暖通课程设计某中学学生公寓楼暖通空调设计.docx

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暖通课程设计某中学学生公寓楼暖通空调设计

本科生课程设计

题目：

常州某中学学生公寓楼暖通空调设计

课程：

暖通空调

《暖通空调》课程设计任务书

一、题目：

苏州市某校学生公寓楼

二、暖通空调设计设计目的和内容、要求

暖通空调课程设计是《暖通空调》课程的重要教学环节之一，通过这一环节达到了解暖通空调设计的内容、程序和基本原则，学习设计计算的基本步骤和方法，巩固《暖通空调》课程的理论知识，培养独立工作能力和解决实际工程问题的能力。

整个设计要求完成某中学学生公寓楼（按规定的轴线范围）暖通空调设计。

应将设计结果整理成设计计算说明书，其中包括：

原始资料、设计方案、计算公式、数据来源、设备类型、主要设备材料表。

设计成果还应能用工程图纸表达出来，要求绘出暖通空调平面图及系统原理图。

三、设计原始资料

1.建筑物的平、立剖面图见建筑图，建筑平面尺寸以图纸为准，建筑层高为3.4米,走廊吊顶净高2.3米,卫生间及房间小走道吊顶净高2.5米。

2.按建筑物空调房间面积估算指标为：

学生公寓楼标准层：

夏季空调冷负荷指标为80-110W/m2,外走道夏季空调冷负荷指标为90-120W/m2，内走道夏季空调冷负荷指标为50-70W/m2,活动室夏季空调冷负荷指标为120-150W/m2,冬季按建筑总面积考虑的热负荷指标为：

公寓楼均为50-75W/m2。

3.每标准间公寓住4（Ｂ/—Ｇ/轴线为2人）人，每层活动室为8-10人，卫生要求需要的最小新风量为:

标准间每人30m3/h（其他为15-25m3/h.人）；

4.每标准间公寓的卫生间设有卫生间排风，其排风量按换气次数5-10次/h计算；公共卫生间（若有）按不小于10次/h计算；

5.维持空调室内正压按0.5-0.7次/h计算；

6.室内设计参数：

夏季：

tR=26—27℃φR=40%—65%；

冬季：

tR=18—20℃φR≥30%；

7.室外气象参数见《室外气象参数》资料集。

（现直录如下）

常州：

夏季空调室外计算干球温度：

34.6℃，夏季空调室外计算湿球温度：

28.1℃，

冬季空调室外计算干球温度：

-3.5℃，冬季空调室外计算相对湿度：

75%；

8.城市热网提供0.8MPa的蒸汽。

四、设计任务与内容：

1、收集相关资料，查阅相关规范，并熟悉规范条文。

2、根据工程实际情况，通过简单的技术经济比较，优选一个方案进行设计。

3、完成（××）市某校学生公寓楼暖通空调设计，具体包括：

（1）空调负荷的计算；

（2）空调方案、冷热源方案的比较及选择；

（3）空调风系统的设计及计算；

（4）空调水系统的设计及计算；

（5）空调冷热源机房设计；

（6）通风系统的设计；

（7）室内温、湿度控制方案，空调系统的运行调节方案的选择。

4、撰写设计计算说明书。

5、绘图：

标准层风平面图，标准层水平面图，空调水系统原理图。

一、阅读设计任务书……………………………………………………………………………………6

二、熟悉有关建筑图纸，收集有关设计资料（建筑、气象、工艺等）…………………………………6

三、参观空调工程，以取得一定的工程实践知识……………………………………………………6

四、空调冷、热、湿负荷的计算…………………………………………………………………………6

（一）、夏季空调室内冷负荷的构成…………………………………………………………………6

（二）、夏季新风冷负荷的计算………………………………………………………………………6

（三）、各房间夏季湿负荷的计算……………………………………………………………………6

（四）、各房间冷、湿负荷汇总………………………………………………………………………6

（五）、冬季空调室内热负荷的构成…………………………………………………………………6

（六）、冬季新风热负荷的计算………………………………………………………………………6

（七）、各房间冬季湿负荷的计算……………………………………………………………………9

（八）各房间热、湿负荷汇总…………………………………………………………………………10

（九）建筑物总冷、热负荷汇总及空调冷热源设备需要提供的的总供冷量和总供热量………………………………………………………………………………………………………11

五、空调方案、冷热源方案的比较和确定…………………………………………………………11

（一）冷热源方案的比较及选择……………………………………………………………………11

（二）空调系统形式的选择…………………………………………………………………………15

（三）新风系统的功能与划分，新风机房的位置及新风处理设备的形式…………………………16

（四）房间中的新风供给方式的比较和确定………………………………………………………16

（五）室内气流分布方式的比较和确定，送回风口形式的确定…………………………………18

（六）空调水系统形式的选择和水系统的划分……………………………………………………18

（七）管道、设备、风口等布置方案………………………………………………………………19

六、空调风系统的设计计算…………………………………………………………………………19

（一）空气处理设备的选型…………………………………………………………………………20

（二）室内气流分布计算……………………………………………………………………………21

（三）新风系统的水力计算…………………………………………………………………………22

（四）管道及风口选型………………………………………………………………………………23

七、空调水系统的设计计算…………………………………………………………………………24

（一）布置空调循环水管、冷凝水管，画出水力计算草图……………………………………25

（二）确定各管段的水流量………………………………………………………………………25

（三）空调循环水系统排气和泄水的考虑………………………………………………………25

（四）空调冷凝水管管径大小的确定…………………………………………………………25

八、冷热源机房的设计…………………………………………………………………………26

（一）冷热源台数的确定………………………………………………………………………26

（二）空调循环水泵的选择………………………………………………………………………26

（三）冷却水系统的设计…………………………………………………………………………26

（四）其它辅助设备的选择………………………………………………………………………26

九、通风系统的设计………………………………………………………………………………26

十、室内温、湿度控制方案，空调系统的运行调节方案……………………………………26

（一）风机盘管的控制方案……………………………………………………………………26

（二）新风系统的控制方案……………………………………………………………………27

（三）变流量系统的运行调节……………………………………………………………………28

十一、管路及设备的保温…………………………………………………………………………28

（一）确定哪些管路和设备需要保温……………………………………………………………28

（二）保温材料的选择，保温层厚度的确定，保温结构的做法………………………………29

十二、参考书目……………………………………………………………………………………29

十三CAD图纸目录………………………………………………………………………………30

空调课程设计指示书

一、阅读设计任务书

二、熟悉有关建筑图纸，收集有关设计资料（建筑、气象、工艺等）

三、参观空调工程，以取得一定的工程实践知识（已在课程参观中完成）。

四、空调冷、热、湿负荷的计算（请将学生公寓标准间平面布置用单线画在计算书上）

图4-1：

学生公寓

图（4-4）：

右边走廊区域

（一）、夏季空调室内冷负荷的构成：

包括：

建筑围护结构的冷负荷和室内热源散热形成的冷负荷

1．建筑围护结构的冷负荷

（1）通过外墙和屋面瞬时传热而形成的冷负荷

（2）通过外窗内外温差的瞬时传热和透过窗玻璃的日射得热而形成的冷负荷

（3）通过内墙、内门、等内维护结构和地面传热而形成的冷负荷

2．内热源（工艺设备、人体、照明等）散热形成的冷负荷

（1）照明散热形成的冷负荷

（2）人体散热形成的冷负荷

（3）工艺设备散热形成的冷负荷

3.渗透风耗冷量的考虑

（二）、夏季新风冷负荷的计算

1.各房间最小新风量的确定

（1）卫生要求：

即按规范规定需要的最小新风量为：

标准间30m3/h·人，活动室20-25m3/h·人；

宿舍:

标间1：

MO=30m3/h×4=120m3/h

标间2：

MO=30m3/h×2=60m3/h

活动室：

MO=25m3/h×9=225m3/h

（2）补偿局部排风及保持室内正压要求（要求室内正压维持9.8Pa）：

标准间的局部排风量按各卫生间换气次数5-10次/h计算；维持空调室内正压按各房间换气次数0.5-0.7次/h计算；

宿舍:

标间1：

Mo=M排风+M渗透=5×2.7×1.8×2.5+0.5×3.4×（9×3.4-1.8×2.7）=104.508m3/h=0.035kg/s

标间2：

Mo=M排风+M渗透=5×2.7×1.8×2.5+0.5×3.4×（7×3.4-1.8×2.7）=92.95m3/h=0.031kg/s

活动室：

Mo=8.9×7.1×3.4×0.5=107.4m3/h=0.0358kg/s

（3）各房间最小新风量取①和②两者中的最大值。

宿舍:

标间1：

MO=max{M正压+局排:

M卫生}=104.508m3/h

标间2：

MO=max{M正压+局排:

M卫生}=92.95m3/h

活动室：

M0=107.4m3/h

2.各房间新风冷负荷的计算（教材P23式2-28）

宿舍:

标间1：

Q新=mo（hO-hR）=104.508×1.2×（90-60）/3600=1.04KW

标间2：

Q新=mo（hO-hR）=92.95×1.2×（90-60）/3600=0.93KW

活动室：

Q新=mo（hO-hR）=0.075×（90-60）=2.4225KW

（三）、各房间夏季湿负荷的计算（人员的散湿量见教材P21表2-13）

宿舍:

标间1：

MW=0.278nφy=0.278×4×1×68=75.6g/s=0.076kg/s

标间2：

MW=0.278nφy=0.278×2×1×68=38g/s=0.038kg/s

活动室：

MW=0.278nφy=183.396g/s

（四）、各房间冷、湿负荷汇总

因时间关系，本课程设计略去室内冷负荷的计算过程，按建筑物空调房间面积估算各房间的冷负荷，即按冷负荷指标90-110W/m2计算各房间瞬时综合总冷负荷。

表1各房间冷、湿负荷汇总

单间总热负荷/KW

单间总冷负荷/KW

单间新风量m3/h

单间总送风kg/s

夏季单间新风冷负荷/KW

单间湿负荷/g/s

每层数量

总热负荷/KW（一层）

总冷负荷/KW（一层）

宿舍（六人间）

1.810

3.621

130.5

0.36

1.38

0.076

6

16.844

33.694

宿舍（四人间）

1.496

2.992

110.7

0.34

1.17

0.038

4

（五）冬季空调室内热负荷的构成

1．围护结构的基本耗热量（墙、吊顶、门、窗、地面）

2．附加耗热量（考虑朝向、风力及高度等修正）

3．冷风渗透耗热量（空调室内正压，一般不考虑）

（六）、冬季新风热负荷的计算

各房间最小新风量同夏季，新风热负荷的计算见教材P24式2-29。

新风热负荷公式Qh.o=MOCP（TR-TO）

宿舍：

标间1：

Qh.o=1.005*（104.508*1.2/3600）*（18-（-3.5））=0.75KW

标间1：

Qh.o=1.005*（92.95*1.2/3600）*（18-（-3.5））=0.67KW

（七）、各房间冬季湿负荷的计算（是否同夏季？

）

宿舍:

标间1：

MW=0.278nφy=0.278×4×1×68=75.6g/s=0.076kg/s

标间2：

MW=0.278nφy=0.278×2×1×68=38g/s=0.038kg/s

（八）各房间热、湿负荷汇总

同样因时间关系，本课程设计略去室内热负荷的计算过程，按建筑物空调房间面积估算各房间的热负荷，即按热负荷指标为60-80W/m2计算各房间的总热负荷。

表2各房间的总热负荷汇总

单间总热负荷/KW

单间新风热负荷/kw

单间新风量m3/h

单间湿负荷g/s

宿舍（六人间）

1.810

0.962

104.508

0.076

宿舍（四人间）

1.496

0.818

92.95

0.038

（九）建筑物总冷、热负荷汇总及空调冷热源设备需要提供的的总供冷量和总供热量（P24图2-1）

1.建筑物的总冷、热负荷为各房间所得负荷相加；

2.空调冷热源设备需要提供的的总供冷量和总供热量应以建筑物总冷、热负荷为基础，加上:

（1）通风机机械能转变为热量、风管温升（或温降）漏风等引起的附加冷（热）负荷，：

风系统的冷（热）量附加—以附加系数K1表示，一般取：

制冷：

K1=5%-10%，制热K1=3%-6%

（2）水泵机械能转变为热量、冷冻水管温升（热水管温降）等引起的附加冷（热）负荷（即：

间接制冷系统的冷损失），简言之：

水系统的冷量附加，以附加系数K2表示，一般取：

制冷：

K2=7%-15%，制热K2=5%-10%

（3）计算空调冷源设备需要提供的的总供冷量时，要考虑同时使用系数（因冷指标的是基于夏季冷负荷得到的，而夏季冷负荷计算采用的是动态算法）以同时使用系数K3表示，一般取：

K3=70%-90%；计算空调热源设备需要提供的的总供冷热量时，不需要考虑同时使用系数（因热指标的是基于冬季热负荷得到的，而冬季热负荷计算采用的是稳态算法）

（4）因本工程为舒适型空调的类型，空调风系统夏季应采用最大送风温差送风，即：

应直接采用机器露点送风，而不应采用再热式系统，故不需要考虑再热冷负荷。

即：

Q冷=（1+K1）（1+K2）K3QCQ热=（1+K1）（1+K2）K3Qh

以此数据作为选择空调冷热源容量的大小，不应另作附加。

五、空调方案、冷热源方案的比较和确定

（一）冷热源方案的比较及选择：

1.常用的空调冷热源的组合形式及其特点的比较。

主要比较：

（PPT空调冷热源）

①压缩式冷水机组加汽—水热交换器组合（冷水机组夏季提7℃冷水，冬季城市热网蒸汽作热媒，加热空调末端50℃的回水，升至60℃再送至末端，如此循环）

②蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组加汽—水热交换器组合（冬夏季需要的热源均来自城市热网的蒸汽，溴冷机夏季提供7℃冷水，特别注意：

溴冷机COP值比电制冷机低，节电不节能）

③空气源热泵型冷热水机组（一机两用，夏季提供7℃冷水，冬季提供40—45℃热水）

1）蒸气压缩式制冷是电力驱动的以消耗机械能作为补偿，利用液体气化的吸热效应实现制冷的。

制冷系统主要由制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个主要设备组成，并用管道相连接，构成一个封闭的循环系统。

2）溴化锂吸收式的工作原理

吸收式制冷：

与蒸气压缩式制冷一样，都是利用液体在汽化时要吸收热量这一物理特性来实现制冷的，不同的是蒸气压缩式制冷是以消耗机械能作为补偿，而吸收式制冷是消耗热能作为补偿，完成热量从低温热源转移到高温热源这一过程的。

溴化锂吸收式制冷装置，是利用溴化锂水溶液具有在常温下强烈地吸收水蒸气，在高温下又能将所吸收的水分释放出来的特性，以及水在真空状态下蒸发时，具有较低的蒸发温度来实现制冷的。

吸收式制冷装置的优点是设备简单、造价低廉、其工质对大气环境无害，而且可以利用工业余热（or太阳能等）作为发生器热源，能耗较低，但热能利用系数比较小。

3）空气源热泵

以空气作为低位热源来吸收热量的热泵称为空气源热泵（AirSourceHeatPump）。

空气源热泵的主要系统形式

①空气-空气热泵（冷剂系统）

②空气-水热泵

空气-空气热泵（冷剂式系统）在住宅、商店、学校、写字间等小型建筑物中应用十分广泛。

空气-水热泵的系统组成与空气-空气热泵一样，只是将空气-空气热泵的室内侧换热器的载热介质由空气换成水。

该机组夏天可以为空调系统提供冷水，冬天可以提供热水，也称空气源热泵（风冷式）冷热水机组。

2.本工程空调冷热源形式的确定.

本工程选择空气源热泵型冷热水机组（一机两用，夏季提供7℃冷水，冬季提供40—45℃热水）

3.本工程空调冷热源容量大小的确定。

（四：

（九）2（4））

1）空调系统形式的选择：

1.全空气系统

（1）形式：

按送风参数：

单送风参数系统和双（多）送风参数系统

按送风量是否恒定：

定风量系统和变风量系统

按使用空气来源：

全新风、再循环系统和回风式系统

（2）特点：

全空气系统在机房内对空气进行集中处理，空气处理机组有较强的除湿能力，维修方便。

（3）适用场合：

大餐厅、火锅餐厅、剧场、商场、候机大厅、宾馆大堂等

2.）空气-水系统

（1）形式：

按末端设备形式：

空气-水风机盘管系统、空气-水诱导器系统和空气-水辐射板系统

（2）特点：

优点：

各房间的温度可独立调节，当房间不需要空调时，可关闭风机盘管，节约能源和运行费用。

。

各房间的空气互不串通，避免交叉污染。

风、水系统占用建筑空间小，机房面积小。

水、空气的传送能耗比全空气系统小。

（3）缺点：

末端设备多且分散，运行维护量大。

风机盘管运行时有噪声。

对空气中悬浮颗粒物的净化能力、除湿能力和对湿度的控制能力比全空气系统弱。

（4）适用场合：

客房、人员密度不大的办公室、旧建筑等

3.）冷剂式系统：

（1）形式：

按外形:

1）单元柜式空调机组冷量7～116kw

2）窗式空调器　冷量1.5～7kw

3）分体式空调器

按制冷系统工作情况分热泵式单冷式

按冷凝器型式分水冷式风冷式

（2）特点：

空调机组具有结构紧凑，体积小，占地面积小，自动化程度高等优点。

空调机组可以直接设置在空调房间内，也可安装在空调机房内，所占机房面积较

小，只是集中空调系统的50%，机房层高也相对低些。

由于机组的分散布置，可以使各空调房间根据自己的需要启停各自的空调机组，

以满足不同的使用要求，因此，机组系统使用灵活方便。

同时，各空调房间之间也不会互

相污染，串声．发生火灾时，也不会通过风道蔓延，对建筑防火有利。

但是，分散布置，

使维修与管理较麻烦。

机组安装简单、工期短、投产快。

对于风冷式机组来说，在现场只要接上电源，

机组即可投入运行。

近年来，热泵式空调机组的发展很快。

热泵空调机组系统是具有显著节能效益和

环保效益的空调系统。

（-般来说，机组系统就地制冷、制热，冷、热量的输送损失少。

机组系统的能量消费计量方便，便于分户计量，分户收费。

空调机组能源的选择和组合受限制。

目前，普遍采用电力驱动。

空凋机组的制冷性能系数较小，一般在2.5-3。

同时，机组系统不能按室外一般气象参数的变化和室内负荷的变化实现全年多工况节能运行调节，过渡季也不能用全新风。

整体式机组系统，房间内噪声大，而分体式机组系统房间的噪声低。

设备使用寿命较短，一般约为10年。

部分机组系统对建筑物外观有一定影响。

安装房间空调机组后，经常破坏建筑物原有的建筑立面。

另外还有噪声、凝结水、冷凝器热风对周围环境的污染。

（3）适用场合：

分体式空调器：

旧建筑

单元柜式：

商业建筑、工业建筑

（二）新风系统的功能与划分，新风机房的位置及新风处理设备的形式：

新风系统承担着向房间提供新风的任务。

风机盘管加独立新风系统一般用于民用建筑中，因此新风系统的主要功能是满足稀释人群及其活动所产生污染物的要求和人对室外新风的需求。

新风量可以根据规范和有关设计手册按人数或建筑面积进行确定。

空气—水系统中的空气系统一般都是新风系统，这种系统实质上是一个定风量系统，划分原则是功能相同、工作班次一样的房间可划分为一个系统；虽然新风量与全空气系统的送风量相比小很多，但系统也不宜过大，否则各房间或区域的风量分配很困难；有条件时可分层设置，也可以多层设置一个系统。

本工程采用每层设置一个新风系统，因为无独立的新风机房，新风机组宜采用吊顶式（薄形）机组，吊装在各层的走道内。

（三）房间中的新风供给方式的比较和确定：

房间中新风供应有以下两种方式：

（1）直接送到风机盘管吸入端，与房间的回风混合后，再被风机盘管冷却（或加热）后送入室内。

这种方式的优点是比较简单，缺点是一旦风机盘管停机后，新风将从回风口吹出，回风口一般都有过滤器，此时过滤器上灰尘将被吹入房间；如果新风已经冷却到低于室内温度，导致风盘管进风温度降低，从而降低了风机盘管的出力。

因此，一般不推荐采用这种送风方式。

（2）新风与风机盘管的送风并联送出，也可以各自单独送入室内。

这种系统从安装稍微复杂一些，单避免了上述两条缺点，卫生条件好，应优先采用这种方式。

新风处理状态点

本工程采用新风与盘管送风并联送出方式。

（四）室内气流分布方式的比较和确定，送回风口形式的确定：

气流分布流动模式的影响因素，几种典型的气流分布方式及其特点和适用场合比较（PPT第9章9.2），结合实际，确定本工程的气流分布方式，画出方案示意图；选择送回风口的形式。

（结论：

标准间公寓气流分布方式：

上侧送上回式，双层百叶送风口（P295有原因），单层百叶或格栅回风口（P297有原因））

气流分布流动模式的影响因素:

送回风口的位置、送风口的形式等因素。

其中送风口（位置、形式、规格、出风速度等）是气流分布的主要影响因素。

几种典型的气流分布方式及其特点和适用场合比较：

1.侧送风气流组织方式：

上送上回；上送下回。

特点：

侧向送风设计参考数据：

（1）送风温差一般在6～10℃以下；

（2）送风口速度在2～5m/s之间；

（3）送风射程在3～8m之间；

（4）送风口每隔2～5m设置一个；

（5）房间高度一般在3m以上，进深为5m左右；

（6）送风口应尽量靠近顶棚，或设置向上倾斜15～20°的导流叶片，以形成贴附设流。

适用场合：

跨度有限、高度不太低的空间，如客房、办公室、小跨度中庭等一般空调系统；以及空调精度△t=±1℃的工业建筑。

风口类型：

常用双层百页风口。

2.顶送风气流组织方式：

上送下回或上送上回

特点：

平送：

送风温差≤6~10℃

喉部风速=2~5m/s

散流器间距3~6m，中心距墙≥1m。

下送：

房间高度3.5~4.0m

喉部风速=2~3m/s

散流器间距＜3m

适用场合：

大跨度、高空间，如购物中心，大型办公室，展馆等一般空调；

空调精度△t=±1℃或△t≤±0.5℃的工艺性空调。

风口类型：

方形、圆形、条缝型散流器等

3.孔板送风气流组织方式：

上送下回（最常见）；一侧送另一侧回；下送上回（应