.2水管的水力计算……………………………………………………
7.2.1供、回水管的水力计算……………………………………
7.2.2凝水管设计…………………………………………………
第8章系统选型
8.1冷热源选择…………………………………………………………
8.2.1冷源选择……………………………………………………
8.2.2热源选择……………………………………………………
8.2风机盘管的选择……………………………………………………
8.3新风机组选择………………………………………………………
8.4空调机组选择………………………………………………………
8.5冷水机组选择………………………………………………………
8.6水泵的选择…………………………………………………………
8.6.1冷冻水泵的选择………………………………………………
8.6.2冷却水泵的选择………………………………………………
8.6.3水泵配管布置…………………………………………………
8.7冷却塔的选择……………………………………………………
第9章全年运行工况分析
9.1空调系统的全年运行
9.2空调系统的调控策略
9.2.1集散型系统能量管理和控制程序
9.2.2风机盘管自动控制系统
9.2.3新风机组自动控制系统
9.2.4空调机组自动控制系统
参考文献……………………………………………………………………………
附表…………………………………………………………………………………
附表一：
各房间负荷明细表
附表二：
各层负荷统计表
附表三：
风量计算表
附表四：
气流组织计算表
附表五：
一楼风管水力计算表
附表六：
一楼风管水力分析表
附表七：
九层风机盘管选型表
附表八：
九层水管水力计算表
附表九：
新风系统水力计算与环路分析表
第一章工程概况
本设计任务系以杭州市某税务办公楼为对象的空调系统设计，该办公楼总建筑面积14600平方米，空调面积10435平方米。
地上9层，地下1层为地下车库（含人防建筑），建筑高度34.6m，其中地下1层层高4.8m，地上1层层高5m，2层到9层层高3.7m。
空调室内冷负荷904.6KW，新风冷负荷598.2KW，总冷负荷1502.8KW，冷负荷指标为144.0W/m2，夏季总湿负荷为736.9Kg/h，总热负荷589.9KW，热负荷指标为56.5W/m2，冬季总湿负荷为-358.4Kg/h（需加湿）。
本空调系统为舒适性空调系统，采用全空气系统与空气—水系统相结合的空调形式，其冷热源为风冷热泵机组。
空调技术的发展，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以及计算机控制等方面继续研究和开发，而且要进一步创造适宜于人类工作和生活的内部环境。
第二章原始资料
2.1室外气象参数
查文献【1】表3.2-1得杭州市室外计算参数：
夏季：
空调室外计算干球温度35.7℃；
历年平均不保证50小时湿球温度28.5℃；
空调室外计算相对湿度62%；
室外风速2.2m/s；
大气压力100.05kPa。
冬季：
供暖室外计算温度-1℃；
空调室外计算干球温度-4℃；
空调室外计算相对湿度77%；
室外风速3.6m/s；
大气压力102.09kPa。
2.2室内设计参数
表2.1夏季室内设计参数
房间名称
室内温度tN（oC）
室内湿度φN（%）
新风量（m3/h人）
办税大厅
26±1
60
25
办税柜台
26±1
60
25
办公室
26±1
60
30
会议室
26±1
60
20
接待室
26±1
60
30
保安宿舍
26±1
60
30
视频控制室
26±1
60
30
局长室
26±1
60
50
副局长室
26±1
60
50
主任科员办公室
26±1
60
50
表2.2冬季室内设计参数
房间名称
室内温度tN（OC）
室内湿度φN（%）
新风量（m3/h人）
办税大厅
20±1
50
25
办税柜台
20±1
50
25
办公室
20±1
50
30
会议室
20±1
50
20
接待室
20±1
50
30
保安宿舍
20±1
50
30
视频控制室
20±1
50
30
局长室
20±1
50
50
副局长室
20±1
50
50
主任科员办公室
20±1
50
50
2.3围护结构的热工参数
根据原始资料围护结构的热工参数见下表：
表2.3围护结构热工参数表
围护结构名称
围护结构构造
传热系数K（W/m2oC）
外墙
石灰砂浆+黏土实心砖墙一砖半（370mm）
1.49
玻璃幕墙
6钢+9A+6钢
3.01
内墙
内外抹面（各20mm）+一砖墙（240mm）
1.97
外窗
单层塑钢窗
4.70
外门
木（塑料）框双层玻璃门
2.50
内门
木（塑料）框单层实体门
3.35
屋面
预制，总厚度260mm
0.62
第三章负荷计算
3.1空调房间设计条件
本次活动中心空调设计为舒适性空调。
室内设计参数见表2.1。
3.2冷负荷计算
（1）外墙和屋面的冷负荷计算
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进行计算：
Qc（τ）=A·K·[（tc（τ）+td）⋅ka·kρ−td]（3-1）
式中：
Qc（τ）—外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；
K—外墙和屋面的传热系数，W/m2°C，可根据外墙和屋面的不同构造由文献【1】[10]附录2-2和附录2-3中查得；
A—外墙和屋面的计算面积，m2；
tc（τ）—外墙和屋面计算温度的逐时值，℃，可根据外墙和屋面的不同类型分通空调》附录2-4和附录2-5中查得；
ka—外表面放热系数修正值，在文献【1】表2-8中查得；
kρ—吸热系数修正值,在文献【1】表2-9中查得；
td—地点修整值，℃，根据设计地点可由文献【1】附录2-6中查得；
tR—室内计算温度,℃，根据设计要求取值。
（2）外玻璃窗瞬时传热下的冷负荷
在室内外温差作用下，通过外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷可按下式计算：
Qc（τ）=cw·Aw·Kw·（tc（τ）+td−tR）（3-2）
式中：
cw——窗框修正系数，可由文献【1】附录2-9中查得；
Qc（τ）——外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W；
Aw——窗口面积，m2；
Kw——外玻璃窗传热系数，Wm2⋅°C，可由文献【1】附录2-7和附录2-8中查得；
tc（τ）——外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，°C，可由《暖通空调》附录2-10中查得；
td——地点修正系数，可由文献【1】附录2-11中查得；
（3）外玻璃窗日射得热引起的冷负荷
玻璃窗日射得热引起的冷负荷，其计算式可用下面公式：
Qc（τ）=Ca·Cs·Ci·Aw·CLQ·Djmax（3-3）
式中：
c（τ）——外玻璃窗日射得热引起的冷负荷；
Ca——有效面积系数，可由文献【1】附录2-15中查得；
Cs——窗玻璃的遮阳系数，可由文献【1】附录2-13中查得；
Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数，可由文献【1】附录2-14中查得；
Aw——窗口面积，m2
CLQ——窗玻璃冷负荷系数，无因次，可由文献【1】附录2-16至附录2-19中查的
Djmax——日射得热因子最大值，W，可由文献【1】附录2-12查得；（4）设备散热形成的冷负荷计算
设备及其用电器都放在室内，主要是一些电脑、电视机等。
由于都是些电子设备，由文献【1】，使用下面公式：
Qc（t）=1000·CLQ·n1·n2·n3·N/η（3-4）
式中：
CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数，可由文献【1】附录2-20和附录2-21查得
N——电动设备的安装功率，kW；
η——电动机效率；
n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9，可用于反映安装功率的利用程度；
n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计最大实耗功率之比，对计算机可取1.0，一般仪表取0.5～0.9；
n3——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.5～0.8。
（5）照明散热形成的冷负荷计算
根据文献【1】灯具的冷负荷计算公式：
Qc（τ）=1000·n1·n2·N·CLQ（3-5）
式中：
c（τ）——灯具散热形成的冷负荷，W；
N——照明灯具所需功率，kW，根据酒店的设计要求确定；
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高在顶棚时，可取n1=1.0；
n2——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），利用自然通风散热于顶棚内时，取n2=0.5～0.6；而荧光灯罩无通风孔者n2=0.6～0.8；
CLQ——照明散热冷负荷系数，可由文献【1】附录2-22查得。
（6）人体显热形成的冷负荷计算
室内人员显热散热形成的冷负荷，其计算公式为：
Qc（τ）=qS·n·ϕ·CLQ（3-6）
式中：
Qc（τ）——人体显热散热形成的冷负荷，W；
qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，可由文献【1】表2-13查得；
n——室内全部人数；
ϕ——群集系数，可由文献【1】表2-12查得；
CLQ——人体显热散热冷负荷系数，可由文献【1】附录2-23查得。
（7）人体潜热形成的冷负荷的计算
人体潜热散热形成冷负荷，其计算公式：
Qc（τ）=ql·n·ϕ（3-7）
式中:
Qc（τ）——人体潜热散热形成的冷负荷，W；
ql——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量，W，可由文献【1】表2-13查得；
n——室内全部人数；
ϕ——群集系数，可由文献【1】表2-12查得。
（8）内围护结构的冷负荷计算
通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷采用下式计算冷负荷：
Qc（τ）=kj·Aj·（tΟ.m+Δta−tR）（3-8）
式中：
kj——内围护结构的传热系数，W/m2⋅°C；
Aj——内围护结构的面积,m2
tΟ.m——夏季空调室外计算日平均温度，℃；
Δta——附加温升，℃，可由文献【1】表2-10选取。
（9）新风冷负荷计算
新风Gw进入系统时的焓为iw，排除时焓为in，这部分冷量称为新风冷负荷，可按下式计算：
Qq=md·Gw·（iw−in）/3.6（3-9）
式中：
md——夏季空调室外计算干球温度下的空气密度;
Gw——新风量，m3/h；
iw——夏季室外计算参数时的焓值，kJ/kg；
in——室内空气的焓值，kJ/kg。
（10）人体湿负荷计算
人体湿负荷可按下式计算：
Mw=0.278·n·ϕ·g×10-6（3-10）
式中:
Mw——人体散湿量，kg/s;
G——成年男子的小时散湿量，g/h，可由文献【1】表2-13查得；
n——人数
ϕ——群集系数，可由文献【1】表2-12查得。
（11）新风湿负荷计算
新风湿负荷按下式计算：
Mq=md·Gw·（dw−dn）/3600（3-11）
式中：
md——夏季空调室外计算干球温度下的空气密度；
Gw——新风量，m3/h；
dw——夏季空调房间室外计算参数时的含湿量g/kg；
dn——室内空气的含湿量，g/kg。
3.3热负荷计算
（1）围护结构的基本耗热量
围护结构的基本耗热量按下式计算：
Qj=AjKj（tR–to.w）·a（3-12）
式中：
Qj——j部分围护结构的基本耗热量,W；
Aj——j部分围护结构的表面积，m2;
Kj——j部分围护结构的传热系数，W/（m2.oC）；
tR——冬季室内计算温度，oC；
to.w——空调室外计算温度，oC；
a——围护结构的修正系数，见文献【1】表2-4；但是，在已知冷侧温度或用平衡法能计算出冷侧温度时，可直接用冷侧温度代入，不用进行a值修正。
（2）空调新风热负荷
空调新风热负荷按下式计算：
Qh=md·Gw·cp·（tR–to）/3.6（3-13）
式中：
md——夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，kg/m3;
Gw——新风量，m3/h；
cp——空气的定压比热，取1.005KJ/（kg.oC）；
to——冬季空调室外空气计算温度，oC；
tR——冬季空调室内空气计算温度，oC。
（4）围护结构附加耗热量
①朝向修正率
北、东北、西北朝向：
0~10%
东、西朝向：
-5%
东南、西南朝向：
-10%~-15%
南向：
-15%~-30%
②风力附加率
在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5%~10%。
③外门附加率
公共建筑或生产厂房的主要出入口500%
民用建筑或工厂的辅助建筑物，当其楼层为n时:
有两个门斗的三层外门60n%
有门斗的双层外门80n%
无门斗的单层外门65n%
④高度附加率
当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率2%，但最大不超过15%。
3.4负荷计算内容
现仅以消防控制室106为例计算说明，其他房间负荷见附表2。
106房间的围护结构有：
北外墙：
砖墙，面积32.88m2;
北外窗：
单层塑钢窗，面积3.92m2;
北外门：
木（塑料）框双层玻璃门，面积3.8m2;
内墙：
砖墙，面积112.1m2;
内门：
木（塑料）框单层实体门，面积3.2m2。
由于室内压力大于室外大气压，故无需考虑新风渗透引起的冷热负荷。
邻室为空调房间，无内墙传热引起的负荷。
负荷详细计算内容如下。
表3.1北外墙冷负荷（按3-1式）（取Ka=1.0,Kp=0.90）
表3.2北外窗瞬时传热冷负荷（按3-2式）（取Cw=1.0）
表3.3北外窗日射得热冷负荷（按3-3式）（取Ca=0.85,Cs=1.0）
表3.4照明散热冷负荷（按3-5式）（N=2.1kw,取n1=1.2,n2=1.0）
表3.5设备散热冷负荷（按3-4式）（n1=0.8,n2=1.0,n3=0.8,η=0.86）
表3.6人员散热冷负荷（按3-6,3-7式）（取qs=60.5,φ=0.92,q=73.3）
表3.7室内逐时冷负荷汇总表
夏季新风冷负荷（按3—9式）
查焓湿图得：
iw=93.8kJ/kg,in=58.2kJ/kg,
取md=1.2kg/m3,Gw=150m3/h
Qq=1.2×150×（93.8–58.2）/3.6=1780W
夏季室内湿负荷（按3-10式）
取n=5,ϕ=0.89,g=68g/h
Mw=0.278×5×0.89×68×10-6=0.084g/s
夏季新风湿负荷（按3-11式）
查焓湿图得：
dw=22.2g/kg,dn=12.6g/kg,
Qq=1.2×150×（22.2–12.6）/3600=0.48g/s
冬季热负荷包括：
围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量（空调房间不计冷风渗透耗热量）
表3.8室内热负荷计算表（按3-12式，a=1.0）
冬季新风热负荷（按3-13式）
Qh=1.2×150×1.005×（20+4）/3.6=1206W
3.5负荷汇总
现将各房间的总的冷负荷按最大值进行汇总，详见附表二。
3.6负荷逐时波动图
现将各种负荷随时间变化的趋势示于图3.1中。
图3.1负荷曲线图
上图显示，负荷最大时刻出现在17时。
第四章空调系统方案的确定
4.1空调系统的比较
为了能够选择更为合适的空调系统形式，先对各种空调系统做一了解。
由于集中式一次回风系统、风机盘管加独立新风以及分散式空调系统较为常用，所以本设计中的空调方式就通过比较这三种系统来确定。
（1）三种空调系统适用条件和使用特点
各种空调系统的适用条件和使用特点见表4.1。
表4.1三种空调系统的适用条件和使用特点
空调系统
适用条件
使用特点
集中式（一次回风）
1.房间面积大或多层、多室而热湿负荷变化情况类似；
2.新风量变化大；
3.全年多工况节能。
1.可利用较大送风温差送风；
2.室内散湿量较大。
半集中式（风机盘管）
1.房间面积大但风管不易布置；
2.多层多室层高较低，热湿负荷不一致或参数要求不同；
3.要求调节风量。
1.空调房间较多，房间较小，且各房间要求单独调节温度；
2.空调房间面积较大但主风管敷设困难。
分散式
1.各房间工作班次和参数要求不同且面积较小；
2.空调房间布置分散。
1.无水系统和机房；
2.可以分户控制，利于单独计费。
（2）三种空调系统的比较
现将集中式空调系统、单元式空调器、风机盘管空调系统对比如表4.2。
表4.2常用空调系统比较
比较项目
集中式空调系统
单元式空调器
风机盘管空调系统
设备布置与机房
机房面积较大，层高较高。
1.设备成套、紧凑，可以安装在房间内，也可以安装在空调机房；
2.空调机房面积较小，机房层高较低；
3.机组分散布置，敷设各种管线较麻烦。
1.只需要新风空调机房，机房面积小；
2.机组分散布置，敷设各种管线较麻烦。
风管系统
1.空调送回风管系统复杂，占用空间多，布置困难；
2.支风管和风口较多时不易调节风量。
1.系统小，风管短，各个风口风量的调节比较容易达到均匀；
2.小型机组余压小，又是难于满足风管布置和必需的新风量。
1.放在室内时，有时不接送、回风管；
2.当和新风系统联合使用时，新风管较小。
节能与经济性
1.可实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风，减少与避免冷热抵消，减少冷水机组运行时间；
2.对于热湿负荷变化不一致或是室内参数不同的房间，室内温湿度不易控制且不经济；
3.部分房间停止工作部需空调时，整个空调系统仍要运行，不经济。
1.不能实现全年多工况节能运行调节，大多用电加热，耗能大；
2.灵活性大，各空调房间可根据需要停开。
1.灵活性大，节能效果好，可根据各室负荷情况自行调节；
2.盘管冬夏兼用，内壁容易结垢，降低传热效率；
3.无法实现全年多工况节能运行调节。
使用寿命
使用寿命长
使用寿命短
使用寿命长
安装
设备与风管的安装工作量大，周期长。
1.安装投产快；
2.对旧建筑改造和工艺的变更的适应性强。
安装投产快，介于集中式空调系统和单元式空调器之间。
温湿控制
可以严格地控制室内温度和相对湿度。
对室内温度要求较低，室外湿球温度较高、新风量要求较多时，较难满足。
对室内温湿度要求较严时，难于满足。
4.2空调系统的确定
由表4.1和4.2可知，本建筑一二三层应该选用集中式空调系统（又称全空气系统），四层到九层选用半集中式空调系统。
在半集中式空调系统中，风机盘管加独立新风系统应用广泛，比较优越，故四层到九层采用风机盘管加独立新风系统。
第五章送风量和新风量的确定
5.1送风量的确定
空气调节系统的送风量通常按照夏季最大的室内冷负荷，按下式计算确定：
（5-1）
式中：
——送风量（kg/s）；
——室内冷负荷（kW）；
——室内湿负荷（kg/s）；
——室内空气的焓值（kJ/kg）；
——送风状态下的空气的焓值（kJ/kg）；
——室内空气的含湿量（g/kg）；
——送风状态下的空气的含湿量（g/kg）；
和
都是已知的，室内状态点
在
图上的位置已经确定，因此只要过
点作
线，也能确定送风状态点
，从而算出送风量
。
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