办公楼空调制冷设计计算.docx
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办公楼空调制冷设计计算
1工程概述
本工程为杭州市××学院办公楼，砖混结构共三层，建筑面积1381m2。
底层为教室和机房，二、三层为办公室、会议室等。
业主已给出建筑平面图和各个房间的功能，要求设计本办公楼的中央空调系统，实现每个有人员房间的夏季空调供冷。
2设计依据
2.1设计任务书
<<空调制冷课程设计提纲>>
2.2设计规范及标准
（1）采暖通风与空气调节设计规范（GBJ19-872001版）
（2）房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001）
（3）采暖通风与空气调节制图标准（GBJ114-88）
3设计范围
（1）中央空调系统选型，空气处理过程的确定。
（2）组合式空气处理机、空调箱、风机盘管、送风口、回风口的选型，风管布置。
（3）冷冻机组、冷却塔、水泵、膨胀水箱的选型及水系统设计。
4设计参数[1]
4.1室外空气计算参数
空调
通风
主导风向
风速
大气压力
夏季
干球温度35.7℃
温度33℃
C
NNW
2.2m/s
100050Pa
湿球温度28.5℃
4.2室内空气设计参数及有关指标
房间名称
夏季
人员密度
p/m2
新风量
m3/h·p
允许噪声
dB（A）
温度（℃）
相对湿（%）
办公室
26
60
0.15
30
55
教室
26
60
0.7
25
40
会议室
26
60
0.5
20
50
走道及前厅
26
60
0.1
20
50
5空调冷负荷计算
5.1相关参数的选取
围护结构参数见下表[3][4]
结构类型
类型
传热系数
外墙
石灰砂浆（20mm）加一砖半黏土实心砖墙（370mm）
总厚度390mmII型墙
1.79
外窗
普通钢窗3mm普通玻璃
6.46
外门
单层3mm玻璃木门，结构修正0.7
2.00
内墙
内外抹面（各20mm）加一砖黏土实心砖墙（240mm）
总厚度280mm III型墙
1.97
屋顶
加气混凝土保温屋面编号
（1）
≤0.8
其它的冷负荷相关参数:
房间
名称
人员
照明
设备散热
W/m2
劳动强度
群集系数
类型
功率W/m2
办公室
极轻
0.93
暗装荧光灯,灯罩有孔
30
25
教室
极轻
0.89
明装荧光灯,灯罩有孔
50
10
公议室
极轻
0.93
暗装荧光灯,灯罩有孔
40
20
走道及前厅
轻
0.93
一楼同教室,其它同办公室
30
10
注:
（1）电脑房、设备间、设备按实际发热量估算。
（2）室内保持正压，不考虑空气渗透引起的冷负荷。
（3）教室、会议室工作时段取上午8：
00到12:
00，下午13:
00到16:
00，办公室工作时段取上午8：
00到晚上21:
00。
（4）除机房外全部房间和走道都设置了空调，不考虑内围护结构的传热。
5.2冷负荷计算中所用到的公式
5.2.1人体冷负荷
人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Q，按下式计算：
Qτ=φnq1Xτ-T
式中φ—群体系数；
n—计算时刻空调房间内的总人数；
q1—一名成年男子小时显热散热量，W；
T—人员进入空调房间的时刻，点钟；
τ-T—从人员进入房间时算起到计算时刻的时间，h；
Xτ-T—τ-Ｔ时间人体显热散热量的冷负荷系数。
人体散湿形成的潜热冷负荷Q（W），按下式计算:
Q=φnq2
式中q2—一名成年男子小时潜热散热量，W；
φ—群体系数。
5.2.2人体湿负荷
人体散湿量D（kg/h）按下式计算:
D=0.001φng
式中n—房间人数；
g—一名成年男子的小时散湿量，g/h。
5.2.3灯光冷负荷
照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Qτ（W），应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算：
1.白只灯和镇流器在空调房间外的荧光灯
Q=1000n1NXτ-T
2.镇流器装在空调房间内的荧光灯
Q=1200n1NXτ-T
3.暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯
Q=1000n0NXτ-T
式中N—照明设备的安装功率，kW；
n0—考虑玻璃反射，顶棚内通风情况的系数，当荧光灯罩有小孔，利用自然通风散热于顶棚内时，取为0.5-0.6，荧光灯罩无通风孔时，视顶棚内通风情况取为0.6-0.8；
n1—同时使用系数，一般为0.5-0.8；
T—开灯时刻，点钟；
τ-T—从开灯时刻算起到计算时刻的时间，h；
Xτ-T—τ-T时间照明散热的冷负荷系数。
5.2.4设备冷负荷
设备散热引起的冷负荷Q（W）按下式计算:
Q=10000qX
式中q—设备散热量，kg/h；
X—设备散热量的冷负荷系数g/h；
其中设备散热量按每平米的设备散热量与空调面积估算。
5.2.5新风冷负荷
新风全冷负荷Qq（W）按下式计算:
Qq=mdmx（iw-in）/3.6
式中 md--夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，1.13kg/m^3；
mx--新风量，m^3/h；
iw--夏季室外计算参数下的焓值，kJ/kg；
in--室内空气的焓值，kJ/kg。
其中新风量=空调房间人数*房间中的人均新风量
5.2.6新风湿负荷
新风湿负荷Dx（kg/h）按下式计算:
Dx=mdmx（dw-dn）0.001
式中 mx--新风量，m^3/h；
dw--夏季空调室外计算参数时的含湿量，g/kg；
dn--室内空气的含湿量，g/kg。
5.2.7外墙和屋面冷负荷
外墙和屋面冷负荷CL（W）按下式计算:
CL=FK（（tl+td）Ka-tn）
式中 F--外墙或屋面的面积，m2；
K--外墙或屋面的传热系数，W/（m2·℃）；
tl--冷负荷计算温度的逐时值，℃；
td--温度的地点修正值,℃；
Ka--温度的由于外表面放热系数不同引起的温度修正系数；
tn--室内设计温度，℃。
2.3.8外窗冷负荷
该冷负荷可分为三部分:
直射冷负荷CL（W）,散射冷负荷CL（W）,传热冷负荷CL（W）,其中:
直射冷负荷CL=FzCzDj,maxCcl
式中 Fz--窗玻璃的直射面积，m^2；
Cz--窗玻璃的综合遮挡系数；
Dj,max--日射得热因数的最大值，W/m^2；
Ccl--冷负荷系数。
散射冷负荷CL=FsCzDj,maxCcl
式中 Fs--窗玻璃的散射面积，m^2。
传热冷负荷CL=FK（tl-tn）。
5.3冷负荷计算
使用鸿业冷负荷计算软件对各个房间进行冷、湿负荷计算。
由于篇幅有限，附录1只列出101教室的逐时负荷构成。
下表列出同层面负荷最大出现时刻的各个房间负荷数据。
房间号
空调面积（m2）
人数
（人）
负荷最大时刻
房间内
冷负荷
（W）
房间
湿负荷（kg/h）
新风量
（m3/h）
新风
冷负荷（W）
总冷负荷（W）
101教室
43.2
30
16点
6551
2.910
750
8061
14611
102教室
43.2
30
16点
6551
2.910
750
8061
14611
103电脑房
82.7
60
16点
13380
5.821
1500
16122
29501
104控制室
21.6
2
16点
1754
0.209
50
537
2291
105教室
97.2
68
15点
14474
6.597
1700
18271
32745
106休息室
21.6
15
15点
3316
1.455
375
4030
7347
107接待室
27.1
18
16点
3709
1.746
450
4836
8546
109男厕
21.6
4
15点
1247
0.684
120
1290
2537
走道及门厅
125.6
12
16点
6669
2.053
240
2579
9249
一层小计
16点
201办公室
21.6
3
14点
1207
0.304
90
967
2174
202办公室
21.6
3
14点
1207
0.304
90
967
2174
203办公室
21.6
3
14点
1207
0.304
90
967
2174
205会议室
61.1
30
15点
5580
3.041
600
6449
12028
206藏书室
21.6
2
9点
1226
0.203
60
645
1871
207设备库
21.6
2
13点
1230
0.203
60
645
1875
208办公室
32.4
5
13点
1548
0.507
150
1612
3161
209办公室
21.6
3
13点
1236
0.304
90
967
2203
房间号
空调面积（m2）
人数
（人）
负荷最大时刻
房间内
冷负荷
（W）
房间
湿负荷（kg/h）
新风量
（m3/h）
新风
冷负荷（W）
总冷负荷（W）
210办公室
21.6
3
13点
1236
0.304
90
967
2203
211办公室
21.6
3
13点
1236
0.304
90
967
2203
212办公室
21.6
3
13点
1632
0.304
90
967
2600
213女厕
21.6
4
14点
1556
0.684
120
1290
2846
二层走道
86.0
8
16点
2750
0.811
160
1720
4470
二层小计
417.1
75
14点
24058
7.881
1870
20097
44156
301会议室
43.2
20
15点
4072
2.027
400
4299
8371
302休息室
21.6
3
14点
1398
0.304
90
967
2365
303控制室
21.6
2
14点
1289
0.203
60
645
1934
304活动室
104.3
60
10点
13003
10.267
1200
12897
25901
305办公室
32.4
5
13点
1901
0.507
150
1612
3513
306办公室
43.2
6
13点
2645
0.608
180
1935
4579
307办公室
43.2
6
13点
3042
0.608
180
1935
4976
308男厕
21.6
4
13点
1692
0.684
120
1290
2982
三层走道
86.0
8
16点
3956
1.369
160
1720
5676
三层小计
417.1
114
14点
32998
17.892
2540
27300
60297
全楼总计
1318
428
114707
50.158
10345
291184
225891
6系统方案及风量的确定
一层房间空间大，人员密集，冷负荷密度大，室内热湿比小。
选择一次回风的定风量单风道全空气系统。
为节约能源和资投，只进行单参数的露点送风。
二、三楼人房间较小，选择风机盘管加新风系统，新风处理到同室内点等焓的状态，然后同风机盘管的送风混合后送入室内[2]。
6.1全空气系统的空气处理过程
一层全热冷负荷为57.651kW，人体的散发的湿负荷为6.77g/s（24.385kg/h）。
热湿比8516，查焓湿图得送风温度为17.4℃。
送、回风点的焓值分别为hs=46.18kJ/kg,hn=58.85kJ/kg。
焓差12.67kJ/kg。
总送风量＝3600*冷负荷/焓差＝16381kg/h（13651m3/h）。
总新风量为5935m3/h，新风比43.5%，回风量为7716m3/h。
混合点干球温度30.3℃，湿球温度24.2℃，焓值hm=73.5kJ/kg。
由于新风比很大，一层在某些部位应设排风系统，本设计说明书中暂不涉及。
6.2风机盘管加新风系统的空气处理过程
考虑到卫生和能效，选择处理后的新风和风机盘管处理过的空气混合后送入室内的方案[2]。
采用新风不负担室内负荷的方式，即将送入室内的新风处理到90%相对湿度的室内等焓点l（见焓湿图）。
即
下面以201为例计算风机盘管的处理状态和风量，201房间在下午14点出现最大负荷，此时参数为：
全热1207W,湿负荷304g/h。
取新风量为90m3/h，分析空气处理过程。
室内的热湿比为14293kJ/kg，取送风温差为8℃，室内状态点沿热湿比下降到26－8＝18℃即为送风状态点S。
hs=48.8kJ/kg,焓差10.05kJ/kg。
（送风温差也可按混合点相对湿度90%选取，本例选择先确定送风湿差，后效合相对湿度的方法）
总送风量＝3600*冷负荷/焓差＝432kg/h（360m3/h）。
风机盘管送风量＝总送风量－新风量＝270m3/h（276kg/h）。
风机盘管空气出口温度为16.8℃，可以处理。
风机盘管的冷量即为房间的冷负荷1.207kw。
由于没有找到给出显热比（SHF）的风机盘管样本，暂不对风机盘管处理的热湿比进行效合。
二层和三层各个房间的送风状态及送风量列于下表:
房间名称
最大负荷出现时刻
房间内冷负荷（W）
送风温差（℃）
送风点
风机盘管送风温度（℃）
风机盘管送风量（m3/h）
新风量
总送
焓（kJ/kg）
焓差（kJ/kg）
（m3/h）
风量（m3/h）
201办公室
14点
1207
8
48.8
10.05
16.8
270
90
360
202办公室
14点
1207
8
48.8
10.05
16.8
270
90
360
203办公室
14点
1207
8
48.8
10.05
16.8
270
90
360
204办公室
14点
1207
8
48.8
10.05
16.8
270
90
360
205会议室
15点
5657
8
45.55
13.3
14.9
676
600
1276
206藏书室
9点
1593
7
50.9
7.95
18.7
541
60
601
207设备库
13点
1252
7
50.68
8.17
18.6
400
60
460
208办公室
13点
1604
8
48.22
10.63
16.3
303
150
453
209办公室
13点
1292
8
48.94
9.91
17
301
90
391
210办公室
13点
1292
8
48.94
9.91
17
301
90
391
211办公室
13点
1292
8
48.94
9.91
17
301
90
391
212办公室
13点
1699
8
49.39
9.46
17.3
449
90
539
213女厕
14点
1556
8
46.88
11.97
16.5
270
120
390
二层走道
16点
3008
8
48.65
10.2
17.2
725
160
885
二层小计
14点
24058
-
-
-
-
5348
1870
7218
301会议室
15点
4095
8
46.16
12.69
15.6
568
400
968
302休息室
14点
1398
8
49.09
9.76
17.1
340
90
430
303控制室
14点
1289
7
50.71
8.14
18.6
415
60
475
304活动室
10点
13261
8
45.39
13.46
15.6
1756
1200
2956
305办公室
13点
1972
8
48.75
10.1
16.8
436
150
586
306办公室
13点
2778
8
49.08
9.77
17.1
673
180
853
307办公室
13点
3186
8
49.3
9.55
17.2
821
180
1001
308男厕
13点
1699
8
47.23
11.62
16.7
319
120
439
三层走道
16点
4176
8
48.1
10.75
17.5
1005
160
1165
三层小计
14点
32998
-
-
-
-
6332
2540
8872
注：
对于304活动室，由于湿负荷太大，降低湿度要求来确定送风状态。
7空调设备的选型及布置
7.1全空气系统
7.1.1各房间风量确定及风口的选型
按负荷计算各房间风量，确定风口数量及尺寸。
送风选择四面吹方形散流器。
回风选择单层百叶回风口。
送风散流器吼部风速取3～3.5m/s，回风百叶风口风速取4～5m/s。
卫生间不回风。
按房间大小及形状布置风口（见图纸）。
按各房间负荷出现最大时刻选型，列于下表:
房间号
101
102
103
104
105
106
107
109
走道
总计
负荷（W）
6551
6551
13380
1754
14474
3316
3709
1247
6669
送风量（m3/h）
1551
1551
3168
415
3427
785
878
295
1579
送风口数（个）
4
4
8
2
8
2
4
1
5
送风口型（cm）
18*18
18*18
18*18
14*14
20*20
18*18
14*14
16*16
16*16
吼部风速（m/s）
3.32
3.32
3.40
2.94
2.97
3.37
3.11
3.20
3.43
回风量（m3/h）
876
876
1790
234
1936
444
496
0
892
回风口数（个）
2
2
4
1
4
1
1
0
2
回风口型（cm）
10*30
10*30
10*30
8*20
10*30
10*30
10*30
-
10*30
吼部风速（m/s）
4.06
4.06
4.14
4.06
4.48
4.11
4.59
-
4.13
注：
口型指吼部尺寸。
7.1.2送、回风管的布置和管径的确定
风管用镀锌钢板制作，用带玻璃布铝箔防潮层的离心玻璃棉板材（容量为48kg/m3）保温，保温层厚度δ＝30mm。
按房间的空间结构布置送回风管的走向（见图纸），并计算各管段的风量。
吊顶中留给空调的高度约为1050mm。
由于建筑空间的局限，回风管干管安置在送风干管上部。
根据教室内允许噪声的要求，风管干管流速取5～6.5m/s，支管取3～4.5m/s来确定管径（见图纸）。
7.1.3最不利管路的压力损失
绘制全空气系统最不利环路的轴测图，标出各段标号、长度、流量、管径。
镀锌钢板粗糙度K取0.15。
列表计算压力损失（见附2）[7]，以来决定空气处理机组的余静压。
相关计算公式及依据如下：
当量管径＝2*管宽*管高/（管宽＋管高）；
流速＝秒流量/管宽/管高*1000000；
单位长度沿程阻力由流速，管径，K查设计手册阻力线图；
沿程阻力＝管段长度*单位长度沿程阻力；
局部阻力系数根据局部管件的形状查设计手册；
动压＝流速＾2*1.2/2；
局部阻力＝局部阻力系数*动压；
总阻力＝沿程阻力＋局部阻力。
计算得沿程阻力为59.98Pa，局部阻力为143.30Pa。
取法兰，软接头等其它阻力约50Pa，则组合式空气处理机组的余静压应为250Pa。
7.1.4全空气系统空调机组的选型
全空气系统的总送风量为13651m3/h。
总冷量为：
1.1*（房间内的冷负荷＋新风冷负荷）＝1.1*121.438＝133.6kW
根据“清华同方”组合式空调机组样本选型，选择ZKW15-JT-Z6。
额定风量15000m3/h，左式，六排管额定冷量94.4kW，按新、回风混合温度为30.3℃，进水温度7℃进行修正，冷量为145.4kW。
风量和冷量分别有9%，和8%的富余量。
机组取混合段＋板粗过滤＋袋中过滤＋表冷段＋垂直风机段的组合形式。
机组全长3040mm。
宽×高＝1660mm×1510mm。
风口尺寸及定位尺寸见图纸。
7.2风机盘管加新风系统
7.2.1各房间风机盘管的选型
选用卧式暗装风机盘管，因各房间所需处理的热湿比不同，实际选型中不可能配齐所有满足湿度要求的风机盘管。
所以参考某厂家产品样本，主要通过冷量对风机盘管进行选型。
吊顶中留给空调的高度约为650mm。
风机盘管
名义风量
（m3/h）
额定冷量
（W）
个数
高度
（mm）
出风口
尺寸（mm）
所用房间
FP-2.5
250
1580
14
246
130*430
201～204,206,207,209～211,213
二层走道*2,302,303
FP-3.5
350
2030
10
246
130*480
205*2,208,212,301*2,305,
三层走道*2,308
FP-5
500
3090
2
246
130*580
306,307
FP-10
1000
5840
2
246
130*880
304*2
注：
以上机外余压都为20Pa。
7.2.2风管的布置和管径确定
选择方型四面吹散流器作为送风口、单层回风百叶作为回风口。
统计如下：
风机盘管
名义风量
（m3/h）
送风口
个数
送风口规格
同类送风口总数
回风口规格
同类回风口总数
备注
FP-2.5
250
2
14*14
44
450*150
14
FP-3.5
350
2
16*16
20
500*150
10
FP-5
500
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