暖通大学本科方案设计书.docx

1、暖通大学本科方案设计书一、绪论 1.1 我国暖通空调的现状及其发展 自从上世纪90年代以来，空调已经广泛地应用于我国人民的居住环境和工业生产环境中，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。 90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及移峰填谷，把蓄冷空调技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。随着生产和科技的不断发展，人类对空调技术也进行了一系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术，已经投入使用了冰蓄冷空调系统、燃气空调、VAV空调系统、地源热泵系统等。暖通空调技术的发展，

2、必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。 1.2 建筑空调系统节能国内外研究现状 1.2.1 建筑空调建筑空调系统节能国外研究现状 能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美国的整个能源消耗中，有约1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质、提高人们的生活质量。美国暖通空调制冷工程师协会、美国制协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York, Carrier等都为建筑节能做出了很大的贡献。特别是美国制冷

3、设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。日本的一些设备生产厂家对空调和制冷设备的投入也很大。Daikin公司首推的变频VRV 系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany公司则在直燃式冷水机

4、组上成绩卓著。 世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右；瑞士40%的热泵为地祸热泵，瑞典65%的热泵为地祸热泵。 1.2.2 建筑空调系统节能国内研究现状 我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。 （1）建筑空调系统节能国内研究现状概况 随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。因此，在建筑物

5、节能显得十分迫切。在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况

6、、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。（2）我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。在风冷式冷水机组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行

7、能耗是相当大的。因此水系统的节能具有很大的潜力。 1.3 空调系统的设计与建筑节能 空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。因此，建筑

8、中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个

9、重要技术难题。 1.4 空调的发展和前景 1.4.1 变频空调的发展 变频空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音。节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。日本作为变频空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，变频空调已占其空调市场的90左右。变频空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与日本先进水平同步。进入2000年，国内个别企业将直流变频技术与PAM控制技术结合应用，使空调完全进入变频空调的最高领域。它不仅使直流变频压缩机的优越性能充分发挥，更能利用数码特点，准确提高能效，达到节能51的目的。 1.4.2 无氟空调的发展 臭氧层破坏是当

10、前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以海尔空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。 1.4.3 舒适性空调的发展 健康是空调业发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。 空调气流的舒适度是健康空调的另一个标准。传统

11、空调的送风方式简单，直接吹拂人体，易引起伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新近推出的风可以从周围环绕，而不是对人直吹，通过改善空调送风的气流分布，令人感觉更舒适的空调环绕立体送风、三维立体风的健康空调成了热销产品也就不足为奇了。 1.4.4 一拖多 空调器的发展从一个侧面反映了我国居民居住环境的巨大变化，也为自身发展指明了方向。1993年以前，中国空调市场主要以一拖一为主，1993年海尔推出一拖二空调后，率先将空调业引入了一拖多时代。目前海尔一拖多空调产量突破了百万台足以证明其市场消费能力。海尔MRV网络变频一拖多中央空调的出现以及众多厂家的家用中央空调产品使得家庭中央空调迅速普及。

12、1.4.5其它空调新技术的发展 1）HEPA酶技术HEPA酶杀菌技术对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。 2）冷触媒技术 冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料根据吸附-催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。 3）体感温度控制技术 智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。 4）人感控制技术 人感控制技术利用双红外感应器控测人的

13、方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。 5）PTC电辅助加热技术PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。总之，伴随着科技和社会的进步，节能、环保、健康、智能控制已成为空调发展的大趋势。二、工程概况 本建筑地处山东省潍坊市。潍坊处于我国华北平原地区，属北温带气候区，四季分明，夏热冬冷，雨量集中，主导风向夏季为西南风，冬季为东北风。 本工程为某驾校的办公楼，设计地上四层，建筑物总高约为17.75m，总建筑建筑面积约为3016.94。一层为交通安全体验区和综合服务大厅等；二至四层为教室、考场和办公室等，每一层均设有公用卫生间。

14、第一层高5.2m，第二层高4.5m，第三四层高4.0m，第四层高3.6m。抗震设防烈度按7级烈度设防，结构形式为框架结构体系，耐火等级按一级耐火等级设计，设计内容包括本楼的空调通风等内容。 该建筑物相关资料如下：屋面： 保温材料为80mm后挤塑聚苯板，采用一级防火等级设计。外墙： 厚度为200mm的砖墙，保温材料采用60mm厚聚苯板保温板，20mm厚混合砂浆，真石漆外墙涂料。外窗： 外窗采用塑料中空玻璃门窗，内有白色帘作为内遮阳，玻璃均为无色浮法中空玻璃。人数： 人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的。照明、设备： 由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶

15、棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为11w/m。设备负荷为20w/m。空调使用时间： 办公楼空调每天使用11小时，即7：0018:00; 动力与能源资料： a.动力：工业动力电，340V50HZ； b.能源：由自备空调机房供给。气象资料：表2.1 室外气象参数表地理位置海拔（m）大气压力（kpa）室外平均风速（m/s）北纬东经44.1冬季夏季冬季夏季36.62119.110209903.03.0表2.2 室外计算参数表冬季室外计算温度t（）夏季室外计算温度t（）湿球温度t（）相对湿度（%）-9.334.226.963表2.3 室内设计参数表房间类别办公室活动室学习、会议室洗手间夏季温度t（）2626

16、2626冬季温度t（）20201620夏季相对湿度(%)6565冬季相对湿度(%)40-55最小新风量（/h.p)30303030房间类别宿舍公共房间允许最小噪声级（dB）4545 室内空气压力稍高于室外大气压。预设方案： 办公楼的外围护结构多为钢筋混凝土的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。初步设定此办公楼采用风机盘管加新风系统，新风处理采用热回收方式，分成两个区（南区和北区）。因为办公室是间歇性使用，白天使用，晚上关闭，人员分布较平均，同时各房间冷热负荷并不相同需要进行个别的调节，导致热湿比不同，所以全空气系统并不适合。每层设有新风机组，可以由同层的新风机组送入室内，和风机盘管

17、一起满足室内的冷热负荷。 本系统管线不复杂，施工方便，夏季空调和冬季供暖同用一套系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。二四层办公室风机盘管加新风系统；厕所设置排风扇，保持厕所的相对负压，通过其他房间渗透补充厕所风量，使厕所异味不能扩散至其他房间。正压控制的问题，为防止外部空气流入空调房间，设定保持室内510Pa正压，送风量大于排风量时，室内将保持正压。3设计方案论证 3.1 办公楼空调的特点 （1）建筑特点办公楼的外围护结构多为钢筋混凝的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。大量采用玻璃幕墙,采用大面积单层玻璃幕墙加铝合金饰板作为高层写字

18、楼外围护结构的主流,其玻璃幕墙主要为6mm或8mm厚度的热反射镀膜玻璃。办公楼由吊顶或架空地板形成办公自动化机器和通讯设备的线性空间，办公楼的净高为2.6m左右。使用特点：办公楼的使用性质与时间全楼大体一致,所以整幢楼可选择用同样的空调系统和设备,管理比较方便。办公楼一般采用集中或半集中空调系统。（2）使用特点办公楼的使用性质与时间全楼大体一致，所以整栋楼可以选择用同样的空调系统和设备，管理比较方便。办公楼一般采用集中式或半集中式空调系统。 （3）办公楼空调系统注意事项分区问题：按建筑物分为内区和外区,也可以按朝向分或根据房间用途、标高低、负荷变化以及使用时间等特点划分系统。过度季节问题：过度

19、季节外区可不用冷热源,但内区仍需要降温,这时应用室外空气直接进入内区降温,即节能又简单;或考虑采用一台小容量的制冷机。加班问题：个别办公楼或某层需要节假日加班,为此最好不要设太大的集中空调系统。特殊房间的个别控制问题：用风机盘管系统以便控制。3.2 方案比较表3.1 全空气系统与空气水系统方案比较表比较项目全空气系统空气水系统设备布置与机房1.空调与制冷设备可以集中布置在机房2机房面积较大层高较高3有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上1只需要新风空调机房、机房面积小2风机盘管可以设在空调机房内3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、布置困难2支风管和风口较多时不易均衡

20、调节风量1放室内时不接送、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可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化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，减少冷冻机运行时间2对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济3部分房间停止工作不需空调时整个空调系统仍需运行不经济1.灵活性大、节能效果好，可根据各室负荷情况自我调节1盘管冬夏兼用，内避容易结垢，降低传热效率3无法实现全年多工况节能运行使用寿命使用寿命长使用寿命较长安装设备与风管的安装工作量大周期长安装投产较快，介于集中式空调系统与单元式空调器之间维护运行空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护布置分

21、散维护和管理不方便，水系统布置复杂，易漏水温湿度控制可以严格地控制室内温度和室内相对湿度对室内温度要求严格是难于满足空气过滤与净化可以采用初效、中效和高效过滤器，满足室内空气清洁度的不同要求，采用喷水室时水与空气直接接触易受污染，须常换水过滤性能差，室内清洁度要求较高时难于满足消声与隔振可以有效地采取消防和隔振措施必须采用低噪声风机才能保证室内要求风管互相串通空调房间之间有风管联通，使各房间互相污染，当发生火灾时会通过风管迅速蔓延各空调房间之间不会互相污染表3.2 风机盘管+新风系统的特点表优点1)布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用2)各空调房间互不干扰，可以独立地调节

22、室温，并可随时根据需要开停机组,节省运行费用，灵活性大，节能效果好3)与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间4)机组部件多为装配式、定型化、规格化程度高，便于用户选择和安装5)只需新风空调机房，机房面积小6)使用季节长7)各房间之间不会互相污染缺点1)对机组制作要求高，则维修工作量很大2)机组剩余压头小室内气流分布受限制3)分散布置敷设各中管线较麻烦，维修管理不方便4)无法实现全年多工况节能运行调节5)水系统复杂，易漏水6)过滤性能差适用性适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多层的建筑物中, 需要增设空调的小面积多房间建筑室温需要进行个别调节的场合 3.3 方案的确定 本办公楼采用风机盘管

23、加新风系统，分成两个区（东区和西区）。因为办公室是间歇性使用，白天使用，晚上关闭，人员分布较平均，同时各房间冷热负荷并不相同需要进行个别的调节，导致热湿比不同，所以全空气系统并不适合。每层设有新风机组，可以由同层的新风机组送入室内，和风机盘管一起满足室内的冷热负荷。风机盘管空调方式，这种方式风管小，可以降低房间层高，但维修工作量大，如果水管漏水或冷水管保温不好而产生凝结水，对线槽内的电线或其它接近楼地面的电器设备是一个威胁，因此要求确保管道安装质量。风机盘管加新风系统占空间少，使用也较灵活，但空调设备产生的振动和噪音问题需要采取切实措施予以解决。对于该系统所存在的缺点，可在设计当中根据具体的问

24、题予以解决和弥补。 冷热源由风冷冷热水机组提供。夏季供水/回水温度为7/12，冬季供水/回水温度为45/40。该工程水系统采用双管制、水平同程式、垂直议异程式、一次泵定水量系统。系统新风由分层设置的新风机组供给，风机盘管只承担房间冷负荷，新风负荷由新风机组承担。采用该系统的理由如下： 1.选择双管制水系统的理由：在风机盘管水系统中，由一条供水管和一条回水管构成的水系统称为双管制水系统。供水管根据房间负荷要求向房间提供冷冻水或热水。由于其系统简单，初投资低，是目前我国绝大多数高层民用建筑中采用的空调水系统方式。其特点如下：(1) 该系统简单明了，冬夏季转换分明，转换阀既可以手动也可以电动，管理起

25、来方便；(2) 该系统投资节省，管道、附件及保温材料的初投资也较少，占用的建筑空间和建筑面积都较少，者也是它能得到广泛应用的一个重要理由；(3) 末端设备为冷热两用的盘管，其控制也比较方便，末端设备的投资和机房的面积均可减少。 2.选用同程式系统的原由：水力计算时同程系统各个环路易于平衡，水力失调较轻，而且布置管道妥当时耗费管材不多。方案中的冷热源从开始就选择为风冷热泵机组，这是由多方面因素决定的。最主要的决定因素是对象的使用功能和四周环境。办公楼无生活热水的需求，因而冬季的热负荷较小，加上冬季室外环境也不太恶劣，使用热泵完全可以满足要求，没有单独设置热源的必要。另一个考虑因素与深圳地区的能源

26、价格及政策有关。如果白天用电高峰的电价与晚间的低谷电价差距更大的话，为办公楼空调这种典型的可以“移峰填谷”的场所添加相应的蓄冷设备将具有很高的可行性。这不仅可以减少运行费，由于可大幅降低初期的冷热源容量，还能节约不少初投资。但相关资料中的统计分析，由于在深圳地区低谷电的价格优势不明显，节省的电费无法抵消其增加设备的初投资，得出采用蓄冷技术不经济的结论。此外，建筑形式对冷热源选择的影响也不能忽视。由于没有地下室水冷机房，同时顶层有较大空间及专门的空调水泵房，这种建筑布局完全是为风冷机组安排的。最后还要考虑业主的需求。由于深圳经济发达的原因，地价节节上升，使得建筑师及业主对于空调占地特别重视。如果

27、使用风冷热泵，不仅可以省去了与冷水机组及其对应的冷却塔及冷却水循环泵的占地，还能充分利用原本一般闲置的屋面空间，因而业主对于办公楼也偏向于选择风冷热泵作为冷热源。 综合以上方面因素，在附近无集中热水或蒸汽源的情况下，决定选择风冷热泵作为冷热源。 3.4风机盘管的系统设计: 风机盘管机组设计的首要任务实选择风机盘管的形式。风机盘管的形式有：卧式明装、卧式暗装、立式明装、立式暗装等。本办公楼选用卧式暗装在吊顶内，其主要优点是不占用房间的有效空间，冷冻水的配管与其连接和凝结水的排出都比较方便。风机盘管的形式确定之后，就是具体型号的选择。风机盘管机组的型号根据房间所要求的冷量与风量确定，之后再对热量进

28、行校核。风机盘管有三档风量可供选用，我国设计人员习惯按中速参数选择，因为，首先，我国行业标准风机盘管机组（JB/T4283-91)规定，名义风量（样本上给出的风量）是在盘管不同水，空气进出口静压为零的特定工况下进行测定的，在湿工况下运行，会使风机盘管出力不足。其次，在实际使用中，风机盘管特别是暗装风机盘管要加进风口、回风口、过滤器、短风管等，加上过滤器渡堵塞、风机盘管表面积灰等诸多因素的影响，使得风机盘管的空气侧阻力增大，导致风量减小。如果按照高档进行选择，就会因风量的不足而导致冷、热量的不足。目前，国产风机盘管样本上的冷量都是按标准测定的，冷量的标准工况是：室内空气干球温度：tR=27，室内

29、空气湿度tRs=19.5，冷冻水初温t=7，供回水温差t=5。在实际工程中，表冷器都是在非工况下运行的，此时可通过简单的计算近似求出非标准状况下表冷器所能提供的冷量。四、空调负荷计算 4.1冷负荷的构成及计算方法 4.1.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法 （1）外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷 在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷可按下式计算： LQn (q)=FK(tl，n-tn) W （4-1）式中 F外墙和屋顶的计算面积，； K外墙和屋顶的传热系数，W/(/K）； tn室内设计温度，； tl，n外墙和屋顶的冷负荷温度的逐时值，。 （2）外玻璃窗瞬变传热引起的

30、冷负荷在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷，可按下式计算： LQn(c)=FK(tl-tn) W （4-2）式中 F窗口面积，； K玻璃窗的传热系数，W/(/K）； tn室内设计温度，； tl外墙和屋顶的冷负荷温度的逐时值，。 4.1.2透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷计算方法：透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷LQ按下式计算： LQ=FCzDj，maxCLQ W (4-3)式中 F窗玻璃的净面积，是窗口面积乘以有效面 积系数Ca； Cz窗玻璃的综合遮挡系数，无因次； Dj，max日射得热因数的最大值，W/； CLQ 冷负荷系数，无因次。4.1.3室内热源散热形成的冷负

31、荷计算方法设备和用具显热散热形成的冷负荷按下式计算： LQ =QCLQ W (4-4)式中 Q设备和用具的实际显热散热量，W; CLQ设备和用具显热散热冷负荷系数。根据这些设备和用具开始使用后的小时数及从开始使用时间算起到计算冷负荷时间的小时数、以及有罩和无罩情况的不同。设备显热散热量按下式计算：1）电动设备当工艺设备及其电动机都放在室内时： Q=1000n1n2n3N/ W (4-5)当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时： Q=1000n1n2n3N W (4-6)当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时： Q=1000n1n2n3（1-/）N W (4-7)式中 N电动设备的安装功率，